回国后，黄伯云把研究目标锁定在当今世界航空制动领域最先进的材料——炭／炭航空制动材料的研制上。飞机的起降和滑行离不开刹车副。目前，国际上使用的航空刹车副有金属盘和炭／炭盘两种，用炭／炭复合材料制造的炭盘，具有重量轻、性能好、耐高温、寿命长等特点，使用寿命是金属传统材料的4倍，重量是金属传统材料的1／4，被西方国家称为“黑色的金子”。20世纪80年代中期，美、英、法3国已生产出该材料，垄断着生产制备技术。多年来，我国大量的飞机依靠进口。这些飞机所采用的炭／炭复合刹车装置是消耗性器材，全部依赖进口，每年国家要花费大量外汇，而且还得受制于人。
尽快掌握高性能炭／炭航空制动材料的制备技术，成为国家急需解决的重大技术课题，也牵动着中南工业大学一批教授、专家的心。1986年，当时的中南工业大学粉末研究所就着手这一重大技术的准备工作。
黄伯云率领的课题组成员咬紧牙关，查阅了大量的与炭／炭复合制动材料密切相关的文章、资料。当时，世界制造炭／炭复合材料的生产都是采用均温式炉。炭／炭复合材料的工业生产实验炉，究竟是采用均温式炉，还是梯度式炉？均温式炉，设备简单，沉积速度慢，已经明显落后，但它是一项成熟的技术。热梯度炉，当时只能应用于航天制动材料，不能用于生产航空制动材料，但它容易应用于工业生产。采用它，存在巨大风险。经过反复的权衡，黄伯云觉得作为一个科技工作者，应该以国家利益为重，抛开个人得失，敢于为祖国的强大进行技术创新！他说：“发现人家的技术并不是最先进的，还要跟着人家后面走，即使成功了，只会永远落后。为了国家，我们要敢于技术创新，敢于冒险，即使失败也在所不惜。”
到了1996年，经过无数次试验，黄伯云们终于完成了“高性能炭／炭航空制动材料制备技术”的实验室基础研究，但他并不满足。在黄伯云看来，科研成果只有转化为产品，真正地为国家所用、为人民造福，科学家才是完整意义上的科学家。
从实验室到工业化试验，从小样品到大样品，课题组必须付出更多的智力和精力，经历更加艰难的实验过程。2000年9月，在模拟飞机多种着陆状态过关后，中止起飞试验中刹车片温度急剧升高，摩擦系数下降得很厉害，课题组在最后关头的试验失败了。实验失败后的那段时间，被黄伯云称作是最黑暗、最痛苦的日子，但他很快就从失败的阴影中振作起来，他意识到，这个试验的意义并不在于个人的成败得失，更重要的是国家航天航空战略安全的需要。一遍遍地推倒重来，一项项检查、一点点琢磨，改进工艺、添加新的材料……1年多后，成功终于降临，黄伯云终于让无数个看不见、摸不着的碳原子听从指挥，有序排列，形成了完整的“高性能炭／炭航空制动材料的制备技术”。
2003年9月20日，大型民用飞机上的试飞试验全部完成，中国飞机依赖进口刹车片才能“落地”的历史被改写了。与国外同类产品相比，中南大学研制成功的炭／炭刹车副使用强度提高30％，耐磨性提高10％，综合成本降低21％。而且在此过程中，共形成11项国家专利，其中已授权9项，同时研发了拥有自主知识产权的6大类30多台套成套关键工艺设备。
15.学贯中西的大科学家徐光启
徐光启（1562～1633）字子先，号玄扈，上海人。徐光启以其毕生的精力推动中国科学的进步，推动中西文化的融汇与交流，殚精竭虑，鞠躬尽瘁。他在天文学、数学、农业科学、机械制造、军事学等领域都卓有建树。他的《农政全书》，与李时珍的《本草纲目》、宋应星的《天工开物》、徐弘祖的《徐霞客游记》，同为明末科学的四大高峰。这样一位献身科学的伟人，是怎样确定自己的人生道路，又是如何在科学的险径上艰难攀登的呢？
少小游学，志在天下
