陳霖

他是中國科學院院士、南京航空航天大學教授。不久前,他在央視《面對面》欄目講述如何研制超聲電機,不少人才知道“嫦娥”探月工程背后的“超聲電機”這個冷門領域。
“感謝你們對嫦娥三號的貢獻”
電機是用來帶動部件發生轉動的重要部件,有點兒像人體骨頭之間的關節,用來帶動手腳。傳統電機利用銅線圈和磁場進行作業。20世紀60年代,蘇聯和美國學者提出“超聲電機”概念,后來日本人制造出超聲電機利用壓電陶瓷進行作業。這可是機械工程領域革命性的改變,超聲電機輕便、反應快、超低速,在傳統電機無法觸及的領域發揮了很大作用。
21世紀初,趙淳生研制出中國第一臺能實際運轉的超聲電機。2009年,中國正籌備嫦娥三號月球探測器,因趙淳生在超聲電機領域的貢獻,有航天研究所找到他,想用他研制的超聲電機來驅動和控制光譜儀。
嫦娥三號搭載的月球車有光譜儀,用來分析月表物質,超聲電機驅動和控制光譜儀的開合,決定其何時打開和關上,以及張開角度。趙淳生叫它“小關節”。
不過,彼時,超聲電機在國內是全新領域,別說普通人,就算是機械工程領域的人也未必知曉。“這是國家的任務!”趙淳生馬上接了下來,但問題也接踵而至。比如,上哪兒去找月球環境來試驗?
月球表面基本上是真空環境,趙淳生必須先創建模擬月球環境,才能確保超聲電機適應極端環境。于是,他和團隊研制出一套設備,將大氣壓降為10的負5次方,這也是地球上最接近真空的環境之一。他還進行極端環境試驗,測試月塵、輻射等。
事實上,航天產品的加工體系極其繁瑣,出現一丁點問題都要“歸零”——所有零件或部件都要檢測。那幾年,趙淳生和團隊的李華峰、丁慶軍等人反復試驗近200個超聲電機,才提供了一批性能最優的TRUM-30A型超聲電機給嫦娥三號應用。
2013年12月14日晚,趙淳生守在電視機前,盯著直播——月球上,嫦娥三號搭載的“玉兔”月球車正在移動。“玉兔”是中國第一輛月球車,上一個登月的人類探測器是蘇聯于1976年發射的“月球24號”。
對普通人而言,畫面上是一輛月球車,然而,內行人知道,這臺車里有許多起著關鍵作用的零部件:月球車上的紅旗下方有個“光譜儀系統”,系統中就有趙淳生團隊研制的超聲電機——體積比雞蛋還小,重46克,卻能自如驅動與操控光譜儀。
趙淳生記得,數天后,“玉兔”慢慢“睜開雙眼”,其拍攝的月面照片是人類時隔40多年最清晰的月面照片,包含大量科學信息,照片和數據向全球免費共享。
第二年,嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲給趙淳生團隊寫感謝信:“超聲電機配合紅外光譜儀完成了探測任務,感謝你們對嫦娥三號的貢獻!”
湖南農村的“趙氏孤兒”
上世紀20年代,湖南衡山的農民運動風起云涌,岳北工農會、岳北區農民協會在當地領導農民打土豪、反壓迫。毛澤東在《湖南農民運動考察報告》中對這些農民運動給予高度評價。岳北的農民運動就爆發在趙淳生家鄉白果鎮,父親趙振寰則是運動的組織者之一。
1939年,趙淳生出生不到一年,趙振寰不辭而別,從此再也沒有回來。很久之后,才有長輩告訴趙淳生:“你爹參加革命,犧牲了。”母親悲痛,心力交瘁,得了重病,31歲便離開人世,趙淳生的弟弟后來也病死了。一名中共地下黨員見趙淳生不容易,暗中資助他讀書。
遺孤趙淳生很是爭氣,考上了衡山二中——新中國成立后湖南省內唯一有留蘇預備生名額的學校。高中畢業那年,趙淳生因成績優秀被選為預備生,但因中蘇關系破裂,深造擱置,他被保送到南京航空學院(現南航)的空氣動力學專業,后愛上了振動研究。畢業前,他入了黨,并以優異成績留校任教。
上世紀60年代,青年趙淳生發現電動式激振器依賴進口。這種儀器是機械工程領域的基礎儀器之一,可進行振動和疲勞實驗,還能輸送、篩分物料,用途廣泛。“國家每年有那么大的需求,如果都依賴進口,要花多少外匯?”趙淳生決定自己研制電動式激振器。當時,法國的振動儀器很先進,中國從法國引進一些振動儀,趙淳生經常代表中國和法國談判購買。一次,他發現翻譯把“隨機振動”譯成“隨著飛機振動”,便苦學法語,后來獲得赴法深造的機會。
