高温合金4129(高温合金4169成分)

　　GE公司采用3D打印制造发动机涡轮叶片

　　华中科技大学近日对外发布，4月26日，由该校武汉光电国家实验室(筹)完成成的“大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备(俗称激光3D打印技术)”顺利通过了湖北省科技厅成果鉴定。

　　深度融合了信息技术和制造技术等特征的激光3D打印技术，由4台激光器同时扫描，为目前世界上效率和尺寸最大的高精度金属零件激光3D打印装备。

　　该装备攻克了多重技术难题，解决了航空航天复杂精密金属零件在材料结构功能一体化及减重等“卡脖子”关键技术难题，实现了复杂金属零件的高精度成形、提高成形效率、缩短装备研制周期等目的。

　　随着航空航天装备不断向轻量化、高可靠性、长寿命、低成本方向发展，一些关键金属零件复杂程度越来越高，制造周期要求越来越短，使得我国现有制造技术面临系列共性难题。

　　如复杂薄壁精密零件结构-性能一体化制造技术，航空航天发动机叶片、涡轮等复杂精密零件的成形技术等，严重制约了航空航天装备技术水平的提高。

　　金属零件的激光3D打印技术是各种3D打印技术中难度系数最大也最受国内外关注的方向之一。

　　其中基于自动铺粉的激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting，SLM，主要应用于航空航天、微电子、医疗、珠宝首饰等行业)。

　　主要特点是加工精度高、后续几乎不需要机械加工，可以制造各种复杂精密金属零件，实现结构功能一体化、轻量化，在航空航天领域有广泛的应用需求。

　　但是，成形效率低、成形尺寸有限是该类技术的发展瓶颈。此前，我国在SLM技术领域与国际先进水平相比有较大差距，大部分装备依赖进口。

　　华中科技大学武汉光电国家实验室教授曾晓雁领导的激光先进制造研究团队，在国家863和自然科学基金项目等资助下，经过十年的长期努力，在SLM成形理论、工艺和装备等诸多方面取得了重要成果，特别是突破了SLM成形难以高效制备大尺寸金属零件等瓶颈。

　　曾晓雁，武汉光电国家实验室 激光与太赫兹技术功能实验室副主任，激光先进制造技术研究室主任。

　　项目率先在国际上提出并研制出成形体积为500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材制造装备，它由4台500W光纤激光器、4台振镜分区同时扫描成形，成形效率和尺寸迄今为止同类设备中世界最大。而此前，该装备最多使用两台光纤激光器，成形效率低。

　　项目攻克了多光束无缝拼接、4象限加工重合区制造质量控制等众多技术难题，实现了大型复杂金属零件的高效率、高精度、高性能成形。

　　先后自主研制出SLM系列多种装备，并采用国产的钛合金、不锈钢、高温合金、铝合金、镁合金粉末，实现了各种复杂精密零件的成形，其关键技术指标与国外水平相当。

　　首次在SLM装备中引入双向铺粉技术，其成形效率高出同类装备的20-40%，标志着我国自主研制的SLM成形技术与装备达到了国际先进水平。

　　目前，通过该技术，已经有45种零件在20余种航天型号研制中得到应用，先后为航天发动机、运载火箭、卫星及导弹等装备中6种型号20余种产品进行了样件研制，5种产品通过了热试车，其中4种产品已经定型。

　　先后有多台SLM装备被航天科技集团三大总体研究院用于航天零件的研制与批产，所研制的零件不仅大大缩短了产品的研制周期，简化了工序，更重要的是将结构-功能一体化，获得性能优良的、轻质的零件。

　　SLM技术成形精度高、性能好、且不需要工模具，属于典型的数字化过程，目前在复杂精密金属零件的成形中具有不可替代性。

　　在精密机械、能源、电子、石油化工、交通运输等几乎所有的高端制造领域都具有广阔的工业应用前景。

　　鉴定委员会一致认为该项目在SLM整体技术达到国际先进水平，其中在SLM装备的成形尺寸和效率达到国际领先水平，并建议进一步拓展材料与装备的应用范围。

　　虽然太空中是一种准真空的条件，但是并不代表这环境就是多么纯净，相反没有了大气层的保护，大量的空间粒子以及来自太阳或者其他的天体的辐射都会对我们在太空中的航天器有着相当的大影响。

　　所以航天用电子芯片也就成为了要在空间恶略条件下能够抗辐射、可靠性高，同时寿命也要足够长的专业行业电子应用产品。以前中国的航天高可靠性芯片都是使用进口芯片，不过经过了30年的自行努力攻关，这部分技术已经完全可以由中国国产芯片来替代。性能也达到甚至超越了欧美的先进航天芯片的水平。

