大家讲坛 | 赵淳生：用奋斗回报祖国 用坚持成就初心

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本文刊登于《网信军民融合》杂志2021年2月刊

【编者按】中国科学院院士、南京航空航天大学教授赵淳生是我国第一个研究电动式激振器的科学家，也是我国超声电机领域的奠基者和开拓者。在他的带领下，团队已研发出60余种具有自主知识产权的超声电机及驱动器，为共和国航天和国防事业作出了重要贡献。近日，《网信军民融合》杂志对赵淳生院士进行了专访，他的爱国情怀、呕心沥血的奋斗历程和推动超声电机产业化的决心让人感动和钦佩。

用奋斗回报祖国 用坚持成就初心
——访中国科学院院士、南京航空航天大学赵淳生教授

网信军民融合编辑部 王锋 

问：您是中国超声电机的奠基人、开拓者，当年是什么样的机缘让您放弃了国外优越的生活而回到祖国，矢志研发我们中国人自己的超声电机？

赵淳生：

我出生于1938 年，从小生活在贫穷落后的农村。1 岁多时，父亲就参加革命了，后来牺牲了，9 岁时母亲也生病过世了，家里只剩下我和祖母。我靠砍柴、放牛挣钱生活，今天不知道明天有没有饭吃。解放前，地下党找到了我，支持我读完了小学。解放后，我又在政府的帮助下读完了中学、大学，并在不惑之年有机会出国留学。我从心底里感激我们的党、感激我们的国家，这是我工作最大的动力。

大学毕业后，我留在南京航空学院（现南京航空航天大学）任教，做机械振动方面的研究。当时国内用的激振器全是进口货。我就下定决心，要制造出属于中国人自己的激振器！我带领团队先后研发出 5 个系列的国产激振器，进入了国际市场，并打破了国外的垄断。后来，这些激振器被广泛应用于我国的火箭、飞机等高端装备的振动实验中。

我与超声电机的结缘要追溯到1992 年，当时应邀赴美国麻省理工学院做访问学者，其间，参加了一场有关超声电机的专题报告会，从这次报告会上得知，美国当时正在研制一种基于振动原理发展起来的新型微特电机——超声电机，小到只有“米粒”大，既可以用于火星探测车，又可以进入人的血管中，响应快、控制精度高、无噪音……当时我就想，超声电机未来在我们国家一定大有用处，我一定要回国研究属于我们国家自己的超声电机。当时，一家人都坚决反对我在 56 岁的年龄回国从零开始从事这项新的科研计划。于是，1994 年 10 月，我告别家人，一个人提着箱子登上了飞机，回到了祖国，并把 6 大包有关超声电机及其智能结构与材料的资料从波士顿海运到香港，再运到南京。当时没有启动经费，我向系里借了15000 元，买了一台台式计算机和一台简易打印机。一个硕士生、一个博士生、一个博士后，加上我一共四个人，在一个 20 平方米的房间里干了不到一年时间，研究出了我国第一台能够实际运转的超声电机。

中国科学院院士、 南京航空航天大学教授  赵淳生

问：超声电机的技术要求之高，应用领域之广，更是军民两用领域的代表性产品，请您简单地介绍一下超声电机的原理、特点和主要的应用领域，以及军用领域与民用领域的不同？

赵淳生：

超声电机是振动和波动学、摩擦学、机械设计、电力电子、材料及控制科学等多学科发展和交叉融合形成的新型作动器，其原理是超声电压施加在压电陶瓷片上，使定子产生微幅波动，在定子和转子（动子）间界面的摩擦作用下，定子的微幅波动转换为转子（动子）的宏观转动（直线运动）。

超声电机具有与电磁机不同的一些特点：（1）扭矩与重量比大（为电磁电机的 3-10 倍）；（2）无需减速齿轮箱，就能实现低速大扭矩等；（3）响应快（毫秒级）；（4）分辨率高，控制性好。此外，还具有断电自锁、电磁兼容性好、噪声小、可在真空和高/低温环境下工作、形状多样化、效率不随尺寸减小而下降等特点，这些正是航空航天器、武器系统等高端装备和智能装备特别需要的。

