2 CTD 傳感器“卡脖子”的原因所在
盡管 CTD 傳感器國內市場(chǎng)有旺盛的需求，在過(guò)去的 20 年里，國家通過(guò)各類(lèi)專(zhuān)項計劃已取得了多種科研成果, 但其成果未能實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，現有國產(chǎn) CTD 產(chǎn)品性能落后于國際水平，絕大部分市場(chǎng)被國外儀器占領(lǐng)。
國產(chǎn)海洋儀器生產(chǎn)的模式和能力距離產(chǎn)業(yè)化有很大的差距，生產(chǎn)周期長(cháng)、效率低、成本高, 產(chǎn)品一致性、可靠性差, 競爭力低, 無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)快速發(fā)展, 特別是海洋安全對國產(chǎn)儀器的迫切需求, 這主要由以下幾點(diǎn)原因造成。
1) 長(cháng)期以跟蹤仿制國外產(chǎn)品為主, 原始創(chuàng )新能力不足
習總書(shū)記指出要“持之以恒加強基礎研究”,“基礎研究是整個(gè)科學(xué)體系的源頭, 是所有技術(shù)問(wèn)題的總開(kāi)關(guān)”。海洋傳感器技術(shù)是海洋基礎研究的主要組成部分, 但一直以來(lái)我國對海洋傳感器測量的基礎研究不夠深入。
在 CTD傳感器技術(shù)中，傳感器研究和制造長(cháng)期以國外技術(shù)、產(chǎn)品指標為跟蹤目標, 在傳感器的測量機理等基礎研究方面主要照抄國外, 缺乏系統深入地研究。
有些為完成科研項目驗收, 片面追求見(jiàn)效快,，特別是在對很多進(jìn)口傳感器的測量原理、敏感探頭與電路的參數設計、數據處理方法等方面, 很多是知其然不知其所以然。
CTD 傳感器面臨的很多“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題，其根源是基礎理論研究跟不上, 源頭和底層的東西沒(méi)有搞清楚, 這些都制約著(zhù)國產(chǎn)CTD 傳感器很難達到國外 CTD 傳感器的水平。
2) 傳感器關(guān)鍵材料、器件支撐配套能力欠缺
CTD 傳感器等典型海洋傳感器相對于工業(yè)傳感器而言, 生產(chǎn)批量小、應用范圍窄, 而對其穩定性、可靠性要求又特別高，研制見(jiàn)效周期長(cháng)。
由于前期科研項目支持海洋傳感器基本都是對標國外產(chǎn)品進(jìn)行短平快研究, 小批量的科研樣機研制難以創(chuàng )造出上下左右協(xié)同的創(chuàng )新生態(tài)。鮮有人或單位愿意沉下心來(lái)對海洋傳感器的高性能敏感材料、封裝材料等進(jìn)行研究。從而導致現階段我國 CTD 傳感器關(guān)鍵材料、器件的配套能力不足,關(guān)鍵部件配套產(chǎn)品嚴重依賴(lài)進(jìn)口, 傳感器并未實(shí)現 100%的國產(chǎn)化。
例如在 CTD 傳感器的壓力測量方面, 高精度壓力傳感器的壓電晶體、萬(wàn)分之一精度石英諧振傳感器在國內仍未能實(shí)現自主生產(chǎn), 一旦進(jìn)口受限, 就會(huì )“卡”住我國海洋傳感器研制生產(chǎn)的“脖子”。
3) 對傳感器探頭制作工藝研究不夠重視
對國內科研機構和企業(yè)來(lái)說(shuō), CTD 傳感器結構和電路不難, 難的是傳感器部分尤其是敏感探頭的制備工藝。目前, 國內傳感器的生產(chǎn)工藝與專(zhuān)用工裝設備研制相對落后, 微機械加工技術(shù)和封裝技術(shù)不夠先進(jìn), 監測手段也尚待規范。這些工藝上的不穩定因素造成傳感器性能分散、穩定性差。
現階段傳感器批量制作, 不是靠工藝保證，而是靠后期篩選分檔，由此造成生產(chǎn)周期長(cháng)、成品率低, 成本急劇上升, 企業(yè)不敢投資。由于批產(chǎn)工藝的穩定性和可靠性沒(méi)有得到根本解決, 限制了國產(chǎn)傳感器應用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
4) 尚未構建國際一流的海洋傳感器測試體系
