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大科学工程关键技术自主可控的有效路径建议

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曾刚王传珂淡晶晶莫磊刘冠秀

[摘? ? 要] 以激光聚变研究科学工程为例，针对大科学工程关键技术自主可控的有效路径进行探索，提出了“创新要素互通共享、科技项目分工协作、关键技术联合攻关、创新成果转化集成”等建议。

[关键词] 大科学工程;先进光学制造业;双向驱动;创新;科技资源整合

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 15. 060

[中圖分类号] G304;F273? ? [文献标识码]? A? ? ? [文章编号]? 1673 - 0194（2020）15- 0140- 04

1? ? ? 引? ? 言

2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上讲话时强调，“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全”。

大科学工程[1-3]具有投资强度大、建设周期长、技术难度高的特点，一般涉及多学科、多部门、多领域。激光聚变研究（ICF）大科学工程[4-6]中科学、技术、工程问题相互交织，面临若干逼近科学、工程极限的挑战与难题。美国、法国、俄罗斯等综合国力较强的大国均在努力推进。近年来，我国先后建成了神光系列万焦耳、十万焦耳激光装置。一方面，ICF科学工程的实施有力提升了科技生产速率，促进了相关产业的发展，在驱动社会经济发展方面产生了积极影响;另一方面，ICF科学工程的实施本身就是全面深入推进军民融合深度发展的过程，对于促进军民科技协同创新落地生根，突破并掌握关键技术，加快建设创新型国家，发挥了积极作用。

本文研究探索了大科学工程关键技术自主可控的有效路径，提出了“创新要素互通共享、科技项目分工协作、关键技术联合攻关、创新成果转化集成”等建议。对于大科学工程，我们深入探索军民科技协同创新的有效路径，可为我国高新领域相关科学研究在关键技术自主可控研究方面取得实效提供有益借鉴。

2? ? ? ICF科学工程关键技术自主可控实践探索

现代激光物理与能源的一个代表性的大科学工程是惯性约束聚变工程（ICF）[7-8]，其实质上是一个庞大的多路大尺寸激光光学系统阵列装置。美国、法国、俄罗斯等相继建造了多台大型ICF激光装置。美国率先建成了国家点火装置（NIF），法国正在研制建造兆焦耳激光装置（LMJ），俄罗斯也启动了超级激光聚变装置（UFL），这些激光装置就其规模、投入、周期和风险而言，是前所未有的大科学工程。这些项目不仅需要集合固体激光科学与技术，还有赖于先进光学制造业持续发展的支撑。

我国大科学工程是科学技术与国家目标紧密结合的平台，尤其是大型激光装置的实施成为我国光学工业界的机遇和挑战，正在牵引先进光学制造领域的跨越式发展。我国适时启动的神光-Ⅱ升级、神光-Ⅲ原型激光装置等项目，需要不断发展激光技术及先进光学制造业来应对面临的若干逼近科学、工程极限的挑战与难题，其对先进光学制造业带动作用已经显现。

神光-Ⅱ升级、神光-Ⅲ原型激光装置等项目使用大口径光学元件包括口径接近1米的磷酸盐钕玻璃放大片和平面反射镜、离轴楔形非球面聚焦透镜，以及非线性晶体、位相元件等五大类。为保证激光系统在高通量条件下稳定运行，并获得理想的光束聚焦质量，这些精密的光学元件不仅需达到良好的面形精度、表面质量及超光滑的表面粗糙度指标，同时还需满足极为严格的中频波前误差控制及与激光损伤相关的低缺陷控制要求。除了必要的生产规模扩充之外，更重要的是要提高制造技术的确定性、可控性，降低对加工者经验的依赖。先进光学制造在不断挑战光学工业极限难题中寻求突破之路，有力支撑了我国高功率固体激光装置的发展。在神光-Ⅱ升级装置、神光-Ⅲ原型装置等大科学工程牵引下，我国全面提升了先进光学制造水平，增强了参与国际光学制造业竞争的实力。当前项目已实现先进光学制造业产品的自主可控，主要情况见表1。

