用奮斗回報祖國 用堅持成就初心
——訪中國科學(xué)院院士、南京航空航天大學(xué)趙淳生教授

◎網(wǎng)信軍民融合編輯部 王鋒

問：您是中國超聲電機(jī)的奠基人、開拓者，當(dāng)年是什么樣的機(jī)緣讓您放棄了國外優(yōu)越的生活而回到祖國，矢志研發(fā)我們中國人自己的超聲電機(jī)？

趙淳生：我出生于1938 年，從小生活在貧窮落后的農(nóng)村。1 歲多時，父親就參加革命了，后來犧牲了，9 歲時母親也生病過世了，家里只剩下我和祖母。我靠砍柴、放牛掙錢生活，今天不知道明天有沒有飯吃。解放前，地下黨找到了我，支持我讀完了小學(xué)。解放后，我又在政府的幫助下讀完了中學(xué)、大學(xué)，并在不惑之年有機(jī)會出國留學(xué)。我從心底里感激我們的黨、感激我們的國家，這是我工作最大的動力。

大學(xué)畢業(yè)后，我留在南京航空學(xué)院（現(xiàn)南京航空航天大學(xué)）任教，做機(jī)械振動方面的研究。當(dāng)時國內(nèi)用的激振器全是進(jìn)口貨。我就下定決心，要制造出屬于中國人自己的激振器！我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊先后研發(fā)出5 個系列的國產(chǎn)激振器，進(jìn)入了國際市場，并打破了國外的壟斷。后來，這些激振器被廣泛應(yīng)用于我國的火箭、飛機(jī)等高端裝備的振動實驗中。

我與超聲電機(jī)的結(jié)緣要追溯到1992 年，當(dāng)時應(yīng)邀赴美國麻省理工學(xué)院做訪問學(xué)者，其間，參加了一場有關(guān)超聲電機(jī)的專題報告會，從這次報告會上得知，美國當(dāng)時正在研制一種基于振動原理發(fā)展起來的新型微特電機(jī)——超聲電機(jī)，小到只有“米?！贝?，既可以用于火星探測車，又可以進(jìn)入人的血管中，響應(yīng)快、控制精度高、無噪音……當(dāng)時我就想，超聲電機(jī)未來在我們國家一定大有用處，我一定要回國研究屬于我們國家自己的超聲電機(jī)。當(dāng)時，一家人都堅決反對我在56 歲的年齡回國從零開始從事這項新的科研計劃。于是，1994 年10 月，我告別家人，一個人提著箱子登上了飛機(jī)，回到了祖國，并把6 大包有關(guān)超聲電機(jī)及其智能結(jié)構(gòu)與材料的資料從波士頓海運到香港，再運到南京。當(dāng)時沒有啟動經(jīng)費，我向系里借了15000 元，買了一臺臺式計算機(jī)和一臺簡易打印機(jī)。一個碩士生、一個博士生、一個博士后，加上我一共四個人，在一個20 平方米的房間里干了不到一年時間，研究出了我國第一臺能夠?qū)嶋H運轉(zhuǎn)的超聲電機(jī)。

中國科學(xué)院院士、南京航空航天大學(xué)教授 趙淳生

問：超聲電機(jī)的技術(shù)要求之高，應(yīng)用領(lǐng)域之廣，更是軍民兩用領(lǐng)域的代表性產(chǎn)品，請您簡單地介紹一下超聲電機(jī)的原理、特點和主要的應(yīng)用領(lǐng)域，以及軍用領(lǐng)域與民用領(lǐng)域的不同？

趙淳生：超聲電機(jī)是振動和波動學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械設(shè)計、電力電子、材料及控制科學(xué)等多學(xué)科發(fā)展和交叉融合形成的新型作動器，其原理是超聲電壓施加在壓電陶瓷片上，使定子產(chǎn)生微幅波動，在定子和轉(zhuǎn)子（動子）間界面的摩擦作用下，定子的微幅波動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子（動子）的宏觀轉(zhuǎn)動（直線運動）。

