作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2017/10/16 9:25:30
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于海利:以真功夫挑战高精尖极限

光栅团队部分成员合影。 

■本报记者 沈春蕾

“青年之字典,无‘困难’二字,青年之口头,无‘障碍’一词。”中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)副研究员于海利一直以此警句激励自己。

2006年,于海利大学毕业后来到被誉为“中国光学摇篮”的中国科学院长春光机所攻读博士研究生。从此,他的人生和一种极其精密的科研设备——光栅刻划机紧密联系在一起。

精密机械“王中王”

光栅是一种重要的光学分光元件,在各类光谱仪器中有着广泛的应用。光栅刻划机是制作光栅的设备,它使用简单的机械原理,在玻璃基底上以每毫米几百,甚至几千条线的密度,均匀地刻出线槽。光栅刻划机也因此被誉为“精密机械之王”。

长春光机所是中国光栅刻划机和衍射光栅的诞生地,早在1958年就研制出了我国第一台衍射光栅刻划机。那时还没有电脑制图,每一个机械零件图纸都只能靠科研人员手绘;那时也没有数控机床,可第一台衍射光栅刻划机的核心零件比今天数控机床加工的精度还要高一个量级。历经半个多世纪的洗礼,这台刻划机如今仍在精准、稳定地工作。

于海利回忆道:“当我第一次看到它的金刚石刻刀在基底上往复运行,好像永远不知停歇,我深深地被老一辈长光人的智慧所打动,那时我就在想,有一天我也要做一台这样的光栅刻划机。”

2008年,国家重大科研装备研制项目——“大型高精度衍射光栅刻划系统”正式立项,于海利加入了项目研制团队。该项目目标为研制一台刻划面积世界之最、技术水平达国际领先的大型高精度衍射光栅刻划机。

于海利介绍,这样一台冲击极限的设备,其核心就是一个词——“精度”。大光栅刻划机由上千个元件、部件精妙配合而成,项目之初通过指标分解,发现几乎大部分关键部件都冲击着机械加工的世界极限水平,这些零部件中有6项无国家标准的超常规技术、7项超国标最高等级、35项国标精密级水平。

“可以说整台设备的加工装调精度之难、运行保障环境要求之高,前所未有,我们需要攻克重重难关,制造这样一台精密机械王中之王。”

手上的老茧,时间的印记

丝杠、蜗轮、导轨是光栅刻划机最核心的“三大件”,而其精度要求是现有机床技术根本达不到的。为了能够达到最终的极限精度,长春光机所采用了最传统的机械加工方法——手工研磨加工。

但是,手工研磨技术对经验的要求非常高,“为此,第一代光栅刻划机研制人张泰先生,80余岁高龄亲自上阵,带领我们这些‘80后’的年轻人,不分昼夜加工和检测。”于海利说。

每一个核心部件的加工都是一次漫长的征程。“就拿导轨来说,需要在680毫米的行程中直线度优于0.2秒,这就好比从长春的最东面一直到最西面,上下起伏不超过1毫米。像这样,加工精度要求达到极限时,钢铁也变得像豆腐一样,稍有一点环境的风吹草动,或者手上多使了一点力,精度就会被破坏。”

极度苛刻的要求是对年轻人耐心的巨大考验和锻炼:研磨的热量和人体的散热都会对精度有影响,所以研磨工作一天只能进行两次,其余的时间用于温度平衡。

于海利记得:“有一次,我们即将接近最终指标,大家都非常兴奋,中午吃饭后马上投入到战斗中,可是由于没有充分地温度平衡,让我们的工作立刻回到了两个月前。希望变成失望,但是我们并没有气馁,总结经验和教训,持续战斗,就这样,我们不断重复这样的工作,历时半年,终于研磨出导轨这一关键器件。”

“在实验室进行研磨、检测的科研人员,都是像我这样毕业不久的博士、硕士。”于海利感慨道,“每天手拿着研具、十指沾染着研磨粉、煤油等试剂,因为长期研磨手上的黑油渍清洗不掉,还长满了老茧。”

朋友看到于海利满是老茧的黑手经常开玩笑问,是不是转行到工厂当了工人。于海利笑而不答,他心里知道:“这些时间磨出的老茧,才是科研道路上不断成长的印记。我们正是凭着这种踏实的工作,解决了一项又一项的难题。”

于海利所在的团队有80%都是年轻人,或是新婚或是孩子较小,但是大家并没有因为家庭的原因,拖延工作进度,恰恰相反,整个团队都是铆足了干劲,夜以继日,轻伤不下火线,经常持续工作至后半夜。

记得有一次深夜,于海利接到妻子打来的电话,“她小声地对我说,阳台有动静,好像是有人。”家里只有妻子和不到1岁的孩子,于海利立刻拨打110报警,并从实验室赶回家,恰巧碰上从家里出来的民警,告知是楼上漏水滴落的声音。民警问道:“你是做什么工作的?以后早点回家。”这让于海利非常愧疚,妻子却没有抱怨他,反而关切地询问:“实验做完了吗?没做完就赶紧回去做。”正是家属们的这种理解和支持,为每一位科研工作者提供了坚实的后盾。

工匠精神铸就“中国芯”

砥砺前行,2016年长春光机所光栅中心终于完成了大光栅刻划机的研制,并成功制造出面积达400毫米×500毫米的世界上面积最大的中阶梯光栅。

于海利感叹道:“再回头看看我们曾经所有的努力与付出,正是我们在摘取‘精密机械’桂冠道路上,已经修炼成的‘真功夫’。”

科技进步的道路上,没有平坦大道,每一条通往科学高峰的道路都充满着荆棘和险阻,也并无捷径可走。对于光栅人来说,要制作高水平的衍射光栅,就是要不断挑战精度的极限,发扬“工匠精神”,在精密制造装备的研发过程中,花“真力气”、下“真功夫”。

于海利认为,大光栅刻划机和大口径光栅的成功,其意义不只是我们达到了世界领先水平,更重要的是它使我国的高端光谱仪器可以不再因为光栅的限制而受制于人。

曾经,我国的天文学家就因为大面积光栅受限,而与中国的深空望远镜失之交臂。今天,光栅人通过努力,终于让中国光谱仪拥有自己的中国芯。于海利表示:“这是我作为光栅人的骄傲,也为自己能够为祖国作出贡献而感到自豪。”

伴着大光栅刻划机的从无到有,于海利也在工作学习中不断成长,品味着科研艰辛、枯燥,也收获着成功的喜悦。“作为新一代长光人,我们传承了老一辈长光人的精神,在祖国的需要面前,全体光栅人直面挑战,不畏艰难、勇于攻坚、勇担使命。”

《中国科学报》 (2017-10-16 第6版 院所)
 
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