以ICF科学工程为研究对象，研究探索了光学元器件关键技术自主可控的管理方法，归纳并提出了通过“面对面同台竞技”“心连心集智攻关” “背靠背多路攻关”“手牵手分工协作”四种不同模式开展关键技术攻关的管理举措，如表2所示，确保了光学元器件技术状态取得较大提升，实现了光学元器件产品研制生产的质量和效率提升，相关举措和方法对我国其他大科学工程管理具有较强的借鉴意义。通过巨型激光装置研制的牵引拉动，近年来，各主要光学元件的技术成熟度得到有效提升，如图1所示。激光玻璃元件由5级提升至7.5级，其中提升最为明显的是氙灯器件，由5级提升至8级。

3? ? ? ICF科学工程关键技术自主可控经验总结

3.1? ?创新要素互通共享是推进关键技术自主可控的基本前提

我国发展规划纲要提出“创新驱动、内生增长”的战略目标，党的“十九大”报告指出创新是引领发展的第一动力。这些重大理论均释放出重要的信号：创新已成为中国未来经济增长与可持续发展的核心驱动力，创新是中国经济、社会及生态文明和谐发展的重要引擎，综合国力竞争说到底是创新的竞争。

推进关键技术自主可控，创新要素互通共享是基本前提。ICF科学工程是科学、技术、工程相互交织的项目，需要打破科学、工程、技术各领域创新要素相互分离、自成体系的存在格局。通过大科学工程管理部门的协调推动，促进创新要素的开放、渗透和高度共享，既有助于优化科技创新资源配置，提高科技创新资源要素利用效率，减少资源要素重复投资和闲置浪费等现象，又有助于增强军民科技创新能力和提高军民科技创新效率。通过大科学工程的带动，突破核心元器件、关键材料、先进工艺的工程化和产业化瓶颈问题，加快补齐制约制造业创新发展和质量提升的突出短板。同时利用独立自主突破的一批核心元器件、关键材料和高端装备，打破国外垄断，支撑和推动大科学工程装置建设，抢占国家战略制高点。

3.2? ?科技项目分工协作是推进关键技术自主可控的重要抓手

关键技术国际禁运或封锁，是因为这些技术难度比较高。要实现技术的突破，有必要将某些技术难度高、资金需求大和人才需求多的军民重大科技项目分解为若干子项目，并通过竞争方式将不同子项目外包给有研发实力的军民科技创新主体，由不同的军民科技创新主体按照军民重大科技项目的标准和要求进行分工协作。实施军民重大科技项目特别是国家军民重大科技项目，是推进军民科技创新的重要抓手。实施军民重大科技项目通常需要投入大量资金、技术和人才等资源，并具有较高的风险和成本。要想使军民重大科技项目取得成功和快速突破，需要有效统筹和利用军民科技创新资源，充分调动军民科技创新力量，在军民科技创新不同主体间进行科学分工和开展密切协作。

在科技项目分工协作的同时，也适当引入竞争机制，依托国家先进光学制造业基础，发挥社会生产的协作化优势，形成“小核心、大协作、寓军于民”的武器装备生产格局。建立“竞争、评价、监督和激励”机制，处理好垄断与竞争的关系，适时调控军工市场的格局，改变主承包商控制国防市场的局面，引导和鼓励掌握创新技术的组织进入国防领域，从而形成大小兼备、供应商众多的新型国防市场格局。

3.3? ?关键技术联合攻关是推进关键技术自主可控的成功法宝

在大科学工程与先进光学制造的双向驱动过程中，不仅激活了产学研实体组织的创新活力，发挥标杆和典范作用，吸引更多的组织来参与相关创新活动，其结果导致先进光学制造集约化发展，而且优化了大科学工程系统中的科技资源配置。

大型激光装置研制是全世界高功率固体激光界共同面临的挑战，所需的高精密光学元件达到了现阶段光学工业及科學技术极限，局部的短板可能带来全局的困难和风险，技术创新任务艰巨。我国要在引进、吸收外国先进技术的基础上进行自主创新，在没有外援的条件下，独立自主、自力更生，使我国的激光驱动装置不但在总体规模上达到美国NIF、法国LMJ的水平，在综合性能方面也将达到NIF/LMJ的水平，同时借助重大科技工程提高先进光学制造业自主创新能力。

