此次“神七”问天，清华大学有不少院系参与了其中各环节的科研项目，为中国航天事业的进步做出了自己的贡献。本刊特意走访了其中几个参与“神七”科研协作的项目组，为您讲述“神七”背后一个个“清华制造”的小故事。
神奇的OLED显示器
本刊记者 关悦
前所未有的宇航服显示器
当“神七”航天员翟志刚在太空中“漂”出舱门的那一刻，电视机前的我们都禁不住紧张又兴奋。在神奇的太空世界，究竟会是怎样的感觉？
从打开舱门的那一刻起，可以说宇航员的生命系统就全靠舱外航天服来保护和维系了。那么，航天员又是如何得知航天服的实时状态，并据此做出调整的呢？如果你看得够仔细，你会在直播屏幕上看到航天员的胸前有一块闪着绿光的小屏幕。这，就是用以显示舱外航天服状态数据的OLED显示器。
OLED（Organic Light Emitting Display），即有机发光显示器，是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件。在此次“神七”之前，航天服采用的多是液晶显示器，效果并不是十分理想。与之相比，OLED显示器则具有明显的优点：主动发光、更薄、更轻、亮度高、耐低温、抗震性强，等等。
早在1996年，清华大学由化学系邱勇教授领导的OLED项目组便已开始了相关研究。2004年，当舱外航天服项目组看到清华OLED项目的相关报道，便主动找上门来，并很快签订了合作协议。
“其实他们当初对我们能否完成任务还是有些疑问的”，邱勇教授说。“因为太空里的要求非常苛刻。而我们之前进行的相关研究并没有考虑强光、低温、震动、挤压、失重等特殊情况。”
经过大量研究实验，OLED项目组最终克服了重重难关。“神七”飞行任务圆满完成后，舱外航天服总负责人对清华研制的OLED显示屏予以高度评价，俄罗斯相关专家也对之表现出浓厚兴趣。在全世界，中国成为第一个成功将OLED技术应用到太空中的国家。
平衡好基础研究与应用研究的关系
“清华一直提倡要‘顶天立地’，即一手要抓学术水平，另一手要解决国家应用需求的问题。我们这个项目正好遇到了这样一个将科学研究成果化、满足国家重大需求的机会。”邱勇教授说。
OLED是清华重点项目，从“985”一期工程就已开始立项。经过十几年的研究积累，在材料、显示屏和驱动电路等方面已建立起了完整的研究开发体系，取得了重大科研进展。但在接受舱外航天服显示器任务的最初，大家还是感到十分棘手。“因为航天标准是我们之前不熟悉的，而且极其严格，所以实验过程中经常碰到问题，比如显示屏在某种特殊实验条件下无法显示了，等等。这个时候我们压力还是很大的。”
进行太空OLED研制的四年里，整个技术团队一直是有问题随时到现场。最后几个月，主要技术人员更是手机24小时开机随时待命。出于保密要求，在“神七”发射前，整个项目研制一直秘而不宣，直到在电视直播中看到“神七”顺利达成任务，项目组成员才松了一口气。
“要‘顶天立地’，就必须要处理好基础研究与应用研究的关系。前沿研究领域往往是交叉学科，同时也往往面临解决重大基础研究问题和重大应用技术问题的双重任务。”邱勇教授说。“这两者其实是可以平衡好的，虽然有难度。”
“梦幻显示器”前景广阔 2008年，对清华OLED项目可谓喜讯不断。继9月OLED成功应用于“神七”舱外航天服后，10月8日，由清华技术入股的维信诺公司在½苏昆山举行了OLED大规模生产线投产仪式。作为中国大陆第一条大规模OLED生产线，其产能将达到年产OLED显示器1200万支。
作为公司首席科学家，邱勇教授同时还担任着国家“十一五”863重大项目——“新型平板显示技术”总体专家组组长的重任。他预测，OLED显示器的产业化时代即将到来。“平板显示器的应用领域包括手机、电脑、电视等等，非常广泛。虽然我们国家在这方面研究起步较晚，但一旦大规模生产的技术实现突破，将拥有极其广阔的市场前景。”
邱勇教授介绍：与现在的液晶显示器相比，OLED显示屏的厚度可以做到仅有2毫米，响应速度却可以快1000倍以上，色彩也更加鲜艳逼真。目前，OLED显示器还只能用于手机、MP3、MP4、音响、仪器仪表等中小尺寸显示领域；下一步，由其带领的技术研发团队将继续进行技术攻关，研发大尺寸的OLED显示器、柔性显示器和OLED照明技术，并尽快应用于电脑、电视等大尺寸显示领域及照明领域。
