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“一竿子插到底”的创新模式,《产品创新要素谈4》

已有 811 次阅读 2026-5-8 19:10 |系统分类:生活其它

 1952年,中国科学院长春光机所成立,当时叫中国科学院仪器馆。后来合并了机械研究所,叫中国科学院长春光学精密机械研究所。后来又合并了长春物理所,名称就成了现在这个样子:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,简称(中国科学院)长春光机所。

长春光机所的创始人王大珩,一个苏州人,背着1400万斤小米来到东北,画了一个圈,建立了中国的光学帝国。这是一个极讲政治的老人,著名的重视基础研究的863计划是其提出的(执笔并联合了其他三位),强调的是满足国家需求,完成政治任务。

长春光机所的创新理念就是“一竿子插到底”,理论创新、技术革新、产业实现、商业运作全部都在这个筐里。

讲个历史故事。1958年,汤斯提出第一个激光器的概念,预言了激光的可行性。这是一位战时做雷达的人,对微波谐振腔特别熟悉,战后利用军方庞大的资源建立了光束谐振放大的理念,写过一本普及读物《创造波浪》详细讲述了那段历史。

1960年,梅曼在美国贝尔实验室制造出世界上第一台激光器。红宝石激光器。听到这个消息,长春光机所便决定了要制造我们自己的红宝石激光器。但当时,我们与外界基本上没有联系,加之工业基础薄弱,国内能够提供的现成材料很少。因而理论研究和工程实现都面临着极大的困难。

长春光机所在红宝石激光器的研制工作中进行了3处结构上的技术创新,分别是直管状脉冲氙灯、球形成像照明器以及内有聚焦装置的谐振腔。这些创新使我国研发的红宝石激光器比美国那台效率更高,相关工艺在此后的激光领域沿用了几十年。

首先是直管状脉冲氙灯设计。梅曼制造的红宝石激光器使用的是螺旋状氙灯,在重新设计时根据所掌握的光学规律对氙灯进行了改进。在氙灯的制作过程中,科研人员还遇到了氙灯钨极与石英间的封接难题。技术工人凭借高超的技巧吹制了20多种过渡玻璃,完成对高功率石英管壁钨电极脉冲氙灯的封接,其创立的工艺被国内激光领域沿用几十年。还有球形成像照明器。当时,国外采用的是椭圆漫射照明器,这是基础研究的人想当然了。最后是内有聚焦装置的谐振腔,这是针对国产红宝石晶体的缺陷进行的创新。长春光机所将宝石加工成两面不平行的不规则形状,并用冷阴极溅射法使宝石棒一端全镀银,使得自身就带有谐振腔的功能。19619月,中国第一台红宝石激光器诞生并成功实现激光输出。

这个创新的模式基本上与贝尔实验室相仿,有物理人员、光学设计人员、光学制造人员,特别的,有技术工人。当我们落实标准化工作的时候就有老院士说,为什么要画标准的图纸,当年我就是守在机床旁,同工人一起商量才做出第一台光谱仪的。哈。

为什么没有实现商业运作,这是与当时的国家政策有关,当时的社会分工十分明确。但这种以国家利益为重的理念,从材料开始制作的思路,形成自己的产品链路的思想十分坚定。

第二个案例就是碳化硅材料。碳化硅材料算是人工材料,自然界中基本没有(陨石中有),最初也尝试用在半导体材料上做检波器,但其具有刚比度高的物理特性,适用于做磨料,后来人们才发现是一款适用于做光学反射镜的材料。

在光学仪器中,口径与分辨率是一个直接相关的参数,若想看的远、看的准那就口径越大越好,现在地面的光学系统最大口径一般是米级,因为有大气气流的影响,普通望远镜口径做到米级就足够了,如果采用手段抑制大气气流的影响,那么口径就可以做的更大一些,现在地面上最大口径的望远镜做到了十米量级,计划中有望远镜做到了三十米(采用拼接方式)。而太空中一般是要做到四米,这是受火箭口径限制的缘故,若是想突破四米就得在太空中拼接。

传统的光学材料自然都是玻璃了,但玻璃的比刚度差,也就是俗语中“软”。这种“软”在地面上相对比较好处理,但在太空失重状态下就变得有此棘手了。因而在上世纪末开始,长春光机所便开始了大口径碳化硅反射镜材料的研制工作。若是问长春光机所是做光学仪器的,做材料有什么样的基础,这还是回到那句立所之本的话,“一竿子插到底”。上个世纪的长春光机所什么行业都有:因为要做精密仪器,所以有做齿轮的,还出过院士;因为需要做光谱仪,所以自己刻光栅,还做过中国第一台(至第六台)光栅刻划机;因为要照相,所以有做感光材料的直至胶片的。至于机械加工、光学加工、光学玻璃(中国第一炉光学玻璃)这种大路货更是不在话下,甚至为了保证材料供应还有过铸造厂。

总之,因为国家需要四米口径的光学望远镜,长春光机所下决心组织力量干,组成了以物理学(材料学)为主体的人员队伍。在这种政治领先、执行命令的研究所,不愿干也得干,好在最终试制成功,从一米、二米直到现在的四米,其中的辛酸不愿与人道。但他们解决了物理问题、搞掂了工艺问题、落实了条件建设、甚至指导设计了烧结炉,成了热工专家。现在我们不论在轨还是地面,只要是望远镜需要,各种尺寸与要求的碳化硅光学反射镜材料都不是问题了。

当碳化硅技术实现突破之后,这就要研究规模化生产的问题了,现在米级的规模化生产已经完全成熟,这伙人便去开办了创业公司(精瓷公司),学习企业化管理、商业开发、资本运作,一字排开十几个炉子同时烧结,又适逢半导体工业对碳化硅结构件的需求(做各种平台需要),自然是工艺越来越稳定、产品越来越成熟、贡献也越来越大。

长春光机所的创新模式和贝尔的创新模式在本质上相同的,那就是各色人等都要参与,这里分不清什么是基础研究、应用研究、材料研究、工艺研究,甚至市场开拓、资本运作。人们在这个世界上所面临的问题是不分基础还是应用的,只区分问题是解决了还是未解决的。

但两者还是有差别的,那就是贝尔是将各色人等都组织在一起,这是一种横向模式,而长春光机所是这一帮人从头做到尾。前者的好处是同时开发,并肩前进,缺点是各方面都如此突出的人材难找;后者的好处是在批量生产和和商业开发过程中遇到的产品质量问题以及市场新需求可以快速反应,解决问题。一个没有技术开发能力的队伍是难以完成产品规模化实现的。

创新不是一个可预测过程,创新是一个不确定性下的决策问题。这是一个反复迭代的过程,不是一个模型所以解决的,局部最优不是全部最优创新,这也说明是一个无法通过大数据学习而能得到的过程。

“成果转化”假设科研可以“先出成果”,然后再考虑“怎么用”。而真实世界的创新逻辑恰恰相反:真正具有产业竞争力的技术,往往从研发之初就与市场需求深度耦合。科技创新不是“做完再送”,而是“边做边验、边选边用”。“成果转化”一词的流行,恰恰证明了我们的创新体系在起点处就与创新规律发生了偏离。

这个问题讲完了,或许有人会问空间望远镜听说过6.5米的呀?是的,那是韦伯,它是在太空中展开的,用的材料是铍,是红外望远镜。这是长春光机所下一代的反射镜材料,铍具有更高的刚度比,比重更轻。毛病是对可见光不友好(对红外光友好),主要是有毒。再者你可能还听说过地面上的天坑,说有五百多米呢。是的,那是射电望远镜,离前面所说的望远镜差的就更远了。



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