1克，有多重？

日常生活中的事物可以給出答案：約為一個紐扣、一根塑料吸管，或者一粒花生米的重量。然而，對航空航天領(lǐng)域科技工作者而言，1克重量，或許意味著要用一生去探索。

1克，對動輒以噸計的飛行器，真的那么重要嗎？

提運力、降能耗、減成本，就像錢學森先生曾說過的：“航天器一個零件減少一克重量都是貢獻。”

20多年前，35歲的張衛(wèi)紅辭去國外高校終身教職，重返母校西北工業(yè)大學，投身祖國航空航天事業(yè)。當年的青年學者，如今已近花甲之年，并成為中國科學院院士。張衛(wèi)紅培養(yǎng)的西北工業(yè)大學空天結(jié)構(gòu)技術(shù)創(chuàng)新攻堅團隊，多年來潛心鉆研“飛行器輕量化”，有力支撐了我國空天科技發(fā)展。

他帶領(lǐng)的團隊，更是朝氣蓬勃——187名成員中，80后、90后是絕對主力，35歲以下青年超過90%。所有人，都奔著一件事——“為減輕每一克重量而奮斗”。

一

時光的指針，撥回到1999年。18歲的朱繼宏正讀高三，在保送擇校時，他早就有了主意：“去西工大，當科學家！”

這位朝氣蓬勃、志向遠大的大學生，讓剛回國不久的張衛(wèi)紅頗為欣慰。在他的悉心栽培下，朱繼宏碩士畢業(yè)后赴歐深造，繼續(xù)鉆研航空航天工程，學成回國，加入導師團隊。

一個盛夏傍晚，張衛(wèi)紅接到電話：南方一家研究所研制的某型號飛機，需重新設(shè)計機翼結(jié)構(gòu)。他打量了一圈團隊成員，決定派朱繼宏、谷小軍前去支援。“年輕人嘛，要多鍛煉。大膽試、大膽闖，我對你們有信心！”

那時，朱繼宏是青年教師，剛到而立之年，而谷小軍還在讀碩士研究生，缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗。第一次接到這么重要的任務(wù)，兩個年輕人既興奮又期待，坐著火車一路南下。

南方的盛夏，溽熱難當。因為研究所搬家，臨時辦公室安排在舊倉庫里，頭頂?shù)拇箫L扇吱呀作響，仍然驅(qū)趕不走成群的蚊蟲與滾滾的熱浪。兩人提著行李剛到，顧不上條件簡陋，迅即投入“戰(zhàn)斗”。

“設(shè)計機翼結(jié)構(gòu)，得跨過‘模型處理、網(wǎng)格劃分、載荷評估’這‘三座大山’。”在朱繼宏看來，前期建模尤其難，“就跟蓋房子一樣，要是有一根木樁沒搭好，房子就塌了。”

兩人早出晚歸，忙活了半個多月，卻一直進展不大。深夜，月朗星稀，辦公室旁的小河上映著月光，微風拂過，波光粼粼。“眼看著水面上的月牙‘長’成了滿月，可咱們的設(shè)計任務(wù)什么時候才能完成？”谷小軍耷拉著腦袋，有些泄氣。

朱繼宏也不多言，小聲鼓勵：“咱們再加把勁！”

功夫不負有心人。幾天后，兩個年輕人攻克關(guān)鍵節(jié)點，思路立馬順暢了許多。緊接著又苦戰(zhàn)了兩個月，終于出色地完成了設(shè)計任務(wù)，讓機翼成功減重近百公斤。

從夏到秋，涼意驅(qū)趕了暑熱，谷小軍感覺自己仿佛經(jīng)歷了一場“蛻變”。

在攻堅中接受歷練，團隊里的年輕人，就這樣一步步成長。

一次，某大型運載火箭需要“一箭多星”方案——即設(shè)計一種合適結(jié)構(gòu)，把幾顆衛(wèi)星支起來。張衛(wèi)紅帶領(lǐng)團隊里的年輕人，埋頭設(shè)計了幾個月。

“當時，有幾公斤的重量，怎么也減不下來；幾赫茲的頻率，怎么也提不上去……”參與攻關(guān)的谷小軍記憶猶新。有一天，大伙兒正苦思冥想，有人突然靈光一閃：“誰規(guī)定，衛(wèi)星的位置必須一成不變？要不，咱給衛(wèi)星‘挪挪窩兒’，跟隨結(jié)構(gòu)一起設(shè)計？”

大家都覺得眼前一亮，可以試一試！公式推導、方程求解……一番論證后，衛(wèi)星找到了合適的“新家”。

“重量減了下來，頻率提了上去，整體結(jié)構(gòu)高效順暢！”朱繼宏興奮極了，“這看似簡單的‘協(xié)同優(yōu)化’設(shè)計思路，是在多少個通宵達旦后，才換來的靈光一閃啊。”

如今，朱繼宏已擔任博士研究生導師多年，正為祖國培養(yǎng)更多的青年才俊。谷小軍也已成為副教授，是團隊里的中堅力量。

二

給飛行器“瘦身”，創(chuàng)新設(shè)計是關(guān)鍵，先進制造是保證。團隊里的85后青年科技工作者楊昀，鉆研的正是“把設(shè)計圖紙變成現(xiàn)實”。

“在空天制造領(lǐng)域，零件有兩個特點：輕薄、整體化高。”楊昀介紹，“輕薄自不用說，整體化高可減少連接件的數(shù)量。歸根結(jié)底，都是為了‘減重’考量。”