上世紀80年代初,他開始了在法國巴黎第六大學的進修,這所學校培養了皮埃爾·居里和瑪麗·居里等著名科學家,后來他又到法國巴黎高等機械學院攻讀博士學位。其間,他每天泡在研究室,總因忘記時間被鎖在大樓里。后來,值班員在鎖門前一定要到他的實驗室看一看,確定沒人才關門。趙淳生獲得博士學位,順利歸國,與家人團聚,也成了振動領域的專家。
1993年,他到美國麻省理工學院訪問時了解到超聲電機,“能把它做得極小,甚至能進入人體血管”。他想回國開辟這片領域,“要搞出中國人自己的超聲電機”成了畢生目標,也才有了后面的研制、登月。
趙淳生說:“我們是第一個把超聲電機用到月球上的國家。”團隊研制的超聲電機也隨嫦娥四號登上月球。2018年,嫦娥四號實現人類探測器首次在月球背面軟著陸,而由這枚“小關節”驅動和控制的光譜儀獲得月球背面的物質數據,標志著人類對月球的探索開啟了新篇章。此后,趙淳生團隊研制的超聲電機也成為嫦娥五號、行云二號的1號和2號衛星、墨子號衛星、海絲一號衛星等的重要器件。
世界著名機械專家、德國工程院院士瓦拉舍克曾說:“在全球范圍內,趙淳生領導的超聲電機研究中心是這個領域最有實力的科研機構。”趙淳生寫的專著《超聲電機技術與應用》是國內外大學相關專業的教材和參考書,如今在亞馬遜上售價達1136美元一冊(約合7356元人民幣),可謂一書難求。
科學家搞公司,屢敗屢戰
在趙淳生心中,一項技術的歸宿是“應用”,也就是讓更多人受惠于這項技術,因此他想做“超聲電機產業化”,甚至讓全世界都用上中國的超聲電機。
除了航天領域,超聲電機還能運用在多種領域。趙淳生曾根據不同用途,制作出大小不一的超聲電機。在研發部門,有一臺用于核磁共振的超聲電機,這種成像裝置不受電磁干擾,能精準帶動針管插入病人血管;微型超聲電機直徑只有2毫米,用于腸道內窺鏡,可供特殊藥片沿腸道或血管到達病灶進行治療,幾乎不傷及患者正常細胞……
2006年,一家公司找到趙淳生,提出一起搞產業化。趙淳生終于等到機會,當天簽訂合同。不過,對方公司提出簽訂協議書,確保他們能拿到樣機及資料。趙淳生欣然同意,并將其研發的TRUM-60型超聲電機及相關驅動器等所有配套技術交給對方。后來,這家公司憑借這項技術融資且申請了專利,發展得很好,卻拒絕支付銷售提成。趙淳生才知道上當了,一氣之下將對方告上法庭。不過,將技術交給對方時他沒有讓其打收條,無法證明對方收到了技術和樣機,官司不了了之。第一次嘗試,趙淳生丟了專利,也丟了錢。
趙淳生不服氣,“湖南人的性格就是絕不放棄,我一定要搞成!”幾年后,他又和一家公司合作,成立了一家超聲電機公司,趙淳生負責技術,對方負責財務及管理。但緊接著,雙方的經營、運營理念出現分歧,企業再次失敗。那時,70多歲的趙淳生意識到:“搞企業與搞科研真的不一樣。”
在學生、助理眼中,趙淳生有點兒一根筋,太牽掛產業化這件事,每有機會就想抓住。
“超聲電機的應用范圍太廣了,時日不多,要抓緊!”這是趙淳生常掛在嘴邊的。大家心疼他屢戰屢敗、四處借錢開公司、打官司,卻也不敢勸阻他,因為他們都記得20年前的場景。
2000年末,由于長期高負荷工作,趙淳生被查出患有肺癌,被切除一塊肺葉后不久,他又被查出患有胃癌,切除了2/3的胃。
越感覺時間不夠,越想做得更多。生病那段時間,趙淳生讓學生帶資料到病房,趁家人睡了,埋在被窩里寫報告。一次,妻子撞見,生氣道:“你要超聲電機,還是要命?”趙淳生倔強地說:“兩個都要!”從此,大家再沒勸過他。
吸取幾次教訓后,趙淳生決定把企業的財政權掌握在自己人手中。2016年底,他發動研究所同事,成立一家有限責任公司,讓團隊成員持有股份,共同決策。如今,80多歲的趙淳生仍在學習市場邏輯,他有一個愿望:在90歲實現超聲電機的百萬年產。
(六月的雨摘自《環球人物》2021年第14期)