在不久的将来，我们使用的手机、mp3、计算机等，都将有望用上和“神七”航天服同样的显示屏。甚至将彩电卷起来，将电脑缝在衣服上，这样的“天方夜谭”也可能变成现实。这种有“梦幻般的显示技术”之称的OLED显示器，将离我们不再遥远。
生物菌种的太空之旅 本刊记者 李彦
生物菌种遨游太空缘起
承担着神舟七号载人飞船发射任务的航天五院同时也在致力于航天生物产业的发展研究，但是鉴于开拓更多合作的重要性，在距离“神七”发射还有四个月时，航天五院与清华大学接洽，希望能够合作扩大研究的微生物菌种。接到消息后，生物系陈国强老师、王洪钟老师、化工系邢新会老师牵头，学校几个相关实验室的老师共同讨论决定，精心选择培育一些菌种，搭载“神七”飞上太空，去看看太空诱变的效果如何。
此次随“神七”飞入太空的生物菌种有可用于生物可降解材料、生物燃料、医药和食品生产等方面的8类工业用生物菌。这些菌类在地面的产量大多较低，陈国强等几位老师希望通过太空诱变能把产量提高上去。就这样，经过三个多月的精心准备，这些菌种搭载“神七”飞入了茫茫太空。
生物诱变与复原
“神七”顺利返回之后，这些“神七”的特殊旅客在茫茫太空究竟经历了什么样的奇妙旅程？这是包括研究人员在内的很多人都无比好奇的。
“微生物诱变的方法有化学诱变、物理诱变、生物诱变等多种。化学诱变是用一些化学药剂来处理微生物，物理诱变是用室外照射、太空的宇宙射线比如α、β、γ射线等等照射，这些方法共同的作用机理都是使其DNA发生变化，继而使其生态、生理发生变化，在统计学上有可能会产生比较好的性状上的改进。”
此次升空的生物菌种，虽然由于太空仓屏蔽掉了大部分宇宙射线，生物菌种被宇宙射线照射到的几率并不高，但令人惊喜的是，这8种生物菌种中有6种发生了比较大的诱变，其诱变率从15％～70％不等，只有两个没有发生可见的变化。
不过遗憾的是，就好像人受伤会自动痊愈一样，微生物也会自动修复。返回地面一段时间之后，这些微生物中产生诱变的部分也如伤口慢慢愈合般修复了自己的变化。对此，陈老师解释说：“因为之前我们从来没做过这方面的实验，相关的文献也不多，所以没有料到会出现这样的结果。”
“我们第一次接触到这种新技术，这个技术被证明是有用的，只是存在容易恢复突变的问题，将来如果还有机会再入太空，我们就会把生物菌种修复的机制削弱，这样就可以让正的诱变遗传下来，这是此次太空诱变最重要的意义。”陈老师这样总结道。
工业应用展望 关于诱变的结果，陈国强等几位老师还在做进一步研究，以期应用于工业并进一步产业化。
这批发生诱变的微生物中，一个应用是生物塑料的微生物生产，部分解决白色污染问题。还有维生素B12，现在B12一公斤售价大约为四五万人民币，因其产量特别低，在工厂里每升发酵液只能生产150毫克B12，所以研究人员希望通过诱变能将产量提高几倍，这样成本也就会降低几倍，从而提高竞争力。不过遗憾的是，这次B12的产量没有发生变化，但可喜的是维生素C的变化很大，产量提高了30％。但菌种的恢复突变仍然出人意外。
这批微生物菌种中，包括维生素C、B12在内，还有生产谷氨酸、抗生素和紫色素的8种菌种，其中只有做抗生素和B12的微生物没有产生可观察到的诱变效果。就经济效益来讲，提升比较明显的是生物塑料。
由于太空诱变所需的特殊条件，陈老师说：“我们之前并没有考虑过去太空诱变微生物菌种，获得这样一个意外的结果我们都很振奋。所以航天五院希望和学校相关实验室联合，成立研究空间生物学的国家实验室。”虽然这项研究完全是白手起家，但是对于可期待的航天五院与清华各重点实验室的强强联手，我们完全有理由相信我们国家的太空生物诱变研究将走在国际前沿，其产业化应用也将不是可望不可及的！
航天员的着陆安全卫士 本刊记者 王立杰
缘起
