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在国家科技奖中,“上海智慧”凸显在各个方面,解决了众多科学难题。上海注重服务国家发展全局,并以此作为科技创新中心建设的立足点和出发点。坚持聚焦重点,有所为有所不为,瞄准世界科技前沿和顶尖水平,选准关系上海全局和长远发展的战略必争之地,立足自身有基础、有优势、能突破的领域,支持企业、科研院所和高校等通过各种途径获得若干重要产业领域的关键核心技术,实现科技创新的跨越式发展。
上天入地
中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明研究员领衔的“大型高稳定轻量化C/SiC整体结构成套制备技术及空间遥感应用”项目荣获了国家技术发明二等奖。
1957年第一颗人造地球卫星的发射,标志着人类进入了太空时代,人类开始从一个全新的视角认识我们生存的星球。遥感技术经历了60年代的奠基、70年代的发展、80年代的巩固、90年代的大发展,目前已为世人所瞩目,广泛用于测绘、气象、国土资源勘察、灾害监测与环境保护、国防、能源、交通、工程等诸多领域。进入21世纪以来,一系列新思想、新概念、新方法、新工艺正在酝酿和形成,世界各国竞相研究、开发和发射高分辨率空间遥感卫星。
美国空间遥感技术的发展代表着世界领先水平,2001年10月18日美国Digital Globe公司发射的快鸟(Quick Bird )高分辨率商业遥感卫星,分辨率为0.61米,而美国分辨率最高的间谍卫星能看到地面上一张报纸的大字标题,其分辨率在0.1米左右。与发达国家相比,我国空间遥感技术存在大约20年的差距。十一五以来,我国将“高分专项”正式入列《国家中长期科学与技术发展规划纲要》,2010年5月经国务院常务会议审议批准,高分专项全面启动实施,我国大力发展高分辨空间遥感技术,高分辨率卫星的研制迫在眉睫。
董绍明团队。
要提高卫星的分辨率,大口径、长焦距、轻型空间相机是关键,需要相机的核心部件——光学支撑结构大、轻,还要高稳定,也就是在承受振动和温度波动时,米级光学支撑结构的尺寸变化要稳定在几个微米以内,即头发丝直径的十分之一左右。换言之,就是尺寸几乎不能变化,因此对支撑结构材料提出了非常高的要求,必须具备轻质、高刚度和低热膨胀的特征,特殊条件下还须具有高的导热能力实现系统快速热疏导,降低热应力。
纤维增强碳化硅基复合材料具有类似钢筋混凝土的结构特点,以纤维为骨架,碳化硅陶瓷为基体。这种材料密度低(仅为殷钢的四分之一)、比刚度高、具有类似金属的非脆性断裂特征和良好的抗辐射能力、而且力学和热学性能的可设计性强,随着国际上高分辨空间遥感技术的持续发展,纤维增强碳化硅基复合材料作为空间相机支撑结构受到高度关注。
董绍明早在2005年前后就意识到纤维增强陶瓷基复合材料在空间遥感系统中的应用潜力,因而布局了相应研究方向——针对我国高分辨空间遥感技术对空间相机支撑结构的苛刻要求,开展了大型高稳定轻量化碳/碳化硅整体支撑结构的研究。
高分二号卫星拍摄的深圳路标融合影像(分辨率:0.8m全色、3.2m多光谱)。
通过不懈努力,终于在碳化硅基复合材料支撑结构关键技术和工程化应用方面取得多项重大创新和突破,显著提高了碳化硅基复合材料相机支撑结构的弹性模量、抗弯强度、热导率等性能,满足了空间相机支撑结构的大型化、一体化、高稳定化、轻量化制备。
目前,应用碳化硅基复合材料镜筒的高分二号、高景一号 01 和02 星卫星已成功服役。相对于轻量化殷钢镜筒,碳化硅基复合材料镜筒实现了减重50%,助力相机结构稳定性提高1倍,成像响应时间缩短1 倍的优异效果,力助我国卫星成像分辨率首次达到亚米级。如今,碳化硅基复合材料已发展成为我国高分辨遥感空间相机支撑结构最重要的候选材料之一。
核心技术
在信息技术领域,上海交通大学谷大武教授领衔的“密码芯片系统的攻防关键技术研究及应用”项目荣获国家科技进步二等奖。这个项目解决了密码芯片系统攻防的核心关键技术问题。研制成功了领先的检测工具平台,已销售和服务于国家商密检测中心、复旦微电子、华为等20家检测机构和芯片设计企业;设计实现抗数学攻击和抗物理攻击的密码芯片,7款密码芯片近三年累计出货1.625亿颗。支撑了国家安全部门和科研机构的重要任务。
上海交通大学郁文贤教授领衔的“高精度高可靠定位导航技术与应用”项目也荣获了国家科技进步二等奖。这个项目围绕国家战略需求和战略新兴产业发展迫切需要,集中解决了北斗导航与位置服务中的一系列产业发展瓶颈技术问题,支撑了上海导航产业以30%复合增长率快速发展,提升了我国在该领域的产业技术竞争力和影响力,引领了我国北斗导航产业技术的进步和产业集聚发展,产生了重大的经济和社会效益。
在新材料领域,中国科学院上海光学精密机械研究所胡丽丽研究员领衔的“大尺寸高性能磷酸盐激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目荣获国家技术发明二等奖。这个项目独立自主攻克了国际上公认难度极高的大尺寸高性能磷酸盐激光釹玻璃批量制造系列关键工艺技术难题,发明了大尺寸磷酸盐激光钕玻璃的连续熔炼、包边及检测等技术,在国内首次建成磷酸盐激光钕玻璃批量制造线并成功实现批量制造,有力支撑了国家激光聚变科技重大专项。
