歷時5個多月，集成47項先進技術(shù)，42家單位聯(lián)合攻關(guān)，關(guān)鍵核心零部件“含津量”100%，一臺完全依靠純太陽能驅(qū)動、真正零排放的高等級智能網(wǎng)聯(lián)汽車在天津研制成功，探索出一條天津特色的創(chuàng)新引領(lǐng)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展之路──
“揭榜掛帥”擂鼓正酣。4月11日，在天津市科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，作為2021年天津重大科技創(chuàng)新攻關(guān)成果，一臺名為“天津號”的純太陽能車甫一亮相，立即驚艷全場。
去年以來，這項引領(lǐng)科技創(chuàng)新、探索綠色發(fā)展新路徑的重大創(chuàng)新攻關(guān)項目，被同一時間排在天津發(fā)改、科技、工信、教育四大職能部門重點工作首要位置。這是一個怎樣的項目？因何以創(chuàng)新和綠色作為著力點？
時間撥回2020年9月，兩個高頻詞屢屢刷屏──碳達峰、碳中和。在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，習(xí)近平總書記向世界莊嚴(yán)承諾，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。
3個月后，習(xí)近平總書記在省部級主要領(lǐng)導(dǎo)干部學(xué)習(xí)貫徹黨的十九屆五中全會精神專題研討班開班式上，明確要求“有力有序推進創(chuàng)新攻關(guān)的‘揭榜掛帥’體制機制”。
為貫徹習(xí)近平總書記重要要求，落實“雙碳”目標(biāo)，我市瞄準(zhǔn)重大科學(xué)前沿和產(chǎn)業(yè)科技前瞻，從掣肘的交通污染頑疾入手，確定以打造純太陽能高等級智能網(wǎng)聯(lián)車為突破口，采用科技攻關(guān)“揭榜掛帥”方式，探索以重大項目引領(lǐng)重大科技創(chuàng)新，支撐綠色發(fā)展，體現(xiàn)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。
歷時5個多月的協(xié)同攻關(guān)，“天津號”純太陽能車研制工作取得重要階段性成果，各項攻關(guān)指標(biāo)達到榜單要求。天津憑著敢闖敢試、敢為人先的勇氣和矢志創(chuàng)新、銳意進取的實干，在創(chuàng)新引領(lǐng)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展路上，交上一份圓滿答卷。
挑戰(zhàn)：一個純字，難在哪里？
去年以來，從中央到地方，“揭榜掛帥”頻發(fā)“英雄帖”。天津堅決貫徹落實習(xí)近平生態(tài)文明思想，按照習(xí)近平總書記關(guān)于“打造我國自主創(chuàng)新的重要源頭和原始創(chuàng)新的主要策源地”的重要要求，確立了制造業(yè)立市等一系列決策部署，以研制純太陽能車為抓手，制定科技攻關(guān)榜單，促進新能源、新材料、人工智能等前沿領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，推動科技創(chuàng)新與先進制造業(yè)融合發(fā)展。
有人說，純太陽能車就像個斑斕的夢，五光十色卻讓研發(fā)者望而卻步。近年來，以太陽能作為混合動力的概念車陸續(xù)面市，但是依靠太陽能作為全車唯一能量來源的仍無先例。一個純字，到底難在哪里？這份榜單如何凝練？天津又將圍繞這臺車做出怎樣一篇大文章？