2001年中央电视台东方时空《直播中国》栏目做了一期专题报道：《碰撞》。报道的主人公就是黄世霖教授与他的研究团队。节目直播了他主持的清华大学汽车安全与节能国家重点实验室汽车碰撞实验室进行的新型红旗轿车整车碰撞试验。这个团队在我国率先开拓了汽车整车碰撞试验研究，通过艰苦的奋斗，在清华建成了世界上高等院校中少有的整车碰撞试验台，并且在虚拟碰撞试验技术、安全气囊、高速图像测试分析、人体保护等研究方向取得了令人瞩目的成绩。 节目播出后不久，黄教授被邀请参加航天工程项目——神舟飞船专家会议，研究飞船和宇航员的着陆冲击与防护，以确保宇航员的安全。没料到，这一步跨出去就是七年。
宇航员着陆冲击是整个航天工程的最后一关，如何确保宇航员安全，能否令其自主地走出返回舱，是决定整个工程成功与否的最后定音。
黄教授团队利用自己在汽车碰撞测试技术和模拟计算方面的经验，陆续参加了从神舟三号到神舟八号航天工程中的十多个项目。原先的“临时工”，也成为了名副其实的中国航天工程“正式工”。
攻关
神州五号的发射在我国的航天史上具有里程碑意义，是我国首次载人航天飞行任务。
载人航天飞船的返回舱经过降落伞多次减速后，其着陆速度通常可以降到10米/秒左右。在离地面1米时，要点爆反推火箭来减速。黄老师及其研究团队的任务是在万一降落伞部分失效或反推失败的情况下，也要确保宇航员安全。团队参加了舱底结构和宇航员座椅系统缓冲结构的设计改进，应用力学、人体生物力学和土力学等知识，完成了近十项计算分析工作，参加了200多次人/椅系统冲击试验和70多次整舱跌落试验，特别是赴酒泉参加了神六4次高空降落试验以及神七神八6次试验，取得了完美成功，得到了飞船总工程师和总指挥们的一致好评。
神舟五号返回舱座椅减震器的设计，开始时由于受到国外的误导，在最后一批地面试验后发现了严重的缺陷。而此时距预定发射日期已不到半年。“神舟”飞船工程领导决定采用新的缓冲器。黄教授及其团队承担了新缓冲器的理论计算和设计，通过模拟计算决定关键部件的具体方案和设计参数组合，最后又通过大量试验进行验证，改进的方案满足了更恶劣的着陆工况的需要，有效地降低了各种工况下的关键评价指标——航天员胸背向过载，并且使工作状况更加稳定。这是团队中杜汇良的博士论文的主要内容。在参加神舟七号和八号最后的改进定型工作时，又在减轻舱体结构重量并增加耐冲击力的攻关项目中出色地完成了任务。这是马春生博士论文的主要内容。他两次赴酒泉参加神舟飞船空降试验，和团队一起出色地完成了试验任务。
团队
合作精神是清华人成功颠扑不破的经验。黄教授始终强调，实验室一路以来的发展，都倚赖的是凝聚力。说起团队，黄教授历数到张金焕、杜汇良、马春生，这几位都是他指导的学生，长期参与神舟飞船相关项目。张金焕和黄教授一起工作三十多年，已成为本领域专家教授。杜汇良和马春生博士是团队中最主要的骨干，还有其他近20名研究生也参与到了有关项目中。项目工作带出了一批新的研究人员，也完善了队伍建设。 黄教授自幼在上海，深明国家不强盛，便会受到外国欺辱，所以一定要科技强国强军。他带领团队，以国家需要为先，从不图名，从不图利。凭借这样的精神，他们不仅广受汽车行业企业的欢迎，也同样受到航天工程领导的欢迎。
艰苦的条件，带来的是磨练，造就的是团队的动手能力。在培养团队方面，黄教授始终坚持“软、硬”两手抓。“软”指的是模拟计算，“硬”指的是试验研究。他要求自己的学生都必须同时掌握两方面的技术，特别是试验技术。“学工的要会动手，要会解决实际问题。”没有扎实的测量基本功，出不了可靠的数据，下一步的研究便没有坚实的基础，这就是碰撞实验室的强项。当时神舟飞船着陆冲击和宇航员防护研究项目，有三十多个单位想参加，而航天工程唯独选中清华的团队参与，原因正在于此。
现在团队继续在我国汽车（捷达，金±，昌河等）自主开发改进项目中取得重大进展。他们涉足的不仅有汽车和航天领域，还参与了海军重要研究项目，得到海军有关部门领导多次表扬。无论在哪里，他们带在身上的永远是过硬的技术和致力于强国强军的协作精神。从汽车到航天、航海，团队跨出行业的限制，接受一个又一个挑战，取得了一个又一个成果。回首一路走来的历程，黄老师笑道：“人生难得几回搏。”！（《清华人》2009-1期）
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