春華秋實(shí)，“載荷”博士成長(zhǎng)記
——記北京理工大學(xué)2014級(jí)生物醫(yī)學(xué)工程博士生楊春華
發(fā)布日期：2019-08-21 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(shí)驗(yàn)室、食堂,、宿舍,，晨出晚歸，三點(diǎn)一線,；操作實(shí)驗(yàn),、整理數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,、解決問(wèn)題,，周而復(fù)始，循序漸進(jìn)……“神八搭載”“長(zhǎng)七搭載”“天舟搭載”“SpaceX龍飛船搭載登陸國(guó)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(guó)空間生命科學(xué)研究的多項(xiàng)第一……這是北理工博士楊春華的生活,，平而不凡，充實(shí)滿滿,。
楊春華,，北京理工大學(xué)生命學(xué)院2007級(jí)本科生、2014級(jí)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(zhǎng)成為我國(guó)空間生命科學(xué)研究一線的青年人才，勤奮拼搏,，春華秋實(shí),。
“小本”扛大任
“神舟八號(hào)”飛船搭載微流控芯片基因擴(kuò)增裝置
“今天,，我們召開(kāi)的是神舟八號(hào)飛船搭載微流控芯片基因擴(kuò)增裝置空間載荷項(xiàng)目的每周例行會(huì)議,，歡迎新來(lái)的同學(xué)加入項(xiàng)目組！”回想起本科時(shí)自己第一次得知即將參與重大科研項(xiàng)目的場(chǎng)景時(shí),，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人生命學(xué)院鄧玉林教授的話語(yǔ)讓楊春華記憶猶新,。“當(dāng)時(shí)的心情很忐忑,，覺(jué)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(shí)現(xiàn)航天器在軌運(yùn)行要完成的特定任務(wù)的儀器,、設(shè)備、人員,、試驗(yàn)生物及試件等,，是航天器在軌發(fā)揮最終航天使命的一個(gè)重要分系統(tǒng)。
2010年10月,，距離中國(guó)“神舟八號(hào)”飛船發(fā)射僅有一年的時(shí)間,，北理工爭(zhēng)取到在此次發(fā)射任務(wù)中搭載科學(xué)載荷的機(jī)會(huì)——將自主研制的基因擴(kuò)增裝置送入太空，以實(shí)現(xiàn)中國(guó)首次太空基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn),。雖然,，那時(shí)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(shì)。
機(jī)會(huì)總是垂青有準(zhǔn)備的人,，彼時(shí)還是大三學(xué)生的楊春華因?yàn)閰⒓颖本┦写髮W(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽,，結(jié)識(shí)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(jì)、軟件開(kāi)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(shí)間,，李老師總會(huì)給我布置一些小課題,，但是和當(dāng)時(shí)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(gè)“超綱題”，一步一步拓展知識(shí)面,、提升能力,，也一步一步走進(jìn)了國(guó)家“大項(xiàng)目”?！昂髞?lái)才發(fā)現(xiàn),，那些小課題其實(shí)都是之后空間載荷項(xiàng)目會(huì)遇到的技術(shù)問(wèn)題，老師可能也是在借此考察和培養(yǎng)我,，但我當(dāng)時(shí)完全不知情,。”
基因擴(kuò)增,，原理類似于DNA的天然復(fù)制過(guò)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(gè)階段,，若想在太空中實(shí)現(xiàn)，可謂困難重重,。首先,，實(shí)驗(yàn)必須在載荷裝置內(nèi)自動(dòng)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(zhǎng)、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(shí)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(chǎng)”。
楊春華與項(xiàng)目組部分師生在“神舟八號(hào)”酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心現(xiàn)場(chǎng)
對(duì)于楊春華這個(gè)“小本”來(lái)說(shuō),，如何在有限的資源條件下實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)地溫度控制是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn),。“剛開(kāi)始擴(kuò)增芯片的升降溫過(guò)程就有問(wèn)題,，常規(guī)的加熱膜等材料效果都不理想,，后來(lái)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(gè)不錯(cuò)的選擇,?！钡牵蒲械牡缆窂臎](méi)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(cè)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(shí),，載荷的升溫裝置失效了,。此時(shí)，已經(jīng)進(jìn)入載荷正樣件環(huán)境測(cè)試的關(guān)鍵階段,，如果無(wú)法快速解決問(wèn)題,，載荷上天勢(shì)必受到影響。