超聲電機(jī)具有與電磁機(jī)不同的一些特點：（1）扭矩與重量比大（為電磁電機(jī)的3-10 倍）；（2）無需減速齒輪箱，就能實現(xiàn)低速大扭矩等；（3）響應(yīng)快（毫秒級）；（4）分辨率高，控制性好。此外，還具有斷電自鎖、電磁兼容性好、噪聲小、可在真空和高/低溫環(huán)境下工作、形狀多樣化、效率不隨尺寸減小而下降等特點，這些正是航空航天器、武器系統(tǒng)等高端裝備和智能裝備特別需要的。

超聲電機(jī)除了應(yīng)用在“嫦娥三號”“嫦娥四號”“嫦娥五號”探測器、“墨子號”量子科學(xué)試驗衛(wèi)星等高端裝備上，還在核磁共振注射器、細(xì)胞穿刺裝置等醫(yī)療及多種光學(xué)儀器上獲得了廣泛應(yīng)用。特別是去年，研制出“四超一特”新型超聲電機(jī)，在“行云二號”的1、2 號衛(wèi)星的激光通信上得到了成功應(yīng)用，為激光通信機(jī)實現(xiàn)星間建鏈和通信任務(wù)作出了重要的貢獻(xiàn)，解決了激光通訊跟瞄系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

現(xiàn)階段我國生產(chǎn)的超聲電機(jī)的性能還不能完全滿足航空航天器、武器系統(tǒng)等高端裝備和智能裝備，如量子通訊、激光武器、電子對抗、雷達(dá)技術(shù)等的要求。雖然國外生產(chǎn)的超聲電機(jī)性能不斷提高，在航空航天器、武器系統(tǒng)等高端裝備和智能裝備中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但由于涉及航空航天、武器裝備等領(lǐng)域，超聲電機(jī)核心技術(shù)資料均處于保密狀態(tài)，鮮有文章發(fā)表，其產(chǎn)品也禁止對我國出售。因此，我們只能依靠自己的力量，對超聲電機(jī)技術(shù)進(jìn)行更深入、更系統(tǒng)的研究，從提高超聲電機(jī)的精度、穩(wěn)定度、耐沖擊強(qiáng)度和降低轉(zhuǎn)速極限等方面入手，研制出能滿足高端裝備和智能裝備要求的超聲電機(jī)，以打破其他國家在高性能超聲電機(jī)產(chǎn)品上對我國的封鎖。

問：在航天領(lǐng)域，超聲電機(jī)早在“嫦娥三號”和“嫦娥四號”探測器上就有應(yīng)用，而去年成功發(fā)射的“嫦娥五號”探測器對超聲電機(jī)的精度和應(yīng)用環(huán)境有了更嚴(yán)苛的要求，相比之前兩次，此次應(yīng)用有哪些不同和技術(shù)突破？

趙淳生：我國是全世界把超聲電機(jī)用到外星球上去的第二個國家，美國用到了火星探測器上，而我們用到了月球車上。我非常自豪，我們團(tuán)隊研發(fā)的超聲電機(jī)能助力我國探月工程的順利實施。

“嫦娥三號”和“嫦娥四號”上的超聲電機(jī)型號為TRUM-30A，是超小型的微特電機(jī)，只有46 克，用作紅外成像光譜儀內(nèi)定標(biāo)板的驅(qū)動與控制。光譜儀可以讓月球車通過高光譜分辨率獲取月球物體高光譜圖像，為精確識別月球表面的特征信息和物質(zhì)分類提供服務(wù)，定標(biāo)板類似于艙門，而超聲電機(jī)就是定標(biāo)板的一個重要“關(guān)節(jié)”，負(fù)責(zé)控制艙門。紅外光譜儀的“快門”何時打開，讓光線進(jìn)入，何時關(guān)上，防止月塵，就是由超聲電機(jī)操控的。

