坚守与探索！来看国家科学技术奖背后2所高校的创新故事

7月8日，。一项项重磅奖项，见证了我国科技事业的跨越式发展，也承载着无数科研工作者“甘坐冷板凳”的坚守与探索。今天，跟教育小微一起来看中国地质大学（北京）、西北工业大学科研团队的创新故事——

钻出白垩纪“金柱子”

7月8日，国家科学技术奖励大会在北京召开。“松辽盆地国际大陆科学钻探工程：创新与发现”荣获2025年度国家科学技术进步奖一等奖。

这是一项什么研究，解决了什么科学问题？科技日报记者采访了项目主要完成人——中国科学院院士、中国地质大学（北京）教授王成善团队。

近期，北半球遭遇历史性高温天气，气候变暖再度引起关注。

20多年前，王成善就意识到，气候变暖是人类面临的严峻挑战。在46亿年的演化历史中，地球经历了冰室气候、温室气候两种状态。现在处于冰室气候，最显著特征是高纬度地区覆有冰盖。“但冰室气候不是地球常态，温室气候才是。”王成善说。

地球上一次经历温室气候是白垩纪——恐龙生活的时代。这个时代有“三高”：高温、高二氧化碳浓度、高海平面。国际科学界普遍认为，白垩纪气候能为人类应对可能到来的温室气候提供参考。

白垩纪距今约1.45亿年至6600万年，这么久远的地球气候，人类如何知晓？

答案藏在岩石中。科学家根据岩石沉积物能反演地球古环境和古气候，而获取地球深部岩石最直接的手段就是钻探。为此，王成善决定，在中国松辽盆地实施科学钻探工程，获取完整的白垩纪岩石。

“松辽盆地国际大陆科学钻探工程”项目分三个阶段实施：松科一井，锁定白垩纪—古近纪生物大灭绝界线；松科二井，识别白垩纪大洋缺氧事件；松科三井，重点揭示白垩纪中期有机质分布规律。

2006年8月18日，随着项目开展，技术难题接踵而至。王成善回忆，打松科二井时，700多根钻杆连成7公里长的钻杆柱，重达200吨。这么一个庞然大物，下井时也像面条一样摇摇晃晃。

好在，王成善团队不是孤军作战。吉林大学团队研制出“地壳一号”万米钻机，并在松科二井完成“首战”，创下亚洲国家大陆科学钻井新纪录；中国地质调查局团队完成松科二井钻探工程，创下四项世界纪录；中国地质大学（武汉）团队研制出耐超高温（241℃）的水基泥浆体系，为松科二井成功完钻完井提供重要支撑……

在约26万平方公里的松辽盆地上，科研工作者们埋头苦干，一年又一年。松科一井钻探2485.89米，松科二井7018米，松科三井3600米，耗时16年，白垩纪地质“拼图”终于完成。2021年，项目组获得长达8186.96米的连续岩心，构建了全球首个陆相白垩纪地层“金柱子”。

“这不是一个人、一支队伍的胜利，而是一部协同创新的交响曲。”王成善说，“没有国家实力和我国科技总体水平跃升，就没有松辽盆地科学钻探的成功。”

松科二井完钻瞬间。中国地质大学（北京）供图

白垩纪岩心找到了，新的接力开始了——标定岩心“年龄”，解读岩心奥秘。利用高精度物理测量和年代标定的全流程方法技术体系，中国地质大学（北京）团队把岩心的描述精度从米提升到了厘米，把连续时间标尺的精度从百万年提高到了万年，为全球开展白垩纪古气候研究提供了高精度时间标尺。

由于看得更清和更准，恐龙时代的气候状况逐渐被揭晓。得益于松辽盆地科学钻探工程，中国科学家对全球陆相白垩纪成果的贡献度提升了15%。国际地球科学界评价，松辽盆地科学钻探是全世界的“灯塔工程”。

在河北燕郊的中国地质调查局自然资源实物地质资料中心，8000多米的岩心被精心分类、悉心保存、认真标定，其承载的厚重历史，等待着被发现和讲述。

苏联的钻机曾钻探到地下约1.2万米，这是人类迄今钻探最深处。但这个数字不及地球平均半径的0.19%。王成善说，人类“入地”的探索，大幕才刚刚开启。

向地球深部进军，王成善期待看到更多年轻的身影、先进的装备，以及了不起的协作创新。

铸就炼钨“无形锅”

