以“特區(qū)計劃”支持“無用之大用”

上海率先設(shè)立“基礎(chǔ)研究特區(qū)”，力爭產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)成果

■本報記者 俞陶然

研發(fā)一款光帆飛行器，用高能激光推動100納米厚、展開后約10平方米的光帆，將飛行器加速到光速的20%，飛往離太陽系最近的恒星系統(tǒng)——科幻小說里“三體人的故鄉(xiāng)”半人馬座α星。這個構(gòu)想，是不是頗有科幻色彩？復(fù)旦大學航空航天系教授徐凡從中發(fā)掘出一個科研項目，名為“宇航光帆薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與智能調(diào)控”。2021年，它入選了上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃，獲得市科委200萬元資助。

近日，徐凡課題組的研究成果發(fā)表于《物理評論快報》，并被《自然》雜志“研究亮點”欄目報道?！翱苹谩毖芯繛楹文墚a(chǎn)出國際頂級科技期刊青睞的成果？上海在全國首創(chuàng)的“基礎(chǔ)研究特區(qū)”起到了伯樂作用。

鼓勵青年人才投身原創(chuàng)研究

“基礎(chǔ)研究特區(qū)”設(shè)立于2021年，是上海市政府《關(guān)于加快推動基礎(chǔ)研究高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》推出的創(chuàng)新舉措。在全國率先設(shè)立這類特區(qū)，旨在選擇基礎(chǔ)研究優(yōu)勢突出的高校和科研院所，面向重點領(lǐng)域和重點團隊給予長期、穩(wěn)定的支持，引導(dǎo)科研人員心無旁騖地從事前沿探索。為了推動科研組織模式和管理體制機制改革，市科委賦予“基礎(chǔ)研究特區(qū)”充分的科研自主權(quán)，支持機構(gòu)自由選題、自行組織、自主使用經(jīng)費。

上海首批“基礎(chǔ)研究特區(qū)”有3個——復(fù)旦大學、上海交通大學、中國科學院上海分院。市政府每年向每個特區(qū)投入2000萬元，持續(xù)5年；三家單位以不少于1∶1的經(jīng)費比例共同投入。特區(qū)實行“區(qū)長”負責制，擁有充分自主權(quán)，復(fù)旦大學校長金力、上海交大校長丁奎嶺、中科院上海分院院長胡金波分別擔任三個特區(qū)的“區(qū)長”。據(jù)悉，上海市第二批“基礎(chǔ)研究特區(qū)”計劃已啟動，同濟大學、華東師范大學、華東理工大學成為特區(qū)，每家單位每年將獲得1000萬元資助，持續(xù)5年。這6個“基礎(chǔ)研究特區(qū)”都面向世界科技前沿或國家重大需求，根據(jù)自身學科優(yōu)勢遴選項目，探索更適合基礎(chǔ)研究特點的管理制度，力爭產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)成果。

“特區(qū)計劃啟動后，我校的支持對象是45歲以下、需要大力支持的青年科研人員。首批17個項目獲得資助，項目負責人平均年齡為37歲?！睆?fù)旦大學科研院基礎(chǔ)研究處處長王浩說，“去年底，我們啟動了第二批項目申報，針對交叉類項目新增了雙負責人制這一支持模式，鼓勵不同學科方向的青年科研人員深入合作，開拓科學前沿?！?/p>

市科委基礎(chǔ)研究處介紹，特區(qū)計劃統(tǒng)籌部署重大科技問題帶動與好奇心驅(qū)動的基礎(chǔ)研究，力爭培育更多“從0到1”的原創(chuàng)成果。由于鼓勵青年人才投身創(chuàng)新性強、不確定性大的研究，一批在傳統(tǒng)的政府科技計劃中很難立項的課題，通過特區(qū)計劃獲得了數(shù)百萬元資助。

失敗風險高也能獲充裕經(jīng)費

“85后”教授徐凡就是一位享受到改革紅利的科學家，他申報的課題入選了復(fù)旦“基礎(chǔ)研究特區(qū)”首批項目。這個項目源自物理學家霍金提出的“突破攝星”計劃——研制一款帶有光帆的微型飛行器，讓數(shù)千個飛行器進入太空并展開光帆，再用地球上發(fā)射的激光推動光帆，把它們加速到光速的20%，飛往4.24光年外的半人馬座α星，探測那里是否有可容納生命的類地行星。

