春華秋實,，“載荷”博士成長記
——記北京理工大學(xué)2014級生物醫(yī)學(xué)工程博士生楊春華
發(fā)布日期：2019-04-18 供稿：黨委宣傳部 韓姍杉,、王征 學(xué)生記者 靳睿鈺 攝影：新聞中心 斯君 生命學(xué)院
編輯：韓姍杉 審核：肖雄、周連景 閱讀次數(shù)：
實驗室,、食堂,、宿舍,，晨出晚歸，三點一線,；操作實驗,、整理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題,、解決問題,，周而復(fù)始，循序漸進(jìn)……“神八搭載”“長七搭載”“天舟搭載”“SpaceX龍飛船搭載登陸國際空間站”,，親手研制載荷,，四次登入太空，親歷中美太空合作“零的突破”,，參與中國空間生命科學(xué)研究的多項第一……這是北理工博士楊春華的生活,，平而不凡,，充實滿滿。
楊春華,，北京理工大學(xué)生命學(xué)院2007級本科生,、2014級生物醫(yī)學(xué)工程博士生，12年的北理生涯,，使他從良鄉(xiāng)校區(qū)的首屆本科生,，成長成為我國空間生命科學(xué)研究一線的青年人才，勤奮拼搏,，春華秋實,。
“小本”扛大任
“神舟八號”飛船搭載微流控芯片基因擴(kuò)增裝置
“今天,，我們召開的是神舟八號飛船搭載微流控芯片基因擴(kuò)增裝置空間載荷項目的每周例行會議,，歡迎新來的同學(xué)加入項目組！”回想起本科時自己第一次得知即將參與重大科研項目的場景時,，項目負(fù)責(zé)人生命學(xué)院鄧玉林教授的話語讓楊春華記憶猶新,。“當(dāng)時的心情很忐忑,，覺得不可思議,，但是又非常向往！”
空間載荷,，一般指的是航天器上裝載的為直接實現(xiàn)航天器在軌運行要完成的特定任務(wù)的儀器,、設(shè)備、人員,、試驗生物及試件等,，是航天器在軌發(fā)揮最終航天使命的一個重要分系統(tǒng)。
2010年10月,，距離中國“神舟八號”飛船發(fā)射僅有一年的時間,，北理工爭取到在此次發(fā)射任務(wù)中搭載科學(xué)載荷的機會——將自主研制的基因擴(kuò)增裝置送入太空，以實現(xiàn)中國首次太空基因擴(kuò)增實驗,。雖然,，那時的北理工在空間生命科學(xué)研究領(lǐng)域上還是一名新兵，但在學(xué)校深入推進(jìn)新興交叉學(xué)科建設(shè)的背景下,，北理工深厚的工程基礎(chǔ)和醫(yī)工融合的深度交叉,，形成了鮮明的特色與優(yōu)勢。
機會總是垂青有準(zhǔn)備的人,，彼時還是大三學(xué)生的楊春華因為參加北京市大學(xué)生電子設(shè)計大賽,，結(jié)識了自己之后的導(dǎo)師李曉瓊。雖然是本科生，但楊春華生物醫(yī)學(xué)工程的專業(yè)背景,，以及在硬件設(shè)計,、軟件開發(fā)方面的興趣和基礎(chǔ)，特別是細(xì)致縝密的性格,，引起了李曉瓊的特別關(guān)注,。
“有一段時間，李老師總會給我布置一些小課題,，但是和當(dāng)時的研究關(guān)聯(lián)并不大,。”加入課題組之初,，楊春華帶著一股北理工人的執(zhí)著精神，認(rèn)真完成老師布置的每個“超綱題”,，一步一步拓展知識面,、提升能力，也一步一步走進(jìn)了國家“大項目”,?！昂髞聿虐l(fā)現(xiàn)，那些小課題其實都是之后空間載荷項目會遇到的技術(shù)問題,，老師可能也是在借此考察和培養(yǎng)我,，但我當(dāng)時完全不知情?！?/p>
基因擴(kuò)增,，原理類似于DNA的天然復(fù)制過程，分為94℃的高溫變性,、50℃到60℃的低溫退火和72℃的中溫延伸三個階段,，若想在太空中實現(xiàn)，可謂困難重重,。首先,，實驗必須在載荷裝置內(nèi)自動完成，由于受到發(fā)射要求和航天器空間條件限制,，載荷裝置必須滿足嚴(yán)苛的搭載條件,，其大小限制在15.0cm長、14.4cm寬,、16.0cm高之內(nèi),，重量須小于3Kg，還要經(jīng)受住發(fā)射沖擊和太空輻射,，實現(xiàn)在微重力條件下的正常工作,。在如此狹小的空間內(nèi)，要將基因擴(kuò)增芯片、供電電池及控制系統(tǒng)等所有部件置于其中,，真可謂是“螺螄殼里做道場”,。
