當(dāng)前觀察：上海率先設(shè)立“基礎(chǔ)研究特區(qū)”，力爭(zhēng)產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)成果

以“特區(qū)計(jì)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(zhēng)產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)成果

■本報(bào)記者 俞陶然

【資料圖】

研發(fā)一款光帆飛行器，用高能激光推動(dòng)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(yáng)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(gè)構(gòu)想，是不是頗有科幻色彩？復(fù)旦大學(xué)航空航天系教授徐凡從中發(fā)掘出一個(gè)科研項(xiàng)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(jì)劃，獲得市科委200萬(wàn)元資助。

近日，徐凡課題組的研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》，并被《自然》雜志“研究亮點(diǎn)”欄目報(bào)道。“科幻”研究為何能產(chǎn)出國(guó)際頂級(jí)科技期刊青睞的成果？上海在全國(guó)首創(chuàng)的“基礎(chǔ)研究特區(qū)”起到了伯樂作用。

鼓勵(lì)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(dòng)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(guó)率先設(shè)立這類特區(qū)，旨在選擇基礎(chǔ)研究?jī)?yōu)勢(shì)突出的高校和科研院所，面向重點(diǎn)領(lǐng)域和重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)給予長(zhǎng)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(dòng)科研組織模式和管理體制機(jī)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(jī)構(gòu)自由選題、自行組織、自主使用經(jīng)費(fèi)。

上海首批“基礎(chǔ)研究特區(qū)”有3個(gè)——復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海分院。市政府每年向每個(gè)特區(qū)投入2000萬(wàn)元，持續(xù)5年；三家單位以不少于1∶1的經(jīng)費(fèi)比例共同投入。特區(qū)實(shí)行“區(qū)長(zhǎng)”負(fù)責(zé)制，擁有充分自主權(quán)，復(fù)旦大學(xué)校長(zhǎng)金力、上海交大校長(zhǎng)丁奎嶺、中科院上海分院院長(zhǎng)胡金波分別擔(dān)任三個(gè)特區(qū)的“區(qū)長(zhǎng)”。據(jù)悉，上海市第二批“基礎(chǔ)研究特區(qū)”計(jì)劃已啟動(dòng)，同濟(jì)大學(xué)、華東師范大學(xué)、華東理工大學(xué)成為特區(qū)，每家單位每年將獲得1000萬(wàn)元資助，持續(xù)5年。這6個(gè)“基礎(chǔ)研究特區(qū)”都面向世界科技前沿或國(guó)家重大需求，根據(jù)自身學(xué)科優(yōu)勢(shì)遴選項(xiàng)目，探索更適合基礎(chǔ)研究特點(diǎn)的管理制度，力爭(zhēng)產(chǎn)出一批重大原創(chuàng)成果。

“特區(qū)計(jì)劃啟動(dòng)后，我校的支持對(duì)象是45歲以下、需要大力支持的青年科研人員。首批17個(gè)項(xiàng)目獲得資助，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人平均年齡為37歲。”復(fù)旦大學(xué)科研院基礎(chǔ)研究處處長(zhǎng)王浩說，“去年底，我們啟動(dòng)了第二批項(xiàng)目申報(bào)，針對(duì)交叉類項(xiàng)目新增了雙負(fù)責(zé)人制這一支持模式，鼓勵(lì)不同學(xué)科方向的青年科研人員深入合作，開拓科學(xué)前沿。”

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

失敗風(fēng)險(xiǎn)高也能獲充裕經(jīng)費(fèi)

“85后”教授徐凡就是一位享受到改革紅利的科學(xué)家，他申報(bào)的課題入選了復(fù)旦“基礎(chǔ)研究特區(qū)”首批項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目源自物理學(xué)家霍金提出的“突破攝星”計(jì)劃——研制一款帶有光帆的微型飛行器，讓數(shù)千個(gè)飛行器進(jìn)入太空并展開光帆，再用地球上發(fā)射的激光推動(dòng)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(cè)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(xué)》的一篇社論分析了“突破攝星”計(jì)劃的可行性，對(duì)此很感興趣。在做了一些理論計(jì)算后，他覺得霍金的想法是有可能實(shí)現(xiàn)的，前提是研制出具有極限性能的光帆。作為薄膜力學(xué)專家，他知道光帆薄膜易起皺，會(huì)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?yàn)椤巴黄茢z星”非常前沿，爭(zhēng)議性也很大，徐凡就沒有研究下去。“基礎(chǔ)研究特區(qū)”計(jì)劃在復(fù)旦啟動(dòng)后，他得知這項(xiàng)計(jì)劃鼓勵(lì)青年科研人員勇闖“無人區(qū)”，失敗風(fēng)險(xiǎn)高的項(xiàng)目也可能入選，就申報(bào)了這個(gè)項(xiàng)目。 經(jīng)過函評(píng)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(xiàng)。

“這是我拿到的經(jīng)費(fèi)最多的單項(xiàng)項(xiàng)目，市科委給了200萬(wàn)元，復(fù)旦也有共同投入。”徐凡告訴記者。特區(qū)項(xiàng)目的資源投入還可以在中期檢查時(shí)，根據(jù)執(zhí)行情況靈活調(diào)整，他希望屆時(shí)獲得更多的經(jīng)費(fèi)支持。

在政府和高校長(zhǎng)期、穩(wěn)定的支持下，徐凡已取得不少進(jìn)展。在實(shí)驗(yàn)室，記者看到一臺(tái)基于卡文迪許扭秤的激光帆姿態(tài)測(cè)量裝置，裝置里有一片小型液晶薄膜光帆，在激光照射下會(huì)旋轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角的實(shí)驗(yàn)值與理論預(yù)測(cè)吻合。課題組已為這種裝置申請(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利。

在電腦上，徐凡演示了光帆展開動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，只見一張折疊成X形的光帆徐徐打開，與美國(guó)“光帆2號(hào)”飛行器的光帆展開過程基本一致。據(jù)介紹，“光帆2號(hào)”以太陽(yáng)光為動(dòng)力，2019年在太空實(shí)現(xiàn)了光驅(qū)動(dòng)變軌。激光帆則是以激光為動(dòng)力，技術(shù)難度更大，速度也比太陽(yáng)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(xiàng)目看似天馬行空，其實(shí)也有短期內(nèi)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的潛在價(jià)值。去年10月，徐凡課題組與清華大學(xué)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(jì)算科學(xué)》。他們觀察到，因存放時(shí)間較長(zhǎng)而失水的百香果表面會(huì)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(shí)驗(yàn)顯示，這種包裹硅膠的軟抓手能抓取堅(jiān)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(rèn)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(guó)國(guó)家航空航天局估計(jì)，大約有100萬(wàn)塊微小碎片在繞地球運(yùn)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(qǐng)了中國(guó)發(fā)明專利，希望盡早實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

“這就是基礎(chǔ)研究的價(jià)值。”徐凡感慨道，“基礎(chǔ)研究有‘無用之大用’，雖然實(shí)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)。”

這位曾留學(xué)法國(guó)的科學(xué)家說，法國(guó)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(xué)家。另一方面，法國(guó)的航空、核電等先進(jìn)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(guó)近年來越來越重視基礎(chǔ)研究，上海“基礎(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?qǐng)?bào)）

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