中國超聲電機開創者趙淳生:為“嫦娥”按快門,讓人類第一次看清月亮的背|70年70人·科技③

封面新聞 2019-08-28 01:14 53755

人物名片

趙淳生,我國著名機械工程專家,南京航空航天大學教授,中國科學院院士。我國超聲電機開創者,研發多種具有自主知識產權的超聲電機及其驅動器,被廣泛應用于航天航空、醫療儀器、光學系統等設備,打破了國外在這個領域的技術壟斷,填補了國內空白。

因為他,中國自主設計制造的超聲電機打破了國外的壟斷,登上月球。

亦使中國成為全世界把超聲電機用到外星球上去的第二個國家。

封面新聞記者 柳青 南京航空航天大學供圖

2013年12月23日,南京的最低氣溫只有零下2℃,距離新年只有一周。

75歲的南京航天航空大學教授趙淳生沒有心思顧及窗外的寒潮,他守著電視機,眼睛一刻不離開屏幕。直播鏡頭中,距離地球38萬公里之外的月球上,“玉兔”號正在小心翼翼地移動。行走在灰色的月表,這只銀色的“兔子”身上不時反射光芒,將她身上的五星紅旗襯托的格外亮眼。

“玉兔”號之前,上一個登上月球的人類探測器,還是1976年蘇聯發射的“月球24號”。人類對月亮積攢了30多年的好奇心,都要靠這只“玉兔”一探究竟。

中國超聲電機開創者趙淳生 圖片來源:南京航空航天大學

在五星紅旗的下方,藏著“玉兔”的眼睛——紅外光譜儀,而紅外光譜儀的“快門”何時打開,讓光線進入,何時關上,防止月塵,則是由一臺重量不到50克的超聲電機操控的——這臺超聲電機凝結了趙淳生半輩子的心血。

“我們是全世界把超聲電機用到外星球上去的第二個國家。美國用到火星探測儀上,我們用到月亮上去。這是我們的一個優勢,我們已經做到超前于其他國家了?!弊鳛槲覈曤姍C領域的奠基者和開拓者,趙淳生對此頗為自豪。

雖然超聲電機已經兩次登上月球,獲得了100多項專利和國家級的科技獎勵,趙淳生沒有打算止步于此,他說,“嫦娥五號”還要用到更多的超聲電機!

第一次登月

國產超聲電機第一次登陸月球,當清晰的圖像出現在直播畫面中,趙淳生禁不住熱淚盈眶。

“玉兔”號是中國第一輛月球車。當年12月14日,“嫦娥三號”帶著這只“小兔子”完美著陸在月球虹灣區,中國也成為了全世界第三個有能力獨立自主實施月球軟著陸的國家。

登陸月球10天之后,“玉兔”終于睜開眼睛,當清晰的圖像出現在直播畫面中,趙淳生禁不住熱淚盈眶——中國自主設計制造的超聲電機打破了國外的壟斷,第一次登上了月球,他也實現了自己的承諾,“不能讓中國落后”。

在文學作品里,月亮也許是浪漫的化身。但是作為科研對象,月球的環境和“浪漫”毫無關系——零下180℃到150℃的極端溫差,真空工作環境,作為精密儀器的超聲電機登月面對的第一關就是如何克服月表工作環境。

趙淳生的科研團隊為此專門研制了真空高低溫空間模擬環境試驗設備,能夠將空氣密度降至10的負六次方數量級,而這也是地球上幾乎最接近于真空環境的狀態。

此后,團隊反復實驗了近200個超聲電機,提供了5個性能最優的超聲電機給“嫦娥三號”裝備,最終又“優中選優”,給“玉兔”使用了最穩定的1個。

“嫦娥三號”從2008年正式立項到最終出廠,研制歷程長達5年。當趙淳生得知“嫦娥三號”計劃使用國產超聲電機的時候,他當即決定,哪怕自己貼錢,也要接下這個任務。此后,他自籌了100多萬元資金,做了上千次實驗。為了解決超聲電機強度的問題,年過7旬的趙淳生在實驗室里不分白天黑夜地忙碌;一批超聲電機曾經出現放置一段時間無法啟動,趙淳生就將這款超聲電機安裝在了自家的窗簾上,隨時調試。

2019年1月3日10時26分, “嫦娥四號”成功著陸在月球背面,趙淳生團隊研發的超聲電機再一次登上月球。這一次,由這枚超聲電機控制“快門”的“嫦娥四號”探測器傳回了人類歷史上第一張近距離拍攝的月背影像圖,人類對月球的探索從此開啟了新的篇章。

按照中國探月“繞”“落”“回”三步走計劃,“嫦娥五號”已是箭在弦上。雖然超聲電機已經兩次登上月球,獲得了100多項專利和國家級的科技獎勵,趙淳生沒有打算止步于此,他說,“嫦娥五號”還要用到更多的超聲電機!