超声电机除了应用在“嫦娥三号”“嫦娥四号”“嫦娥五号”探测器、“墨子号”量子科学试验卫星等高端装备上，还在核磁共振注射器、细胞穿刺装置等医疗及多种光学仪器上获得了广泛应用。特别是去年，研制出“四超一特”新型超声电机，在“行云二号”的 1、2 号卫星的激光通信上得到了成功应用，为激光通信机实现星间建链和通信任务作出了重要的贡献，解决了激光通讯跟瞄系统中的关键技术问题。

现阶段我国生产的超声电机的性能还不能完全满足航空航天器、武器系统等高端装备和智能装备，如量子通讯、激光武器、电子对抗、雷达技术等的要求。虽然国外生产的超声电机性能不断提高，在航空航天器、武器系统等高端装备和智能装备中已经广泛应用，但由于涉及航空航天、武器装备等领域，超声电机核心技术资料均处于保密状态，鲜有文章发表，其产品也禁止对我国出售。因此，我们只能依靠自己的力量，对超声电机技术进行更深入、更系统的研究，从提高超声电机的精度、稳定度、耐冲击强度和降低转速极限等方面入手，研制出能满足高端装备和智能装备要求的超声电机，以打破其他国家在高性能超声电机产品上对我国的封锁。

问：在航天领域，超声电机早在“嫦娥三号”和“嫦娥四号”探测器上就有应用，而去年成功发射的“嫦娥五号”探测器对超声电机的精度和应用环境有了更严苛的要求，相比之前两次，此次应用有哪些不同和技术突破？

赵淳生：

我国是全世界把超声电机用到外星球上去的第二个国家，美国用到了火星探测器上，而我们用到了月球车上。我非常自豪，我们团队研发的超声电机能助力我国探月工程的顺利实施。

“嫦娥三号”和“嫦娥四号”上的超声电机型号为TRUM-30A，是超小型的微特电机，只有 46 克，用作红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制。光谱仪可以让月球车通过高光谱分辨率获取月球物体高光谱图像，为精确识别月球表面的特征信息和物质分类提供服务，定标板类似于舱门，而超声电机就是定标板的一个重要“关节”，负责控制舱门。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，就是由超声电机操控的。

对探月工程来说，减少运载器上的重量尤为重要，这台超声电机重量仅是同等传统电机重量的 1/10，直径仅约 30 毫米。普通电机的转速，每分钟要转上千转，但光谱仪启动和关闭的速度是很慢的，如果要给电机降速，就需要加装好几级齿轮箱，这将给航天器加重负担。这款超声电机每分钟的转速只有 40 多转，这样缓慢的转速，只需要一级齿轮箱，驱动简单，对电流的响应也很快，响应时间只有 1-30 毫秒，关断响应时间只有 1-0.1 毫秒。

月球背面的工作环境比地球复杂得多。团队在研发超声电机时，遇到的最大难题便是月球上的复合环境：气压低、空气密度小，还有难以想象的超低温。研发团队为探月超声电机做过包括机械特性、寿命、月尘等试验 100 多次。通过试验，不断改进超声电机的结构和材料，如今，超声电机的工作环境已经通过 -120℃至 180℃验证，能够适应月球上的复合环境。

“嫦娥五号”对超声电机的精度和环境都有了更严苛的要求，超声电机被用来控制和驱动矿物光谱仪接收反射光谱的镜面的方向和角度，可将不同位置处的月壤的光反射到光谱仪进行分析。前期嫦娥任务中超声电机的工作温度范围在 -30°C 至 60°C，此次“嫦娥五号”中的使用温度区间扩大到 -55°C 至 120°C。考虑到超声电机使用环境的变化很大，团队在高温环境下做了大量的实验，包括结构设计、材料选择、驱动与控制，以及其他安全保障措施的设计。

