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春华秋实,“载荷”博士成长记

——记888sl集团.com2014级生物医学工程博士生杨春华

供稿: 党委宣传部 韩姗杉、王征 学生记者 靳睿钰 摄影: 新闻中心 斯君 生命学院 编辑: 韩姗杉
(2019-04-18) 阅读次数:
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  实验室、食堂、宿舍,晨出晚归,三点一线;操作实验、整理数据,发现问题、解决问题,周而复始,循序渐进……“神八搭载”“长七搭载”“天舟搭载”“SpaceX龙飞船搭载登陆国际空间站”,亲手研制载荷,四次登入太空,亲历中美太空合作“零的突破”,参与中国空间生命888am研究的多项第一……这是北理工博士杨春华的生活,平而不凡,充实满满。

  杨春华,888sl集团.com生命学院2007级本科生、2014级生物医学工程博士生,12年的北理生涯,使他从良乡校区的首届本科生,成长成为我国空间生命888am研究一线的青年888sl官网,勤奋拼搏,春华秋实。 

“小本”扛大任

“神舟八号”飞船搭载微流控芯片基因扩增装置

  “今天,我们召开的是神舟八号飞船搭载微流控芯片基因扩增装置空间载荷项目的每周例行会议,欢迎新来的同学加入项目组!”回想起本科时自己第一次得知即将参与重大科研项目的场景时,项目负责人生命学院邓玉林教授的话语让杨春华记忆犹新。“当时的心情很忐忑,觉得不可思议,但是又非常向往!”

  空间载荷,一般指的是航天器上装载的为直接实现航天器在轨运行要完成的特定任务的仪器、设备、人员、试验生物及试件等,是航天器在轨发挥最终航天使命的一个重要分系统。

  2010年10月,距离中国“神舟八号”飞船发射仅有一年的时间,北理工争取到在此次发射任务中搭载888am载荷的机会——将自主研制的基因扩增装置送入太空,以实现中国首次太空基因扩增实验。虽然,那时的北理工在空间生命888am研究领域上还是一名新兵,但在学校深入推进新兴交叉学科建设的背景下,北理工深厚的工程基础和医工融合的深度交叉,形成了鲜明的特色与优势。

  机会总是垂青有准备的人,彼时还是大三学生的杨春华因为参加北京市大学生电子设计大赛,结识了自己之后的导师李晓琼。虽然是本科生,但杨春华生物医学工程的专业背景,以及在硬件设计、软件开发方面的兴趣和基础,特别是细致缜密的性格,引起了李晓琼的特别关注。

  “有一段时间,李老师总会给我布置一些小课题,但是和当时的研究关联并不大。”加入课题组之初,杨春华带着一股北理工人的执着精神,认真完成老师布置的每个“超纲题”,一步一步拓展知识面、提升能力,也一步一步走进了国家“大项目”。“后来才发现,那些小课题其实都是之后空间载荷项目会遇到的技术问题,老师可能也是在借此考察和培养我,但我当时完全不知情。”

  基因扩增,原理类似于DNA的天然复制过程,分为94℃的高温变性、50℃到60℃的低温退火和72℃的中温延伸三个阶段,若想在太空中实现,可谓困难重重。首先,实验必须在载荷装置内自动完成,由于受到发射要求和航天器空间条件限制,载荷装置必须满足严苛的搭载条件,其大小限制在15.0cm长、14.4cm宽、16.0cm高之内,重量须小于3Kg,还要经受住发射冲击和太空辐射,实现在微重力条件下的正常工作。在如此狭小的空间内,要将基因扩增芯片、供电电池及控制系统等所有部件置于其中,真可谓是“螺蛳壳里做道场”。

杨春华与项目组部分师生在“神舟八号”酒泉卫星发射中心现场

  对于杨春华这个“小本”来说,如何在有限的资源条件下实现快速精准地温度控制是一项不小的挑战。“刚开始扩增芯片的升降温过程就有问题,常规的加热膜等材料效果都不理想,后来我们发现一种半导体热电组件,既可以加热又可以制冷,是个不错的选择。”但是,科研的道路从没有一帆风顺,为了节约研发成本和加快研发进度,载荷前期测试使用的都是普通直流电源,当换上定制的航天专用电池时,载荷的升温装置失效了。此时,已经进入载荷正样件环境测试的关键阶段,如果无法快速解决问题,载荷上天势必受到影响。