在新能源领域,中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员领衔的“面向太阳能利用的高性能光电材料和器件的结构设计与性能调控”项目则荣获了2017年度国家自然科学二等奖。
上天入地
中国科学院上海硅酸盐研究所董绍明研究员领衔的“大型高稳定轻量化C/SiC整体结构成套制备技术及空间遥感应用”项目荣获了国家技术发明二等奖。
1957年第一颗人造地球卫星的发射,标志着人类进入了太空时代,人类开始从一个全新的视角认识我们生存的星球。遥感技术经历了60年代的奠基、70年代的发展、80年代的巩固、90年代的大发展,目前已为世人所瞩目,广泛用于测绘、气象、国土资源勘察、灾害监测与环境保护、国防、能源、交通、工程等诸多领域。进入21世纪以来,一系列新思想、新概念、新方法、新工艺正在酝酿和形成,世界各国竞相研究、开发和发射高分辨率空间遥感卫星。
美国空间遥感技术的发展代表着世界领先水平,2001年10月18日美国Digital Globe公司发射的快鸟(Quick Bird )高分辨率商业遥感卫星,分辨率为0.61米,而美国分辨率最高的间谍卫星能看到地面上一张报纸的大字标题,其分辨率在0.1米左右。与发达国家相比,我国空间遥感技术存在大约20年的差距。十一五以来,我国将“高分专项”正式入列《国家中长期科学与技术发展规划纲要》,2010年5月经国务院常务会议审议批准,高分专项全面启动实施,我国大力发展高分辨空间遥感技术,高分辨率卫星的研制迫在眉睫。
要提高卫星的分辨率,大口径、长焦距、轻型空间相机是关键,需要相机的核心部件——光学支撑结构大、轻,还要高稳定,也就是在承受振动和温度波动时,米级光学支撑结构的尺寸变化要稳定在几个微米以内,即头发丝直径的十分之一左右。换言之,就是尺寸几乎不能变化,因此对支撑结构材料提出了非常高的要求,必须具备轻质、高刚度和低热膨胀的特征,特殊条件下还须具有高的导热能力实现系统快速热疏导,降低热应力。
纤维增强碳化硅基复合材料具有类似钢筋混凝土的结构特点,以纤维为骨架,碳化硅陶瓷为基体。这种材料密度低(仅为殷钢的四分之一)、比刚度高、具有类似金属的非脆性断裂特征和良好的抗辐射能力、而且力学和热学性能的可设计性强,随着国际上高分辨空间遥感技术的持续发展,纤维增强碳化硅基复合材料作为空间相机支撑结构受到高度关注。
董绍明早在2005年前后就意识到纤维增强陶瓷基复合材料在空间遥感系统中的应用潜力,因而布局了相应研究方向——针对我国高分辨空间遥感技术对空间相机支撑结构的苛刻要求,开展了大型高稳定轻量化碳/碳化硅整体支撑结构的研究。
通过不懈努力,终于在碳化硅基复合材料支撑结构关键技术和工程化应用方面取得多项重大创新和突破,显著提高了碳化硅基复合材料相机支撑结构的弹性模量、抗弯强度、热导率等性能,满足了空间相机支撑结构的大型化、一体化、高稳定化、轻量化制备。
目前,应用碳化硅基复合材料镜筒的高分二号、高景一号 01 和02 星卫星已成功服役。相对于轻量化殷钢镜筒,碳化硅基复合材料镜筒实现了减重50%,助力相机结构稳定性提高1倍,成像响应时间缩短1 倍的优异效果,力助我国卫星成像分辨率首次达到亚米级。如今,碳化硅基复合材料已发展成为我国高分辨遥感空间相机支撑结构最重要的候选材料之一。
核心技术
在信息技术领域,上海交通大学谷大武教授领衔的“密码芯片系统的攻防关键技术研究及应用”项目荣获国家科技进步二等奖。这个项目解决了密码芯片系统攻防的核心关键技术问题。研制成功了领先的检测工具平台,已销售和服务于国家商密检测中心、复旦微电子、华为等20家检测机构和芯片设计企业;设计实现抗数学攻击和抗物理攻击的密码芯片,7款密码芯片近三年累计出货1.625亿颗。支撑了国家安全部门和科研机构的重要任务。
上海交通大学郁文贤教授领衔的“高精度高可靠定位导航技术与应用”项目也荣获了国家科技进步二等奖。这个项目围绕国家战略需求和战略新兴产业发展迫切需要,集中解决了北斗导航与位置服务中的一系列产业发展瓶颈技术问题,支撑了上海导航产业以30%复合增长率快速发展,提升了我国在该领域的产业技术竞争力和影响力,引领了我国北斗导航产业技术的进步和产业集聚发展,产生了重大的经济和社会效益。
在新材料领域,中国科学院上海光学精密机械研究所胡丽丽研究员领衔的“大尺寸高性能磷酸盐激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目荣获国家技术发明二等奖。这个项目独立自主攻克了国际上公认难度极高的大尺寸高性能磷酸盐激光釹玻璃批量制造系列关键工艺技术难题,发明了大尺寸磷酸盐激光钕玻璃的连续熔炼、包边及检测等技术,在国内首次建成磷酸盐激光钕玻璃批量制造线并成功实现批量制造,有力支撑了国家激光聚变科技重大专项。
在新能源领域,中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强研究员领衔的“面向太阳能利用的高性能光电材料和器件的结构设计与性能调控”项目则荣获了2017年度国家自然科学二等奖。