對探月工程來說，減少運載器上的重量尤為重要，這臺超聲電機(jī)重量僅是同等傳統(tǒng)電機(jī)重量的1/10，直徑僅約30 毫米。普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速，每分鐘要轉(zhuǎn)上千轉(zhuǎn)，但光譜儀啟動和關(guān)閉的速度是很慢的，如果要給電機(jī)降速，就需要加裝好幾級齒輪箱，這將給航天器加重負(fù)擔(dān)。這款超聲電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速只有40 多轉(zhuǎn)，這樣緩慢的轉(zhuǎn)速，只需要一級齒輪箱，驅(qū)動簡單，對電流的響應(yīng)也很快，響應(yīng)時間只有1-30 毫秒，關(guān)斷響應(yīng)時間只有1-0.1 毫秒。

月球背面的工作環(huán)境比地球復(fù)雜得多。團(tuán)隊在研發(fā)超聲電機(jī)時，遇到的最大難題便是月球上的復(fù)合環(huán)境：氣壓低、空氣密度小，還有難以想象的超低溫。研發(fā)團(tuán)隊為探月超聲電機(jī)做過包括機(jī)械特性、壽命、月塵等試驗100 多次。通過試驗，不斷改進(jìn)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)和材料，如今，超聲電機(jī)的工作環(huán)境已經(jīng)通過-120℃至180℃驗證，能夠適應(yīng)月球上的復(fù)合環(huán)境。

“嫦娥五號”對超聲電機(jī)的精度和環(huán)境都有了更嚴(yán)苛的要求，超聲電機(jī)被用來控制和驅(qū)動礦物光譜儀接收反射光譜的鏡面的方向和角度，可將不同位置處的月壤的光反射到光譜儀進(jìn)行分析。前期嫦娥任務(wù)中超聲電機(jī)的工作溫度范圍在-30°C 至60°C，此次“嫦娥五號”中的使用溫度區(qū)間擴(kuò)大到-55°C 至120°C。考慮到超聲電機(jī)使用環(huán)境的變化很大，團(tuán)隊在高溫環(huán)境下做了大量的實驗，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、驅(qū)動與控制，以及其他安全保障措施的設(shè)計。

問：近幾年，您一直在做超聲電機(jī)的產(chǎn)業(yè)化，目前，超聲電機(jī)在產(chǎn)業(yè)化中所存在的挑戰(zhàn)有哪些？面對這些挑戰(zhàn)您是如何思考的？又有哪些期許？

趙淳生：去年12 月26 日，我們在南京舉辦了超聲電機(jī)高端應(yīng)用研討會，來自全國的專家學(xué)者齊聚一堂，共同關(guān)注超聲電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。目前除了航天航空領(lǐng)域，醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)也開始使用超聲電機(jī)及其驅(qū)動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電機(jī)，通過使用超聲電機(jī)可以將醫(yī)療設(shè)備做得更小、更精確和更易于控制。這樣可以從原來進(jìn)口的轉(zhuǎn)為用我們國內(nèi)自主研發(fā)的設(shè)備，從成本的角度和一些特殊需求的訂制的角度，還有響應(yīng)等方面都可以得到很大的提升。憑借響應(yīng)快、體積小、沒噪聲、無電磁干擾的獨特優(yōu)勢，超聲電機(jī)勢必會在航空航天、智能裝備、慣性核聚變點火工程、超精密光學(xué)系統(tǒng)、生物工程和醫(yī)療器械等領(lǐng)域大顯身手。宏觀上來講，超聲電機(jī)在我們國家的整個國民經(jīng)濟(jì)每個領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用，尤其它有幾個非常重要的特點，一個是小型化，第二就是無極變速，高精度。隨著我們國家整個向智能化方向邁進(jìn)以后，作為一個作用器，它的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣的。

