從“神舟”飛天、“北斗”組網(wǎng)、“嫦娥”奔月、“蛟龍”入海、“天眼”巡空，到中國高鐵、大飛機C919、華龍一號、深海一號、天問一號……近年來，這些耳熟能詳?shù)拿殖蔀椤爸袊圃臁钡淖詈米⒛_。

如今，越來越多的中國智造、中國方案、中國標準走向世界。

奮力書寫中國制造的高質(zhì)量答卷

曾有這樣一件事讓徐工礦業(yè)機械有限公司技術(shù)中心主任楊裕豐耿耿于懷了多年。

20世紀90年代末，剛剛?cè)肼毿旃さ臈钤ＸS隨團前往德國寶馬工程機械展參觀學習，在有中方參觀人員詢問外方是否可以拍照時，得到這樣一個回答：“可以拍照，錄像都可以，就是拍下來你們也學不會?！?/p>

從那時起，楊裕豐心中鉚起一股勁，臥薪嘗膽，要讓中國制造后來居上，在全球占據(jù)一席之地。

2018年4月，隨著我國自主研發(fā)的第一臺700噸超大型液壓挖掘機正式下線，作為總工程師的楊裕豐在踐行自己當初承諾的路上邁出了重要一步。

700噸液壓挖掘機被譽為“神州第一挖”，是個真正的巨無霸，它有多大？楊裕豐說，僅挖掘的鏟斗就能容納100人站在里面，一斗可以放置60噸物料，接近1節(jié)火車皮的容量，最大挖掘高度能夠達到18.7米，相當于7層樓的高度。

大型液壓挖掘機是露天礦業(yè)開采的主要挖裝設備，是集機、電、液為一體的高技術(shù)產(chǎn)品，產(chǎn)品價值高、技術(shù)難度大、行業(yè)壁壘高。

在我國研制成功之前，700噸液壓挖掘機只有美國、德國、日本3個國家能夠制造，市場占比超過90%。

在楊裕豐記憶中，僅在十幾年前，200噸以上的挖掘機，還只能從國外購買。如今，從200噸到700噸超大型挖掘機，中國都具備了制造的技術(shù)和能力。在完成超大型挖掘機研制的時間上，國外耗時20余年，我國則僅用了七八年。

在中國制造上，這將是一段載入史冊的榮耀征程。

2013年，當700噸液壓挖掘機正式立項時，作為項目總負責人的楊裕豐承受的是前所未有的壓力。

為了進一步了解實地施工工況，分析不同環(huán)境下大型挖掘機的性能參數(shù)，為研制提供數(shù)據(jù)，不到6個月時間，楊裕豐帶著團隊足跡遍及甘肅、內(nèi)蒙古、西藏、新疆、山西等大半個中國，行程超過10萬公里。

在研發(fā)道路上，被楊裕豐形容為挖掘機“大力金剛腿”的“四輪一帶”曾是橫亙在面前的最大攔路虎。

“四輪一帶”指的是引導輪、支重輪、托鏈輪、驅(qū)動輪和履帶，“作為超大型挖掘機的核心部件，其不僅承擔將挖掘機送達作業(yè)目的地的行駛?cè)蝿?，而且要支撐整機以及承受挖掘、卸料等全過程產(chǎn)生的作用力，要求之高、開發(fā)難度之大，常規(guī)產(chǎn)品難以比擬?！睏钤ＸS坦言。

當時，面對國外“四輪一帶”采購價格高、配送周期長，售后服務跟不上等種種限制，楊裕豐把實現(xiàn)“四輪一帶”完全自主研發(fā)立成軍令狀。

攻堅之路上，研發(fā)團隊打破常規(guī)思路，通過大數(shù)據(jù)分析現(xiàn)有產(chǎn)品的傳動和接觸參數(shù)以及性能表現(xiàn)，獲取目標性能參數(shù)，再通過修整齒形及輪體外緣參數(shù)，模擬分析對比，再優(yōu)化，逐漸逼近目標性能參數(shù)。

經(jīng)過6個月的潛心研究，理想的齒形參數(shù)和輪緣參數(shù)終于獲得，并填補了國內(nèi)超大型挖掘機“四輪一帶”研發(fā)的空白。

“我們的‘四輪一帶’成本僅是國外引進價格的三分之一，制作周期也縮短到3個月，并具備全面的售后保障服務?！蹦且豢?，楊裕豐無限感慨。

從2013年到2018年，被楊裕豐團隊攻克的難題不僅于此。

楊裕豐坦言，700噸絕不僅僅是“中國最大噸位”這么簡單，該產(chǎn)品擁有自主專利52項，在中國超大型液壓挖掘機領(lǐng)域首次實現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的集中應用突破，標志著中國成為世界上第四個具備700噸級以上液壓挖掘機研發(fā)制造能力的國家。

