小學科里做大學問

張行勇

2013年5月23日，為紀念世界最大單口徑射電天文望遠鏡（FAST）落戶貴州省平塘縣，永久編號為第92209號的小行星擁有了自己的名字——“平塘星”。

“平塘星”命名儀式邀請了來自世界各地近40位國內外天文和天線設計領域的專家，其中之一便是中國工程院院士、西安電子科技大學教授段寶巖。

段寶巖提出的由大跨度柔索實現饋源高精度（毫米級）動態跟蹤定位的創新方案，不僅可使FAST這類超大型天線的饋源掃描支撐機構的自重由千噸級降至十噸級，且掃描精度可同時得到提高。特別是他帶領團隊建造的50米口徑工程實驗模型，對FAST這項國家重大科技基礎設施工程的立項與實施起到了重要支撐作用。

從知青到院士

“1974年，19歲的我高中畢業趕上知青潮，在轟轟烈烈的‘上山下鄉運動中回到農村，到海河治理的工地上從事測量土方、開挖土方工程的工作，日復一日工作在修水利的建筑工地上。”段寶巖回憶說。

但是，段寶巖也有與眾人不同的地方。那就是他每天晚上都借著微弱的燈光溫習高中課本，常伴著白天的疲勞抱著書本沉沉睡去。

1977年12月11日，河北冀縣下著大雪，段寶巖騎自行車趕了20多公里路程，終于抵達期待已久的高考考場。翌年3月，他順利被西北電訊工程學院（現西安電子科技大學）錄取。

跨入大學校門，在大學課堂里，段寶巖十分珍惜這來之不易的機會。每天，天不亮他就起床，借著路燈的光亮晨讀。在西安電子科技大學，段寶巖讀完了本科、碩士，畢業后留校任教，后來又師從我國著名天線結構專家葉尚輝教授攻讀博士學位。

1991年10月，段寶巖被原國家教委公派赴英國利物浦大學做博士后研究，師從國際著名結構優化專家湯普曼教授。他挑選了將極大熵原理應用于天線結構拓撲優化設計這一頗具挑戰，也最有意義的課題作為主攻方向，歷經艱難學習和研究，提出了“應變能密度分布函數”這一新概念，巧妙地將極大熵理論與結構拓撲優化聯系在一起。這一研究成果在國內外同行中產生了積極影響。

1994年11月，段寶巖接觸到我國建造新一代大射電望遠鏡的重大國際合作項目。為此，他提出了一種全新的設計方案，即用6根大跨度柔索，牽引饋源艙做高精度三維掃描運動，與美國305米口徑的天線相比，重量將由1000噸降至20噸。這個設計新方案被國際同行稱為“變革式的創新設計”。

如今，FAST得到了國家大科學裝置項目的支持，已在貴州省平塘縣啟動。在饋源支撐方面，段寶巖及其團隊的前期研究工作，為這一工程的實施起到了重要支持作用，重點解決了艙索柔性結構的精確力學建模和仿真、艙索柔性結構的控制，以及粗精兩級調整系統的動力學耦合與復合運動控制等問題，實現了毫米級的動態定位精度。

FAST將在2016年9月竣工，建成后，它和目前世界上最大的單口徑射電望遠鏡——美國阿雷西博射電望遠鏡相比，將為人類帶來更大的宇宙觀測空間。

可以說，電子機械學科是學科交叉形成的一門小學科。在電子機械領域，低頻段裝備的機電耦合問題并不嚴重，機械與電子的矛盾并不突出；但隨著電子裝備向高頻段、高增益、高密度、小型化、快響應、高指向精度的方向發展，機電耦合問題逐步凸顯出來。正如中國工程院院士郭桂蓉曾經對電子機械學科的評價：“學科小，意義大。”

段寶巖說：“在某種程度上，機械結構對電子裝備電性能的實現往往起著關鍵作用，已成為制約電子裝備性能提高并影響下一代裝備研制的一個長期懸而未決的瓶頸，我們的研究就是在破解這一難題。”

