科学大讲堂传递科技创新“火种”
新华社成都5月24日电（记者李力可、胥冰洁）在地下2400米的深度如何观测宇宙？中国高铁为何能跑出世界第一的运营速度？脑机接口未来是否能人人接入？……5月24日，第二十五个全国科技活动周到来之际，在四川成都举办的一场全民科普互动宣传活动上，上海交通大学钱学森图书馆馆长钱永刚、航天员叶光富、清华大学工程物理系教授岳骞等科学“大咖”登台演讲，讲解科技前沿话题。
成都科幻馆举行的科学大讲堂现场。新华社记者 胥冰洁 摄
从十年“飞天”备战期间的种种极限挑战，到飞船发射时承载的巨大生理负荷，到太空俯视地球的奇妙体验，再到天宫课堂里的趣味实验……航天员叶光富娓娓道来的讲述里，不但再现了载人航天的诸多幕后故事，也再现了坐在石板上看飞机的少年成长为航天英雄的奋斗人生。“星光不问赶路人，时光不负有心人，只要坚持脚踏实地，奋力拼搏，仰望星空的梦想，一定能成为摘星星的现实。”叶光富说。
航天员叶光富在科学大讲堂上展示从中国空间站拍摄的月球。新华社记者 胥冰洁 摄
对宇宙的探索，不止发生在“天宫”。在四川雅砻江锦屏大河湾地下2400米处，藏着世界埋深最深、空间最大的深地实验室——中国锦屏地下实验室。清华大学工程物理系教授岳骞和来自全国多所高校、科研院所的科学家们就在这里“仰望星空”。
清华大学工程物理系教授岳骞在科学大讲堂上分享“暗物质”探测的故事。新华社记者 胥冰洁 摄
“整个宇宙中，大约5%的质量，是我们理解的普通物质；大约27%的质量，是由不发光的暗物质组成的。我们寻找和研究暗物质，就是要去突破人类的认知边界，进一步扩展对极微观的基本粒子和极宏观的宇宙本质的认识。”岳骞说。
科学创新，不仅来自实验室，也来自生活中的点滴。“很多科幻电影里都有脑机接口场景，虽然现实中还达不到科幻场景里的程度，但这并不妨碍它在现实中已经投入应用了，尤其是在医疗领域。”作为一名脑机接口研究者，四川大学华西医院特聘研究员江宁表示，脑机接口技术正在逐步改变人们的生活。
2022年起，江宁带领团队破解神经外科手术难题，首创脑外科辅助脑机接口技术。“通过脑外科辅助脑机接口技术，我们如今可以根据客观定量的电生理信息，实现对肿瘤边界的实时高精度勾画，有效地提高手术成功率，同时降低了技术难度。”江宁说。
而在中国科学院院士翟婉明心中，从绿皮车厢的拥挤记忆到高铁时代的技术攻坚，科学技术的发展彻底改变了中国人的出行方式，提升了群众的生活品质。
从1987年开始，翟婉明扎根列车动力学，带领团队啃下“硬骨头”，解决了列车提速与桥梁安全的技术难题，让中国高铁从时速70公里一路提速到350公里，跑出世界第一的运营速度，成为中国的“国家名片”。
中国科学院院士翟婉明分享中国高铁的创新历程。新华社记者 胥冰洁 摄
“科学最摄人心魄的魅力在于它永远在解构‘不可能’的定义。”翟婉明说，“更多的交通创新解决方案正在中国推广，而或许我们今天的想象可能都是很匮乏的。”
在科学大讲堂正式开讲前，成都市龙泉驿区上东学校六年级（3）班的舒梓州和同学们就向翟婉明院士提出了“自己设计的小火车为何会脱轨”的问题，并得到了翟院士的解答。“今天现场听了翟院士的分享，一是佩服他的经历，二是非常为中国科技骄傲。”舒梓州说，自己接下来会继续研究自己的小火车，并且期待能再有机会向翟院士请教。
“今天我最感兴趣的是叶光富老师分享的‘太空养鱼’和‘太空漫步’的故事。老师说，只有坚定地追逐梦想，才有可能实现梦想，我相信自己未来也能进入太空做实验。”正在读小学三年级的陈穆仪说。
“对民族有大爱，才可能对社会做出更大的贡献。通过讲述科学故事，传递科学精神，有了这份来自科学的启智润心，一定会有更多的科技人才、科技成果，从校园走向未来科技的更前沿。”钱永刚说。
高铁最高运营速度多少合适？中国科学家这样说
原标题： 特稿丨时速400公里高铁，或将呼啸而来
时速350公里，是目前我国高速铁路最高设计标准。
高速铁路最高运营速度到底多少合适？这是世人普遍关心的问题，中国科学家正在给出答案。
“设计时速400公里，曲线参数可行。”7月20日，在西南交通大学牵引动力国家重点实验室内，中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士、西南交通大学首席教授翟婉明正带领团队，用“翟模型”对时速400公里线路设计参数进行仿真验算。
“翟模型”，是翟婉明首创的“车辆—轨道耦合动力学”全新理论体系。 其核心模型“车—轨耦合”，已成为国内外轨道交通动力学研究的基本方法，也是中国高铁速度不断提升的重要理论支撑。
