在变化的时代中自由成长——访山东大学热科学研究中心主任程林
程林， 1962年生，山东淄博人，教授，博士生导师。1983年毕业于山东工业大学（现山东大学）动力工程专业。主要从事强化传热与节能技术研究，提出了流体诱导振动强化传热的新理论与新方法。现为山东大学空间热科学研究中心主任，山东能源学会理事长，入选国家百千万人才工程和教育部跨世纪优秀人才培养计划，是国家有突出贡献的中青年专家，教育部“长江学者”特聘教授，山东省首批“泰山学者”特聘教授，国家973计划项目首席科学家，山东省专业技术拔尖人才，国务院特殊津贴获得者, 2005年度国家科学技术奖评审专家。先后获国家科技进步二等奖2项，教育部科技进步奖一等奖2项、二等奖1项，山东省科技进步一等奖2项、二等奖3项。2003～2007年，多次赴瑞典皇家理工学院访问、学习，2004年加盟丁肇中教授领衔研制的阿尔法磁谱仪（AMS）项目，作为欧洲核子中心高级合作研究员，并担任热系统首席科学家，全面负责其热系统的研究与设计。
随着物理学理论的不断发展，科学家开始试图构建宇宙的本来面目，“反物质”、“暗物质”的概念于是诞生。根据“宇宙大爆炸”假说，地球所在的宇宙是在约140亿年前由一个非常小的点爆炸而形成，宇宙产生物质的同时，也产生了反物质。两者数量大体相当，其中“物质”又略微多了一点点。尽管目前“物质”的存在显而易见，但“反物质”存在的证据仅有实验室观测到的稍纵即逝的极微量反粒子。科学家认为，“反物质”无法在地球环境中存在，因为一旦遇到地球上的“物质”，二者将湮灭，并释放出能量。换句话说，在我们现在能够观测到的世界里，“反物质”和“暗物质”是不可观测的，不过，“反物质”在太空中可能存在。但是，这究竟只是科学家们的一种理论上的假设，还是它们确确实实存在着？
为了验证理论，也为了进一步探寻宇宙的成因和构成，国际科学界开展了一项重要的科学计划——阿尔法磁谱仪（AMS）项目，希望能使用这一仪器在太空中的观测，发现“反物质”和“暗物质”存在的蛛丝马迹，进而探索是否存在反宇宙。北京时间2011年5月16日，阿尔法磁谱仪（AMS）搭乘“奋进号”航天飞机，从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，标志着粒子太空探测新时代的开始。这一项目是继人类基因组计划、国际空间站计划、强子对撞机计划之后的又一个大型国际科技合作项目。参与阿尔法磁谱仪项目的科学家来自全球16个国家和地区的56个科研机构，华裔物理学家，诺贝尔奖获得者丁肇中教授任首席科学家。阿尔法磁谱仪的主要部件完工于欧洲和亚洲，其中，中国科学家对项目的完成做出了“决定性”贡献，山东大学热科学研究中心主任程林教授就是做出了突出贡献的科学家之一。
我们的任务就是“为AMS穿一件衣服”
“AMS工作时安装在国际空间站S3构架上，将承受太阳照射、星体反射和地球辐射等复杂环境。它每绕地球1圈只需要90分钟，在这一个半小时的时间里，外表温度在零下40℃和零上60℃之间循环变化，而AMS中各探测器及电子设备正常工作的话，要求是工作温度变化必须维持在1℃范围内。我们要解决的，就是在太空环境下，保持温度稳定。”程林教授尽量用浅显的语言向记者聊自己的工作内容。由他短短的几句话，我们也大致了解到，他所负责的热系统研制的水平及质量，直接决定着AMS的工作状态、运行寿命及实验的可靠性，甚至决定着AMS科学目标的实现。