2018年，徐凡看到《自然·材料學》的一篇社論分析了“突破攝星”計劃的可行性，對此很感興趣。在做了一些理論計算后，他覺得霍金的想法是有可能實現(xiàn)的，前提是研制出具有極限性能的光帆。作為薄膜力學專家，他知道光帆薄膜易起皺，會導(dǎo)致激光反射方向不規(guī)則變化，使飛行器偏離航線。如何提升膜結(jié)構(gòu)光帆的形面平整性和穩(wěn)定性，是一大挑戰(zhàn)。

雖然很感興趣，但因為“突破攝星”非常前沿，爭議性也很大，徐凡就沒有研究下去?！盎A(chǔ)研究特區(qū)”計劃在復(fù)旦啟動后，他得知這項計劃鼓勵青年科研人員勇闖“無人區(qū)”，失敗風險高的項目也可能入選，就申報了這個項目。 經(jīng)過函評和答辯，“宇航光帆薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與智能調(diào)控”成功立項。

“這是我拿到的經(jīng)費最多的單項項目，市科委給了200萬元，復(fù)旦也有共同投入。”徐凡告訴記者。特區(qū)項目的資源投入還可以在中期檢查時，根據(jù)執(zhí)行情況靈活調(diào)整，他希望屆時獲得更多的經(jīng)費支持。

在政府和高校長期、穩(wěn)定的支持下，徐凡已取得不少進展。在實驗室，記者看到一臺基于卡文迪許扭秤的激光帆姿態(tài)測量裝置，裝置里有一片小型液晶薄膜光帆，在激光照射下會旋轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角的實驗值與理論預(yù)測吻合。課題組已為這種裝置申請了中國發(fā)明專利。

在電腦上，徐凡演示了光帆展開動力學計算結(jié)果，只見一張折疊成X形的光帆徐徐打開，與美國“光帆2號”飛行器的光帆展開過程基本一致。據(jù)介紹，“光帆2號”以太陽光為動力，2019年在太空實現(xiàn)了光驅(qū)動變軌。激光帆則是以激光為動力，技術(shù)難度更大，速度也比太陽光帆飛行器快得多。

“無用之大用”催生智能抓手

“基礎(chǔ)研究特區(qū)”項目看似天馬行空，其實也有短期內(nèi)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的潛在價值。去年10月，徐凡課題組與清華大學教授馮西橋合作研究的成果以封面文章形式，發(fā)表于《自然·計算科學》。他們觀察到，因存放時間較長而失水的百香果表面會出現(xiàn)復(fù)雜的褶皺形貌演化。受此啟發(fā)，他們發(fā)明了一種基于手性形貌的自適應(yīng)曲面軟抓手。實驗顯示，這種包裹硅膠的軟抓手能抓取堅果、石頭、玻璃碎片等各種形狀和材料的物體，頗為神奇。

徐凡與哈工大專家討論后認為，智能抓手可用于清除太空垃圾，防止它們損壞航天器。美國國家航空航天局估計，大約有100萬塊微小碎片在繞地球運行。又輕又小的光帆飛行器如果被碎片擊中，就無法完成星際航行，所以有安裝智能抓手的需求。這種抓手也可用于其他航天器以及礦井、深海等極端工況環(huán)境，以清除或篩選各種顆粒物。徐凡課題組為它申請了中國發(fā)明專利，希望盡早實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

“這就是基礎(chǔ)研究的價值?！毙旆哺锌溃盎A(chǔ)研究有‘無用之大用’，雖然實用性比不上應(yīng)用研究，但可以成為很多技術(shù)發(fā)明的基礎(chǔ)?！?/p>

這位曾留學法國的科學家說，法國人有重視基礎(chǔ)研究的文化傳統(tǒng)，歷史上出現(xiàn)過很多大科學家。另一方面，法國的航空、核電等先進制造業(yè)也是世界一流，這與他們重視基礎(chǔ)研究有密切關(guān)系。令他欣喜的是，中國近年來越來越重視基礎(chǔ)研究，上?！盎A(chǔ)研究特區(qū)”的設(shè)立，就體現(xiàn)了政府的高度重視和改革作為。

（來源：解放日報）

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