问：近几年，您一直在做超声电机的产业化，目前，超声电机在产业化中所存在的挑战有哪些？面对这些挑战您是如何思考的？又有哪些期许？

赵淳生：

去年 12 月 26 日，我们在南京举办了超声电机高端应用研讨会，来自全国的专家学者齐聚一堂，共同关注超声电机技术的发展和应用。目前除了航天航空领域，医疗领域内也开始使用超声电机及其驱动器代替传统的电磁电机，通过使用超声电机可以将医疗设备做得更小、更精确和更易于控制。这样可以从原来进口的转为用我们国内自主研发的设备，从成本的角度和一些特殊需求的订制的角度，还有响应等方面都可以得到很大的提升。凭借响应快、体积小、没噪声、无电磁干扰的独特优势，超声电机势必会在航空航天、智能装备、惯性核聚变点火工程、超精密光学系统、生物工程和医疗器械等领域大显身手。宏观上来讲，超声电机在我们国家的整个国民经济每个领域都有非常重要的应用，尤其它有几个非常重要的特点，一个是小型化，第二就是无极变速，高精度。随着我们国家整个向智能化方向迈进以后，作为一个作用器，它的应用领域是非常广的。

虽然目前我国在超声电机领域的理论和技术已经达到世界先进水平，但产业化程度还是有较大差距。我们要响应习近平总书记的号召，“把论文写在祖国的大地上”，产业化就是把我们的成果真正搞出来，应用到我们国家的各个领域，特别是国防领域，这是我现在最大的愿望。产业化的道路也是非常艰难的，从 2008 年创办第一家公司开始，先后经历三次创业失败，但我们没有半途而废，坚持了下去，如今第四个公司已走上正轨。我们在南京江宁区注册了“南京航达超控科技有限公司”，该公司在产业化的道路上完全采取新的模式运作，研究所负责研发，解决深层技术的问题，生产方面借助社会力量完成，超控公司则负责装配、测试等关键环节，以及少量新型样机研发，这是吸取以往的经验和教训的一次新探索，标志着超声电机在产业化的道路上迈出了新的一步。

目前，我们正在建设超声电机智能装配和测量生产线，要在南京生产出成千上万的超声电机，走进并占领国际市场。同时，我们已完成超声电机国家标准的制定，正努力推动超声电机的世界标准，为实现超声电机的“中国梦”，为建设科技强国、航天强国提供有力的支撑。

在南京举办的超声电机高端应用研讨会期间， 赵淳生院士（左 2）、 航达总经理杨淋（左 1） 与《网信军民融合》 编辑部王锋（右 1）。

问：十九届五中全会中提出“全方位培养、引进、用好人才，造就更多国际一流的科技领军人才和创新团队，培养具有国际竞争力的青年科技人才后备军”，您作为高校教授、博士生导师，更是国家级实验室负责人，您对发展高水平研究型大学，激发人才创新活力，造就科技领军人才和创新团队，培养具有国际竞争力的青年科技人才后备军，有什么建议和想法？

赵淳生：

“ 创新之道，唯在得人。得人之要，必广其途以储之”。要营造良好创新环境，加快形成有利于人才成长的培养机制、有利于人尽其才的使用机制、有利于竞相成长各展其能的激励机制、有利于各类人才脱颖而出的竞争机制，培植好人才成长的沃土，让人才根系更加发达，一茬接一茬茁壮成长。

前不久，我在南京航空航天大学创立了“赵淳生科技奖励基金”，每年用基金的利息来奖励优秀研究生。我打算从机械结构力学及控制国家重点实验室开始遴选优秀的学生，逐渐扩大到航空学院乃至全校。以后奖励基金的钱多了，我还要将奖励范围扩大到全国。

青少年是祖国的花朵，未来的希望。去年 12 月 29 日，我受邀到南京市中山小学为孩子们做了一场航天方面的科普讲座，重点讲述了钱学森、孙家栋、张阿舟、叶培建等科学家的故事，也分享了我和“嫦娥五号”探测器的故事，意在激发青少年对于科学研究的兴趣和热爱,唤起更多青少年的科学探索之心。

我们国家的未来是青年人的未来，只要我们国家青年人能够很好地成长起来，我们的科学研究就能发展下去、传承下去，这样我们国家就能强大。年轻研究者身上承载着更多希望与可能，科技强国的建设也要求有理想、有情怀、有责任、有担当的接班人永不断档。青年科技工作者要热爱祖国，胸怀祖国，不断推动科技创新，为实现科技强国梦而努力奋斗。

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