為解決這一矛盾，段寶巖及其團隊把傳統設計中分別單獨進行的兩個研究領域結合在一起，在電磁場和位移場的結合部，研究微波反射面天線的機電耦合問題，建立了電磁場與結構位移場的場耦合理論模型。隨后，他們又進行雷達天線伺服系統結構與控制集成設計的研究，提出結構與控制集成設計的理論與方法，由此解決了同時實現結構高剛度與輕量化，以及控制穩準快的難題。

正是段寶巖和他的團隊在這個“小學科”所取得的兩項國家科技進步獎二等獎成果，被應用到了國家的探月、神舟系列飛船、國產主力戰艦以及脫離地球引力場、進入宇宙空間的深空探測等國家重大工程中，正在為實現中國的科技強國夢發揮著作用。

2011年，段寶巖當選為中國工程院院士，成為我國電子機械學科的第一位院士。

從管理者到啃“硬骨頭”的科技工作者

1975年，段寶巖進入河北省冀縣北漳淮中學當了一名民辦教師，主講物理，兼帶體育。他虛心求教，認真鉆研業務，僅僅過了一年時間，就出任該中學副校長，成為衡水地區教育界的先進工作者。

“那時候一心就想去上大學，因為高中所學的知識遠遠不夠。”段寶巖說，當時由于姥姥家地主成分的原因，失去了被保送上大學的機會。

作為1977年的高考生，成為知識改變命運的見證者，段寶巖對大學教育懷有深厚情結。從英國留學回到國內的段寶巖，一心撲到學術研究上，開辟了機電耦合的新領域，逐漸奠定了自己在電子機械領域的學術地位。他的工作職務，也先后從電子機械學院院長，一步步走到西安電子科技大學副校長、校長等崗位上。

2002年至2012年這10年間，段寶巖任西安電子科技大學校長。他根據青年教師的個人研究方向，提倡他們進入相關學科的科研團隊，并且把人才隊伍建設和科研項目結合在一起，為青年教師培養良好的學術土壤，真正做到了既引來了人才又留住人才，學校教學、科研與園區建設得到了跨越發展。

如今，從校長崗位退下來的段寶巖，有了更多的精力去研究解決電子裝備機電耦合技術這一新領域中更高、更難的問題，即在極高頻段、極端環境下變得更加突出的機電耦合問題。因它嚴重影響并制約著電子裝備性能的提高，因此這些問題的解決對下一代高性能電子裝備的研制意義重大。

近期，在國家自然科學基金委員會主辦的第94期“雙清論壇”暨“高精度電子裝備機電耦合前沿研究”論壇上，2012年度國家最高科技獎獲得者、中國工程院院士王小謨，以及鐘掘、段寶巖、謝友柏、張光義、楊士中、馬遠良、毛二可、盧秉恒、譚建榮、郭東明等40余位院士、專家，也就電子裝備機電耦合領域的研究現狀和發展趨勢等主題作了報告，分析出我國在該領域的優勢與不足，提出亟須加強研究解決的前瞻性建議。

“從跟著導師葉尚輝教授走上科研道路開始，他就教會了我不畏懼任何艱難險阻，再困難再復雜也要頂著壓力上，要敢啃別人不敢碰的硬骨頭精神。”段寶巖說，“回想從事科研工作30多年走過的路，我的導師這一代知識分子敢啃硬骨頭的精神，一直激勵著我，指引著我朝著科研這座山峰的最高點前進。”

“‘中國夢的物質基礎是國富民強，國家富強需要每個人努力。作為科技工作者，尤其應該在科技強國上作出貢獻，特別是在自己從事的專業領域。”段寶巖說。

從知青、民辦教師到院士、大學校長，其間路有多長？“只要你付出汗水和智慧，成功就離你不遠。”段寶巖如此答道。