這項研究是要研發(fā)一款完全依靠太陽能驅(qū)動、不使用任何化石燃料和外部電源、真正實現(xiàn)零排放、引領(lǐng)前沿技術(shù)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車。我市著重從產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題中凝練榜單任務(wù)，將純太陽能車分解為能源轉(zhuǎn)化與利用、無人駕駛技術(shù)、輕量化技術(shù)等關(guān)鍵核心指標(biāo)，使車的整體性能達到世界領(lǐng)先。項目要求立足我市產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和優(yōu)勢，以園區(qū)接駁、景區(qū)觀光、校園通勤等場景應(yīng)用示范為目標(biāo)，實現(xiàn)我市最先進技術(shù)成果的集成應(yīng)用。
去年4月的一天，市政府在市科技局召開“天津號”純太陽能車項目榜單發(fā)布會。大屏幕上列出的十大指標(biāo)，讓這個項目看起來是個不可能完成的任務(wù)──續(xù)航里程不少于50公里，最低速度不低于50公里/小時，搭載人數(shù)不少于3人，自動駕駛等級達到國標(biāo)4級以上，太陽能電池陣最高轉(zhuǎn)換效率大于30%，比同類車型整車減重50%以上……
十大指標(biāo)，個個嚴(yán)苛且充滿挑戰(zhàn)。如果按1度電跑10公里計算，意味著這輛車每天至少要充5度電，而目前高配置的電站及太陽能板，年平均單日充電量僅有4度。當(dāng)前，民用級別的太陽能電池板光電轉(zhuǎn)化率最高不過23%，30%的指標(biāo)難度可想而知。
一紙“求賢令”，引來眾多勇者。天津三家企業(yè)長城汽車、旭馳汽車、阿爾特汽車脫穎而出，角逐帥印。
孫逢春，中國工程院院士，被譽為中國電動汽車第一人。去年“五一”假期剛結(jié)束，他和另外6位新能源、新材料領(lǐng)域?qū)＜引R聚天津，參加“揭榜掛帥”項目專家評審會。面對三家企業(yè)，他話語堅定：“指標(biāo)必須達標(biāo)，‘揭榜掛帥’就是簽下軍令狀！”
評審會4天后，結(jié)合多輪評定和專家意見，阿爾特汽車成功“突圍”成為最終“掛帥者”。
開跑：想，全是問題；干，才有答案！
一朝掛帥，軍令如山。“天津號”純太陽能車排定時間表，2021年8月31日交付靜態(tài)整車，10月底前完成試跑。
當(dāng)今，世界經(jīng)濟正在從資源依賴型向技術(shù)依賴型轉(zhuǎn)移，一邊是對能源需求的望眼欲穿，另一邊創(chuàng)新就不能按部就班。
按照“揭榜掛帥”項目管理規(guī)定，阿爾特汽車可以自主組建研發(fā)團隊，自主決定技術(shù)路線和經(jīng)費開支，調(diào)整事項無需報備。依據(jù)“掛帥單位吹哨，部門報到”機制，阿爾特汽車可以召集政府部門協(xié)調(diào)解決問題，還可以調(diào)集中國汽車技術(shù)研究中心、中國電科十八所、力神電池以及天津各高校力量集中攻關(guān)。
2021年5月15日，接過帥旗的當(dāng)天下午，阿爾特汽車的會議室里一片寂靜，工程師們圍坐在一起，呼吸聲都顯得格外輕。“一輛整車常規(guī)開發(fā)周期是24個月，而這個項目只有5個月！”作為從業(yè)30年、業(yè)績出色的資深汽車人，天津阿爾特汽車公司總經(jīng)理、“天津號”純太陽能車項目負責(zé)人王彥輝這次也感到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)：“留給我們的時間不多了。”
除了超短的造車周期，這次無解的問題似乎太多──普通面包車的車頂面積只有4平方米，能吸收的太陽能根本無法支撐續(xù)航50公里要求；比同類車型減重50%以上，意味著即使全部采用市場上最輕量化材料，全車依然超重；全新的供能系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)，再加上國標(biāo)4級以上自動駕駛系統(tǒng)，近萬個部件能否兼容、協(xié)同工作……
想，全是問題；干，才有答案！
一支15人的項目組在阿爾特汽車迅速成立，職能部門也立即“開跑”。
攻堅：考驗實時存在，一次次推翻重來。
隨著研發(fā)工作進入實質(zhì)性攻堅，如何突破太陽能電池板4平方米限制，項目組遇到了第一個難關(guān)。