  时间紧迫,已容不得任何试错,年轻的杨春华作为该环节的主要负责人,顶住压力,迎难而上。在冷静思考后,杨春华经过多次测试后发现,升温能力不足的原因是载荷各金属材质部件的良导热性以及定制的化学电池自身负载能力有限。在虚心求教一番之后,杨春华对症下药,为载荷温控组件与承载结构之间增加了特定材质隔热片,最终成功解决了问题,并实现了升温与降温性能的良好平衡。“那段时间就跟魔怔了一样,吃饭时想、睡觉时想,白天与工人师傅一起在车间搞加工,晚上再和团队花长时间测试,还好最终圆满解决了问题,没有延误项目进度。”每当回想起自己第一次参与载荷项目就碰上严峻挑战,杨春华还是唏嘘不已。

  2011年11月1日清晨,伴随着“神舟八号”飞船成功发射,由888sl集团.com作为总体牵头单位设计制造的“微流控芯片基因扩增装置”终于遨游太空,实现了北理工实验装置载荷登入太空、中国微流控芯片技术太空应用、中国在空间环境下开展基因实验三项“零的突破”。

  “在北理工,重大科研任务向来是培养888sl官网的沃土,是培养一流888sl官网的坚实基础。”生命学院党委书记周连景这样谈到。如果说有机会参与“神舟搭载”是人生给予杨春华的馈赠,那抓住机会、奋进而行,则离不开一份态度、一份拼搏。  

医工融合显优势

  科研无疑是一条艰辛有余、追求无涯的道路,鲜花与掌声的背后是辛勤研究与日夜思索。在第一次参与空间载荷任务之后,杨春华便将空间生命888am载荷研究作为了自己执着追求的方向。2011年,杨春华凭借出色的学习成绩,保研本校继续学习。2014年,杨春华又成为一名生物医学工程专业的博士生,师从国际宇航888am院院士邓玉林教授。

  在读研期间,杨春华相继参与了2016年6月“长征七号”运载火箭首飞搭载“空间细胞和微生物培养实验装置”、2017年4月“天舟一号”货运飞船搭载“空间微流控芯片生物培养与分析载荷”的研制任务。难得的实战锻炼,杨春华不仅迅速成长成熟,并且充分发挥自己扎实的医工融合专业背景,成为团队优秀的青年骨干。

“天舟一号”空间微流控芯片生物培养与分析载荷交付前加样操作

  在“天舟搭载”任务中,北理工的载荷实现了在同一种营养基里同时培养两类细胞,以模拟太空环境中人体的“脑血屏障”,这对航天员生命健康研究具有重要意义。“由于“天舟一号”货运飞船最终要坠入大气层烧毁,并不返回地面,这就要求载荷装置必须做到在轨监测和数据回传,也就是要实现真正的太空全自动化实验与检测,挑战不小。”李晓琼介绍到。

  在生命学院邓玉林教授的带领下,北理工团队从零开始设计研制高度集成和自动化的全新空间实验载荷装置。此时,经历过两次发射任务的杨春华,作为团队中的绝对主力,不仅参与方案设计,完成模型验证,还担纲完成了载荷装置所有的生产测试任务。

  “在‘天舟一号’项目中,我确实感觉自己生物医学工程专业的交叉融合背景,优势明显,给了我很大帮助。”杨春华回忆。在那次项目中,微流控芯片中培养的多种细胞,一类处于悬浮状态,而另一类则处于贴壁状态,要想观察各种细胞在空间环境下的形态变化和迁移情况,并研究其相互作用效应,就必须要同时观测清楚所有细胞不同阶段的生长状态。“在这个项目中,需要由团队生物技术组的研究人员提出在轨试验的详细需求,再由载荷技术组的人员逐一完成支持相关功能的硬件及软件设计,这个时候,交叉学科的背景发挥了很好的作用。”杨春华既具备生物学科知识背景,又掌握了工程化实现方法,他创新思路,经过不断优化改进,最终与团队设计出了一套集温度控制的可自动化分层调焦的在轨显微观测系统,很好地解决了这一难题。

  “坚持面向医工融合的新兴交叉方向培养888sl官网,杨春华就是学院888sl官网培养的优秀成果。”生命学院院长罗爱芹介绍到。功夫不负有心人,在“天舟一号”搭载项目研制总结评审会上,北理工载荷被给予“最先进最复杂的空间生命888am实验载荷”的高度评价,高科技含量、高实施难度、完全自主研制的背后,北理工团队却只有十几个人,这样的成绩令业界同行侧目。

