张明辉
中科院上海硅酸盐研究所副研究员
2022年9月，现年35岁的2020级星友张明辉入选了2022“上海科技青年35人引领计划”（35U35）。10月31日，他作为课题组副组长参与研制的中国空间站8个科学柜之一的高温材料柜，随梦天实验舱成功发射升空并顺利完成交会对接和转位，即将开始在轨测试。35U35计划主要从世界科技前沿、经济主战场、国家重大需求、人民生命健康等战略方向选拔35名年龄在35周岁以下的获奖者（启明星在其中占比近40%）；而能在中国空间站的核心装备研制中贡献智慧和力量更是很多青年科技人员的追求。能与这两件好事结缘的张明辉有着怎样的成长经历？他的经历会给更年轻的正在科研之路上迈进的年轻人一些怎样的启示？也是出于这样的好奇，今年第12期的“今日启明星”专访对象就选了这位中科院上海硅酸盐研究所副研究员——张明辉。
如同照片上的他，一见到张明辉就感觉他属偏瘦的精干身形，说话语速不快，或许是近期任务压得过重，感觉他还是有点疲惫。原定周五的访问也是临时有会调到周一，按约定时间到办公室，他又因为临时有事晚到了十多分钟。后来我知道这几天他们课题组正心系着星辰大海，盯着已经升空即将开始工作的空间科学柜的一举一动。这样一种责任心我很理解。见面聊开后明辉并无完成任务的释然，仍按照事先约定从他的成长经历谈起。
一本书，一张报，让清苦的生活变得有味道
张明辉1987年出生于江西南昌郊区一个百余人的小村庄，小时候，他堂叔是村里唯一的大学生，是整个村里的骄傲。堂叔忍饥挨饿，每天扒拉几口没有菜的白饭也要坚持读书，并一直坚持读完大学的故事在村里久为流传。明辉说他小时候乡下很多父母并不重视孩子读书，以为读书无用，那时正是中国经济发展期，需要大量农民工，很多农村孩子读到初中，十几岁就外出打工挣钱，贴补家用。但明辉说他爸妈不一样，他们坚持要孩子读书，从未动过让他外出打工的念头，尽管当时家里的经济条件并不好。也因此，明辉至今很感激父母。明辉上中学时喜欢看文学类的书，爸爸就为他买了一本很厚的《作文大全》，几十元钱的书价在当时是一个很大的开销。说到这本书明辉至今仍脸上有光：我真的特别喜欢，每天一有空就拿着看，心里乐滋滋的。
上初中时，学校离家里远，骑自行车要半个多小时，他那时还不会骑车，第一学年由妈妈骑一辆老式的自行车载着，都是泥巴路，上下坡、雨里都不好走，很辛苦。妈妈既要忙农活，还要送他上学，十分不容易。虽然妈妈从不喊累，但是明辉能感觉到她的来去匆忙，也能体会到家里对他读书学习的支持。20世纪90年代末国内很多地方，特别是农村地区经济发展滞后，老百姓生活还只能勉强温饱。明辉至今记忆犹新每周在学校下饭的菜就是一小瓶雪里蕻咸菜，加一点辣椒。因为油也是紧缺的，只能放丁点油的咸菜，又咸又干，肠胃难以消化。即使这样的咸菜也难以保证，时间长了，带的咸菜已经坏了，他也舍不得扔掉。即使如此，忆起在乡里中学读书的情景他还是满满的感念：“我们的作息时间是不论寒暑每天6点起床，然后赶紧淘米把饭盒放到食堂的蒸锅里，淘米是自来水，冬天感觉特别凉。洗脸是打的井水还有点温热。差不多一个小时的早锻炼，校长带着大家跑步，一节早读课后做早操，早操后去食堂吃饭，也是咸菜、腐乳就米饭。早饭后上课，中间有课间操。当时音乐课、美术课、体育课等都会上，而且老师都很认真。到了晚上还有晚自习，主要是做当天布置的功课，每节自修课都有老师在场，不懂就能问。”