從二氧化碳變成淀粉，只需要11步

將二氧化碳變成淀粉？這不是天方夜譚。

2021年9月24日，這項由中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成領(lǐng)域完成的重大突破發(fā)表在了國際權(quán)威學術(shù)期刊《科學》上，這也是國際上首次實現(xiàn)從二氧化碳到淀粉的人工合成，一項徹徹底底的“中國制造”。

2015年年初，當?shù)谝淮蔚弥媱潌尤斯ず铣傻矸垌椖繒r，中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所副研究員蔡韜在心中打了一個大大的問號。

億萬年來，在自然界，淀粉主要由玉米等農(nóng)作物通過自然光合作用固定二氧化碳生產(chǎn)。這一過程，淀粉合成與積累涉及約60步生化反應以及復雜的生理調(diào)控，理論能量轉(zhuǎn)化效率僅為2%左右。

在蔡韜看來，如何保障糧食淀粉可持續(xù)供給，將二氧化碳轉(zhuǎn)化利用“變廢為寶”已成為當今世界科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略方向，不依賴植物光合作用，設計人工生物系統(tǒng)固定二氧化碳合成淀粉，將是影響世界的重大顛覆性技術(shù)。

“簡而言之，我們就是將農(nóng)作物利用低密度太陽能、低濃度二氧化碳生產(chǎn)淀粉的復雜合成途徑，變成通過工業(yè)方式利用高密度電氫能、高密度二氧化碳生產(chǎn)淀粉的簡單合成途徑?！辈添w說。

一句話的簡單介紹背后卻是團隊無數(shù)個不分日夜的試驗、探索與堅守。

試驗中，團隊首先利用高能量密度的電氫能將高濃度的二氧化碳化學還原為在生物體系具有高傳遞效率的簡單化合物，然后設計、構(gòu)建更簡單生物轉(zhuǎn)化途徑將碳一化合物聚合為多碳的淀粉分子。

為了保證這一設計的順利完成，團隊人工設計構(gòu)建碳一聚合新酶，“人工酶能夠打通整個轉(zhuǎn)化途徑，確保反應更好更快地發(fā)生，像一條流水線一樣。”蔡韜說。

2018年7月24日，是一個激動人心的日子。正在會議上的蔡韜收到同事發(fā)來的一張照片，并排的三支試劑管，中間一支的碘溶液呈現(xiàn)淡淡的藍紫色，與左右兩邊的深藍色與無色對比明顯。

后來，蔡韜說，那淡淡的藍紫色是他見過的最美的顏色。

難以抑制興奮之情的蔡韜立刻趕回實驗室，直到親眼看到試劑管，才放下心來。“這意味著制造路徑全線打通了。”蔡韜說。

3年多的時間，團隊實現(xiàn)了從0到1、從虛擬到現(xiàn)實的跨越，鴻溝跨過去了。

但研究尚未結(jié)束，蔡韜說那只是“人工合成淀粉1.0版本”。之后，團隊通過優(yōu)化轉(zhuǎn)化速度和效率，先后完成2.0版本和3.0版本。

6年時間，一批當初平均年齡30歲的青年科學家從無到有創(chuàng)造奇跡。在這條路上，團隊記了33本的實驗記錄，其中不僅有核心數(shù)據(jù)，還有各種失敗路徑。

同樣在這條路上，團隊通過計算分析，從約7000個生化反應中設計出多條從二氧化碳到碳一中間體再到淀粉合成的新途徑，最終的途徑只有11步主要反應，這一人工途徑的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

據(jù)了解，按照目前技術(shù)參數(shù)推算，在能量供給充足的條件下，理論上1噸二氧化碳的生物反應器年產(chǎn)淀粉量相當于5畝土地玉米種植的淀粉平均年產(chǎn)量。

走向太空的“中國制造”

2020年5月，在由長征5號B運載火箭搭載發(fā)射的中國新一代載人飛船試驗船上，進行了一項特殊的實驗——由立體光刻3D打印機進行陶瓷、金屬復合材料的微米級精度在軌制造。

這是國際上第一次在太空進行該類試驗。

在試驗持續(xù)的兩三個小時里，中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心研究員、太空制造技術(shù)重點實驗室主任王功和同事們無比激動。

從2014年以來，中國太空制造試驗從地面走向太空，這不僅是空間距離上的一大步，更是我國太空制造領(lǐng)域前進中的關(guān)鍵一步。

什么是太空制造？為什么進行太空制造？在王功看來，后勤補給資源是長期太空探索任務成功的重要保證，目前主要是通過發(fā)射運載火箭和貨運飛船向空間站進行補給，不僅周期長，而且成本昂貴。