　　中国以前光芯片一年进口量就要达到2000亿美元，至于专用的航天芯片占比可达1%，这其中还没有专用的航天CPU，这个国外是绝对不会对你出口的。这也逼迫着中国要自自行研发，这些国产专用CPU不仅仅为我们的卫星、空间站实现完全自主可控夯实了充分基础，同时还打破了国外的垄断和封锁。可以说这绝对是一项足以逆天的航天技术，现在被中国完全掌握。

　　中国的北斗卫星上，CPU采用的是中国“龙芯”航天专用CPU，周边芯片使用的40多款不同类型的芯片也都是中国自行设计生产的。

　　不过在这一领域上，俄罗斯确确实实已经落后中国太多了。由于在上个世纪末俄罗斯所持倒向西方的政策还在奏效之时，俄罗斯的航天领域可以从美国、欧洲获得专用的航天芯片。

　　这些大规模生产的航天芯片价格都很便宜，俄罗斯自己原有的同类产业根本无法在成本上与之竞争，后来干脆既然能买的到，干嘛俄罗斯自己要花钱做造呢?于是俄罗斯在专用航天芯片领域等于自废武功，就此荒废了。

　　但是现在由于俄罗斯于西方之间关系问题，俄罗斯在此类高精尖领域被处于全面封锁地位。环顾四周，只有中国才拥有这种抗辐射专用航天芯片。中俄之间就这一芯片技术曾经进行过相当密切的磋商。

　　在2015年12月，在北京的中俄双方经贸协商会议上，俄罗斯航天署的专家就曾提出过和中国之间的专用芯片换液态火箭发动机计划。随后双方达成了一致意向，不过随着现在中国采购RD-180发动机计划的搁浅，俄罗斯想要获得这种专业航天芯片的计划也落空。

　　中国可以依靠自己的研发力量再造大推力火力发动机，但是俄罗斯想再重捡当年的航天专用芯片制造技术，没有个十多年的再投入，那是绝对不可能的事情。

　　2015年，中国史诗般的载人航天事业可能迎来一个“静默期”。其实，它是中国载人航天工程新一轮冲刺前的最后准备——随着2016年“天宫二号”和“神舟十一号”、2017年“天舟一号”货运飞船的发射，中国人将完成载人航天“三步走”战略中的第二步。

　　所有这些努力都是为了最终的第三步——2022年前后将建成的在轨运营10年以上的中国空间站。

　　在中国载人航天工程副总设计师王忠贵看来，这些成就绝不是终点，而是中国载人航天征程的新起点。

　　这位1961年生于内蒙古的航天人，曾任中国载人航天工程办公室工程总体技术局副局长、局长，现任中国载人航天工程副总设计师、探月工程(二期)副总设计师。

　　他长期从事航天测控总体和载人航天工程总体工作，在测控通信、航天工程总体设计等领域的学术理论和工程实践方面有较深造诣，是目前我国载人航天和探月两大工程的飞控技术带头人。

　　2008年、2009年，王忠贵分获载人航天工程突出贡献者、探月工程突出贡献者奖章。

　　在伴随中国载人航天事业的18年里，他参与并见证的不仅是中国航天事业的成就，还有中国一日千里的基础制造业和信息化产业——正是整个国家的支持和发展，才造就了中国载人航天事业独一无二的发展速度。

　　日前，《瞭望东方周刊》专访了王忠贵，解读中国载人航天工程的自主创新之路。

　　中央决策和人民支持成就载人航天

　　《瞭望东方周刊》： 你从事载人航天工作十余年，如何看待中国在这个领域不断取得成功的原因?

　　王忠贵： 我1997年调入中国载人航天工程办公室，开始从事载人航天工程总体工作。

　　这些年，先后参加和见证了从“神舟一号”到“神舟十号”的历次任务。

　　担任交会对接任务论证组组长，组织了总体方案论证，明确了研制“天宫一号”作为目标飞行器，与“神舟八号”、“神舟九号”、“神舟十号”3艘飞船对接，突破交会对接技术的方案。通过这些年的工作，我有很多感受。

　　一是中央的战略决策和有力支持是工程顺利实施和取得重大成就的根本。党中央、国务院、中央军委始终关注工程进展，“三步走”战略每一步的实施和重要节点，中央都要专题听汇报、研究部署。正是中央的正确决策和有力支持，才使我们坚定信念、攻坚克难，调动各方力量，取得今天这样的成就。

　　二是全国人民的大力支持是工程发展的动力。载人航天工程立项后，无论是国家部委还是地方政府，无论是老科学家还是在校学生，无论国内民众还是海外侨胞，对工程都给予了极大的关心和支持。这些关心和支持是我们的强大精神动力。