楊春華與項目組部分師生在“神舟八號”酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心現(xiàn)場
對于楊春華這個“小本”來說，如何在有限的資源條件下實現(xiàn)快速精準(zhǔn)地溫度控制是一項不小的挑戰(zhàn),?！皠傞_始擴(kuò)增芯片的升降溫過程就有問題，常規(guī)的加熱膜等材料效果都不理想,，后來我們發(fā)現(xiàn)一種半導(dǎo)體熱電組件,，既可以加熱又可以制冷，是個不錯的選擇,?！钡牵蒲械牡缆窂臎]有一帆風(fēng)順,，為了節(jié)約研發(fā)成本和加快研發(fā)進(jìn)度,，載荷前期測試使用的都是普通直流電源，當(dāng)換上定制的航天專用電池時,，載荷的升溫裝置失效了,。此時，已經(jīng)進(jìn)入載荷正樣件環(huán)境測試的關(guān)鍵階段,，如果無法快速解決問題,，載荷上天勢必受到影響。
時間緊迫,，已容不得任何試錯,，年輕的楊春華作為該環(huán)節(jié)的主要負(fù)責(zé)人，頂住壓力,，迎難而上,。在冷靜思考后，楊春華經(jīng)過多次測試后發(fā)現(xiàn),，升溫能力不足的原因是載荷各金屬材質(zhì)部件的良導(dǎo)熱性以及定制的化學(xué)電池自身負(fù)載能力有限,。在虛心求教一番之后，楊春華對癥下藥,，為載荷溫控組件與承載結(jié)構(gòu)之間增加了特定材質(zhì)隔熱片,，最終成功解決了問題，并實現(xiàn)了升溫與降溫性能的良好平衡,?！澳嵌螘r間就跟魔怔了一樣，吃飯時想,、睡覺時想,，白天與工人師傅一起在車間搞加工,，晚上再和團(tuán)隊花長時間測試，還好最終圓滿解決了問題,，沒有延誤項目進(jìn)度,。”每當(dāng)回想起自己第一次參與載荷項目就碰上嚴(yán)峻挑戰(zhàn),，楊春華還是唏噓不已,。
2011年11月1日清晨，伴隨著“神舟八號”飛船成功發(fā)射,，由北京理工大學(xué)作為總體牽頭單位設(shè)計制造的“微流控芯片基因擴(kuò)增裝置”終于遨游太空,，實現(xiàn)了北理工實驗裝置載荷登入太空、中國微流控芯片技術(shù)太空應(yīng)用,、中國在空間環(huán)境下開展基因?qū)嶒炄棥傲愕耐黄啤薄?/p>
“在北理工,，重大科研任務(wù)向來是培養(yǎng)人才的沃土，是培養(yǎng)一流人才的堅實基礎(chǔ),?！鄙鼘W(xué)院黨委書記周連景這樣談到。如果說有機會參與“神舟搭載”是人生給予楊春華的饋贈,，那抓住機會、奮進(jìn)而行,，則離不開一份態(tài)度,、一份拼搏?！ ?/p>
醫(yī)工融合顯優(yōu)勢
科研無疑是一條艱辛有余,、追求無涯的道路，鮮花與掌聲的背后是辛勤研究與日夜思索,。在第一次參與空間載荷任務(wù)之后,，楊春華便將空間生命科學(xué)載荷研究作為了自己執(zhí)著追求的方向。2011年,，楊春華憑借出色的學(xué)習(xí)成績,，保研本校繼續(xù)學(xué)習(xí)。2014年,，楊春華又成為一名生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的博士生,，師從國際宇航科學(xué)院院士鄧玉林教授。
在讀研期間,，楊春華相繼參與了2016年6月“長征七號”運載火箭首飛搭載“空間細(xì)胞和微生物培養(yǎng)實驗裝置”,、2017年4月“天舟一號”貨運飛船搭載“空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷”的研制任務(wù)。難得的實戰(zhàn)鍛煉,，楊春華不僅迅速成長成熟,，并且充分發(fā)揮自己扎實的醫(yī)工融合專業(yè)背景,，成為團(tuán)隊優(yōu)秀的青年骨干。
