張昊

一、人物介紹

        張昊，男，1980年2月出生，中國(guó)航天科工三院306所副所長(zhǎng)。

        張昊2007年開(kāi)始研制用于航天器熱防護(hù)的氣凝膠產(chǎn)品，嘗試了近千種配方、眼角膜還曾被灼傷，終獲優(yōu)異樣品，2010年進(jìn)入生產(chǎn)階段。至2018年，團(tuán)隊(duì)已掌握了氣凝膠結(jié)構(gòu)可控設(shè)備和工程應(yīng)用的全套技術(shù)，在包括長(zhǎng)征五號(hào)、天舟一號(hào)在內(nèi)的二十幾型航天裝備上應(yīng)用，最終成功搭上了飛往火星的“航班”，為“天問(wèn)一號(hào)”立功。　

二、主要事跡

硬核航天人為“火星航班”熱防護(hù)

        2021年5月，“天問(wèn)一號(hào)”承載著中國(guó)人對(duì)無(wú)限星空的向往成功降落在火星，吸引了世人的目光。在天問(wèn)探“火”的背后，中國(guó)航天科工三院306所氣凝膠創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研制的氣凝膠材料發(fā)揮了重要作用。

        作為這個(gè)團(tuán)隊(duì)的帶頭人，張昊以其十余年的職業(yè)生涯見(jiàn)證了氣凝膠材料從無(wú)到有的發(fā)展歷程。他說(shuō)：一切成果都來(lái)自一招一式、踏踏實(shí)實(shí)的“修煉”。

張昊帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建成了二氧化碳超臨界干燥設(shè)備

科研不懼“走迷宮”

        2007年，從中科院博士畢業(yè)后，張昊放棄了多家外企、高校以及民企伸來(lái)的橄欖枝，選擇來(lái)到306所，成為一名航天人，并由此踏上氣凝膠材料的科研之路。

        “當(dāng)時(shí)某重點(diǎn)預(yù)研型號(hào)急需一種熱防護(hù)材料，性能指標(biāo)要求特別高，這種材料幾乎是唯一的選擇。”張昊回憶說(shuō)。然而，他只能從文獻(xiàn)上查到這種材料的性能參數(shù)，既沒(méi)有樣品，也沒(méi)有技術(shù)細(xì)節(jié)。很長(zhǎng)一段時(shí)間里，他整天泡在實(shí)驗(yàn)室里做配方實(shí)驗(yàn)，連午飯都在實(shí)驗(yàn)室解決；晚上還經(jīng)常背著筆記本，跑回曾經(jīng)讀書(shū)的中科院，查外文文獻(xiàn)。

張昊工作照

        為了掌握更好的工藝路線，他嘗試了近千種配方，各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)記滿了厚厚的幾個(gè)本子。按他的話說(shuō)，“科研就像探索迷宮，絕大多數(shù)人都需要把那些死胡同全部走過(guò)一遍，才能找到方向。”

        有一次，張昊按照一篇文獻(xiàn)提出的路線去做驗(yàn)證試驗(yàn)，小有收獲。幾輪試驗(yàn)下來(lái)，他突然感覺(jué)眼睛刺痛，被送到了醫(yī)院。原來(lái)，試驗(yàn)中某個(gè)化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物揮發(fā)性很強(qiáng)，灼傷了他的眼角膜。

        出院后，張昊回到家躺在床上閉目靜養(yǎng)，他索性靜下心來(lái)在腦海里整理那一段試驗(yàn)過(guò)程，思考著如何改進(jìn)配方、優(yōu)化路線。一周后，眼睛稍微恢復(fù)，他馬上跑回實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證自己的想法。果然！采用更加安全的配方和反應(yīng)環(huán)境，同樣得到了性能優(yōu)異的樣品。

張昊與團(tuán)隊(duì)中的青年人溝通

最“硬核”的航天人

        工程化應(yīng)用是材料研究的終極目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)氣凝膠的大規(guī)模生產(chǎn)，就涉及到一種核心設(shè)備--二氧化碳超臨界干燥設(shè)備。

        “國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)并沒(méi)有能夠成功設(shè)計(jì)和生產(chǎn)這種設(shè)備的廠商，而國(guó)外設(shè)備動(dòng)輒上千萬(wàn)，讓我們望而卻步。”張昊回憶說(shuō)。那時(shí)所里只有一臺(tái)20L容積的實(shí)驗(yàn)室級(jí)設(shè)備，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)全套工藝參數(shù)的掌握，并放大至工程應(yīng)用量級(jí)。

        為了解決這個(gè)問(wèn)題，張昊和團(tuán)隊(duì)伙伴決定到車間里工作，親自采集數(shù)據(jù)。那時(shí)候，拆閥門、換加熱棒、換壓力表，張昊已經(jīng)得心應(yīng)手。他甚至可以熟練地畫(huà)出整套裝備管路的走向、溫度傳感器的位置……通過(guò)在車間一點(diǎn)點(diǎn)地摸索和積累，他們成功將這一核心設(shè)備放大到工程量級(jí)，建成了當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的1500L超臨界干燥設(shè)備，打通了實(shí)現(xiàn)氣凝膠防護(hù)材料的批量工程化生產(chǎn)的重重關(guān)節(jié)！

