中国超声电机开创者赵淳生:为“嫦娥”按快门,让人类第一次看清月亮的背|70年70人·科技③

封面新闻 2019-08-28 01:14 58163

人物名片

赵淳生,我国著名机械工程专家,南京航空航天大学教授,中国科学院院士。我国超声电机开创者,研发多种具有自主知识产权的超声电机及其驱动器,被广泛应用于航天航空、医疗仪器、光学系统等设备,打破了国外在这个领域的技术垄断,填补了国内空白。

因为他,中国自主设计制造的超声电机打破了国外的垄断,登上月球。

亦使中国成为全世界把超声电机用到外星球上去的第二个国家。

封面新闻记者 柳青 南京航空航天大学供图

2013年12月23日,南京的最低气温只有零下2℃,距离新年只有一周。

75岁的南京航天航空大学教授赵淳生没有心思顾及窗外的寒潮,他守着电视机,眼睛一刻不离开屏幕。直播镜头中,距离地球38万公里之外的月球上,“玉兔”号正在小心翼翼地移动。行走在灰色的月表,这只银色的“兔子”身上不时反射光芒,将她身上的五星红旗衬托的格外亮眼。

“玉兔”号之前,上一个登上月球的人类探测器,还是1976年苏联发射的“月球24号”。人类对月亮积攒了30多年的好奇心,都要靠这只“玉兔”一探究竟。

中国超声电机开创者赵淳生 图片来源:南京航空航天大学

在五星红旗的下方,藏着“玉兔”的眼睛——红外光谱仪,而红外光谱仪的“快门”何时打开,让光线进入,何时关上,防止月尘,则是由一台重量不到50克的超声电机操控的——这台超声电机凝结了赵淳生半辈子的心血。

“我们是全世界把超声电机用到外星球上去的第二个国家。美国用到火星探测仪上,我们用到月亮上去。这是我们的一个优势,我们已经做到超前于其他国家了。”作为我国超声电机领域的奠基者和开拓者,赵淳生对此颇为自豪。

虽然超声电机已经两次登上月球,获得了100多项专利和国家级的科技奖励,赵淳生没有打算止步于此,他说,“嫦娥五号”还要用到更多的超声电机!

第一次登月

国产超声电机第一次登陆月球,当清晰的图像出现在直播画面中,赵淳生禁不住热泪盈眶。

“玉兔”号是中国第一辆月球车。当年12月14日,“嫦娥三号”带着这只“小兔子”完美着陆在月球虹湾区,中国也成为了全世界第三个有能力独立自主实施月球软着陆的国家。

登陆月球10天之后,“玉兔”终于睁开眼睛,当清晰的图像出现在直播画面中,赵淳生禁不住热泪盈眶——中国自主设计制造的超声电机打破了国外的垄断,第一次登上了月球,他也实现了自己的承诺,“不能让中国落后”。

在文学作品里,月亮也许是浪漫的化身。但是作为科研对象,月球的环境和“浪漫”毫无关系——零下180℃到150℃的极端温差,真空工作环境,作为精密仪器的超声电机登月面对的第一关就是如何克服月表工作环境。

赵淳生的科研团队为此专门研制了真空高低温空间模拟环境试验设备,能够将空气密度降至10的负六次方数量级,而这也是地球上几乎最接近于真空环境的状态。

此后,团队反复实验了近200个超声电机,提供了5个性能最优的超声电机给“嫦娥三号”装备,最终又“优中选优”,给“玉兔”使用了最稳定的1个。

“嫦娥三号”从2008年正式立项到最终出厂,研制历程长达5年。当赵淳生得知“嫦娥三号”计划使用国产超声电机的时候,他当即决定,哪怕自己贴钱,也要接下这个任务。此后,他自筹了100多万元资金,做了上千次实验。为了解决超声电机强度的问题,年过7旬的赵淳生在实验室里不分白天黑夜地忙碌;一批超声电机曾经出现放置一段时间无法启动,赵淳生就将这款超声电机安装在了自家的窗帘上,随时调试。

2019年1月3日10时26分, “嫦娥四号”成功着陆在月球背面,赵淳生团队研发的超声电机再一次登上月球。这一次,由这枚超声电机控制“快门”的“嫦娥四号”探测器传回了人类历史上第一张近距离拍摄的月背影像图,人类对月球的探索从此开启了新的篇章。

按照中国探月“绕”“落”“回”三步走计划,“嫦娥五号”已是箭在弦上。虽然超声电机已经两次登上月球,获得了100多项专利和国家级的科技奖励,赵淳生没有打算止步于此,他说,“嫦娥五号”还要用到更多的超声电机!

