堅守與探索！來看國家科學技術獎背后2所高校的創新故事

7月8日，。一項項重磅獎項，見證了我國科技事業的跨越式發展，也承載著無數科研工作者“甘坐冷板凳”的堅守與探索。今天，跟教育小微一起來看中國地質大學（北京）、西北工業大學科研團隊的創新故事——

鉆出白堊紀“金柱子”

7月8日，國家科學技術獎勵大會在北京召開。“松遼盆地國際大陸科學鉆探工程：創新與發現”榮獲2025年度國家科學技術進步獎一等獎。

這是一項什么研究，解決了什么科學問題？科技日報記者采訪了項目主要完成人——中國科學院院士、中國地質大學（北京）教授王成善團隊。

近期，北半球遭遇歷史性高溫天氣，氣候變暖再度引起關注。

20多年前，王成善就意識到，氣候變暖是人類面臨的嚴峻挑戰。在46億年的演化歷史中，地球經歷了冰室氣候、溫室氣候兩種狀態。現在處于冰室氣候，最顯著特征是高緯度地區覆有冰蓋。“但冰室氣候不是地球常態，溫室氣候才是。”王成善說。

地球上一次經歷溫室氣候是白堊紀——恐龍生活的時代。這個時代有“三高”：高溫、高二氧化碳濃度、高海平面。國際科學界普遍認為，白堊紀氣候能為人類應對可能到來的溫室氣候提供參考。

白堊紀距今約1.45億年至6600萬年，這么久遠的地球氣候，人類如何知曉？

答案藏在巖石中。科學家根據巖石沉積物能反演地球古環境和古氣候，而獲取地球深部巖石最直接的手段就是鉆探。為此，王成善決定，在中國松遼盆地實施科學鉆探工程，獲取完整的白堊紀巖石。

“松遼盆地國際大陸科學鉆探工程”項目分三個階段實施：松科一井，鎖定白堊紀—古近紀生物大滅絕界線；松科二井，識別白堊紀大洋缺氧事件；松科三井，重點揭示白堊紀中期有機質分布規律。

2006年8月18日，隨著項目開展，技術難題接踵而至。王成善回憶，打松科二井時，700多根鉆桿連成7公里長的鉆桿柱，重達200噸。這么一個龐然大物，下井時也像面條一樣搖搖晃晃。

好在，王成善團隊不是孤軍作戰。吉林大學團隊研制出“地殼一號”萬米鉆機，并在松科二井完成“首戰”，創下亞洲國家大陸科學鉆井新紀錄；中國地質調查局團隊完成松科二井鉆探工程，創下四項世界紀錄；中國地質大學（武漢）團隊研制出耐超高溫（241℃）的水基泥漿體系，為松科二井成功完鉆完井提供重要支撐……

在約26萬平方公里的松遼盆地上，科研工作者們埋頭苦干，一年又一年。松科一井鉆探2485.89米，松科二井7018米，松科三井3600米，耗時16年，白堊紀地質“拼圖”終于完成。2021年，項目組獲得長達8186.96米的連續巖心，構建了全球首個陸相白堊紀地層“金柱子”。

“這不是一個人、一支隊伍的勝利，而是一部協同創新的交響曲。”王成善說，“沒有國家實力和我國科技總體水平躍升，就沒有松遼盆地科學鉆探的成功。”

松科二井完鉆瞬間。中國地質大學（北京）供圖

白堊紀巖心找到了，新的接力開始了——標定巖心“年齡”，解讀巖心奧秘。利用高精度物理測量和年代標定的全流程方法技術體系，中國地質大學（北京）團隊把巖心的描述精度從米提升到了厘米，把連續時間標尺的精度從百萬年提高到了萬年，為全球開展白堊紀古氣候研究提供了高精度時間標尺。

由于看得更清和更準，恐龍時代的氣候狀況逐漸被揭曉。得益于松遼盆地科學鉆探工程，中國科學家對全球陸相白堊紀成果的貢獻度提升了15%。國際地球科學界評價，松遼盆地科學鉆探是全世界的“燈塔工程”。

在河北燕郊的中國地質調查局自然資源實物地質資料中心，8000多米的巖心被精心分類、悉心保存、認真標定，其承載的厚重歷史，等待著被發現和講述。

蘇聯的鉆機曾鉆探到地下約1.2萬米，這是人類迄今鉆探最深處。但這個數字不及地球平均半徑的0.19%。王成善說，人類“入地”的探索，大幕才剛剛開啟。

向地球深部進軍，王成善期待看到更多年輕的身影、先進的裝備，以及了不起的協作創新。

鑄就煉鎢“無形鍋”