关于徐光启的祖先，由于流传下来的材料有限，我们知道的不多。相传徐光启的先世是在中州人，也就是今天的河南一带人。他的高祖徐竹轩是个家世清白的秀才，从这一代始迁居沪上。到他的曾祖徐殉的时候，家道中落，靠务农为生。徐光启的祖父徐绪弃农经商，家境日渐富裕。徐绪去世较早，家政遂由祖母尹氏主持，请来内家兄弟尹某经商，并为长女择婿俞氏，产业居然不断发展，比徐绪时扩大了十倍，使他的父亲徐思诚可以专心读书。徐思诚大约在十七八岁时结婚，夫人钱氏也是读书人的女儿。嘉靖年间，倭患甚烈。一些日本商人勾结武士和浪人，到中国沿海各地，或直接进行掠夺，或者用走私的手段窃取中国的财货。上海地当东南沿海门户，更是在所难免，屡遭洗劫。据史书记载，从嘉靖三十二年到三十五年的四年间，倭寇多次犯上海，大肆抢掠，其状惨不可言。为逃避倭寇，徐光启的祖母和母亲四处流离，徐思诚被派为大户，参加地方政府组织的抗倭武装。徐家产业也蒙受了损失。此后，经过数年的经营，家业又有恢复。尹氏便把家产一分为三，徐氏和尹、俞两家各得其一。不幸的是析产之后徐家又遭了窃贼，加之徐思诚不善于理财，又生性乐善好施，家道迅速中落，最后竟到了出卖田宅的地步。1562年徐光启的出生，给这个处在困厄中的家庭带来了新的希望。
在徐光启的幼年时代，由于家境贫困，他的祖母、母亲无论寒冬酷暑，日夜纺织不辍，以维持生计。连他的父亲也不得不课农学圃，下田耕作，以图自给。上海本来就是广原腴壤的富庶之地，资本主义萌芽最先在这里产生，农业、手工业和商业发展较快，民风也比较勤劳。徐光启生长在这样的环境里，一方面亲眼目睹家人们辛苦劳作，一方面也免不了亲自动手做些辅助劳动，这对于养成他日后勤劳、节俭的性情大有好处。他对农事园艺的兴趣，也应该是这个时候发生的。徐光启年幼时，倭寇来犯的事仍时常有之。他的母亲经常对儿辈回忆当初避倭的情形，并议论御倭措施的得失。他的父亲参加过抗倭斗争，结识了许多名将奇士，闻知一些战守方略，并通晓阴阳、医术、星相、占候、释道之书，且喜语旧事。耳濡目染，也在徐光启幼小的心灵里播下博学强记、留意兵事的种子。徐光启七岁时便到龙华寺的村学读书。少年徐光启身材矫健，活泼好动。一次，他爬上龙华寺的古塔捕鸽子，偶一失足，旁观的人失声惊叫，他却若无其事，举着鸽子说：“你还能在塔顶飞来飞去，惹得我想了好几天吗？”他还曾爬到塔顶，与鹳鸟争得地方，端坐在顶盘中，对下面的人嬉笑自若，浏览四周风物，像是神游云霄。但不同于一般顽皮儿童的是，少年徐光启便怀有远大的志向。有一天，老师外出，同学们畅谈自己的抱负。一个讲长大后要做富翁，另一个讲想当道士。徐光启说：“这些都不值得做。说到做人，应当立身行道，治国治民，崇正辟邪，不可枉活一世。”那时，读书人都是走的科举的路子，徐光启也不例外。他的主要功课是诵读《四书》、《五经》的章句，学作八股文、律诗，练习写字。因他聪敏好学，章句、帖括、声律、书法的成绩都很好，甚至塾师出题作文，他也能不假思索，出口成章。后来他又师事当地的着名学者黄体仁，钻研心性之学。此外，他也常读些兵法方面的书籍。
1581年徐光启20岁的时候，考取了金山卫的秀才，并于同年娶吴氏为妻。依照当时社会的风俗，考中秀才之后，可以从县学中得到一定的钱粮资助，同时也可以找个村学或家馆去教书。徐光启因家境贫寒，除了应付县学的作业之外，便开馆授业，教授里中子弟，以便挣些银两贴补家用。课余，他常到田间参加一些农业劳动。由于从小就接触农事，徐光启表现出非凡的经营才干。他看到有几小块荒芜废弃的空地，便动手稍加整治，种上柳树，然后卖柴取利。看到家乡时常遭受水患之苦，大雨一降，禾苗被毁，屋宇坍塌，饿殍遍野，徐光启开始留意水利，对农田水利的利弊，不断周咨博访。这些活动为他日后研究农学打下了坚实的基础。