我國海洋傳感器研發(fā)投入上一直存在“重研究、輕測試”的情況, 這并不符合海洋儀器海試投入大、風(fēng)險高、實(shí)施困難的特點(diǎn), 因此, 僅靠研發(fā)單位自主投入, 難以實(shí)現對大批量、多批次的國產(chǎn)傳感器進(jìn)行反復測試驗證, 有效評測生產(chǎn)定型狀態(tài), 產(chǎn)品的長(cháng)期穩定性和可靠性難以準確評價(jià)和持續改善, 導致始終無(wú)法跳出一個(gè)怪圈: 由于缺少支撐國產(chǎn)傳感器研發(fā)、產(chǎn)品化和產(chǎn)品定型的公益性試驗平臺, 致使國產(chǎn)傳感器缺少實(shí)戰機會(huì )，導致用戶(hù)在產(chǎn)品應用時(shí)對產(chǎn)品質(zhì)量可靠性信心不足, 而應用不足又無(wú)法有效提升質(zhì)量和可靠性。
在水下無(wú)人系統中, 以 CTD 傳感器為例, 我國的典型產(chǎn)品如可用于 Argo 浮標、AUV、UUV、潛水器、ROV、ARV 及水下滑翔機等水下無(wú)人自主移動(dòng)平臺連續剖面觀(guān)測的 OST4X 系列 CTD 剖面測量?jì)x的技術(shù)指標已達到國際先進(jìn)水平, 如表 1 所示。但由于缺乏長(cháng)期、嚴格的與國際接軌的檢定、測試和現場(chǎng)驗證體系看，其穩定性和可靠性與國外產(chǎn)品還有相當的差距, 用戶(hù)信任度不夠, 市場(chǎng)競爭長(cháng)期處于劣勢。
5) 未能形成研產(chǎn)用有機結合相互促進(jìn)的循環(huán)機制
海洋傳感器技術(shù)研究終要走向產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化才能擺脫對國外的依賴(lài), 真正實(shí)現關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。但是由于科技體制和成果轉化機制的原因, 造成了海洋傳感器研、產(chǎn)、用相脫節。
早期的海洋傳感器研究單位主要集中在大學(xué)和研究所, 這些研究單位更關(guān)注于科研項目的完成，做到正樣機研制階段的并不多, 利用自身條件進(jìn)行批量化生產(chǎn)和應用的更是少之又少, 無(wú)法形成批量生產(chǎn)能力, 即使少數進(jìn)行批量生產(chǎn)后, 其儀器質(zhì)量、可靠性、穩定性、生產(chǎn)周期和服務(wù)等也都無(wú)法得到保證。
而近年來(lái)新興的海洋傳感器小微企業(yè), 因為其得到政府政策、資金、項目的支持有限, 加上前期投資大、市場(chǎng)容量小、收益周期長(cháng)等特點(diǎn), 導致其研發(fā)能力偏弱, 只能進(jìn)行機械仿制, 企業(yè)生存較為困難。
再加上業(yè)務(wù)單位對國產(chǎn)產(chǎn)品缺乏全面客觀(guān)的認識，無(wú)法對其性能樹(shù)立足夠信心, 從而形成優(yōu)先采購進(jìn)口裝備的行業(yè)慣性。
3 國產(chǎn) CTD 傳感器自主創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路
冰凍三尺非一日之寒, 對于長(cháng)期未解決的CTD 傳感器“卡脖子”的狀況, 需用猛力去破解。
3.1 面向需求, 立足自主創(chuàng )新
一直以來(lái), 在 CTD 傳感器研究方面我國長(cháng)期以跟蹤仿制為主, 鮮有原理、技術(shù)、材料和工藝方面的創(chuàng )新。而實(shí)際上由于我國在工業(yè)制造、微加工、敏感材料等基礎領(lǐng)域方面與歐美國家存在的差距, 導致機械地仿制進(jìn)口傳感器方案, 無(wú)法獲取其高水平的真正精髓之所在, 也致使國內傳感器研究的技術(shù)水平和產(chǎn)品的性能和可靠性長(cháng)期落后于先進(jìn)國家, 在競爭中處于劣勢。
未來(lái)的海洋監測需要 CTD 傳感器具備用得住、測得準、易集成的特點(diǎn), 這就對傳感器的能耗、體積、長(cháng)期穩定性、免維護、自校準和平臺適應性等方面提出了更高的要求。
從這個(gè)角度而言, 進(jìn)口傳感器也不是萬(wàn)能的, 其中很多也不適用于國內的實(shí)際需求, 尤其是未來(lái)海洋監測的需求, 很多“西洋貨”在中國的海洋環(huán)境中也會(huì )“水土不服”。
特別是在當今國際復雜局勢的大背景下，更應當緊密?chē)@我國在海洋經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、海洋生態(tài)文明建設、海洋科學(xué)研究和海洋國防建設等方面的實(shí)際需求，真正立足于自主創(chuàng )新, 樹(shù)立自立自強的國產(chǎn)傳感器品牌, 讓進(jìn)口儀器“走下神壇”。
