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

◎網信軍民融合編輯部 王鋒

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

趙淳生：我出生于1938 年，從小生活在貧窮落后的農村。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。解放后，我又在政府的幫助下讀完了中學、大學，并在不惑之年有機會出國留學。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。

大學畢業后，我留在南京航空學院（現南京航空航天大學）任教，做機械振動方面的研究。當時國內用的激振器全是進口貨。我就下定決心，要制造出屬于中國人自己的激振器！我帶領團隊先后研發出5 個系列的國產激振器，進入了國際市場，并打破了國外的壟斷。后來，這些激振器被廣泛應用于我國的火箭、飛機等高端裝備的振動實驗中。

我與超聲電機的結緣要追溯到1992 年，當時應邀赴美國麻省理工學院做訪問學者，其間，參加了一場有關超聲電機的專題報告會，從這次報告會上得知，美國當時正在研制一種基于振動原理發展起來的新型微特電機——超聲電機，小到只有“米?！贝?，既可以用于火星探測車，又可以進入人的血管中，響應快、控制精度高、無噪音……當時我就想，超聲電機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。當時，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，回到了祖國，并把6 大包有關超聲電機及其智能結構與材料的資料從波士頓海運到香港，再運到南京。當時沒有啟動經費，我向系里借了15000 元，買了一臺臺式計算機和一臺簡易打印機。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實際運轉的超聲電機。

中國科學院院士、南京航空航天大學教授 趙淳生

問：超聲電機的技術要求之高，應用領域之廣，更是軍民兩用領域的代表性產品，請您簡單地介紹一下超聲電機的原理、特點和主要的應用領域，以及軍用領域與民用領域的不同？

趙淳生：超聲電機是振動和波動學、摩擦學、機械設計、電力電子、材料及控制科學等多學科發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，使定子產生微幅波動，在定子和轉子（動子）間界面的摩擦作用下，定子的微幅波動轉換為轉子（動子）的宏觀轉動（直線運動）。

超聲電機具有與電磁機不同的一些特點：（1）扭矩與重量比大（為電磁電機的3-10 倍）；（2）無需減速齒輪箱，就能實現低速大扭矩等；（3）響應快（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、武器系統等高端裝備和智能裝備特別需要的。

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

現階段我國生產的超聲電機的性能還不能完全滿足航空航天器、武器系統等高端裝備和智能裝備，如量子通訊、激光武器、電子對抗、雷達技術等的要求。雖然國外生產的超聲電機性能不斷提高，在航空航天器、武器系統等高端裝備和智能裝備中已經廣泛應用，但由于涉及航空航天、武器裝備等領域，超聲電機核心技術資料均處于保密狀態，鮮有文章發表，其產品也禁止對我國出售。因此，我們只能依靠自己的力量，對超聲電機技術進行更深入、更系統的研究，從提高超聲電機的精度、穩定度、耐沖擊強度和降低轉速極限等方面入手，研制出能滿足高端裝備和智能裝備要求的超聲電機，以打破其他國家在高性能超聲電機產品上對我國的封鎖。

問：在航天領域，超聲電機早在“嫦娥三號”和“嫦娥四號”探測器上就有應用，而去年成功發射的“嫦娥五號”探測器對超聲電機的精度和應用環境有了更嚴苛的要求，相比之前兩次，此次應用有哪些不同和技術突破？

趙淳生：我國是全世界把超聲電機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，我們團隊研發的超聲電機能助力我國探月工程的順利實施。

“嫦娥三號”和“嫦娥四號”上的超聲電機型號為TRUM-30A，是超小型的微特電機，只有46 克，用作紅外成像光譜儀內定標板的驅動與控制。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分類提供服務，定標板類似于艙門，而超聲電機就是定標板的一個重要“關節”，負責控制艙門。紅外光譜儀的“快門”何時打開，讓光線進入，何時關上，防止月塵，就是由超聲電機操控的。

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

月球背面的工作環境比地球復雜得多。團隊在研發超聲電機時，遇到的最大難題便是月球上的復合環境：氣壓低、空氣密度小，還有難以想象的超低溫。研發團隊為探月超聲電機做過包括機械特性、壽命、月塵等試驗100 多次。通過試驗，不斷改進超聲電機的結構和材料，如今，超聲電機的工作環境已經通過-120℃至180℃驗證，能夠適應月球上的復合環境。

