科学仪器是第一生产力

——聚焦科研仪器研制（下）

作者:记者 高博

时间:2012年03月08日   来源:科技日报  

　　“国家投几亿、十几亿元给你们，对国民经济有什么用？”常有人这么问叶培建委员。

　　作为“嫦娥”等卫星项目的技术负责人，叶培建十分看重科学仪器研制。在他和许多科学家看来，科学仪器不光可以满足人类好奇心，也是决定民族前途的“国之重器”。

　　谁说科学仪器赚不了钱？

　　叶培建在两会上讲了一个故事。“以前的客运火车，工作人员在停车的时候，拿扳手或钢棍敲敲车轮。你知道他为什么要敲？听声音。”

　　过去车轮轴承质量不好，长期负荷催生裂纹，敲轮是为了排查异响。货运火车更容易出问题，却无法停下来“敲”，因此轴承经常断裂。

　　这个难题，居然被我国的一个航天项目解决了。卫星上应用的一种红外探测仪，可以敏锐地捕捉到热量的变化。把许多红外仪布置在铁路沿线，就能第一时间察觉到轴承的热量异常，进而发出警报。

　　叶培建告诉我们，卫星上的仪器，还有很多可以直接或稍加改造后用来“赚钱”。比如卫星上的高精密相机镜头，其设计思想可用于很多设备，比如光刻机上——没有它就别想造出CPU等大型集成电路。而卫星上使用的计算机，功率小，重量轻，耐极端条件，是未来计算机参考的模板。

　　科学仪器的世俗价值，不像它的“神圣”价值那样经常被提及。费米实验室的创建者威尔森，向国会要两亿美元做加速器。被问到“项目是否有助于国防”时答道：“它不能保卫美国，但它让美国值得保卫。”

　　实际上，加速器也为人类做出了贡献——欧洲的粒子加速器实验室里，诞生了互联网。而加速器催生出的新技术，也刺激了电子业的进步。

　　科学仪器也可以直接用在产业中，著名科学家王大珩曾举出许多例子：电子显微镜、质谱仪、CT断层扫描仪、X光物质结构分析仪、光学相衬显微镜和扫描隧道显微镜——既为发明人赢得了诺贝尔奖，又开辟了滚滚财源。

　　生物产业被寄予厚望，而最受欢迎的生物实用设备，比如基因芯片或极微运动探针，都是实验室里的仪器。

　　而随着人们对环境和食品安全的重视，原本用于实验室的各种检测仪器，也开始为日常生活提供信息。

　　一切高级机器的原型

　　“关键零部件和仪器仪表支持不够，是中国装备制造业的难题。”水下机器人专家封锡盛委员在两会上谈到，中国出资支持重大装备时，往往忽视先进装备的基础工作。

　　这个基础说到底，是精密仪器——而科学仪器是其中最精密的，其他机器都发源于此。

　　蒸汽机可能是历史上最重要的机器。第一台蒸汽机，是气压学家帕潘出于兴趣研制的仪器，它利用蒸汽制造真空。一百年后，格拉斯哥大学的一个科学仪器工匠，对蒸汽机做出重要改进，他就是瓦特。

　　18世纪开始，购买科学仪器成为欧洲时尚，很快大批实用机械问世，这不是偶然的。机械发明家往往是科学仪器匠或钟表匠（钟表起初也是科学仪器）。英国是当时科学仪器的世界中心，与它成为工业革命策源地大有关系。

　　最高的精度来源于光学仪器。比如“工业之母”数控机床，它使用一种叫“光栅”的尺子，其标刻的准确度，决定了机床精度的上限。

　　最好的光栅出自一家德国公司：它花2亿欧元建了一个三级隔振的车间，振幅不超过1.5纳米，且温差只有百分之一度。这家公司拥有世界上最好的原子钟，还有中国国家计量局不具备的长度传递标准。因此德国机床得以使用全球最准的尺子。

　　高端制造离不开精密仪器——往往就是科学仪器。著名的蔡司公司，既生产高质量天文望远镜和显微镜，也生产照相机镜头和工业镜头，这并非跨界。光学仪器起初都用于科学。

　　飞驰的高速列车，轴承之所以不会折断，要感谢光学仪器提供的高精度；摩擦最小的活塞引擎，寿命最长的喷气发动机，也离不开光学仪器“指正”。

　　发达工业国不仅有雄厚的科学仪器制造基础，而且政府也不敢轻视仪器创新。美国国家自然基金和国立健康研究院出专资，提出要确保美国科学仪器业的领先；欧盟前几年斥资41亿欧元用于辐射源和望远镜等新型仪器；日本政府从2004年开始斥巨资研制世界尖端的分析计量仪。

　　中国仪器产业弱势

　　今年初，中国政府宣布拨款8亿元资助科学仪器，这是历来最大的投入。但中国仍缺乏科学仪器的制造经验，目前国内业界大多数是小作坊生产，研发投入只占销售额2%—3%。外国业界则为历史悠久的巨型企业统治，研发投入平均占销售额的十分之一。

　　在江苏某市，已经形成了一个仪器中心，有一百多个仪器企业，但很多都是以仿制起家，很难说形成了自己的核心竞争力。

　　中国突飞猛进的科研经费中，大头用于购置各种高端科学仪器，而这些仪器中国大多不能生产。2010年的科学仪器逆差，就接近100亿美元。政协委员朱星参与的一项调研显示，中国每年上万亿元的科研固定资产投资中，六成用于进口设备，部分领域完全依赖进口。

　　北京吉天仪器公司的老总告诉科技日报记者，40年前，某些关键零部件就只能依赖进口。比如光谱仪器必用的光电倍增管，直接影响仪器灵敏度和稳定性。40年过去了该器件仍依赖进口，每年花掉该公司300多万元。

　　制造精密的科学仪器，需要精密光学和特殊材料学的支撑，而这些领域强调的都是上百年的积累，无法一蹴而就。一个数据是：外国科学仪器公司的开发投入平均占销售的10%，而我国仅占2%到3%，因此国产仪器只在中低档市场徘徊。

　　全国政协委员、物理学家赵忠贤举了一个例子：中科院六年前完成的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪，在高温超导体研究中取得了重要成果。“有些仪器的研发难度特别大，也不是短期就能做出来的。”赵忠贤认为，原创性的先进仪器是在国家的科研计划，包括863计划﹑973计划以及科学院和基金委计划的支持下，长期积累而成的，涉及材料、器件和设计能力及人才培养，是一个综合的结果。