時(shí)間緊迫,，已容不得任何試錯(cuò),，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(guò)多次測(cè)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(duì)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(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了升溫與降溫性能的良好平衡,?！澳嵌螘r(shí)間就跟魔怔了一樣，吃飯時(shí)想,、睡覺(jué)時(shí)想,，白天與工人師傅一起在車間搞加工，晚上再和團(tuán)隊(duì)花長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試,，還好最終圓滿解決了問(wèn)題,，沒(méi)有延誤項(xiàng)目進(jìn)度?！泵慨?dāng)回想起自己第一次參與載荷項(xiàng)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(hào)”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(jì)制造的“微流控芯片基因擴(kuò)增裝置”終于遨游太空,，實(shí)現(xiàn)了北理工實(shí)驗(yàn)裝置載荷登入太空、中國(guó)微流控芯片技術(shù)太空應(yīng)用,、中國(guó)在空間環(huán)境下開(kāi)展基因?qū)嶒?yàn)三項(xiàng)“零的突破”,。
“在北理工，重大科研任務(wù)向來(lái)是培養(yǎng)人才的沃土,，是培養(yǎng)一流人才的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。”生命學(xué)院黨委書(shū)記周連景這樣談到,。如果說(shuō)有機(jī)會(huì)參與“神舟搭載”是人生給予楊春華的饋贈(zèng),，那抓住機(jī)會(huì)、奮進(jìn)而行,，則離不開(kāi)一份態(tài)度,、一份拼搏?！ ?/p>
醫(yī)工融合顯優(yōu)勢(shì)
科研無(wú)疑是一條艱辛有余,、追求無(wú)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(jī),，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(guó)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(zhǎng)征七號(hào)”運(yùn)載火箭首飛搭載“空間細(xì)胞和微生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置”、2017年4月“天舟一號(hào)”貨運(yùn)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(shí)戰(zhàn)鍛煉,，楊春華不僅迅速成長(zhǎng)成熟，并且充分發(fā)揮自己扎實(shí)的醫(yī)工融合專業(yè)背景,，成為團(tuán)隊(duì)優(yōu)秀的青年骨干,。
“天舟一號(hào)”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(shí)現(xiàn)了在同一種營(yíng)養(yǎng)基里同時(shí)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(duì)航天員生命健康研究具有重要意義。“由于“天舟一號(hào)”貨運(yùn)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(cè)和數(shù)據(jù)回傳，也就是要實(shí)現(xiàn)真正的太空全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)與檢測(cè),，挑戰(zhàn)不小,。”李曉瓊介紹到,。
在生命學(xué)院鄧玉林教授的帶領(lǐng)下,，北理工團(tuán)隊(duì)從零開(kāi)始設(shè)計(jì)研制高度集成和自動(dòng)化的全新空間實(shí)驗(yàn)載荷裝置。此時(shí),，經(jīng)歷過(guò)兩次發(fā)射任務(wù)的楊春華,，作為團(tuán)隊(duì)中的絕對(duì)主力，不僅參與方案設(shè)計(jì),，完成模型驗(yàn)證,，還擔(dān)綱完成了載荷裝置所有的生產(chǎn)測(cè)試任務(wù)。
“在‘天舟一號(hào)’項(xiàng)目中,，我確實(shí)感覺(jué)自己生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的交叉融合背景,，優(yōu)勢(shì)明顯，給了我很大幫助,?！睏畲喝A回憶。在那次項(xiàng)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(shí)觀測(cè)清楚所有細(xì)胞不同階段的生長(zhǎng)狀態(tài),?！霸谶@個(gè)項(xiàng)目中，需要由團(tuán)隊(duì)生物技術(shù)組的研究人員提出在軌試驗(yàn)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(jì),，這個(gè)時(shí)候，交叉學(xué)科的背景發(fā)揮了很好的作用,?！睏畲喝A既具備生物學(xué)科知識(shí)背景，又掌握了工程化實(shí)現(xiàn)方法,，他創(chuàng)新思路,，經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化改進(jìn),，最終與團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一套集溫度控制的可自動(dòng)化分層調(diào)焦的在軌顯微觀測(cè)系統(tǒng)，很好地解決了這一難題,。
“堅(jiān)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?！鄙鼘W(xué)院院長(zhǎng)羅愛(ài)芹介紹到,。功夫不負(fù)有心人，在“天舟一號(hào)”搭載項(xiàng)目研制總結(jié)評(píng)審會(huì)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(shí)驗(yàn)載荷”的高度評(píng)價(jià),，高科技含量、高實(shí)施難度,、完全自主研制的背后,，北理工團(tuán)隊(duì)卻只有十幾個(gè)人，這樣的成績(jī)令業(yè)界同行側(cè)目,。