雖然目前我國在超聲電機(jī)領(lǐng)域的理論和技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，但產(chǎn)業(yè)化程度還是有較大差距。我們要響應(yīng)習(xí)近平總書記的號召，“把論文寫在祖國的大地上”，產(chǎn)業(yè)化就是把我們的成果真正搞出來，應(yīng)用到我們國家的各個領(lǐng)域，特別是國防領(lǐng)域，這是我現(xiàn)在最大的愿望。產(chǎn)業(yè)化的道路也是非常艱難的，從2008 年創(chuàng)辦第一家公司開始，先后經(jīng)歷三次創(chuàng)業(yè)失敗，但我們沒有半途而廢，堅持了下去，如今第四個公司已走上正軌。我們在南京江寧區(qū)注冊了“南京航達(dá)超控科技有限公司”，該公司在產(chǎn)業(yè)化的道路上完全采取新的模式運作，研究所負(fù)責(zé)研發(fā)，解決深層技術(shù)的問題，生產(chǎn)方面借助社會力量完成，超控公司則負(fù)責(zé)裝配、測試等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及少量新型樣機(jī)研發(fā)，這是吸取以往的經(jīng)驗和教訓(xùn)的一次新探索，標(biāo)志著超聲電機(jī)在產(chǎn)業(yè)化的道路上邁出了新的一步。

目前，我們正在建設(shè)超聲電機(jī)智能裝配和測量生產(chǎn)線，要在南京生產(chǎn)出成千上萬的超聲電機(jī)，走進(jìn)并占領(lǐng)國際市場。同時，我們已完成超聲電機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，正努力推動超聲電機(jī)的世界標(biāo)準(zhǔn)，為實現(xiàn)超聲電機(jī)的“中國夢”，為建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國提供有力的支撐。

在南京舉辦的超聲電機(jī)高端應(yīng)用研討會期間，趙淳生院士（左2）、航達(dá)總經(jīng)理楊淋（左1）與《網(wǎng)信軍民融合》編輯部王鋒（右1）。

問：十九屆五中全會中提出“全方位培養(yǎng)、引進(jìn)、用好人才，造就更多國際一流的科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊，培養(yǎng)具有國際競爭力的青年科技人才后備軍”，您作為高校教授、博士生導(dǎo)師，更是國家級實驗室負(fù)責(zé)人，您對發(fā)展高水平研究型大學(xué)，激發(fā)人才創(chuàng)新活力，造就科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊，培養(yǎng)具有國際競爭力的青年科技人才后備軍，有什么建議和想法？

趙淳生：“創(chuàng)新之道，唯在得人。得人之要，必廣其途以儲之”。要營造良好創(chuàng)新環(huán)境，加快形成有利于人才成長的培養(yǎng)機(jī)制、有利于人盡其才的使用機(jī)制、有利于競相成長各展其能的激勵機(jī)制、有利于各類人才脫穎而出的競爭機(jī)制，培植好人才成長的沃土，讓人才根系更加發(fā)達(dá)，一茬接一茬茁壯成長。

前不久，我在南京航空航天大學(xué)創(chuàng)立了“趙淳生科技獎勵基金”，每年用基金的利息來獎勵優(yōu)秀研究生。我打算從機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室開始遴選優(yōu)秀的學(xué)生，逐漸擴(kuò)大到航空學(xué)院乃至全校。以后獎勵基金的錢多了，我還要將獎勵范圍擴(kuò)大到全國。

青少年是祖國的花朵，未來的希望。去年12 月29 日，我受邀到南京市中山小學(xué)為孩子們做了一場航天方面的科普講座，重點講述了錢學(xué)森、孫家棟、張阿舟、葉培建等科學(xué)家的故事，也分享了我和“嫦娥五號”探測器的故事，意在激發(fā)青少年對于科學(xué)研究的興趣和熱愛,喚起更多青少年的科學(xué)探索之心。

我們國家的未來是青年人的未來，只要我們國家青年人能夠很好地成長起來，我們的科學(xué)研究就能發(fā)展下去、傳承下去，這樣我們國家就能強(qiáng)大。年輕研究者身上承載著更多希望與可能，科技強(qiáng)國的建設(shè)也要求有理想、有情懷、有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)?shù)慕影嗳擞啦粩鄼n。青年科技工作者要熱愛祖國，胸懷祖國，不斷推動科技創(chuàng)新，為實現(xiàn)科技強(qiáng)國夢而努力奮斗。