從放牛娃到院士

趙淳生常說,從放牛娃到博士、教授、再到院士,是黨和國家培養了自己?!?0歲那年,我立下誓言,要用一輩子報答黨的恩情?!?/strong>

1938年11月,趙淳生出生在湖南衡山。

在他兩歲時,身為共產黨員的父親在革命中犧牲;在他九歲時,母親又因病去世。成為孤兒的趙淳生,只能與祖母相依為命。幸運的是,黨組織找到了趙淳生,讓這個因失親而不得不中斷學業的放牛娃不再失學?!?0歲那年,我立下誓言,要用一輩子報答黨的恩情?!壁w淳生曾回憶說。

高中畢業,趙淳生被選拔為留蘇預備生,后因中蘇關系破裂,被保送到南京航空學院(南京航空航空大學前身)。趙淳生說,“我是拿著黨給的助學金完成大學學業的?!?/p>

作為紅旗班班長,趙淳生曾經帶領全班同學搞科研,并在1960年作為南航唯一的學生代表出席了江蘇省首屆文教群英大會,他所在的班還獲得“全國先進集體”稱號。因此,大學還沒有畢業的趙淳生就被提前調出參與了南航首架無人駕駛飛機的研制。1961年畢業時,由于成績優異,科研能力突出,他被留校任教。

實際上,趙淳生的“老本行”并非超聲電機,而是振動工程及其應用。

直到上世紀60年代,國內幾乎所用的電動式激振器都來自進口,趙淳生下決心要改變這種狀況。他靠著自己的一股子拼勁,僅憑手繪的圖紙,做出了中國人自己的激振器,填補了國內空白,并在1988年榮獲了國家科技進步三等獎。此后,他還先后研發了4個系列的激振器。在長征系列火箭模態試驗、殲8系列飛機、“運十二”飛機的研制過程中,這些“激振器”都發揮了關鍵作用。

上世紀70年代,趙淳生在一次與法國方面的學術交流活動中發現翻譯把“隨機振動”譯成“隨著飛機振動”,兩字之差,對科研來說,幾乎是災難級的失誤。他不能接受這種失誤,遂自己攻克語言關,“甩掉翻譯”。

在經過1年的語言學習之后,1981年,趙淳生公派赴法國留學。在巴黎高等機械學院求學期間,實驗大樓的值班人員都知道,在下班鎖門之前,“一定得到這位中國人所在的實驗室看看才行?!苯洑v3年苦讀,他獲得了法國巴黎高等機械學院工程力學博士學位。

超聲電機“中國夢”

這是一場改變趙淳生命運軌跡的報告會——超聲電機從此成為他的畢生追求。

1992年,54歲的趙淳生在美國麻省理工學院做訪問學者期間,在一次學術報告會上了解到了超聲電機的最新動向?!皥蟾鏁v的是超聲電機的發展和應用,這項技術是對傳統電機的挑戰,可以使電機做得足夠小,小到只有’米?!?,這樣的微型電機甚至可以進入人的血管中?!?/p>

這是一場改變趙淳生命運軌跡的報告會——超聲電機從此成為他的畢生追求。憑借振動學專業背景,他如愿成為麻省理工學院航空航天系超聲電機課題組一員。從課題組討論、設計、試驗,他全身心投入;美方給的工資,他節省下來全部用于購買相關資料和元器件。

一年后,惦記著“要搞中國超聲電機”的趙淳生帶著五大包資料獨自回到中國,由于資料實在太多,只能從美國海運,輾轉香港才到達南京。

回國后,趙淳生從系里借了15000元,買了臺電腦和簡易的打印機,帶著自己的三個學生,開始了向超聲電機的“沖鋒”。不到10個月,一臺被稱為“行波型超聲電機”的原型機研制成功。這是我國第一臺能實際運行的超聲電機,國外做出同樣重量級的成果需要至少3年的時間。1997年,他在全國率先成立了超聲電機研究中心。2000年,在江蘇省發展計劃委員會支持下,建立了我國唯一的省級超聲電機工程研究中心。

2005年,趙淳生當選中國科學院技術科學部院士。如今,他帶領團隊成功研制出60多種超聲電機,獲得國家發明專利199項,榮獲國家技術發明二等獎兩項、國家科技進步三等獎1項,另有多項省部級科技獎。超聲電機現已應用于“嫦娥三號”、“嫦娥四號”、醫療儀器、光學系統等設備,打破了國外在這個領域的技術壟斷,填補了國內空白,亦實現了他的超聲電機“中國夢”。

知道一下

為什么“嫦娥”離不了超聲電機

在“嫦娥四號”探測器上面,有一個用于光譜儀驅動與控制的超聲電機TRUM-30A,正是來自南航趙淳生院士團隊。

超聲電機是一種新型的微電機,在精密儀器儀表、航空航天、智能機器人等領域有著廣泛的應用前景。與傳統電機相比,具有響應快、精度高、噪聲小、無電磁干擾等優點。使用在“嫦娥四號”上的超聲電機,更是趙淳生院士團隊經過上百次實驗后特制的產品。不僅“體積”迷你,比雞蛋還小,而且相當“能吃苦”,對于月球背面的復雜環境都可以做到盡可能適應。

嫦娥三號上使用的超聲電機重量只有不到50克 圖片來源:南京航空航天大學

跟著“嫦娥四號”登月,超聲電機可以發揮怎樣的功用?趙淳生舉了個例子:此前超聲電機TRUM-30A已成功應用在嫦娥三號探測器上,負責紅外成像光譜儀內定標板的驅動與控制。在“嫦娥四號”上,“光譜儀”依然起到了高清“單反相機”的作用,有了它,月球車可以通過高光譜分辨率獲取月球物體高光譜圖像,拍下畫質更為清晰的“月球表面”,為精確識別月球表面的特征信息和物質分類提供服務。而超聲電機在其中就起到了“按快門”的作用,是其中的一個重要“關節”。

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評論 3

  • 崇英 2019-08-29

    致敬趙老

  • fm605210 2019-08-29

    [得意]

  • 半山堂 2019-08-28

    大家

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