徐光启的科举之路并非一帆风顺。他曾多次参加乡试，都未能考中举人。其中最为艰难的是1588年(万历十六年)那一次。其时徐家生活十分拮据，他的母亲为供养老小，劳作一天之后居然没吃上一口饭，最后从篱笆上摘了一只王瓜充饥。9月徐光启与友人结伴往太平府赴乡试，因囊中羞涩，乘不起车马，只得挑着行李，趟着积水，从句容沿江步行百余里到太平。这次应考失败，使徐光启有淡然名利之志。正是备尝了这种穷困与艰辛，才使得徐光启日后做了高官仍自持俭约，不去贪图个人享受，而是专心致力于科学研究。这个时期徐光启虽屡试不中，可学问却大有长进，人称其“少年以文章名天下”。像徐光启这样怀抱真才实学，却难以通过乡试，足以说明科举取士的制度到了晚明已走上了衰败的末途。当时的考试内容纯为章句之学，只注重空洞的词藻和繁琐的格式，忽视实际内容，自然难以发现和选拔真正的人才。到了晚年，徐光启还对此感触良深，批评八股文“直是无用”，称科举为“爬烂泥路”，虚掷光阴。
在徐光启31岁那年，他的母亲钱氏去世了。第二年，徐光启应他人之邀，远行广东韶州教授家馆，开始了“经行万里”的旅程。徐光启南行之际，西方传教士已经叩开中国的大门，在中国的南方进行宣扬基督教的活动，因此他同西方传教士有了初步的接触。利玛窦是最早深入中国内地传教并取得成功的耶稣会士。这个来自意大利马塞拉塔城的传教士，于1582年(万历十年)抵达澳门，第二年到端州。在此地利玛窦潜心学习汉语，钻研六经子史等书。后行迹遍至肇庆、韶州、南昌、南京等地。徐光启在韶州教书期间，一次偶然到城西的教堂，没有见到已经北上的利玛窦，却与接替利玛窦主持堂务的郭居静谈得很融洽。这是徐光启与西方传教士的第一次直接接触，萌生了对传教士和西学的好感，由此开启了与传教士长期合作共事的先河。
1596年(万历二十四年)，徐光启应担任浔阳知州的同乡赵风宇的约请，由韶州移住浔州，教授赵氏家馆。几年之内，徐光启由上海到广东，又由广东到广西，长途旅行，饱览山川形胜，阅历越来越丰富，文章也写得越来越好，尤其擅长说理和抒情。当然，一个穷书生长途跋涉，其情形也是够狼狈的，衣衫褴褛，全靠自己缝缀。次年春天，徐光启远上北京，参加顺天府的乡试。这次他不但考中了，而且还被取了头名解元，名声大振。说起这次考中，应当庆幸徐光启遇上了名重一时的大学者焦竑。据说，初判时徐光启仍是名落孙山。到发榜前二日，主考官焦竑还为没能发现可取为第一名的人选叹息，当他看到从落选试卷中选送的徐光启那一件，不由击节赞赏，认定此为名士大儒，拔置第一。此番中举，既靠徐光启平素博览群书，好学深思，凡六经百家之书，无不遍读，能写出文辞宏美、义理精深的好文章，也多亏焦竑慧眼识人，全力举荐。此后，徐光启一直视焦竑为恩师。中举之后，徐光启留在京师等候会试。1598年(万历二十六年)会试，徐光启未能考中进士，于当年4月离京返乡。这一年徐光启已经37岁，却在科举的泥路上滚爬了20多个春秋。
翻译西学，会通中西
徐光启回到家乡继续以教书为业，同时更加刻苦地读书学习。这个时候的徐光启，对背诵章句已没有多少兴趣，而把关注的焦点转移到现实生活方面。他广泛阅读古今经史和科学典籍，研究历代王朝政治的成败得失，寻找富国强兵的良方。他在写给老师焦竑的信中说到自己的心情。他说自己因感愤故里屡遭倭寇蹂躏，生灵涂炭，故于六经子史以外，也常研习兵法和农学。看到国家比南宋灭亡时还要衰弱十倍，因此每每对人谈论富国强兵的方略。他认定，只有重视农业才能使国家富足，只有整饬军备才能使国家强盛。关于徐光启的这段读书生活，与他一同读书的程嘉燧曾有生动的记载：那时他们住在山中的一间小屋子里，书案旁边的瓦罐里只有米粥用以果腹，即便生活条件这样艰苦，他们却每天咀嚼诗书之精华，畅饮文章之美醪，抚琴吟唱，十分快乐。