航空发动机叶片这颗“皇冠上的明珠”如何摘得?“超级细胞工厂”如何孕育出构建万物的材料?“既柔又刚”的摇臂如何在手术台上大显身手?

近年来，越来越多掌握“黑科技”的“专精特新”企业成为中国制造的重要支撑。数据显示，我国已累计培育专精特新“小巨人”企业1.2万余家、专精特新中小企业超9.8万家。近期，记者走进北京几家掌握“黑科技”的专精特新企业，一窥他们的科技创新能力和广阔发展潜力。

天空上的叶片

航空发动机制造技术被称为“制造业的皇冠”，而单晶涡轮叶片制造技术则是“皇冠上的明珠”。长期以来，能制造新型航空发动机的只有美、英、法、俄等少数国家。

欲戴“皇冠”，必承其重：托起重达百吨的大飞机遨游天空，航空发动机要提供巨大推力，其动力之源的涡轮叶片每秒转速300多转，承受的离心力相当于叶片本身质量的1万倍，相当于一个涡轮叶片挂着5辆小轿车。

这样的高速转动，涡轮叶片工作温度达1700多摄氏度，钢铁都可轻松熔化。涡轮叶片却需要在这样复杂的交变载荷、极端的工作条件下，长时间稳定、可靠、安全地工作。

长期以来，这类巧夺天工的技艺，其大批量、高质量、高效率、高合格率、高一致性地加工制造是世界性难题。

如今，我国企业靠着自己研制的国际领先的电加工设备和数字孪生技术，得以成批量生产。记者在北京汉飞航空科技有限公司单晶涡轮叶片生产线上看到，一百多台多轴电火花高速穿孔机床正紧锣密鼓地自动加工，透过防护窗看到，由机床自动控制的电火花在叶片表面舞动，机器人穿梭在机床、垛料区和检验区之间。在控制室，工厂自研的数字孪生技术将实时数据显示在屏幕上，气膜孔自适应加工指令由此下达。

“这是一个单晶涡轮叶片，是新型航空发动机和燃汽轮机的关键核心部件，是‘动力之源’，而我们汉飞公司的工作就像给飞机发动机装空调，给单晶涡轮叶片造‘毛细血管’，给涡轮叶片起到冷却降温作用。”北京汉飞航空科技有限公司负责人指着一个手掌大小的金属部件介绍。

一片单晶涡轮导向叶片上拥有几百乃至上千个轴线方向、出入口角度不一，位置非均匀分布、形状不一的气膜孔，而且叶片内部还有复杂的冷却系统，加工气膜孔时不能碰伤到内腔内壁，如果打孔时有一丝偏差，涡轮叶片在高温高速工况下就会烧毁，飞机就可能掉下来。

“一台飞机发动机的涡轮叶片需加工多达几万个气膜孔，犹如‘螺蛳壳里做道场’，必须确保每个气膜孔都严格按设计加工。”汉飞公司负责人说。

“成百上千个小孔喷出冷却气体，形成气膜，把叶片包裹起来，才能将燃烧室高温气体与叶片表面隔开。因此，气膜孔加工质量是影响单晶涡轮叶片合格率、冷却效率和工作寿命的关键环节。”汉飞公司负责人说。

公司负责人介绍，他们通过单晶涡轮叶片气膜孔数字化加工技术和自主研发的装备，开拓了在新型航空发动机和燃气轮机等多个尖端领域的应用，不仅解决了我国航空发动机和燃气轮机核心部件涡轮叶片大批量产的瓶颈，更打破了国际先进装备制造的技术壁垒，这也标志着我国一举摘下这颗“皇冠上的明珠”。

“从底层基本算法、工业软件、数控系统、三维测量和建模系统，到多轴数控电加工机床和智能生产线，都是我们自己研制的，拥有自主知识产权。”公司负责人说，科研人员经过数十年探索和钻研，使得单晶涡轮叶片加工合格率达到国际领先水平。

中国商飞预测，2021年至2040年中国航空市场需要新添50座级以上客机9084架，价值约1.4万亿美元。

“国产大飞机运营为我国航空制造业带来了巨大机遇，我们要紧抓机遇，让搭载自主发动机的国产大飞机翱翔云天。”汉飞公司负责人说。

细胞里的工厂

一个细胞能干什么?

在北京市顺义区中德产业园的一间实验室里，科研人员把乳白色的物质加入装有淀粉的大型发酵罐中。40多个小时后，发酵罐里“长”出了大量粉状的可用于生产塑料薄膜的PHA(聚羟基脂肪酸酯)材料。

3D打印玩偶、感光衣……PHA制作而成的制品能广泛应用于生物材料、纺织、农业和医药等领域。因为PHA在海水和土壤中都可快速自然降解，目前这一产品已经出口到美国、欧盟等地。

“这些乳白色的物质是细菌菌体形成的菌落，每一个菌体都是一个‘超级细胞工厂’。”清华大学合成与系统生物学中心主任陈国强教授告诉记者。

2003年，陈国强领导的科研团队在中国新疆的艾丁湖发现了这种“神奇微生物”：它能在几乎无水、200克/升盐浓度、温差近100度的极端环境下生存。任何其他微生物在它生长的环境下都几乎无法存活，因此它具有天然的“免疫力”，可在开放、无灭菌的环境下被直接培养。

这种超级细胞，就成为细胞工厂的绝佳“生物底座”。

人们生活中大量的塑料、服饰、医疗等产品，大都由传统化工产业生产，不仅高耗能、耗水，而且不易降解，对自然不友好。用生物技术来合成人类生活所需的工业产品，成为未来产业发展的重要方向。

专家介绍，合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的新兴领域，科学家借助基