在一场报告中，丁肇中教授曾经用形象的语言描述他的科学实验：“就像在中国下了一场倾盆大雨，1000亿个雨滴中有一滴是彩色的，我们的任务是要把它找出来。”程林对他们的工作也有形象的描述：“给AMS穿一件衣服”，使它能够承受太空中恶劣复杂的工作环境。这件“衣服”需要具备两种功能，一个是散热系统，一个是加热系统：当AMS过热时，把热散发出去；当AMS过冷时，使之保温——热系统是AMS所有部件正常工作的基础。
“AMS有六个非常精密的粒子探测器和650个微处理机，将在国际空间站工作10年以上，是人类第一次使用精密的探测器探测一个全新领域，而热系统则是所有这些仪器正常工作的基础。山东大学AMS团队在程林教授的带领下，提出了大型科学仪器太空运行的散热蓄热协同原理、周期性冷热交替的最小温差原理和不稳定分散热源的最优传热方法，全面完成了热控制系统的热分析及热控元件的相关设计。”山东大学AMS团队成员辛公明博士说，程林教授作为第一责任人，与来自麻省理工学院、瑞士苏黎世高工、美国宇航局等不同单位的科学家一起工作，对AMS在各个季节的温度、运行方式（从断电状态到磁铁充电再到全负荷运行）以及空间站的方位，做了全部的热模型、热模拟和热测试，提出了不同结构形式的散热元件，保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性，设计了AMS在国际空间站环境下运行的热控制系统。
丁肇中教授在致我国教育部的函件中写到：“1976年以来，先后有数百位中国科学家和我一起工作，程林教授是最优秀的。”
最后加盟AMS团队最先完成承担的项目
2004年初，祖籍山东日照，和山大颇有渊源的丁肇中教授应邀访问山东大学。其时，AMS项目已经进行近10年。当时的山东大学决策层从他领衔的规模浩大、集各种高新技术于一体的AMS实验项目中，看到了其能够给山大在学术上以巨大的发展机会和空间。随后，山东大学力邀丁肇中教授先后考察了5个实验室，其中就有程林教授所在的热科学实验室。在和程林等交流一番后，丁肇中教授说：“就让你们去做吧。”当年的2月29日，时任山东大学校长的展涛与丁肇中教授签署合作协议，正式加盟AMS项目，全面负责其热系统的研究与设计，程林教授任这部分工作的首席科学家。
程林向记者回忆起当时的情景时说：“心里很是不安，可以说是忐忑、好奇和期待交织，毕竟，我们实验室将和这么一位伟大的科学家合作。过去，我只是在课本上看到过他，也不了解他的具体工作。”当年作为校园记者的笔者也还记得，那年丁肇中教授来山大可谓轰动全校。在一场面向全体师生的演讲中，丁肇中教授介绍了AMS项目，具体的内容已经记不清了，只是还清楚地记得，整个会场挤得人山人海，在最前面就坐的是两大排省部级领导。
程林教授坦承，在接触AMS项目之初，对于AMS是做什么的？为什么要做？怎么去做等等一系列问题，自己都基本上是一无所知，也不知道自己能够在其中具体做点什么。丁肇中似乎也看透了程林的心思：“我所需要的就是什么也不知道的人，因为你所做的东西没有人做过。只要你做，你就是第一个做的。”这句话，给了程林极大的勇气和信心。
有记者曾问程林教授，他这项工作的主要难点在哪里？程林说：“不知道应该做什么和不做什么，这可能是面临的最大挑战。”如同问登泰山最困难的是什么，登过的人可能会说是十八盘；登喜马拉雅山呢？去过的人会说缺氧、雪崩等等；而去火星的最大困难是什么则没有人知道，因为谁也没去过。AMS太空运行会遇到什么问题？没有经验，没有借鉴，没有任何参考，没有问题是我们最大的问题”。所有的问题都是设想出来的，然后再把它一一解决。比如，运行过程中适用的温度范围是什么？怎样保持恒温？再如，升空的速度非常高，硬件设计需要什么样的强度才能承受？既要考虑强度还要考虑重量，因为探测器的总重量是一定的，这又涉及到对材料的要求，诸如此类。