巨型激光装置建造是一个研究、试（实）验、改进多次反复的发展过程，整个工程是在各方面不断发展、交互作用中向前推进的。很显然，管理创新的核心是研究诸方面的依存和制约关系，合理地划分阶段，明确关键节点，找到适合于这种工作状态的技术、工程和组织等方面的具体途径与措施。管理者的责任是用科学的理念研究时间、费用、风险三维矩阵的内在规律，并综合分析找出最优路径，从而实现高效管理。

实施巨型激光器建造工程，美、法、英三国已组成联合体，发挥各自优势，并与工业界广泛合作。我国的实际情况则更要求实行一种开放政策，形成新形势下大力协同的局面和机制。传统观念的更新和政策上的导向是首要的，同时要花大气力通过竞争构筑协作网络，使各专业、行业间互相理解、互相渗透，在巨型固体激光装置建造中达到最佳结合，形成我国巨型激光装置一套有效的组织运行机制。

对某些需要联合攻关的重大军民关键技术进行战略规划，明确一个时期需要军民联合攻关的关键技术项目，并制定和实施促进军民联合攻关的财政、金融、投资等方面的支持政策，引导军民科技创新主体积极主动实施联合攻关。鼓励在军民科技创新人才、设备、平台等方面具有比较优势的科研或生产单位牵头，就其军民科技开发或产品生产中遇到的迫切需要解决的关键技术，主动寻求具有较强研发实力的军民科技创新主体签订关键技术联合攻关协议，或者组成联合攻关团队，对关键技术进行联合攻关;也可鼓励军民龙头企业、骨干企业和军民科研机构或高校牵头，积极创建优势互补、强强联合、风险共担、利益共享的军民关键技术联合攻关战略联盟，通过制定关键技术联合攻关路线图，集成军民科技创新主体各方的技术、资金、人才等资源优势，联合攻克制约我国国防建设和经济建设等领域的关键技术瓶颈和难题，并加快取得实效。

3.4? ?创新成果转化集成是推进关键技术自主可控的关键步骤

创新成果转化集成是创新的一种高级形式，是通过人们有意识的理性设计促进不同创新资源高效结合以提高创新绩效的活动。在大科学工程高功率固体巨型激光装置牵引下，不断激发国内优势资源的竞争力，形成积极向上、公平公正的行业竞争机制及科技资源整合平台，有利于国家“军民融合”体制及科学决策机制的建立。因此，创新成果转化集成是推进关键技术自主可控的关键步骤。

高功率固体巨型激光装置本身是一项关系国家安全的科技工程，也是一个资源优化整合、工业能力高度集中的跨专业、跨区域、跨学科、跨组织、协同研制的综合资源集成平台，必须充分发挥国防与国民经济两大体系的资源优势，实行全方位的融合。通过高功率固体巨型激光装置建设，不断培育自主创新的面向军工产品研制生产和国民经济建设的先进光学制造业能力，通过集成装置或平台为载体，形成支撑重大工程的新型制造业体系，打破军工产品研制和国力支撑的“供求僵局”。高功率固体巨型激光装置与先进光学制造的技术成果、人才、资金、信息等资源要素呈现双向扩散、交流和融合的态势。双向驱动的资源整合模式有助于推进技术创新能力与国际水平接轨，打造坚实的国家安全与发展的战略基石和支柱。

通过军民先进科技创新成果的双向转化，或者通过军民先进科技创新成果的相互集成，实现军民科技创新成果的兼收并蓄、取长补短、博采众长，就成为促进军民协同创新和提升推进关键技术自主可控的有效途径。

4? ? ? 结? ? 语

以ICF科学工程研究对象，研究探索了光学元器件关键技术自主可控的管理方法，归纳并提出了通过“面对面同台竞技”“心连心集智攻关” “背靠背多路攻关”“手牵手分工协作”四种不同模式开展关键技术攻关的管理举措，确保了光学元器件技术状态取得较大提升，实现了光学元器件产品研制生产的质量和效率提升。针对大科学工程关键技术自主可控的有效路径探索，提出了“创新要素互通共享、科技项目分工协作、关键技术联合攻关、创新成果转化集成”等建议。相关举措和方法对我国其他大科学工程管理具有较强的借鉴意义。

主要参考文献

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