6月29日，在西南交通大学，翟婉明在办公室查阅资料。新华社记者 王曦 摄
“车—轨耦合”，博士生创建全新模型
1990年夏，年仅27岁的西南交通大学在读博士生翟婉明，首创一种快速显式数值积分方法，用以求解复杂大系统动力学问题，并成功解决了长大重载列车纵向动力学快速模拟问题。这一方法，后来被国际同行誉为“翟方法”。
那年，适逢国家启动“八五”重点科技攻关项目，翟婉明有了更大的科研舞台。
“列车要重载，还要减轻对线路的破坏。”作为攻关项目“减轻重载列车与线路相互作用研究”的具体执行人，翟婉明深感棘手。
在铁路工程领域，车辆、轨道一直是两个独立的研究系统，分属经典的车辆动力学、轨道动力学理论体系。然而，这两个理论都难以解决攻关中的问题。
“车辆在轨道上行驶，二者相互影响、相互耦合，构成了一个相互依存的动力学系统。”历经反复思索，翟婉明灵光乍现，可否将“车—轨”耦合起来，构建统一模型？
石破天惊的想法，犹如投进湖中的石子，激起层层涟漪。
1981年，翟婉明到西南交通大学上学时的留影。受访者供图，中国青年报发
在吸纳车辆、轨道动力学成果基础上，翟婉明创建了“车—轨”统一模型。由此产生的庞大规模动力学计算难题，又恰好被“翟方法”解决了。
科研之路，蜿蜒曲折。
随后的调试程序给了翟婉明当头一棒——因为计算结果与实际不符，仿真计算中，在轨道上行驶的车辆，竟然飞离了轨道。
“翟婉明，你把火车都开上天了！”质疑、奚落声一片。
震惊之余，翟婉明没有泄气。他反复思考，确信研究方向正确。看来，是计算程序出了错。
逐一排查成千上万条编程语句，20多天后的一个深夜，翟婉明终于找到编程语句中的一个参数错误。
1992年，“翟模型”破茧而出，为减轻重载列车与线路相互作用研究提供了理论方法，保证了国家重点科技攻关项目的顺利完成。
缺少标准，“翟模型”算出最优方案
2004年，中国高铁开始起步。没有设计标准，工程建设面临一系列挑战。
“到底哪个设计方案可行？”2005年的一天，拿着广深港（广州—深圳—香港）高铁穿越狮子洋的4种选线设计方案，设计单位技术负责人忐忑不安。
广深港高铁是中国高铁网主骨架之一，需跨越珠江口内水域的狮子洋，地形条件复杂。
经过一年多勘测，设计单位提出了4种选线方案，并首次涉及30‰以上大坡度纵断面。
高速列车以时速300公里通过如此大的纵坡，能否安全平稳？这道重大工程技术难题，在世界高速铁路线路设计史上，前所未遇。
设计负责人找到了翟婉明。
4种选线方案参数被逐一输入“翟模型”，经过计算机模拟分析，再加上动力学安全评估，翟婉明找出了其中的最优者：途径沙仔岛的长大隧道设计方案。
这一方案最终被设计单位采纳。
2011年12月，广深港高铁广深段正式开通运营。至今超过10年的运营实践表明，高速动车组在狮子洋段行车安全平稳。
在理论—试验—应用—理论的螺旋式进程中，“翟模型”不断丰富与完善，被成功应用于中国高铁一个个工程现场，解决了一系列实际难题。
现场试验，理论与实践相互促进
“过去现场试验机会很少，但伴随着中国铁路6次大提速以及随后的高铁大发展，这样的机会越来越多。”翟婉明说，理论再好，不到实践中接受检验，也只能是纸上谈兵。
为验证自己的研究，翟婉明常常跟着铁路安全员一根轨枕、一根轨枕地走，到现场寻找答案，在现场开展试验。
2008年，中国首条高铁——京津城际铁路开通前夕，翟婉明兴奋不已：终于能采集高铁测试数据了！这对丰富“翟模型”的理论研究实在太重要了。
2008年，翟婉明在京津城际铁路试验现场。受访者供图，中国青年报发
为采集一座特大桥上的高速行车动力学性能指标，他带着测试团队，在现场一待就是35天。
“每一趟车通过的数据都很宝贵。”翟婉明记得，列车通过的最高速度曾达到390公里/小时，这是当时中国铁路跑出的最高速度。
2011年初，在京沪高铁某段线路测试现场，列车跑出了超过430公里时速。翟婉明团队测取了轨道动力学与周边地面振动特性。据此发表的研究论文至今仍为世界独家，被国际同行广泛引用。
京津城际铁路、京沪高铁、成渝铁路、大秦重载铁路……通过现场调研与反复试验，在解决工程难题的同时，翟婉明也获得了大量的第一手珍贵数据。计算、仿真、试验彼此印证，“翟模型”不断得到丰富和完善，推动中国铁路技术逐步攻克高速行车振动难题、走向世界前沿。
我国已布局研制更高时速新型高速列车、建设预留更高时速运行条件线路。在翟婉明看来，未来中国高铁将更高速、更智能。
时速400公里高铁，或将呼啸而来。（记者 矫阳）
来源： 科技日报微信公众号
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