國(guó)際空間站載荷交付前測(cè)試
完成“天舟一號(hào)”載荷任務(wù)后不到半個(gè)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(cuò)配規(guī)律研究的科學(xué)載荷”搭乘SpaceX公司“龍飛船”,，成為首個(gè)登入國(guó)際空間站的中國(guó)空間科學(xué)項(xiàng)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(guó)際關(guān)注,?！?/p>
小載荷的大堅(jiān)持
“楊春華已經(jīng)熟知了國(guó)內(nèi)和國(guó)際常規(guī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷項(xiàng)目的實(shí)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(duì)的一個(gè)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(duì)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(guò)硬的實(shí)力，更是對(duì)他在工作上認(rèn)真的堅(jiān)守,、“舍我其誰(shuí)”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(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)
“過(guò)師兄這關(guān)，從來(lái)都是我們各階段工作的最后一道工序,。”與楊春華同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的博士生樊云龍這樣形容,，“無(wú)論是寫(xiě)文檔還是出圖紙,，只有他審核通過(guò)，我們才會(huì)心里有底,。而他也從不會(huì)計(jì)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。”
“上天的事不能出半點(diǎn)差錯(cuò),！”這是楊春華經(jīng)常掛在嘴邊的話,。無(wú)論參與載荷哪個(gè)部分的研究工作，楊春華都會(huì)嚴(yán)格按照時(shí)間節(jié)點(diǎn),，對(duì)整個(gè)工作過(guò)程的不同階段,，撰寫(xiě)詳盡的設(shè)計(jì)報(bào)告和分析報(bào)告，將出現(xiàn)的問(wèn)題徹徹底底探討清楚,，同時(shí)為其他同伴闡明整個(gè)裝置的詳細(xì)狀態(tài),。面對(duì)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?！皬谋究茣r(shí)候開(kāi)始,，認(rèn)真負(fù)責(zé)就是楊春華的突出優(yōu)點(diǎn)?！睂W(xué)院黨委副書(shū)記,、楊春華本科時(shí)的輔導(dǎo)員郭惠芝這樣評(píng)價(jià)。
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(lái),，也是運(yùn)籌帷幄。2017年2月到5月,，正是“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船搭載試驗(yàn)項(xiàng)目最后的沖刺階段,，也是國(guó)際空間站搭載試驗(yàn)項(xiàng)目的關(guān)鍵實(shí)施階段。同時(shí)作為兩個(gè)載荷任務(wù)團(tuán)隊(duì)的骨干力量,，楊春華當(dāng)時(shí)面臨著一系列完全陌生的挑戰(zhàn),。那段時(shí)間楊春華的主要任務(wù)是在海南文昌發(fā)射場(chǎng)確保“天舟一號(hào)”試驗(yàn)載荷順利通過(guò)整船系列綜合測(cè)試任務(wù),，帶領(lǐng)北理工發(fā)射場(chǎng)試驗(yàn)隊(duì)完成生物樣品加注操作,、驗(yàn)收交付及裝船工作，以及最后的測(cè)試發(fā)射任務(wù),，并協(xié)助北理工北京飛控中心試驗(yàn)隊(duì)完成后續(xù)飛控任務(wù),。與此同時(shí)，楊春華還需要與國(guó)際空間站搭載試驗(yàn)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一同推進(jìn)載荷正樣產(chǎn)品的測(cè)試工作,、實(shí)驗(yàn)物資跨國(guó)運(yùn)輸以及發(fā)射場(chǎng)前期測(cè)試工作等,，并負(fù)責(zé)與美方技術(shù)團(tuán)隊(duì)的溝通工作。說(shuō)起那段時(shí)間的經(jīng)歷,，楊春華笑稱再?zèng)]有比這更緊張刺激的了,。
“如果楊春華愿意,，完全可以過(guò)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(wèn)題,。”李曉瓊這樣評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)實(shí)投身服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需要的事業(yè)中,，一步一個(gè)腳印地朝著夢(mèng)想前進(jìn),。這份“大堅(jiān)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(lái)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(guó)家重大戰(zhàn)略,，是我除研究外經(jīng)常會(huì)想的事情,。”面向未來(lái),，在研究中不斷學(xué)習(xí)積累,、經(jīng)受住層層考驗(yàn)的楊春華，多了一份沉穩(wěn)與大氣,?！懊恳粋€(gè)北理工人都有一顆報(bào)國(guó)心！”
“所有的工作成果都是整個(gè)團(tuán)隊(duì)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(shí)的奮斗腳印,、一道亮麗的成長(zhǎng)軌跡,，寫(xiě)就自己的精彩青春。
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