不過，薄壁整體件制造難度很大——尺寸大、易振動、加工效率低。有一次，一家制造廠加工飛機某零件，因為形狀不規(guī)則，最薄處僅3毫米，一個零件加工下來，用了35天。

“病因”在哪兒？楊昀帶著幾名學生，開始“查體”。“為掌握機床、刀具、原材料等的特性，我們需要采集各類參數(shù)。”楊昀記得，僅機床的參數(shù)，就反復測量了上千次。

3個月后，“藥方”開出——師生新建的力學模型，優(yōu)化了工藝，提高了加工效率。“如今加工零件，只要15天。”楊昀興奮地說。

日常科研，并不總是一帆風順。此前一段“卡殼”的經(jīng)歷，讓楊昀至今難忘。

那是一個航空零件，加工時材料容易變形。團隊里的年輕人反復嘗試，變形誤差范圍仍超出0.1毫米。

這還不算，最讓人頭疼的是——加工零件時，用同一個計算模型、同一套加工參數(shù)、同一套加工工藝，每次的變形幅度都不一樣。

“咋回事兒？”實驗室里，師生面面相覷，百思不得其解。

楊昀決定請教導師張衛(wèi)紅。過了一天，導師打來電話：“你們建的力學模型中，可能有一項參數(shù)并不是固定值。”

一語驚醒夢中人。楊昀帶著學生一一排查，發(fā)現(xiàn)問題可能出在毛坯原材料的參數(shù)上。

“每次加工，都用同一種原料，來自同一個廠家。我們就想當然地以為，這項參數(shù)是固定值。”楊昀解釋道，實際上每批次的毛坯料，力學性能都可能有波動。“于是，我們把固定參數(shù)，替換成了數(shù)值區(qū)間。找準‘病灶’，模型很快得到優(yōu)化。”

這些年來，導師的淵博學識和扎實功底，楊昀已多次領(lǐng)教。最讓他感佩的，是老一輩科研工作者的勤奮敬業(yè)、一絲不茍。

一次，張衛(wèi)紅出差回來，把論文修改意見遞給楊昀——那是航班上的一個清潔袋，上面寫滿了密密麻麻的公式。原來飛機上找不到紙，張衛(wèi)紅便就地取材，出差途中的點滴時光，都不肯浪費。

楊昀也秉承了老師的認真勁兒，他常常和年輕學生們一起做研究，在制造廠里蹲點調(diào)研，在實驗室里忙到深夜。

三

浩瀚蒼穹中，衛(wèi)星的天線與太陽能電池板，猶如一把“傘”，徐徐打開。在奔向遙遠的星辰大海時，“傘”越撐越大。為給衛(wèi)星“瘦身”，這把“大傘”不配備傳統(tǒng)驅(qū)動裝置，僅靠一種智能材料便能自動展開。

這幅圖景，34歲的張亞輝設(shè)想過無數(shù)次。“空天結(jié)構(gòu)團隊”里的這位青年科技工作者，多年來研究“空天智能變體結(jié)構(gòu)”——嘗試在創(chuàng)新設(shè)計、先進制造等“飛行器瘦身攻略”之外，探索一種“更遙遠的未來”。

不用外力，自動變形。什么材料，這么神奇？

“它叫形狀記憶合金，能‘記住’自己原來的模樣。當溫度改變時，它會根據(jù)需求，主動改變形狀與強度。”張亞輝說，“我天天打交道的就是這種合金，知道它剛?cè)岵洃洝骸！?/p>

2021年秋天，張亞輝在《智能材料與結(jié)構(gòu)》選修課上，介紹了這類合金的應用場景。他鼓勵學生大膽設(shè)想：“你們負責設(shè)想，我負責幫你們實現(xiàn)。”

大三學生陳禹丞的“金點子”，讓張亞輝感嘆后生可畏。

“衛(wèi)星的天線或電池板，能否用智能材料，做成扇子形狀？”這個00后小伙子思路活躍，“扇子‘展開比’很大，收起來很小，又輕又方便。”

“在太空展開一把扇子，這個想法很新穎！”得到老師肯定，陳禹丞很受鼓舞，他一頭鉆進實驗室里，查資料、測數(shù)據(jù)、設(shè)計方案……

幾個月的努力，換來了初步方案。方案交給老師后，陳禹丞滿心歡喜。不料張亞輝一針見血地指出：方案“好看”，但不夠?qū)嵱茫吧咸斓臇|西，不能忘記‘輕量化’的初衷，要‘死摳’每一克重量。”

大膽設(shè)想，小心求證，老師的教導，陳禹丞心悅誠服。

又經(jīng)過兩年的探索，陳禹丞的“金點子”邁出了實驗室原理樣機的第一步：這種超輕量化裝置，自主展開近1米時，所用的驅(qū)動材料僅重1.6克，相關(guān)專利申請已被授權(quán)。新的學期，陳禹丞繼續(xù)攻讀碩士學位。朝氣蓬勃的“空天結(jié)構(gòu)團隊”里，又多了一名00后青年才俊。

自2008年進入西北工業(yè)大學后，張亞輝15年來潛心科研，記錄實驗數(shù)據(jù)的電腦文件越來越多。

就像數(shù)據(jù)的點滴聚壘，“空天結(jié)構(gòu)團隊”里，每一位成員用科研熱情聚壘成了靚麗的“青春圖景”。這些年來，團隊先后獲得國家自然科學獎、國家技術(shù)發(fā)明獎，今年還獲評“中國青年五四獎?wù)录w”。

夢，在云霄之上，在星辰大海。“輕量化，是飛行器永恒的追求”，“空天結(jié)構(gòu)團隊”逐夢的步伐，將永不停歇……