在距离地面约400公里的中国空间站里，有一台名为“无容器材料实验柜”的特殊装置。铌合金、锆合金、钨合金等一系列需要在极端条件下熔炼的高温金属材料，都曾在这台“炼丹炉”里经受高温考验。

然而，开展空间实验成本极高且机会有限，因此先在地面预演失重与悬浮实验，再将材料样品送往空间站，成了最经济可行的实验路径。为此，中国科学院院士、西北工业大学教授魏炳波带领团队打造了一套模拟太空环境的科学实验系统。团队利用这套系统解决了高性能难熔合金加工提纯的世界级难题，攻克了高温金属材料的深过冷技术，为航空航天、能源、国防等领域的工业生产提供了应用价值。

7月8日，在国家科学技术奖励大会上，魏炳波团队的研究成果“空间极端条件下高温金属材料超常调制技术与科学实验系统”获得2025年度国家技术发明奖一等奖。

钨是自然界中熔点最高的金属，在高达3422℃的高温环境下，钨才能被炼成钨水。

用激光束熔化钨容易，难的是找不到能盛放它的坩埚。魏炳波比喻说：“如果把钨比作我们要炒熟的饭，那炒这碗饭的难点就在于找不到合适的‘锅’——还没等饭炒熟，锅就先熔化了。”

于是科学家们开始探索如何用无形的“锅”做“饭”。在太空中，没有重力影响的材料样品可以悬浮在空中，因此在这样的极端条件下，不用容器就能炼钨。

魏炳波介绍，团队研制的科学实验系统，可通过静电悬浮、电磁悬浮、超声悬浮、气动悬浮四种方式，让实验样品在地球也能浮在空中。其中，实现静电悬浮的难度最大。魏炳波说，其原理并不复杂，“真正的挑战在于稳定控制，如果只把纵向的重力抵消掉，样品还是会横向飞走”。

为此，魏炳波和团队花了20年时间，才找到横向与纵向电场的最优组合，实现了既有悬浮力又有约束力的稳定控制。

“虽然静电悬浮的概念由外国科学家率先提出，但现在我们已经在技术上实现了超越和领先——可处理的材料样品直径达15毫米，远超国外普遍可做的6毫米。”魏炳波自豪地说。

空间极端条件下高温金属材料超常调制实验系统的静电悬浮实验装置。受访单位供图

无形的“锅”虽然造好了，但真正能产生价值的，还是用它做出国家需要的“饭”。

“我国钢铁产量连续30年稳居世界第一，但生产常规条件下难以制备的特种金属材料，仍是我们的短板。”魏炳波直言。

利用自主研制的科学实验系统，魏炳波团队正在开展高温金属材料无容器深过冷与快速凝固研究。

魏炳波以水为例解释，过冷态的水结冰极快，正常状态下的水在冰箱冷冻几个小时才能结冰，而过冷态的水只需不到一秒就可结冰。“把水换成钨，这个原理同样适用。过冷态的钨水快速结晶时，晶体的生长速度可达每秒40多米。这意味着原来需要十几天才能制备一个数十吨的大型钨合金部件，未来用我们的技术可能一秒钟就能完成。”魏炳波说。

从科学实验装备到材料调制技术，魏炳波已经在这条创新路上走了30年。谈及坚持的动力，他想起了自己在德国宇航院空间模拟研究所工作的日子。彼时他的收入是在国内的数倍，但每次讨论空间实验时，他作为外籍学者都被要求离场。

“发自内心的民族尊严让我下定决心回国，我们一定要创造一套中国人自己的科学实验系统，把核心技术掌握在自己手中。”魏炳波说。

随着中国空间站在轨稳定运行，空间材料的科研成果也日渐丰硕。“我们造了这口无形的‘锅’，又做出了这碗‘饭’，不是为了关起门来自己享用，而是要让它在国民经济主战场上发挥作用。”魏炳波充满信心地说，目前团队已经积极开展规划，力争在5到10年内实现成果转化，将这套科学实验系统变为具有工业生产价值的原创性装备，生产更多可应用的高价值材料。

文字 | 科技日报记者代小佩、沈唯

来源 |综合自科技日报微信号、光明科学+视频号

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