“天舟一號”空間微流控芯片生物培養(yǎng)與分析載荷交付前加樣操作
在“天舟搭載”任務(wù)中,，北理工的載荷實現(xiàn)了在同一種營養(yǎng)基里同時培養(yǎng)兩類細(xì)胞,，以模擬太空環(huán)境中人體的“腦血屏障”，這對航天員生命健康研究具有重要意義,?！坝捎凇疤熘垡惶枴必涍\飛船最終要墜入大氣層燒毀，并不返回地面,，這就要求載荷裝置必須做到在軌監(jiān)測和數(shù)據(jù)回傳,，也就是要實現(xiàn)真正的太空全自動化實驗與檢測，挑戰(zhàn)不小,?！崩顣原偨榻B到。
在生命學(xué)院鄧玉林教授的帶領(lǐng)下,，北理工團(tuán)隊從零開始設(shè)計研制高度集成和自動化的全新空間實驗載荷裝置,。此時，經(jīng)歷過兩次發(fā)射任務(wù)的楊春華,，作為團(tuán)隊中的絕對主力,，不僅參與方案設(shè)計，完成模型驗證,，還擔(dān)綱完成了載荷裝置所有的生產(chǎn)測試任務(wù),。
“在‘天舟一號’項目中，我確實感覺自己生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的交叉融合背景,，優(yōu)勢明顯,，給了我很大幫助?！睏畲喝A回憶,。在那次項目中，微流控芯片中培養(yǎng)的多種細(xì)胞,，一類處于懸浮狀態(tài),，而另一類則處于貼壁狀態(tài)，要想觀察各種細(xì)胞在空間環(huán)境下的形態(tài)變化和遷移情況,，并研究其相互作用效應(yīng),，就必須要同時觀測清楚所有細(xì)胞不同階段的生長狀態(tài)?！霸谶@個項目中,，需要由團(tuán)隊生物技術(shù)組的研究人員提出在軌試驗的詳細(xì)需求，再由載荷技術(shù)組的人員逐一完成支持相關(guān)功能的硬件及軟件設(shè)計,，這個時候,，交叉學(xué)科的背景發(fā)揮了很好的作用,。”楊春華既具備生物學(xué)科知識背景,，又掌握了工程化實現(xiàn)方法,，他創(chuàng)新思路，經(jīng)過不斷優(yōu)化改進(jìn),，最終與團(tuán)隊設(shè)計出了一套集溫度控制的可自動化分層調(diào)焦的在軌顯微觀測系統(tǒng),，很好地解決了這一難題。
“堅持面向醫(yī)工融合的新興交叉方向培養(yǎng)人才,，楊春華就是學(xué)院人才培養(yǎng)的優(yōu)秀成果,。”生命學(xué)院院長羅愛芹介紹到,。功夫不負(fù)有心人,，在“天舟一號”搭載項目研制總結(jié)評審會上，北理工載荷被給予“最先進(jìn)最復(fù)雜的空間生命科學(xué)實驗載荷”的高度評價,，高科技含量,、高實施難度、完全自主研制的背后,，北理工團(tuán)隊卻只有十幾個人,，這樣的成績令業(yè)界同行側(cè)目。
國際空間站載荷交付前測試
完成“天舟一號”載荷任務(wù)后不到半個月,，楊春華和伙伴們又跨越太平洋,，連續(xù)作戰(zhàn)，交上了另一份滿意的答卷,。2017年6月6日,，由北京理工大學(xué)研制的“空間環(huán)境下在PCR反應(yīng)中DNA錯配規(guī)律研究的科學(xué)載荷”搭乘SpaceX公司“龍飛船”,，成為首個登入國際空間站的中國空間科學(xué)項目,，標(biāo)志著中美空間科學(xué)合作取得了“零”的突破，引發(fā)國際關(guān)注,?！?/p>
小載荷的大堅持
“楊春華已經(jīng)熟知了國內(nèi)和國際常規(guī)科學(xué)實驗載荷項目的實施流程及相關(guān)航天產(chǎn)品的質(zhì)量管理辦法，他是我們團(tuán)隊的一個寶,！”作為北理工空間生命科學(xué)研究帶頭人的鄧玉林教授對楊春華的稱贊毫不吝惜,。這不僅僅源于楊春華在科研學(xué)術(shù)上過硬的實力，更是對他在工作上認(rèn)真的堅守,、“舍我其誰”的責(zé)任心最為直接的贊美,。