張昊閱讀學(xué)術(shù)專著

        2010年，氣凝膠研究開(kāi)始從試驗(yàn)邁入生產(chǎn)階段。年底，張昊和團(tuán)隊(duì)帶著近六米長(zhǎng)、鋪設(shè)了熱防護(hù)層的整套航天設(shè)備接受石英燈加熱考核驗(yàn)證試驗(yàn)。所在的廠房是為這次大型地面試驗(yàn)任務(wù)臨時(shí)搭建的，還沒(méi)有完工，只有柱子和房頂。纖維布圍成的“墻壁”，四處透著寒風(fēng)，大家只能輪流到安裝了空調(diào)的集裝箱內(nèi)取暖。

        張昊回憶，“為了確保試驗(yàn)的真實(shí)性，裝備里裝了一百多公斤的燃油。一旦熱防護(hù)層失效，燃油會(huì)遇到高溫的金屬殼體，產(chǎn)生不可想象的后果。”那時(shí)候，消防車就停在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)旁邊，以防萬(wàn)一。

        試驗(yàn)開(kāi)始，裝備表面迅速升至幾百度，裝備熱防護(hù)層內(nèi)部的溫度開(kāi)始緩慢上升，張昊緊緊盯著監(jiān)視器上傳回的傳感器溫度。聽(tīng)到“試驗(yàn)停止”，他趕緊跑過(guò)去看數(shù)據(jù)，一切正常。漫長(zhǎng)的1300秒終于結(jié)束，熱防護(hù)效果完全滿足設(shè)計(jì)要求！這次試驗(yàn)的成功為熱防護(hù)材料的廣泛應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

        經(jīng)過(guò)前期扎實(shí)的基礎(chǔ)研究，到2018年，張昊團(tuán)隊(duì)已經(jīng)掌握了氣凝膠結(jié)構(gòu)可控設(shè)備和工程應(yīng)用的全套技術(shù)，先后發(fā)展了中溫型、高溫型等幾個(gè)系列氣凝膠產(chǎn)品，在二十幾型航天裝備都獲得了應(yīng)用。

張昊正在記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

“天問(wèn)一號(hào)”的“火星時(shí)代”

        長(zhǎng)征五號(hào)在2016年順利完成發(fā)射，張昊團(tuán)隊(duì)提供的熱防護(hù)材料功不可沒(méi)。2017年再傳喜訊，他們研制的基于氣凝膠材料的真空絕熱板被成功裝載在天舟一號(hào)的低溫鎖柜中隨長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射升空。對(duì)于張昊團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，每一份捷報(bào)的背后，是幾千個(gè)日子里航天技術(shù)的砥礪深耕。

        2021年5月，“天問(wèn)一號(hào)”成功著陸火星。而早在2014年，張昊團(tuán)隊(duì)就收到了火星探測(cè)關(guān)于熱防護(hù)材料的需求并開(kāi)始研發(fā)。

        “我們需要為火星探測(cè)任務(wù)提供兩種不同的氣凝膠材料。”張昊介紹說(shuō)，“一種用于隔絕火星探測(cè)器發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的上千度的高溫，一種用于保護(hù)火星車抵御火星表面極寒環(huán)境。”兩種材料的性能指標(biāo)要求都極為苛刻，為研發(fā)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

張昊正在進(jìn)行試驗(yàn)

        如果說(shuō)科學(xué)發(fā)現(xiàn)還有靈光乍現(xiàn)的幸運(yùn)，那科學(xué)的探索和工程的應(yīng)用則沒(méi)有捷徑。7年來(lái)，張昊和同事們嘗試了上百種配方，把幾十個(gè)工藝參數(shù)化整為零，研制的材料先后經(jīng)過(guò)了物理特性、力學(xué)特性、隔熱性能和空間環(huán)境耐候性能等四大類總共98項(xiàng)試驗(yàn)測(cè)試，而且每一項(xiàng)試驗(yàn)都需要經(jīng)過(guò)多個(gè)批次的重復(fù)驗(yàn)證。最終，他們開(kāi)發(fā)的兩種氣凝膠材料成功搭上了飛往火星的“航班”。

        “人類的歷史就是一個(gè)逐漸認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程，隨著認(rèn)知的外延和內(nèi)涵不斷擴(kuò)展深化，相輔相成的就是科技和社會(huì)的進(jìn)步。”“天問(wèn)一號(hào)”的研制任務(wù)已暫告一段落，展望“十四五”，張昊和團(tuán)隊(duì)對(duì)氣凝膠材料提出了“更高性能、更多功能”的研究目標(biāo)，盼望著他們研發(fā)的氣凝膠材料在新能源汽車、工業(yè)保溫和建筑節(jié)能等領(lǐng)域擴(kuò)大應(yīng)用，為中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和作出自己的貢獻(xiàn)。

張昊獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)