从放牛娃到院士

赵淳生常说,从放牛娃到博士、教授、再到院士,是党和国家培养了自己。“10岁那年,我立下誓言,要用一辈子报答党的恩情。”

1938年11月,赵淳生出生在湖南衡山。

在他两岁时,身为共产党员的父亲在革命中牺牲;在他九岁时,母亲又因病去世。成为孤儿的赵淳生,只能与祖母相依为命。幸运的是,党组织找到了赵淳生,让这个因失亲而不得不中断学业的放牛娃不再失学。“10岁那年,我立下誓言,要用一辈子报答党的恩情。”赵淳生曾回忆说。

高中毕业,赵淳生被选拔为留苏预备生,后因中苏关系破裂,被保送到南京航空学院(南京航空航空大学前身)。赵淳生说,“我是拿着党给的助学金完成大学学业的。”

作为红旗班班长,赵淳生曾经带领全班同学搞科研,并在1960年作为南航唯一的学生代表出席了江苏省首届文教群英大会,他所在的班还获得“全国先进集体”称号。因此,大学还没有毕业的赵淳生就被提前调出参与了南航首架无人驾驶飞机的研制。1961年毕业时,由于成绩优异,科研能力突出,他被留校任教。

实际上,赵淳生的“老本行”并非超声电机,而是振动工程及其应用。

直到上世纪60年代,国内几乎所用的电动式激振器都来自进口,赵淳生下决心要改变这种状况。他靠着自己的一股子拼劲,仅凭手绘的图纸,做出了中国人自己的激振器,填补了国内空白,并在1988年荣获了国家科技进步三等奖。此后,他还先后研发了4个系列的激振器。在长征系列火箭模态试验、歼8系列飞机、“运十二”飞机的研制过程中,这些“激振器”都发挥了关键作用。

上世纪70年代,赵淳生在一次与法国方面的学术交流活动中发现翻译把“随机振动”译成“随着飞机振动”,两字之差,对科研来说,几乎是灾难级的失误。他不能接受这种失误,遂自己攻克语言关,“甩掉翻译”。

在经过1年的语言学习之后,1981年,赵淳生公派赴法国留学。在巴黎高等机械学院求学期间,实验大楼的值班人员都知道,在下班锁门之前,“一定得到这位中国人所在的实验室看看才行。”经历3年苦读,他获得了法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位。

超声电机“中国梦”

这是一场改变赵淳生命运轨迹的报告会——超声电机从此成为他的毕生追求。

1992年,54岁的赵淳生在美国麻省理工学院做访问学者期间,在一次学术报告会上了解到了超声电机的最新动向。“报告会讲的是超声电机的发展和应用,这项技术是对传统电机的挑战,可以使电机做得足够小,小到只有’米粒’大,这样的微型电机甚至可以进入人的血管中。”

这是一场改变赵淳生命运轨迹的报告会——超声电机从此成为他的毕生追求。凭借振动学专业背景,他如愿成为麻省理工学院航空航天系超声电机课题组一员。从课题组讨论、设计、试验,他全身心投入;美方给的工资,他节省下来全部用于购买相关资料和元器件。

一年后,惦记着“要搞中国超声电机”的赵淳生带着五大包资料独自回到中国,由于资料实在太多,只能从美国海运,辗转香港才到达南京。

回国后,赵淳生从系里借了15000元,买了台电脑和简易的打印机,带着自己的三个学生,开始了向超声电机的“冲锋”。不到10个月,一台被称为“行波型超声电机”的原型机研制成功。这是我国第一台能实际运行的超声电机,国外做出同样重量级的成果需要至少3年的时间。1997年,他在全国率先成立了超声电机研究中心。2000年,在江苏省发展计划委员会支持下,建立了我国唯一的省级超声电机工程研究中心。

2005年,赵淳生当选中国科学院技术科学部院士。如今,他带领团队成功研制出60多种超声电机,获得国家发明专利199项,荣获国家技术发明二等奖两项、国家科技进步三等奖1项,另有多项省部级科技奖。超声电机现已应用于“嫦娥三号”、“嫦娥四号”、医疗仪器、光学系统等设备,打破了国外在这个领域的技术垄断,填补了国内空白,亦实现了他的超声电机“中国梦”。

知道一下

为什么“嫦娥”离不了超声电机

在“嫦娥四号”探测器上面,有一个用于光谱仪驱动与控制的超声电机TRUM-30A,正是来自南航赵淳生院士团队。

超声电机是一种新型的微电机,在精密仪器仪表、航空航天、智能机器人等领域有着广泛的应用前景。与传统电机相比,具有响应快、精度高、噪声小、无电磁干扰等优点。使用在“嫦娥四号”上的超声电机,更是赵淳生院士团队经过上百次实验后特制的产品。不仅“体积”迷你,比鸡蛋还小,而且相当“能吃苦”,对于月球背面的复杂环境都可以做到尽可能适应。

嫦娥三号上使用的超声电机重量只有不到50克 图片来源:南京航空航天大学

跟着“嫦娥四号”登月,超声电机可以发挥怎样的功用?赵淳生举了个例子:此前超声电机TRUM-30A已成功应用在嫦娥三号探测器上,负责红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制。在“嫦娥四号”上,“光谱仪”依然起到了高清“单反相机”的作用,有了它,月球车可以通过高光谱分辨率获取月球物体高光谱图像,拍下画质更为清晰的“月球表面”,为精确识别月球表面的特征信息和物质分类提供服务。而超声电机在其中就起到了“按快门”的作用,是其中的一个重要“关节”。

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评论 3

  • 崇英 2019-08-29

    致敬赵老

  • fm605210 2019-08-29

    [得意]

  • 半山堂 2019-08-28

    大家

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