在距離地面約400公里的中國空間站里，有一臺名為“無容器材料實驗柜”的特殊裝置。鈮合金、鋯合金、鎢合金等一系列需要在極端條件下熔煉的高溫金屬材料，都曾在這臺“煉丹爐”里經受高溫考驗。

然而，開展空間實驗成本極高且機會有限，因此先在地面預演失重與懸浮實驗，再將材料樣品送往空間站，成了最經濟可行的實驗路徑。為此，中國科學院院士、西北工業大學教授魏炳波帶領團隊打造了一套模擬太空環境的科學實驗系統。團隊利用這套系統解決了高性能難熔合金加工提純的世界級難題，攻克了高溫金屬材料的深過冷技術，為航空航天、能源、國防等領域的工業生產提供了應用價值。

7月8日，在國家科學技術獎勵大會上，魏炳波團隊的研究成果“空間極端條件下高溫金屬材料超常調制技術與科學實驗系統”獲得2025年度國家技術發明獎一等獎。

鎢是自然界中熔點最高的金屬，在高達3422℃的高溫環境下，鎢才能被煉成鎢水。

用激光束熔化鎢容易，難的是找不到能盛放它的坩堝。魏炳波比喻說：“如果把鎢比作我們要炒熟的飯，那炒這碗飯的難點就在于找不到合適的‘鍋’——還沒等飯炒熟，鍋就先熔化了。”

于是科學家們開始探索如何用無形的“鍋”做“飯”。在太空中，沒有重力影響的材料樣品可以懸浮在空中，因此在這樣的極端條件下，不用容器就能煉鎢。

魏炳波介紹，團隊研制的科學實驗系統，可通過靜電懸浮、電磁懸浮、超聲懸浮、氣動懸浮四種方式，讓實驗樣品在地球也能浮在空中。其中，實現靜電懸浮的難度最大。魏炳波說，其原理并不復雜，“真正的挑戰在于穩定控制，如果只把縱向的重力抵消掉，樣品還是會橫向飛走”。

為此，魏炳波和團隊花了20年時間，才找到橫向與縱向電場的最優組合，實現了既有懸浮力又有約束力的穩定控制。

“雖然靜電懸浮的概念由外國科學家率先提出，但現在我們已經在技術上實現了超越和領先——可處理的材料樣品直徑達15毫米，遠超國外普遍可做的6毫米。”魏炳波自豪地說。

空間極端條件下高溫金屬材料超常調制實驗系統的靜電懸浮實驗裝置。受訪單位供圖

無形的“鍋”雖然造好了，但真正能產生價值的，還是用它做出國家需要的“飯”。

“我國鋼鐵產量連續30年穩居世界第一，但生產常規條件下難以制備的特種金屬材料，仍是我們的短板。”魏炳波直言。

利用自主研制的科學實驗系統，魏炳波團隊正在開展高溫金屬材料無容器深過冷與快速凝固研究。

魏炳波以水為例解釋，過冷態的水結冰極快，正常狀態下的水在冰箱冷凍幾個小時才能結冰，而過冷態的水只需不到一秒就可結冰。“把水換成鎢，這個原理同樣適用。過冷態的鎢水快速結晶時，晶體的生長速度可達每秒40多米。這意味著原來需要十幾天才能制備一個數十噸的大型鎢合金部件，未來用我們的技術可能一秒鐘就能完成。”魏炳波說。

從科學實驗裝備到材料調制技術，魏炳波已經在這條創新路上走了30年。談及堅持的動力，他想起了自己在德國宇航院空間模擬研究所工作的日子。彼時他的收入是在國內的數倍，但每次討論空間實驗時，他作為外籍學者都被要求離場。

“發自內心的民族尊嚴讓我下定決心回國，我們一定要創造一套中國人自己的科學實驗系統，把核心技術掌握在自己手中。”魏炳波說。

隨著中國空間站在軌穩定運行，空間材料的科研成果也日漸豐碩。“我們造了這口無形的‘鍋’，又做出了這碗‘飯’，不是為了關起門來自己享用，而是要讓它在國民經濟主戰場上發揮作用。”魏炳波充滿信心地說，目前團隊已經積極開展規劃，力爭在5到10年內實現成果轉化，將這套科學實驗系統變為具有工業生產價值的原創性裝備，生產更多可應用的高價值材料。

文字 | 科技日報記者代小佩、沈唯

來源 |綜合自科技日報微信號、光明科學+視頻號

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