楊春華在空間模擬艙為課題組同學(xué)講解生物實驗平臺關(guān)鍵技術(shù)
“過師兄這關(guān)，從來都是我們各階段工作的最后一道工序,?！迸c楊春華同一個實驗室的博士生樊云龍這樣形容,，“無論是寫文檔還是出圖紙，只有他審核通過,，我們才會心里有底,。而他也從不會計較我們拿給他看的東西是否與他有關(guān)，只是盡可能地為我們提供幫助,?！?/p>
“上天的事不能出半點差錯！”這是楊春華經(jīng)常掛在嘴邊的話,。無論參與載荷哪個部分的研究工作,，楊春華都會嚴(yán)格按照時間節(jié)點，對整個工作過程的不同階段,，撰寫詳盡的設(shè)計報告和分析報告,，將出現(xiàn)的問題徹徹底底探討清楚，同時為其他同伴闡明整個裝置的詳細(xì)狀態(tài),。面對科研任務(wù),，楊春華始終銘記自己代表的是北京理工大學(xué)，一絲不茍,、精益求精,。“從本科時候開始,，認(rèn)真負(fù)責(zé)就是楊春華的突出優(yōu)點,。”學(xué)院黨委副書記,、楊春華本科時的輔導(dǎo)員郭惠芝這樣評價,。
除了科研上的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，楊春華做起組織管理工作來,，也是運籌帷幄,。2017年2月到5月，正是“天舟一號”貨運飛船搭載試驗項目最后的沖刺階段,，也是國際空間站搭載試驗項目的關(guān)鍵實施階段,。同時作為兩個載荷任務(wù)團(tuán)隊的骨干力量，楊春華當(dāng)時面臨著一系列完全陌生的挑戰(zhàn),。那段時間楊春華的主要任務(wù)是在海南文昌發(fā)射場確?！疤熘垡惶枴痹囼炤d荷順利通過整船系列綜合測試任務(wù)，帶領(lǐng)北理工發(fā)射場試驗隊完成生物樣品加注操作,、驗收交付及裝船工作,，以及最后的測試發(fā)射任務(wù)，并協(xié)助北理工北京飛控中心試驗隊完成后續(xù)飛控任務(wù),。與此同時,，楊春華還需要與國際空間站搭載試驗項目團(tuán)隊一同推進(jìn)載荷正樣產(chǎn)品的測試工作,、實驗物資跨國運輸以及發(fā)射場前期測試工作等，并負(fù)責(zé)與美方技術(shù)團(tuán)隊的溝通工作,。說起那段時間的經(jīng)歷,，楊春華笑稱再沒有比這更緊張刺激的了。
“如果楊春華愿意,，完全可以過上不一樣的生活,，向他伸出橄欖枝的單位不在少數(shù)，高薪高待遇也不是問題,?！崩顣原傔@樣評價道。在空間生命科學(xué)研究領(lǐng)域,，擁有良好的專業(yè)背景,，并歷經(jīng)多次發(fā)射實戰(zhàn)磨礪，楊春華的履歷背景可謂難得,。然而,，“北理工烙印”鮮明的楊春華，不受外界叨擾,，謙虛謹(jǐn)慎搞研究,，踏踏實實投身服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需要的事業(yè)中，一步一個腳印地朝著夢想前進(jìn),。這份“大堅持”為身邊師生所欣賞佩服,。
“如何更好地進(jìn)行資源分配，讓后來的人不像我們這樣艱難,，讓后續(xù)的工作更加高效,，更好地服務(wù)國家重大戰(zhàn)略，是我除研究外經(jīng)常會想的事情,?！泵嫦蛭磥恚谘芯恐胁粩鄬W(xué)習(xí)積累,、經(jīng)受住層層考驗的楊春華,，多了一份沉穩(wěn)與大氣,?！懊恳粋€北理工人都有一顆報國心！”
“所有的工作成果都是整個團(tuán)隊共同努力的結(jié)果,，而我只是剛好都參與其中,。”談起自己的“載荷”經(jīng)歷,，楊春華謙遜靦腆,。
朝氣蓬勃,，于喧囂中安定地前行，不驕,、不躁,、不慌、不忙,，楊春華這位普通的北理工博士生,，用一串扎實的奮斗腳印、一道亮麗的成長軌跡,，寫就自己的精彩青春,。
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