我爱发明 | 科技新突破

     本期节目将向各位观众介绍三个高科技发明项目，并且这三个发明项目都是首届军民两用技术创新应用大赛的获奖作品。

第一个项目是高温超导带材。

超导材料是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。人类发现超导材料已经一百多年的时间，但因为这种材料制造极为困难，因此造价高昂 。只在电子对撞机、等离子加速器，可控核聚变等大科学装置上使用。

1995年蔡传兵考入中国科学院上海冶金所学习超导材料相关专业 1998年起蔡传兵赴日本、英国、德国深入的研究了超导材料的制备技术  。  2005年蔡传兵回国，在上海大学成立超导与应用研究中心。

从研究中心一成立他就将科研工作的重点转向了，超导材料的规模化生产中来。当时他们首先要解决的问题，是超导材料的成分问题，他们经过不断试验，终于确定下来采用钇钡铜氧化物材料，他们经过论证发现这种材料不但各项物理性能优异，并且生产加工过程比较简便。

第二步他们确定采用化学法生产超导带材，也就是直接把超导材料溶液涂覆到基带上，这种方式不但生产速度快，并且可以对超导材料百分之百利用不会浪费。

第三步，他们又对材料的烧结工艺进行改进，确定了合理的加热时间和加热温度。  最终在2006年­制作出了厘米级的超导带材样品。

作为一个大学教授，研制出厘米级短样就已经足够他写论文，完成科研任务了。但蔡传兵有更宏大的理想——要让超导材料实现工业化生产。

2010年蔡传兵团队制作出了百米级高温超导带材。然后凭借此成果获得上海市的专项扶持资金，但如果想进行工业化生产，资金缺口仍然很巨大，此时上海市相关部门建议他们展开展开校企合作解决资金和产业化问题，于是蔡传兵找到自己中科院时的老同学薛华实，经过多次的探讨和交流，薛华实决定投资这个项目。

薛华实的资金到位后，研发的速度明显加快。蔡传兵带领研发人员，攻克了化学法制作千米级带材的最大难题——超导材料涂覆后的快速干燥工艺，从而大大提高了成品的合格率。

2013年时间他们组建好了中国第一条，世界第二条千米级带材生产线。解决了我国超导材料大规模生产的问题。

并且他们生产的带材，采用化学法工艺进行制造。不但保证了超导带材的载流能力，而且大大降低高温超导材料的生产成本。使高温超导材料不仅仅应用于可控核聚变，正负电子对撞击，重离子加速器等大科学装置，还能推广到电力传输、高端医疗设备制造、超导磁悬浮高铁等多个行业，从而极大的推动相关行业的发展。

第二个发明项目是船用减摇陀螺。

船舶在波浪的作用下必然会发生摇摆，这不但会造成晕船，还会对船舶航行带来危险，甚至威胁船上人员的生命安全。虽然在大型船舶中有减摇水仓、减摇鳍等装置，但减摇水仓体积巨大无法在小型船艇上应用。而减摇鳍不但无法不能零航速减摇，并且也要占用很大的船内空间。因此在使用上有很大的局限性，不适合小型船艇使用。

那么小型船艇如何减摇呢？针对这一问题，上海航天技术研究院第803所，准备以他们生产的航天控制力矩陀螺，为基础研制一种船用减摇陀螺。

这个任务被分配给了李佳亮团队。这个团队几位成员都是80后，他们是整个研究院中最年轻的一个团队。别看他们年纪不大，但是他们的工作经历可不简单。因为这个团队有多年研制航天控制力矩陀螺的经验。

航天控制力矩陀螺是一种用于控制航天器姿态的执行机构，它具有一个高速转子，通过改变转子角动量方向，实现对航天器姿态的控制。他们借用航天控制力矩陀螺的原理，结合水动力学，研制出我国第一台船用减摇陀螺。

经过在阳澄湖的实际试验，可以将原本摇晃达11度的船体，减摇到3度左右。从而大大提高了船舶的舒适性和安全性。

第三个发明项目是潍柴自主ECU系统。

随着机动车数量的增长，机动车尾气污染已经成为严重的环境的问题。

尤其是柴油车尾气，其中含有大量的氮 氧化物和可吸入颗粒物，不但危害人体健康，还成为了雾霾的重要成因之一。2006年国家为了控制柴油车尾气污染，公布了国三排放标准，要求自2008年起生产的所有柴油车必须按照标准大幅降低有害物质排放。

而要满足国三标准就必须要让发动机变得更智能，使发动机能够根据车辆的行驶状况，自主选择合理的燃烧循环，从而满足排放标准。而发动机智能化的核心就是被称为发动机的大脑——ECU装置。而当时ECU技术完全掌握在外国厂商手中，国内是一片空白。为了解决这一问题,2006年潍柴集团柴油机电控系统开发部门建立。

不久后两支年轻的团队组建起来。由刘兴义带领的团队负责ECU控制软件的开发 ，由秦涛带领的团队负责将软件和硬件进行集成，两个团队相互配合，既要保证ECU适应恶劣的使用环境，还要满足严苛的国三排放标准，技术上的难度本来就很高。但更为紧迫的是，国三标准实行在即，必须在不到两年的时间里拿不出合格的ECU。因此他们加班加点，仅用半年的就研制出了样机。

并将样机安装在了用于发动机测试的试车台。结果发动机一次性顺利的点火成功，标志着我国柴油机进入电控时代。

之后他们又将ECU装进环境试验舱进行测试。在温度试验舱中，ECU经受了超过100度的高温和低于零下40度的低温考验。比高低温试验更艰难的是温度冲击试验，ECU在高温区和低温区之间来回移动，短短三秒钟之间就要经受近150度的温差，这个试验的难度可想而知。好在这部 ECU经受住了考验。但这还不算完，ECU又经受了沙尘暴一般的风沙测试和高压水冲击的淋水测试，都完好无损。

他们又进行了长达半年的台架试验，并根据出现的问题不断进行调整，使这套ECU不断完善。终于达到装车标准，并迎来了终极大考——三高试验。­

三高试验是对车辆动力系统在极限环境中的适应性检验。­其中高温试验在夏季的吐鲁番进行，极限温度近50摄氏度。高原试验在海拔近5000米的昆仑山口进行，此地的含氧量不到内地的一半，会使燃烧不充分，这就需要ECU有特殊的应对策略，保证发动机正常运转。高寒试验在冬季的黑河进行，此时气温最低可以达到零下40度，ECU能否在极寒工况下控制发动机正常运行，能否保证理想的燃烧循环从而降低污染物排放 ，完成每一项要求都有极高难度。最终试验车顺利回到厂区，各项成绩都十分优秀。

 自主ECU系统获得圆满成功。

我爱发明

《科技新突破1》

播出时间：

11月4日 18：58

监制/张广义  主编/刘铭 黄丽君

编辑/石岩 唐北子 李亦玄（实习）