2 CTD 傳感器“卡脖子”的原因所在
盡管 CTD 傳感器國內(nèi)市場有旺盛的需求，在過去的 20 年里，國家通過各類專項計劃已取得了多種科研成果, 但其成果未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，現(xiàn)有國產(chǎn) CTD 產(chǎn)品性能落后于國際水平，絕大部分市場被國外儀器占領(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、效率低、成本高, 產(chǎn)品一致性、可靠性差, 競爭力低, 無法滿足市場快速發(fā)展, 特別是海洋安全對國產(chǎn)儀器的迫切需求, 這主要由以下幾點原因造成。
1) 長期以跟蹤仿制國外產(chǎn)品為主, 原始創(chuàng)新能力不足
習總書記指出要“持之以恒加強基礎(chǔ)研究”,“基礎(chǔ)研究是整個科學體系的源頭, 是所有技術(shù)問題的總開關(guān)”。海洋傳感器技術(shù)是海洋基礎(chǔ)研究的主要組成部分, 但一直以來我國對海洋傳感器測量的基礎(chǔ)研究不夠深入。
在 CTD傳感器技術(shù)中，傳感器研究和制造長期以國外技術(shù)、產(chǎn)品指標為跟蹤目標, 在傳感器的測量機理等基礎(chǔ)研究方面主要照抄國外, 缺乏系統(tǒng)深入地研究。
有些為完成科研項目驗收, 片面追求見效快,，特別是在對很多進口傳感器的測量原理、敏感探頭與電路的參數(shù)設(shè)計、數(shù)據(jù)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)問題，其根源是基礎(chǔ)理論研究跟不上, 源頭和底層的東西沒有搞清楚, 這些都制約著國產(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(yīng)用范圍窄, 而對其穩(wěn)定性、可靠性要求又特別高，研制見效周期長。
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對海洋傳感器的高性能敏感材料、封裝材料等進行研究。從而導(dǎo)致現(xiàn)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)品嚴重依賴進口, 傳感器并未實現(xiàn) 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、萬分之一精度石英諧振傳感器在國內(nèi)仍未能實現(xiàn)自主生產(chǎn), 一旦進口受限, 就會“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(nèi)科研機構(gòu)和企業(yè)來說, CTD 傳感器結(jié)構(gòu)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(nèi)傳感器的生產(chǎn)工藝與專用工裝設(shè)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, 監(jiān)測手段也尚待規(guī)范。這些工藝上的不穩(wěn)定因素造成傳感器性能分散、穩(wěn)定性差。
現(xiàn)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、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(wěn)定性和可靠性沒有得到根本解決, 限制了國產(chǎn)傳感器應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
4) 尚未構(gòu)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、風險高、實施困難的特點, 因此, 僅靠研發(fā)單位自主投入, 難以實現(xiàn)對大批量、多批次的國產(chǎn)傳感器進行反復(fù)測試驗證, 有效評測生產(chǎn)定型狀態(tài), 產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性和可靠性難以準確評價和持續(xù)改善, 導(dǎo)致始終無法跳出一個怪圈: 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)傳感器缺少實戰(zhàn)機會，導(dǎo)致用戶在產(chǎn)品應(yīng)用時對產(chǎn)品質(zhì)量可靠性信心不足, 而應(yīng)用不足又無法有效提升質(zhì)量和可靠性。
在水下無人系統(tǒng)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人自主移動平臺連續(xù)剖面觀測的 OST4X 系列 CTD 剖面測量儀的技術(shù)指標已達到國際先進水平, 如表 1 所示。但由于缺乏長期、嚴格的與國際接軌的檢定、測試和現(xiàn)場驗證體系看，其穩(wěn)定性和可靠性與國外產(chǎn)品還有相當?shù)牟罹? 用戶信任度不夠, 市場競爭長期處于劣勢。
5) 未能形成研產(chǎn)用有機結(jié)合相互促進的循環(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, 真正實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控。但是由于科技體制和成果轉(zhuǎn)化機制的原因, 造成了海洋傳感器研、產(chǎn)、用相脫節(jié)。
早期的海洋傳感器研究單位主要集中在大學和研究所, 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, 利用自身條件進行批量化生產(chǎn)和應(yīng)用的更是少之又少, 無法形成批量生產(chǎn)能力, 即使少數(shù)進行批量生產(chǎn)后, 其儀器質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性、生產(chǎn)周期和服務(wù)等也都無法得到保證。
而近年來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、市場容量小、收益周期長等特點, 導(dǎo)致其研發(fā)能力偏弱, 只能進行機械仿制, 企業(yè)生存較為困難。
再加上業(yè)務(wù)單位對國產(chǎn)產(chǎn)品缺乏全面客觀的認識，無法對其性能樹立足夠信心, 從而形成優(yōu)先采購進口裝備的行業(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, 在 CTD 傳感器研究方面我國長期以跟蹤仿制為主, 鮮有原理、技術(shù)、材料和工藝方面的創(chuàng)新。而實際上由于我國在工業(yè)制造、微加工、敏感材料等基礎(chǔ)領(lǐng)域方面與歐美國家存在的差距, 導(dǎo)致機械地仿制進口傳感器方案, 無法獲取其高水平的真正精髓之所在, 也致使國內(nèi)傳感器研究的技術(shù)水平和產(chǎn)品的性能和可靠性長期落后于先進國家, 在競爭中處于劣勢。
未來的海洋監(jiān)測需要 CTD 傳感器具備用得住、測得準、易集成的特點, 這就對傳感器的能耗、體積、長期穩(wěn)定性、免維護、自校準和平臺適應(yīng)性等方面提出了更高的要求。
從這個角度而言, 進口傳感器也不是萬能的, 其中很多也不適用于國內(nèi)的實際需求, 尤其是未來海洋監(jiān)測的需求, 很多“西洋貨”在中國的海洋環(huán)境中也會“水土不服”。
特別是在當今國際復(fù)雜局勢的大背景下，更應(yīng)當緊密圍繞我國在海洋經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展、海洋生態(tài)文明建設(shè)、海洋科學研究和海洋國防建設(shè)等方面的實際需求，真正立足于自主創(chuàng)新, 樹立自立自強的國產(chǎn)傳感器品牌, 讓進口儀器“走下神壇”。