“如果需要的零部件在太空里就能直接制造，將是人類太空探索技術(shù)的一次革命性進展。”王功表示。

雖然太空制造在空間站在軌應急維修保障、大型空間載荷在軌部署等方面具有很強的現(xiàn)實意義，但與地面環(huán)境相比，太空的長時微重力、強輻射、高真空、交變冷熱循環(huán)等環(huán)境也給太空制造技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，對于太空制造裝備，也需要滿足高精度、低功耗、小型化、智能化等苛刻的技術(shù)要求。

2014年，我國成立科研團隊開始太空制造研究。2017年年底，中國科學院太空制造技術(shù)重點實驗室正式成立，這是一支平均年齡只有33歲的青年科研隊伍。

其實，在國際上，開展太空制造技術(shù)研究的時間也才10余年。

2014年9月，美國航空航天局在全球第一次將一臺打印機送到國際空間站，這臺放在手套箱里、以打印塑料為主的打印機并不大，各項指標都不算先進，但卻引發(fā)廣泛關(guān)注。

“這是在空間站第一次有了自動化生產(chǎn)的工具?！蓖豕φf。

2015年，王功開始策劃第一次微重力環(huán)境下的3D打印試驗。由于當時我國還沒有建成空間站，借助中科院與德國宇航局的合作關(guān)系，團隊將試驗挪到了歐洲航天局的失重飛機上。失重飛機是在地面上模擬太空環(huán)境的一個重要試驗平臺。

在8000米高空，當飛機關(guān)閉發(fā)動機，開始一個自由落體的拋物線下降時，會產(chǎn)生22秒的微重力環(huán)境。

正是利用31次重復循環(huán)的22秒微重力環(huán)境狀態(tài)，王功團隊不斷測試3D打印效果，打印出“中國科學院”5個字。

29歲的3D打印機系統(tǒng)設計負責人劉亦飛，親歷了第一天的失重飛行。他說，第一次微重力環(huán)境3D打印試驗，令團隊收獲頗豐，拿到樣品那一刻，每個人都無比開心。

通過這次試驗，王功發(fā)現(xiàn)熔融沉積技術(shù)的兩個缺陷：產(chǎn)品性能有限并且制造精度距離在軌直接裝配使用還存在不小距離。

為此，在完成首次微重力模擬試驗之后，中科院太空制造實驗室轉(zhuǎn)向利用立體光刻來進行太空制造的路線。

“這個原理很簡單，利用紫外光去觸發(fā)光敏樹脂的光聚合反應來進行固化，有點像女生涂指甲油，然后在紫外燈下去照射固化?！蓖豕φf，這是一種被美國航空航天局研究過并被否定了的工藝。

“原因在于這種工藝的原材料是液體，而在微重力環(huán)境下，液體漿料受表面張力的影響，很容易自由飄散，難以控制其穩(wěn)定狀態(tài)，從而無法完成打印過程?！蓖豕Ρ硎尽?/p>

如何能找到一個方法，來保證液態(tài)材料無法自由流動？

經(jīng)過探索、試驗，團隊選擇將陶瓷粉末、樹脂溶液和光引發(fā)劑等材料進行混合匹配，開發(fā)出一種全新的陶瓷膏體材料。這種材料類似牙膏狀，在沒有外力時，可以保持固有形態(tài)，如此一來，在微重力環(huán)境下，仍然可以保證液體的形態(tài)可控，進而完成立體光刻的成型工藝。

然而，就是這樣一項工藝，團隊前后研發(fā)了兩年。

“將納米級、亞微米級金屬和陶瓷粉末添加到光敏樹脂溶液里，相當于把一袋面粉倒入一杯水中，并且還要保持納米顆粒均勻分散，難度非常大?！蓖豕φf。

2018年，再次在失重飛機上進行試驗時，立體光刻工藝被證明行得通，團隊將“不可能”變成了“可能”，這也是中國團隊在太空制造領(lǐng)域首次提出并驗證一個新思路。

2015年以來，團隊先后完成了4次面向不同工藝和材料的地面微重力模擬飛行試驗。

2019年10月，在陜西西安閻良，團隊通過與中國試飛院合作，完成了我國首次自主微重力模擬飛行試驗，這次飛行不論對于中國太空制造，還是對未來其他太空技術(shù)驗證而言，都是一次零的突破。

如今，在王功心中，還有很多技術(shù)難題求解答案。

他坦言，如果太空制造存在小型零部件制造、大型空間裝置制造及在軌組裝、地外環(huán)境綜合設施制造等三個階段的話，那么人類目前的技術(shù)也只是處于第一個階段，盡管如此，隨著上下行運輸手段的豐富和技術(shù)的進步，實現(xiàn)太空辦工廠的愿望并不會太遙遠。