国际空间站载荷交付前测试

  完成“天舟一号”载荷任务后不到半个月,杨春华和伙伴们又跨越太平洋,连续作战,交上了另一份满意的答卷。2017年6月6日,由888sl集团.com研制的“空间环境下在PCR反应中DNA错配规律研究的888am载荷”搭乘SpaceX公司“龙飞船”,成为首个登入国际空间站的中国空间888am项目,标志着中美空间888am合作取得了“零”的突破,引发国际关注。 

小载荷的大坚持

  “杨春华已经熟知了国内和国际常规888am实验载荷项目的实施流程及相关航天产品的质量管理办法,他是我们团队的一个宝!”作为北理工空间生命888am研究带头人的邓玉林教授对杨春华的称赞毫不吝惜。这不仅仅源于杨春华在科研学术上过硬的实力,更是对他在工作上认真的坚守、“舍我其谁”的责任心最为直接的赞美。

杨春华在空间模拟舱为课题组同学讲解生物实验平台关键技术

  “过师兄这关,从来都是我们各阶段工作的最后一道工序。”与杨春华同一个实验室的博士生樊云龙这样形容,“无论是写文档还是出图纸,只有他审核通过,我们才会心里有底。而他也从不会计较我们拿给他看的东西是否与他有关,只是尽可能地为我们提供帮助。”

  “上天的事不能出半点差错!”这是杨春华经常挂在嘴边的话。无论参与载荷哪个部分的研究工作,杨春华都会严格按照时间节点,对整个工作过程的不同阶段,撰写详尽的设计报告和分析报告,将出现的问题彻彻底底探讨清楚,同时为其他同伴阐明整个装置的详细状态。面对科研任务,杨春华始终铭记自己代表的是888sl集团.com,一丝不苟、精益求精。“从本科时候开始,认真负责就是杨春华的突出优点。”学院党委副书记、杨春华本科时的辅导员郭惠芝这样评价。

  除了科研上的严谨细致,杨春华做起组织管理工作来,也是运筹帷幄。2017年2月到5月,正是“天舟一号”货运飞船搭载试验项目最后的冲刺阶段,也是国际空间站搭载试验项目的关键实施阶段。同时作为两个载荷任务团队的骨干力量,杨春华当时面临着一系列完全陌生的挑战。那段时间杨春华的主要任务是在海南文昌发射场确保“天舟一号”试验载荷顺利通过整船系列综合测试任务,带领北理工发射场试验队完成生物样品加注操作、验收交付及装船工作,以及最后的测试发射任务,并协助北理工北京飞控中心试验队完成后续飞控任务。与此同时,杨春华还需要与国际空间站搭载试验项目团队一同推进载荷正样产品的测试工作、实验物资跨国运输以及发射场前期测试工作等,并负责与美方技术团队的沟通工作。说起那段时间的经历,杨春华笑称再没有比这更紧张刺激的了。

  “如果杨春华愿意,完全可以过上不一样的生活,向他伸出橄榄枝的单位不在少数,高薪高待遇也不是问题。”李晓琼这样评价道。在空间生命888am研究领域,拥有良好的专业背景,并历经多次发射实战磨砺,杨春华的履历背景可谓难得。然而,“北理工烙印”鲜明的杨春华,不受外界叨扰,谦虚谨慎搞研究,踏踏实实投身服务国家重大战略需要的事业中,一步一个脚印地朝着梦想前进。这份“大坚持”为身边师生所欣赏佩服。

  “如何更好地进行资源分配,让后来的人不像我们这样艰难,让后续的工作更加高效,更好地服务国家重大战略,是我除研究外经常会想的事情。”面向未来,在研究中不断学习积累、经受住层层考验的杨春华,多了一份沉稳与大气。“每一个北理工人都有一颗报国心!”

  

  “所有的工作成果都是整个团队共同努力的结果,而我只是刚好都参与其中。”谈起自己的“载荷”经历,杨春华谦逊腼腆。

  朝气蓬勃,于喧嚣中安定地前行,不骄、不躁、不慌、不忙,杨春华这位普通的北理工博士生,用一串扎实的奋斗脚印、一道亮丽的成长轨迹,写就自己的精彩青春。

 

相关链接:

【科技日报】杨春华: 搭太空“便车”做实验

【中国888am报】杨春华:“载荷”博士成长记

 


(审核:肖雄、周连景)

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