一次次提出方案，又一次次推翻重來。必須兼顧行車安全、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、無人駕駛等種種需要，這4平方米難住了所有人。
“有一天加班到很晚，我無意間看到解放橋開啟的新聞，橋身從中間打開，然后再豎起來，形成翅膀一樣的伸縮結(jié)構(gòu)。”那一刻，天津阿爾特汽車公司工程師趙建平突然有了靈感。第二天一早，項目組馬上集體討論，車停下充電時，可以通過展翅的形態(tài)設(shè)計，把疊放的太陽能板伸展出來，這樣就使面積擴大了一倍。“這個方案出來時，大家別提多開心！”趙建平說。
解決了太陽能電池板從4平方米到8平方米的提升，而發(fā)電量要支撐續(xù)航50公里，電池板的光電轉(zhuǎn)化效率至少要達到31%。
這次目光投向坐落在天津的中國電科十八所，其研發(fā)的太陽能電池陣幾乎貫穿整個中國航空航天發(fā)展史，從“東方紅一號”到“天宮一號”，太陽能電池板全都產(chǎn)自這里。其中，“神舟十二號”載人飛船以及“天和”核心艙搭載的太陽能電池板，光電轉(zhuǎn)化率恰恰達到31%。
“經(jīng)過多輪商討，決定要把我們最先進的技術(shù)應(yīng)用到這臺車上。”中國電科十八所工程師呂冬翔說，“最終采用的是空間砷化鎵太陽電池技術(shù)，這與‘神舟十二號’載人飛船和‘天和’核心艙的太陽電池技術(shù)是相同的。”
砷化鎵太陽電池技術(shù)在深空表現(xiàn)堪稱完美，可當(dāng)太陽光穿過大氣層，光譜大幅衰減后，光電轉(zhuǎn)化率僅剩下25%，剩下6%的差距怎么辦？
奧秘就在半導(dǎo)體材料的重新排列組合中。
經(jīng)過數(shù)十次推演，研究團隊得出一個較理想的電池配比方案。但地面不同于深空，風(fēng)吹、雨淋、日曬、結(jié)霧、凝霜，再加上天津鹽堿程度高，地面環(huán)境對太陽能電池板本身和光電轉(zhuǎn)化率的考驗異常嚴(yán)苛，選材至關(guān)重要。
以封裝工序為例，多達數(shù)百種材料，呂冬翔等人只能一種一種試，每種材料都要經(jīng)歷高低溫、淋雨、沙塵、震動等多重考驗。
一次又一次，這群年輕的科研工作者迎著陽光向前。無數(shù)次失敗后，終于迎來曙光。實驗結(jié)果證明，安裝在試驗車上的砷化鎵太陽能電池性能穩(wěn)定，即使在陰天情況下，依然能發(fā)電使用！
接下來，難題傳導(dǎo)到減重環(huán)節(jié)。整車減重50%以上，能實現(xiàn)嗎？
鋁的密度是2.7克/立方厘米，碳纖維的密度是1.8克/立方厘米，項目組最初考慮的方案是整個車身采用碳纖維骨架。然而，由于周期原因，光模具制造就要2—3個月，除了時間上不允許，碳纖維昂貴的成本與項目可推廣性、未來產(chǎn)業(yè)化的初衷也無法契合。整車碳纖維輕量化方案行不通，只能另尋出路。
技術(shù)人員認(rèn)為，車身骨架采用鋁合金結(jié)構(gòu)，外覆蓋件是碳纖維結(jié)構(gòu)，能減重40%。車身儀表板管梁是整車、儀表板、中控儀表等部件的主要承重部件，也是車身總成的關(guān)鍵部件，減重最后10%的希望被寄托在這里。
天津理工大學(xué)材料與工程學(xué)院陳民芳教授在基礎(chǔ)材料這條寂寞路上走了40余年，這次當(dāng)仁不讓接過挑戰(zhàn)。
阿爾特汽車設(shè)計的儀表板管梁必須經(jīng)過擠壓成型，無法直接澆筑出來，這成了陳民芳團隊必須要過的一道坎。
根據(jù)設(shè)計需要，“天津號”儀表板管梁呈日字形結(jié)構(gòu)，橫截面金屬焊點多達6個，擠壓加工的難度提升了數(shù)倍，對材料提出更高要求。
一代材料一代技術(shù)，一代技術(shù)一代裝備，材料已成為推動世界科技進步的重要力量。近半生的埋頭科研，讓陳民芳取得了20多項專利，但太多專利是一誕生便雪藏。
“天津號”的出現(xiàn)，讓陳民芳的堅守有了色彩。試驗中，型材擠壓出現(xiàn)斷裂，找到問題原因，陳民芳組織團隊對配方進行調(diào)整，第二次冶煉擠壓成功了。
“‘天津號’讓學(xué)校的科研成果走出校門，真正投入到工業(yè)應(yīng)用中！”陳民芳激動不已。
