2031年3月,北京,龙国科学院。
林小镜在核心项目组已经待了五个月。电极分系统的工作进展顺利——梯度涂层的工艺已经定型,放大生产也通过了验证,寿命测试跑到五万小时还没坏。她把数据整理成报告,提交给了项目组,韩卫东看完说了一句“可以了”,然后就把她晾在一边了。不是故意的,是其他分系统的进度跟不上。电源系统还在攻关,控制系统还在调试,测试系统还在搭建。她没事做了。
林小镜不喜欢“没事做”。她坐在工位上,打开电脑,翻出了MPDT推进器的理论模型。这个模型是她在国防科大的时候建的,用来计算电极烧蚀速率。模型的核心是一个假设:等离子体在电极表面形成的鞘层是稳态的。她当时觉得这个假设合理,因为等离子体的参数变化很慢,可以近似为稳态。但现在,她有了新的数据——梯度涂层的寿命测试跑到五万小时还没坏。她开始怀疑,稳态假设是不是错了。如果等离子体和电极的相互作用不是稳态的,那么她的模型就会低估或高估烧蚀速率。
她花了三天时间,重新推导了鞘层方程,去掉了“稳态”假设,加上了时间导数项。推导很复杂,涉及偏微分方程和数值解法。她用了整整三页草稿纸,才把方程写出来。然后她开始求解。数值解的结果让她愣住了——非稳态鞘层的行为和稳态完全不同。在稳态模型中,离子轰击电极的能量是恒定的。在非稳态模型中,离子轰击能量会随时间波动,在某些时刻会远高于稳态值。这意味着,电极烧蚀不是“慢慢发生的”,而是“突然发生的”。在某个时刻,离子能量突然飙升,把电极表面轰出一个坑。然后能量回落,烧蚀暂停。然后过一段时间,又轰出一个坑。这种“间歇性烧蚀”,稳态模型完全无法描述。
林小镜看着屏幕上的数据,心跳加速了。这不是“改进”,这是“推翻”。稳态模型是错的。或者说,稳态模型只在特定条件下成立。在真实的MPDT推进器中,等离子体参数是波动的,鞘层是非稳态的。她需要建立一个全新的理论框架。
她把结果拿给韩卫东看。韩卫东看了,沉默了很久。
“你确定?”
“确定。数值解收敛了。边界条件也验证了。结果自洽。”
韩卫东看着她。“你知道这意味着什么吗?”
“知道。现有的MPDT推进器设计方法,都是基于稳态假设。如果稳态假设是错的,那么所有设计都需要重新评估。电极寿命、推进效率、工作稳定性——全都需要重新算。”
韩卫东靠在椅背上,看着天花板。办公室里很安静。
“你写个报告。我拿给周老师看。”
“好。”
林小镜用了三天,写了一份五十页的报告。标题是“MPDT推进器非稳态鞘层动力学研究”。她写了推导过程、数值方法、结果分析、工程意义。她把报告发给韩卫东,韩卫东转给了周明远。周明远看了,回复:“来我办公室。”
林小镜敲门进去。周明远坐在办公桌后面,面前摊着她的报告,上面画满了红色的批注。
“你这个工作,很重要。”周明远说。
林小镜没说话。
“稳态鞘层模型用了三十年。所有人都以为它是对的。你发现它是错的。这就是科学。”周明远看着她,“但你要做好准备。你推翻了三十年的理论,会有人质疑,有人反对,有人骂你。”
“我知道。”
“你不怕?”
“不怕。数据是对的。”
周明远笑了。“好。你把这篇报告写成论文,投《物理评论快报》。”
林小镜用了两周,把报告改成了论文。二十页,八千字,三十个公式,二十张图。她把初稿发给周明远,周明远改了一周,改完说“投”。她投了。
审稿意见一个月后回来。两个审稿人,一个大修,一个小修。大修的那个写了三页意见,第一条是“作者声称稳态假设是错误的,但未提供足够的实验证据”。林小镜看着那条意见,知道他说得对。她只有数值解,没有实验验证。她需要做实验。她去找韩卫东。
“韩老师,我需要做实验验证非稳态鞘层模型。”
“什么实验?”
“在MPDT推进器上装一个高速探针,测量鞘层电势的瞬态变化。时间分辨率需要达到微秒级。”
韩卫东想了想。“现有的探针,时间分辨率只有毫秒级。你需要自己设计。”
“好。”
林小镜花了三周,设计了一款新的朗缪尔探针。探针的尖端用钨丝制成,直径只有0.1毫米,时间分辨率可以达到亚微秒级。她把图纸发给加工厂,加工厂说“太精密了,做不了”。她找了五家加工厂,都说不做。最后一家说“可以做,但价格高,工期长”。她问多少钱,对方说五万。她的项目经费还有剩,批了。三周后,探针到了。她用扫描电镜检查了尖端,直径0.1毫米,没有毛刺,合格。
她把探针装进测试设备,连接好电路,开始测试。MPDT推进器启动了,紫色的火焰在真空腔体里燃烧。探针开始采集数据,屏幕上出现了一条曲线。电压随时间波动,幅度很大,频率很高。她看着那条曲线,心跳加速了。波动是真实的。稳态假设确实是错的。
她截取了其中一段,放大。电压在几十微秒内从10伏跳到100伏,然后又跳回来。这种“尖峰”,就是导致电极烧蚀的元凶。她的非稳态模型预测了这种尖峰,实验验证了。她看着屏幕,笑了。不是“表演”的笑,是真正的笑。因为数据对了。她把结果写进论文,重新投稿。这次审稿人没有意见了。接收。
论文发表那天,周明远给她发了一条消息:“你的工作,会改变这个领域。”林小镜看着那行字,没有回复。她把手机放在桌上,继续做实验。因为还有更多的问题要解决。非稳态鞘层只是开始。她需要重新设计整个MPDT推进器。不是“改进”,是“重新设计”。她不知道能不能做成,但她想试试。