明辉很感怀的还有初中几位老师。尤其教物理的龚老师知道他喜欢看书报，每次上课会带一份报纸给他看，如《参考消息》《环球时报》等，下一次物理课时明辉就还给龚老师。那时学校书报阅览室不对学生开放，偶尔他会进去看书报，但每次都怕被人赶走。龚老师知道后每次上课就给他带一份报纸。明辉喜欢文学艺术，初中的地理历史等科目对他帮助很大：“我们语文老师经常会在班里搞知识竞赛，历史天文地理方面的知识竞赛，他自己会掏钱买奖品。我挺感激初中学校的，让我们充分利用时间，不仅是学习课本知识，也让我们补充了一些文史知识。初中阶段的教育理念对我日后的成长影响很大。”
中考时明辉进了省重点进贤一中的零班，全县成绩居前的100个学生都在这个班里。高中成绩他也是名列前茅。但高考时（2005年）因为太紧张，压力重，撑不住，挂了两天盐水。高考成绩是整个高三所有测试中成绩最差的一次，他最后进了南昌大学。尽管心里很郁闷，但明辉没有想去复读，因为复读要增加家里的经济负担，更主要的是他明白心理素质的调整是长期的过程，复读一年不一定会有明显改观。
由玻璃材料步入空间材料研制之门
大学就读的专业是材料科学与工程，大三时他接触了一些生物玻璃方面的实验，开始对玻璃材料有了兴趣。大四毕业时因为学分绩点在全年级300多学生中是唯一超过4.0的，被保送到中科院上海硅酸盐研究所读研，全年级只有两个保送外校的名额。研究生期间，张明辉参与了导师带领的研究课题——航天领域的空间材料实验技术，就是在地面模拟太空环境研制新型材料。具体来说，是利用气悬浮技术模拟太空的无容器效应，结合激光加热，制备新型材料。所谓的“无容器”实际上就是模拟太空中的无器壁效应，希望所研究的材料和周围的器壁不发生接触，然后用激光来对其加热融化、凝固，这样得到的材料的性能、结构与传统技术得到的性能可能是不一样的。明辉解释说：太空具有微重力、无容器、强辐射、高真空等效应。“尽管太空真实环境是综合性的，但是如果能在地面模拟某一种效应的话，对材料研制也会带来新的可能性。譬如我们利用无容器技术研制了一系列新型光学玻璃材料。”无容器技术特别是静电悬浮技术在高温熔体热物性研究中已获显著成效，包括熔体密度、黏度、表面张力等物性测量，对材料的理论研究及工业应用均有着重要作用。无容器技术作为一种新型手段，已在很多领域内发挥作用。
硕博5年期间，张明辉参与的课题（包括博士论文工作）涉及两块：一是用无容器技术制备高折射率的玻璃球，这也是光通信时代的关键材料；二是高效利用稀土资源，开展发光材料的研究，提高稀土资源附加值。这一块主要体现在用无容器技术制备稀土掺杂的发光玻璃。明辉说把稀土和无容器技术联系起来也是在导师指点下看了很多文献，知道稀土在发光材料中有很大的应用前景，结合无容器技术开发新材料的优点，是否能利用无容器技术开发新型高效的稀土发光材料？在向导师汇报得到支持后就开展了稀土离子转换发光玻璃材料的研制，并利用无容器技术制备了一些发光效率很好的玻璃材料。
说起导师刘岩研究员对自己的影响和帮助，明辉用了“师恩难忘”一词。“我一直记得他说过的一句话：在科研上不管你有什么想法我都支持你。他对我一直是宽严结合，严就是严格要求，尤其是做实验，写论文，真是每一个实验步骤都如履薄冰，每用的一个词都要再三推敲，我每篇论文他都会抽时间和我关起门来逐字逐句地改。但在做实验买试剂、买原料，科研经费保证上他都全力支持。”
正在作学术报告的张明辉
博士毕业前，导师征求张明辉的意见希望他留下来。考虑到新材料与微重力技术的融合是一个很有前景的学科交叉方向，有很多工作可以做，而且自己所在的课题组在具有独创性的专用设备研制方面已形成特色。于是2014年明辉毕业后即入职硅酸盐所并留在课题组工作，正式参与航天型号装置的研发。“我们的团队有着非常丰富的设备研制经验，我们可以根据研究需要来改装或设计相应的设备，开展材料研究。”