在正式介入AMS项目之后，程林教授开始全面负责热系统的研究与设计，工作涉及热能工程，机械制造，材料科学，电子信息等多个领域。摆在程林教授面前的第一个问题，也是二十一世纪最大的问题，人才。“团队建设应该是我解决的第一个问题，这也应该是最关键的问题。”作为程林大学时代的同班同学，博士生导师栾涛教授从加拿大归来担任山东大学热科学与工程研究中心副主任，在项目组织管理上成为程林教授的得力助手。中心的另一位副主任张树生，机械制造专业出身，负责热控制系统结构测试件的加工制造，并协助程林教授做好中心的行政、人事和研究生管理工作。王立秋教授以及张洪才、郑继周、朱新军、赵忠超、闫法义、曲燕、陈岩、宋继伟、王乃华、崔峥、罗峰等博士、硕士，以及日本富山大学博士邹勇教授和香港大学博士许明田教授，也相继加盟团队。
他们兵分两路，协同作战。一方面，针对太空环境和地面环境的不同，通过分析与设计，研究出不同于地面的排除热量的新方法。此外还要满足航天器的设计要求、航天飞机的发射要求和在空间站上的安装使用要求，使整个热控制系统能够保证AMS在多种工况下的正常工作。另一方面，研制加工AMS热控制系统的结构测试件，待美国航天局地面测试证明达到航天飞行和国际空间站运行的各种要求后，再据此做出飞行结构件。一年后，由山东大学热科学与工程研究中心副主任张树生教授负责加工制造的第一件结构测试件送达日内瓦。一向惜字如金的丁肇中教授一连说了好几个“不错”，中国“SDU创造”由此一炮打响！
2007年1月，丁肇中教授主持的AMS项目新年度首次技术交流会在位于休斯敦的美国航天局举行，来自美国、中国、俄罗斯、意大利、德国、瑞士等国家的100多位科学家参加了会议。山东大学热科学与工程研究中心副主任栾涛教授就山东大学所承担的热控制系统结构测试件(STA)的整体设计、优化和制作过程作了主题报告。他通过翔实的设计数据、生动的实物图片和工作实景，向与会科学家介绍了山东大学团队的工作成果。美国航天局的专家和有关官员表示：来自中国山东大学的设计完全没有错误。这标志着最后加盟AMS项目的这支团队，最先使自己所承担的全部工作接近尾声。
之后，作为第一责任人，程林教授继续和来自多个国家的30多位科学家一起，对AMS在各个季节的温度、运行方式，以及空间站的方位，做了全部的热模型和热模拟，保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性，设计了AMS在国际空间站环境下运行热控制系统主散热板、顶端散热板、TTCS散热板、低温冷却器环路热管系统和低温磁铁航天电子箱温度控制系统，进行了热真空与热平衡实验等工作，直到2010年4月，整体设计通过了美国宇航局的严格评估与实验，得到了美国宇航局与丁肇中教授的高度评价。
“科研要取得突破，需要一点点想象力”
事实已经证明，丁肇中教授当初的选择没错。
但是，程林教授取得这一成就，也并非“偶然”。
自1989年以来，程林教授先后完成了国家、省级科研项目12项，获得了16项国家专利，12项政府科技奖励。早在1994年，他所承担的“浮动盘管系列换热设备的开发与研究”项目就获得了山东省科技进步一等奖。程林教授在完成一个个的项目之外，有着更深入更具系统性的创新性研究，他先后撰写出版专著3部，教科著作1部，发表学术论文30余篇。其专著《换热器运行导论》对换热器运行方面的理论与实践进行了系统的总结，初步构建了换热器运行的理论体系；《换热器内流体诱导振动》总结了近年来国际换热器研究的新成果及作者自己的工作，提出了一些不同于传统理论的新见解；《弹性管束换热器原理与应用》首次将流体诱导振动作为一种有益的能量表达方式，提出了它的有效利用。这三部专著均为国内该领域的第一部系统著作，为推动这一领域内的研究起到了积极的作用。他撰写的著作《传热的原理与分析》，作为高校研究生教材应用广泛，在国内具有很大影响。