隨著天津理工大學(xué)的鎂合金系列、天津工業(yè)大學(xué)的高性能纖維編制材料等一一實現(xiàn)應(yīng)用，10%的目標(biāo)被一點點攻克。在“天津號”純太陽能車研制過程中，有12項高?？蒲谐晒瓿陕涞厥痉?，為我市高校前沿科研成果提供了全新應(yīng)用場景。
破繭：全部達標(biāo)并優(yōu)于預(yù)期！
研究步步推進，復(fù)雜難題被逐個擊破，“天津號”也一天天破繭而出。
2021年8月28日，焊裝結(jié)束。
8月31日，靜態(tài)驗收。
9月7日，太陽能展翼系統(tǒng)調(diào)試完成。
9月8日，開始噴漆涂裝作業(yè)。
9月11日，全車內(nèi)飾包覆結(jié)束。
……
時間來到10月29日，在天津體育館外的試跑場地，“天津號”純太陽能車第一次在世人面前揭開面紗──以藍色基調(diào)為主的車身，充滿了未來科技感。
為體現(xiàn)天津特色，盡顯天津之美，除了車頂太陽能板的展翼設(shè)計靈感源自開啟的海河解放橋，還有諸多設(shè)計理念、靈感元素來自天津。車頂?shù)牧骶€型造型，形似天津自然博物館的穹頂式曲線；車頭的橫梁流線設(shè)計，形似字母T，也象征著海河玉帶；車輪的輪罩裝飾與車輪輪輻巧妙結(jié)合，形似“天津之眼”摩天輪的輪廓；內(nèi)飾的包覆材料采用負氧離子涂層技術(shù)，好似添加了“空氣維生素”，增強乘車舒適感……
測試數(shù)據(jù)顯示，在晴好天氣下，“天津號”純太陽能車年平均日發(fā)電量達到7.6度，支撐續(xù)航里程79.2公里，與燃油車相比，每百公里可減少碳排放25千克左右。全部達標(biāo)并優(yōu)于預(yù)期！
下好未來產(chǎn)業(yè)“先手棋”，體現(xiàn)的是一座城市的高瞻遠矚，提升的是整個城市的核心競爭力。
“任何一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一方面要抓住當(dāng)前，穩(wěn)住運行底盤，另一方面更要下好‘先手棋’。通過這次‘天津號’純太陽能車的研發(fā)，體現(xiàn)了天津在汽車行業(yè)方面要率先突破關(guān)鍵核心技術(shù)，率先在國內(nèi)形成標(biāo)桿，率先在未來產(chǎn)業(yè)技術(shù)上搶占先機。”市工業(yè)和信息化局副局長周勝昔說。
“此次聯(lián)合攻關(guān)，攻克了太陽能高效轉(zhuǎn)化、高密度儲能、輕量化材料等多領(lǐng)域前沿技術(shù)，集成了鎂合金、鈣鈦礦、碳纖維、高阻燃降噪材料等47項先進技術(shù)，其中16項達到國際或國內(nèi)領(lǐng)先水平。通過需求牽引促進創(chuàng)新鏈產(chǎn)業(yè)鏈融合，聯(lián)合42家單位開展適配攻關(guān)，37家天津本地供應(yīng)商參與項目，關(guān)鍵核心零部件‘含津量’達到100%。”市科技局副局長祖延輝說。
“‘天津號’純太陽能車的研制成功，彰顯了天津貫徹落實綠色發(fā)展理念的堅定決心和我市門類齊全、實力雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)，也展示了天津產(chǎn)業(yè)與創(chuàng)新融合發(fā)展的集成能力。”時任市發(fā)展改革委副主任梁軍說，“下一步，我們將持續(xù)開展新一代太陽能車轉(zhuǎn)化技術(shù)攻關(guān)及純太陽能車技術(shù)迭代升級和產(chǎn)業(yè)化，舉全市之力深入探索實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)的新路徑、新機制、新模式，為我國主動承擔(dān)應(yīng)對全球氣候變化責(zé)任的大國擔(dān)當(dāng)，建設(shè)制造強國，貢獻天津力量，展現(xiàn)天津作為。”
原標(biāo)題："天津號"純太陽能車誕生記
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