　　三是载人航天工程队伍事业心强、勇于创新、成长快。经过22年的努力，我们攻克了一大批具有自主知识产权的核心关键技术，形成了一整套严谨科学的重大工程管理体系，突破和掌握了天地往返、出舱活动、交会对接三大载人航天关键技术，培育了载人航天精神，取得了举世瞩目的综合效益，奠定了后续发展的坚实基础。

　　特别可贵的是，在工程实施中，我们在战略层面抓人才队伍建设，依托重大工程培养了一支能够站在世界科技前沿、勇于开拓创新的高素质科技人才队伍，实现了航天人才队伍的新老交替。

　　只有立足创新才能赶超国际

　　《瞭望东方周刊》： 我国载人航天工程是在没有外部帮助的情况下起步发展起来的，初期在国产化方面有哪些主要困难和挑战?

　　王忠贵： 我国载人航天工程从立项开始就立足自主创新，加强总体设计，积极推动国产化。当时面对的主要困难，一是载人航天对性能要求高，而国内基础相对薄弱;二是载人航天对可靠性要求高，而国内部分产品质量相对不稳定。

　　我们面对的最大挑战是设计和制造出总体性能好的飞船，为此采取了一些办法和举措。一是确定合理的工程规模、进度和指标。既有较高起点以实现后发优势，又不盲目求大、求快、求高。

　　二是加强总体方案优化设计和递进发展。以一型飞船为基础不断完善，完成单人单天、多人多天、空间出舱、交会对接等不同阶段的任务，每一阶段都有前一阶段打下的坚实基础。这种递进式发展保证了设计和工艺不断成熟，质量和可靠性不断增长。

　　三是始终突出自主创新意识。得有自己的认识，不能照搬照抄别人。只有立足国内自主创新，才能面向国际，赶超国际。

　　另一个最大挑战是如何保证质量和可靠性。一靠工业基础和大协作。国内材料、电子、机械、纺织等相关行业全力提供配套支持，针对我们的需求进行研制攻关，并为我们筛选性能最好最稳定的产品。例如“飞天”舱外航天服的面料，就是中国纺织工业协会组织全国多家纺织企业为工程专门研制的。

　　二靠工程设计。我们的飞船、火箭在关键部位采用了大量冗余设计，降低了对特定单个元器件的要求，确保了整体质量和可靠性。

　　三靠工程管理。载人航天的管理体系在质量和可靠性方面极其严格，狠抓质量问题归零，狠抓可靠性增长，最大限度地把问题暴露在地面、解决在起飞前。

　　《瞭望东方周刊》： 现在我国已是世界上仅有的三个能独立实施载人航天计划的国家之一，其中关键因素有哪些?

　　王忠贵： 我认为，自主创新是实现我国载人航天跨越式发展的关键和根本途径。自主创新要选择合理的路径和优化的目标。我们的目标是，瞄准世界先进技术，实现整体性能优化，体现中国特色，确保工程一起步就有强劲的后发优势。

　　所以，在最能代表载人航天基础能力的载人飞船上，我们直接从三舱段飞船搞起。“神舟”飞船不但具备“联盟”飞船的功能，而且还有轨道舱留轨利用能力。航天员返回地面后，轨道舱还能够留在太空继续运行，完成各种空间科学试验。

　　这一自主创新，大大提高了“神舟”飞船的综合效益。经过十多年的发展，“神舟”飞船日趋完善，不但可以运送航天员和部分有效载荷在天地间往返，还具备了支持空间出舱和交会对接的能力，其基本设计从早期突破技术的阶段一直可以使用到空间站在轨运营甚至更长时间，这就是合理选择技术创新目标带来的好处。

　　自主产品经受住了考验

　　《瞭望东方周刊》： 前面你讲到保证产品质量和可靠性要靠工业基础和大协作。我国的工业基础为载人航天工程提供了什么样的有效支撑?

　　王忠贵： 工业基础体现在设计和制造上，核心是国产化。在重视发展路径自主创新的同时，我们十分重视飞行产品和地面设备国产化工作。事实上，没有关键部件、元器件、大型试验设备的国产化作支撑，重大科技工程就很难谈得上自主。

　　在系统体系设计上，我们把提高国产化水平作为大系统设计中要考虑的重要工作。如即将建成的海南发射场，其信息化网络体系，包括服务器、工作站、路由器、磁盘阵列、操作系统、应用软件等，几千个信息节点，从顶层设计上立足国产化，完全采用国产设备和软件，在国内各主要信息厂商积极参与下，目前已进入竣工验收阶段。