“嫦娥五號”對超聲電機的精度和環境都有了更嚴苛的要求，超聲電機被用來控制和驅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行分析。前期嫦娥任務中超聲電機的工作溫度范圍在-30°C 至60°C，此次“嫦娥五號”中的使用溫度區間擴大到-55°C 至120°C?？紤]到超聲電機使用環境的變化很大，團隊在高溫環境下做了大量的實驗，包括結構設計、材料選擇、驅動與控制，以及其他安全保障措施的設計。

問：近幾年，您一直在做超聲電機的產業化，目前，超聲電機在產業化中所存在的挑戰有哪些？面對這些挑戰您是如何思考的？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高端應用研討會，來自全國的專家學者齊聚一堂，共同關注超聲電機技術的發展和應用。目前除了航天航空領域，醫療領域內也開始使用超聲電機及其驅動器代替傳統的電磁電機，通過使用超聲電機可以將醫療設備做得更小、更精確和更易于控制。這樣可以從原來進口的轉為用我們國內自主研發的設備，從成本的角度和一些特殊需求的訂制的角度，還有響應等方面都可以得到很大的提升。憑借響應快、體積小、沒噪聲、無電磁干擾的獨特優勢，超聲電機勢必會在航空航天、智能裝備、慣性核聚變點火工程、超精密光學系統、生物工程和醫療器械等領域大顯身手。宏觀上來講，超聲電機在我們國家的整個國民經濟每個領域都有非常重要的應用，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以后，作為一個作用器，它的應用領域是非常廣的。

雖然目前我國在超聲電機領域的理論和技術已經達到世界先進水平，但產業化程度還是有較大差距。我們要響應習近平總書記的號召，“把論文寫在祖國的大地上”，產業化就是把我們的成果真正搞出來，應用到我們國家的各個領域，特別是國防領域，這是我現在最大的愿望。產業化的道路也是非常艱難的，從2008 年創辦第一家公司開始，先后經歷三次創業失敗，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。我們在南京江寧區注冊了“南京航達超控科技有限公司”，該公司在產業化的道路上完全采取新的模式運作，研究所負責研發，解決深層技術的問題，生產方面借助社會力量完成，超控公司則負責裝配、測試等關鍵環節，以及少量新型樣機研發，這是吸取以往的經驗和教訓的一次新探索，標志著超聲電機在產業化的道路上邁出了新的一步。

目前，我們正在建設超聲電機智能裝配和測量生產線，要在南京生產出成千上萬的超聲電機，走進并占領國際市場。同時，我們已完成超聲電機國家標準的制定，正努力推動超聲電機的世界標準，為實現超聲電機的“中國夢”，為建設科技強國、航天強國提供有力的支撐。

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

問：十九屆五中全會中提出“全方位培養、引進、用好人才，造就更多國際一流的科技領軍人才和創新團隊，培養具有國際競爭力的青年科技人才后備軍”，您作為高校教授、博士生導師，更是國家級實驗室負責人，您對發展高水平研究型大學，激發人才創新活力，造就科技領軍人才和創新團隊，培養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：“創新之道，唯在得人。得人之要，必廣其途以儲之”。要營造良好創新環境，加快形成有利于人才成長的培養機制、有利于人盡其才的使用機制、有利于競相成長各展其能的激勵機制、有利于各類人才脫穎而出的競爭機制，培植好人才成長的沃土，讓人才根系更加發達，一茬接一茬茁壯成長。

前不久，我在南京航空航天大學創立了“趙淳生科技獎勵基金”，每年用基金的利息來獎勵優秀研究生。我打算從機械結構力學及控制國家重點實驗室開始遴選優秀的學生，逐漸擴大到航空學院乃至全校。以后獎勵基金的錢多了，我還要將獎勵范圍擴大到全國。

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為孩子們做了一場航天方面的科普講座，重點講述了錢學森、孫家棟、張阿舟、葉培建等科學家的故事，也分享了我和“嫦娥五號”探測器的故事，意在激發青少年對于科學研究的興趣和熱愛,喚起更多青少年的科學探索之心。

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，我們的科學研究就能發展下去、傳承下去，這樣我們國家就能強大。年輕研究者身上承載著更多希望與可能，科技強國的建設也要求有理想、有情懷、有責任、有擔當的接班人永不斷檔。青年科技工作者要熱愛祖國，胸懷祖國，不斷推動科技創新，為實現科技強國夢而努力奮斗。