在山东大学网站“长江学者”介绍中，程林教授“主要从事能源科学与技术研究，主要贡献是打破了国际上延续了30年的关于振动不适合工业应用的定论和换热器内防止振动的设计模式，提出了流体诱导振动强化传热的新理论与新方法，带动了换热设备的一次具有深刻意义变革，产生了巨大的社会与经济效益。程林教授采用一种全新的思维方式，首先给出了振动的实质是换热器内流动介质耗散能量的聚集并由此得出解决振动问题的关键并不在于振动的严格防止。他进而极富想象力地提出了将一般换热器中流体流动过程中所造成的换热器整体振动及噪声转化为传热元件的有序振动，对水流产生有效的扰动，提高对流换热系数，同时，利用振动变形清除传热表面污垢，降低热阻。以此为突破，程林教授经过详尽的数学推导及大量的实验，提出了流体诱导振动强化传热新理论与新方法。程林教授在换热器五个问题中的两个——流体诱导振动与传热表面积垢——研究中取得了公认的突破，得到了国内外同行的广泛赞誉。”
据了解，程林教授所设计的浮动盘管系列换热设备和弹性管束系列换热设备，业已成为中国国家建筑标准设计，目前，这种设备所产生的经济效益已有数十亿元，而且，随着国家建筑标准的实施，其效益将会持续增加。
谈及上文中他“最关键的学术突破”，程林教授谦逊地说：“这其实只是一个简单的思维转换问题，我所做的这点探索，远远算不上什么突破，只是在项目研究过程中，发挥了一点点想象力，从另外一个方向找了一条路。”
成功只是一种“偶然”
作为山东省首批优秀创新团队——山东大学热科学创新团队的带头人，在外人看来，程林教授取得的成就可谓是“十年磨一剑”，也是“水到渠成”，而他自己则认为“纯属偶然”：“每个人获得的成功大，多数都是偶然。在从事科研这个职业时，当你希望自己成为一个职业科学家的时候，如果总是期待成功，结果很可能是非常失望——从事科学研究不能抱着一定成功的心态，要抱着平常心专心去做科研，要尊重科学规律。”
偶然之外，也有一点点必然的因素吧？
在山东大学热科学研究中心的小图书室，记者很惊奇地看到，作为一个工科资料库，这个图书室的17排书架中，有10排都是人文科学类的书籍。
从书架中抽出一本《西方哲学史》后，程林教授边摩挲着书的封皮边说：“如果你都30岁了，还只是拼命读那些专业书的话，你就可以回家去享受你的家庭生活了。你想想，你都30了，还在练规定动作，还在练基本功呢，那怎么行？这时候应该练自选动作，像这些书才是真正能开阔人视野的东西啊！”
程林教授认为，自然科学是整个科学最基础的部分，最高境界还是哲学：“我认为自然科学的最大目的并不是去改变生活，而是坚守人们的生活，最终还是使人们精神自由和思想能够更加地舒展，也使我们经常躁动不安的灵魂变得更加安宁、平静。”
在一次讲座中，面对学生的提问，程林教授说：“兴趣不应成为学习的唯一动力，学习的真正动力应是——责任。”
在山东大学举行国际科学计划AMS新闻发布会那天，一向衣着朴素的程林教授，特意在整洁的西装上佩戴了一枚国旗徽章，也许，他以此表达的心意，正与丁肇中教授的话暗合：“许多人从事科学研究的时间并不长，而接连出成果，我认为很重要的原因是他们有事业心。”