为中国空间站高温材料柜研制做出贡献
入职8年来，张明辉先后参与了天宫二号空间实验室综合材料实验装置的课题攻关，利用这个装置，航天员可在空间开展各种材料的微重力研究工作。明辉介绍说这个实验装置的加热效率非常高，如用100瓦的功耗（相当于一支白炽灯的耗电量）就能把实验样品加热到1 000℃。利用综合材料实验装置已开展18项材料的科学研究，是迄今我国开展的最大规模的一次空间材料研究。“这个综合材料实验装置是在2016年完成的，我参与了其中加热丝的绕制设计和抗力学设计（以承受火箭发射的巨大冲击）。”紧接着，张明辉和课题组同事又承担了空间站高温材料柜的研制。这个材料柜的性能和技术指标更高，如加热温度由原来的950℃提高到1 600℃以上，原来的每批次6根样品提高到16根。张明辉还同时参与了为空间站高温柜设计X射线透射成像装置的课题，这在国际上也是首次。可对空间微重力材料的融化和凝固过程开展在线实时观察，体积、重量、功耗都要比地面上的相应装置小很多，而且X射线不能有任何泄露。
历时6年攻关，这个由上海硅酸盐所牵头研制、也是中国空间站8个科学柜之一的高温材料柜终于在今年10月31日随梦天舱成功升空。目前该实验柜各项加电测试指标正常。张明辉2016年就参与了这个项目，并从2019年起作为课题组副组长承担了协调各合作方的技术沟通，包括机、电、热接口协调的工作。
张明辉开展空间材料装置科普宣传
从一个博士研究生成长为能承担航天型号装置研制的科学工程技术专家，张明辉很感念硅酸盐所研究团队求精务实的氛围和导师的悉心培养。他在接受《分析化学》杂志采访时曾说了这样一段实验经历：在我们从事空间实验室的综合材料实验装置的研究中，需要把各个已经研制完成的单机如加热炉、样品管理与运动机构、真空室、控制单元等装配在一起，形成一个整机，以开展与实验样品的匹配实验。在开展匹配实验过程中，材料样品需要放入一个叫安瓿的装置中，这个装置主要由内部的石英玻璃管、外部的薄壁不锈钢套筒和一个提拉头组成，样品放入石英玻璃管中，最外面套上不锈钢套筒。通过自动提拉机构，将样品安瓿放入加热炉中进行加热，待样品完成熔化和凝固后，自动将样品安瓿提拉出加热炉炉膛。在某一次实验过程中，张明辉他们发现电机无法把样品安瓿提拉出来。经过详细分析，甚至结合了工业CT的透视，他们发现样品安瓿最外面的不锈钢套筒发生了鼓胀，套筒变形并嵌入进炉膛，与炉膛结构形成了一体，因此无法提拉出来。通过逐一排查原因，发现在固定套筒的过程中为使套筒与石英玻璃管更好地黏附，用了一些胶水。而就是这些胶水，在加热过程中气化，造成套筒鼓胀变形，导致无法将样品安瓿提拉出来。此后，明辉一直用这件事提醒自己：在科技工程项目中，大的技术方向很重要，需要反复打磨，但是，一些小的技术细节，也同样甚至更为重要，只有每一次技术细节的选择、每一步操作，都经过思考与推敲，才能避免这样的问题产生。
工作8年来，张明辉先后主持了载人航天工程、国家自然基金等22项科研项目；从研以来共发表SCI论文35篇，培养研究生11名，申请专利33项，授权17项。相对于其他从事基础性研究的科研人员，在科学工程技术领域耕耘的科技人员由于设备研制周期长，比较难在高影响因子期刊上发表论文等因素，确实不太容易崭露头角。但张明辉的态度是既然做了就不要太在意其他东西。他说在自己略感困顿时就会想起导师曾送给过他的一句话：坚毅淡定，专注执着。正是这份执着和心态，让他站在了2022上海科技35U35的领奖台上。相信在大科学工程时代，张明辉们会有更多的机会展现自己的价值。
江世亮采写于2022年11月22日