　　在飞行产品研制上，实现特定功能的单机是飞行产品研制的重要环节，其国产化水平十分重要。在交会对接任务中，对接机构和交会对接测量敏感器是关键设备，技术复杂、难度大、可靠性要求高，是引进还是自研，起初意见各异。最后我们统一了意见，决定自主研制，因为只有突破了这两项关键技术，才能说真正突破和掌握了交会对接的关键技术。

　　最终，我们自主研制成功了能够在一两秒内完成几十个联动控制动作的交会对接机构，自主研制成功了满足高精度、轻质量、低功耗，适应严酷工作环境条件的交会对接测量敏感器，确保了首次无人交会对接任务的圆满成功，填补了国内空白，达到了世界先进水平。

　　在地面设备设施上，为了测试交会对接机构，我们建设了大型的六自由度综合试验台。当时俄罗斯专家认为，中国建这个台需要三年，而调试好需要更多时间，认为应该引进。但我们下定决心自己干，联合国内多家单位集智攻关，在设计和工艺上取得了多项创新，在较短时间内建成了被专家评价为世界水平最高的综合试验台。

　　在信息体系建设上，载人航天工程十几万人的研制队伍、上千家参研参试单位、遍布全球和太空的设施设备，相互联系紧密复杂，呈现出鲜明的巨系统特征，研制建设和飞行任务过程中的信息化十分重要。

　　同时，信息技术还提供了工程设计、验证的新手段，通过模拟仿真将大量问题由后验发现改变为先验发现，加深了我们对理论和实践的认识，提高了工程的可靠性和安全性。

　　例如，交会对接任务中，我们和联想集团共建了载人航天总体仿真实验室，对“天宫一号”和“神舟”飞船交会对接的飞行控制，进行了大量的仿真计算和复核。

　　联想提供的国产高性能服务器集群连续进行了长时间高密度的航天动力学计算，工作站网络也同步完成各种参数动态设置和可视化计算等工作，有效地预先验证了设计的正确性和各系统配合的协调性，确保了飞行任务圆满完成。

　　这些年，随着我国工业基础的快速发展，满足要求、可供选择的国产高性能产品越来越丰富，性能优势、服务优势越来越明显。自主产品已在载人航天、探月工程等各种复杂的重大工程中经受了全面考验，能够更大程度地满足航天产业需求。

　　载人航天必然向深空发展

　　《瞭望东方周刊》： 目前很多声音认为，我国也应该学习国外，通过产业化推进科技创新而支持载人航天工程这类高技术项目。你如何看待载人航天的前景和挑战?

　　王忠贵： 据有关资料统计，全球航天产业2013年销售额已达3100亿美元，是10年前的近三倍。其中，在通信广播、地理信息、导航定位等产业方向，航天技术都是相关产业圈的核心，产业化和科技创新形成了良好的互动。

　　与此同时，近年来，传统的航天工业、主要是火箭和航天器制造业，还出现了马斯克这样的新参与者，从资金来源、技术思路、管理模式等方面大胆创新，已经深刻地影响到世界航天的发展和未来走向。

　　目前，载人航天由于门槛比较高，可靠性要求高，体现国家的综合实力，还主要是各国政府主导，同时带动整个航天领域的技术发展。

　　随着航天技术日趋成熟，产业化推进、科技和管理创新，一定会促进载人航天向更高、更远、更经济、更安全、更快速的方向发展。我认为，近地空间服务和应用市场，采用重复使用技术、机器人技术并部分引入一些商业化运营模式，不断降低载人航天活动的成本，已成为载人航天持续发展现实而迫切的需求和主要发展趋势。

　　近地空间载人航天技术日益成熟后，载人航天向深空发展是其必然逻辑和内在规律。国际空间探索协调组发布的全球探索路线图中，提出了以近地空间为基础、火星为终极目标、月球与小行星为过渡性发展目标的目标体系，基本能够代表当前各主要载人航天国家的认识和看法，反映了载人航天发展的整体方向和趋势，载人航天走向深空只是迟早和快慢的问题。

　　党的十八大确立了建设创新型国家的发展目标和创新驱动的发展战略。创新要有需求牵引，要有现实依托。载人航天作为一项具有高度挑战性、创新性、复杂性和辐射性的重大科技工程，整合了科学、技术和工程多重目标，学科覆盖广、合作跨度大，能够为创新提供强烈需求、搭建良好平台。

　　对中国载人航天而言，未来十几年，首要的是依托国家工业科技体系，自主建造好、管理好、运营好空间站这一国家级太空实验室，立足大型在轨平台的综合优势，统筹安排好一批高水平的应用项目，力争获得若干重大原创性科学成果，开展空间新技术试验，研究积累人在空间环境长期健康生活与高效工作的经验。在此基础上，再通盘考虑、统筹部署，综合论证更为长远的载人航天目标。