科學探究的“眼睛”高端制作的“尺子”（開卷知新）

  科學家門捷列夫說：“科學是從測量開始的。”“現代熱力學之父”開爾文有一條闻名結論：“隻有測量出來，才干制作出來。”人類科學研讨的革新，工業制作的迭代升級，都離不開測量技術的精進。在當代科技和工業領域，高水平的精细測量技術和精细儀器制作才干，是一個國家科學研讨和整體工業領先程度的重要指標，更是發展高端制作業的必備條件。隨著精细測量技術不斷進步，其在科學研讨、工程科技、現代工業、現代農業、醫療衛生和環境保護等領域發揮著越來越重要的效果。

  精细測量是一個大的泛指的范疇。但凡准確度很高的各類測量，都可稱之為精细測量。在精细和超精细工程領域，精细測量有具體的數量級，是指測量准確度在1微米至0.1微米量級的測量，超精细測量是指測量准確度優於100納米，如10納米、1納米，乃至皮米（千分之一納米）量級的測量。

  精细測量興起於工業大生產。規模化大生產是現代工業的重要特征，產業分工與專業化配套越來越細化，地域散布越來越廣，產業鏈遍及全国际。也便是說，一個產品由成百上千乃至成千上萬個零部件組成，這些零部件不或许由一個廠家生產，需求聯合遍及各地的多個優勢廠家。比方一部智能手機有1600多個零件和元器件，由散布在国际上10多個國家和地區的150多家工廠供给。這樣做，能大批量標准化生產，生產效率高、質量高、成本低，優勢明顯。但技術層面存在一個難題——面對如此多零件、元器件，其间任何一個的尺度精度或其他技術指標不合格，就無法集成到一同。

  為解決這類問題，國際標准化組織（ISO）和國際計量局（BIPM）拟定了一系列標准與規范。依據這些標准與規范，國際計量局將公認的標准量值傳遞給每一台測量儀器，以保証這個標准量值在整个国际范圍內共同。之后，生產廠商运用測量儀器，對產品的每一個零件和元器件的一切技術參數進行精细測量。這樣才干保証一切的測量儀器都是精確的，測量數據都是精准的，進而成千上萬的零件或元器件具有互換性。浅显地說，便是不同廠商的產品都是合格的、好用的。由此而來，精细測量已成為促進科技發展的新興學科。

  怎樣進行精细測量？這就需求實施精细測量的东西——精细儀器。精细儀器包含各類高端測量儀器、剖析儀器、成像儀器、診療儀器和各類實驗儀器等。在幫助工業生產“把關”的同時，精细儀器也是科學研讨的有力东西。縱觀各國科技發展歷史，不難發現，科技強國一定是基礎研讨強國，基礎研讨強國一定是測量與儀器強國。大多數現代科學發現和基礎研讨打破，都是凭借先進的精细測量办法和顶级測量儀器實現的。引力波探測便是一個典型比方。

  引力波探測是直接驗証愛因斯坦廣義相對論、探究国际来源和演變的實驗，具有严重科學價值。但引力波信號極其弱小，探測難度極大，採用超高分辨率的遠距離激光干与測量办法探測，是现在最有優勢的技術途徑。也便是說，激光干与測量儀的測量准確度，將直接決定探測引力波的極限才干。假如激光干与測量儀树立在地球上，其互為笔直的兩路激光測量臂長至少要達到4000米。隻有滿足這一條件，引力波引起的激光測量臂長極其细小的變化（不超過質子直徑的萬分之一）才干被測量到。假如按份额扩大，這一超高分辨率測量相當於在繞地球1000億圈的長度上，檢測出不超過一根頭發絲直徑的長度變化。經各國科學家一同尽力，2016年人類初次直接測量到高頻段引力波，3位相關科學家因而項效果獲得諾貝爾物理學獎。

  就科學研讨而言，這樣的探測還遠遠不夠。為測量到低頻段引力波，必須將激光干与測量儀树立在太空環境中。這樣，其互為笔直的兩路激光測量臂長才干夠達到數十萬千米到數百萬千米，激光干与測量儀的測量准確度才有望達到1皮米。

  對國家而言，精细測量與裝備制作業水平緊密相關。裝備制作業向中高端跨过的關鍵是进步制作質量，而进步制作質量的關鍵則是进步精细測量才干。隻有通過精细測量，才干知道產品哪裡不合格﹔隻有通過很多精细測量數據的積累，才干够找到產品不合格的本源與規律﹔隻有基於精细測量數據树立起成體系的誤差補償模型，才干有用實現制作精度和產品功能的精確調控，產品質量才干在不斷的精確調控中逐漸进步。

  超精细光刻機的研发，很好地証明晰這個結論。超精细光刻機被稱為“超精细顶级裝備的珠穆朗瑪峰”，挑戰著人類超精细制作的精度和功能極限。超精细光刻機是在超精细量級上把最早進的光機電控等幾十個分系統、幾萬個零部件集成在一同，使其高功能協同作业。它是人類裝備制作史上復雜程度最高、技術難度最大、綜合精度功能最強的顶级裝備之一。它在高速和高加速度下，達到納米級的同步精度、單機套刻精度和匹配套刻精度等，這與傳統的精度进步環境彻底不同。超精细光刻機的制作精度已挨近現有制作才干的極限，其精度进步一點點，一般都要支付幾倍十幾倍的尽力。比方，用於28納米節點制程的DUV光刻機擁有7萬多個光機零件，触及上游5000多家供應商。這些零部件對精度和穩定性的要求極高，隻有發揮供應鏈上一切頂尖制作商的技術優勢，才干悉数達到標准，超精细光刻機才干研發成功。

  任何一個重要零件的不合格，都會導致超精细光刻機研发失敗。以其间一個構件——激光反射鏡的制作精度為例。它由微晶玻璃制成，有108項尺度公役和62項形狀、方位、方向公役，還有內部應力等技術要求。要完结這樣一個復雜構件的超精细測量，需求20多種專用超精细測量儀器。而光刻機有7萬多個光機零件，其间80%以上的零件屬於精细和超精细級，需求700多種專用精细和超精细測量儀器。假如沒有成體系的專用超精细測量技術與儀器來管控制作精度，就不或许制作出合格的零件，也就不或许裝配調試出合格的部件與分系統，更不或许制作出合格的光刻機整機。

  精细測量技術還推動了各國树立國家測量體系。它能夠有用管控工業測量體系，保证整個制作鏈的質量，賦能高科技產業高質量發展。對大眾而言，直觀感触便是所購買的工業產品質量變好了、更好用了。现在工業發達國家的產品都經歷了從低質量向高質量的弯曲發展歷程。正是因為树立起了完好的精细測量體系，培养起了一批頂尖超精细儀器企業，才干對高端裝備制作构成強有力支撐，才干打造出諸多國際馳名品牌。

  我國正在向国际科学技术強國、制作強國和質量強國邁進，構建新一代國家測量體系成為關鍵一環。本年1月，國務院印發《計量發展規劃（2021—2035年）》，明確提出加速構建國家現代先進測量體系，推進計量標准建設。我國精细測量領域科研作业者將繼續勇擔重担，以與時俱進的精力、推陈出新的勇氣、堅忍不拔的定力，為中國制作備好“尺子”，為科技強國建設不懈奮斗。

  《 公民日報 》（ 2022年03月22日 20 版）(責編：楊光宇、袁勃)

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