追求超声电机的“中国梦”

白玉磊+翟国庆

2015年7月16日，由江苏省科协、江苏省教育厅共同主办，南京大学、东南大学、南京航空航天大学、南京理工大学、中科院南京土壤研究所共同承办的2015年青少年高校科学营江苏科学营活动在南京航空航天大学隆重开营。

在南航学生自制的飞行器“遨游”于会场上空之际，中国科学院院士赵淳生教授为现场的学子们带来了一场拓展视野、激动人心的专家报告。赵淳生院士不仅在报告中讲述了自己与超声电机“邂逅”的趣事，以及在超声电机领域的研究经历和最新研究成果，还对参加科学营的学子们提出了“开拓创新，追求中国梦”的希冀。

从应用科学到纯科学的“蜕变”

在报告的一开始，赵淳生院士就回忆起一段往事：多年前，他去中国兵器集团204研究所参观，看到那里有一块标语牌上写着这样一段话，“我时常被问及这样的问题，纯科学与应用科学究竟哪个对世界更重要。为了应用科学，科学本身必须存在，假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，我们很快就会退化成中国人那样。多少代人以来，他们在科学上都没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没问过他们所做事情中的原理，这些原理就构成了纯科学。中国人知道火药的应用已经若干世纪，如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理，他们就会在获得这些应用科学带来的成果的同时发展出化学，甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸的事实，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界的进步，我们现在只是将这个所有民族中最古老的民族当成野蛮人。”这段话是美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长亨利·奥古斯特·罗兰在1883年美国科学促进会年会上演讲的节选，让赵院士感触颇深。

但赵院士相信，大家跟他有一样的感觉，即使科学落后，我们也不承认自己是野蛮人，真正的野蛮人是那些发动侵略战争、烧杀抢掠的人。但是，我们也不能不承认，在最近一两百年来，我国的科学发展得很慢。历史上，我们的祖先曾经有四大发明，但我们的科研却未能紧紧跟上去，所以，原子弹、氢弹都是西方国家最先发明的，我们仅仅是应用而已，却没有去深入地研究其中的原理。因此，这段话引起了中国科学家深深的思考。新中国成立后，在科教兴国方针的指导下，我们的科学研究有了显著的发展，我们再也不是“野蛮人”了。

其实，中国人是很聪明的。上世纪50年代中后期，出于对国际环境的考虑，毛主席提出我国要研制出自己的核武器。结果，在1964年我国便成功研制并爆炸了第一颗原子弹。紧接着，在1967年我国又成功研制并爆炸了第一颗氢弹，这其间仅仅用了3年。改革开放30多年以来，我国在科学领域更是有了质的飞跃。因此，赵淳生院士觉得我们应该看到自己身上的优势和闪光点，树立自信、自强、自立的意识。但面对当下复杂多变的国际形势、日新月异的科学技术，我们不能沉醉于过去的成绩，而应该进一步地开拓创新，追求我们的“中国梦”。

半路出家，做出“大文章”

中国人有着实现祖国伟大复兴的共同的“中国梦”，而每一个中国人心中又有自己的“中国梦”。赵淳生院士的“中国梦”，便是让中国在超声电机的技术上领先世界。

2013年12月15日晚，“嫦娥三号”在万众瞩目中登上月球。“嫦娥三号”成功在月球着陆，“玉兔号”巡视器所载的五星红旗出现在“嫦娥三号”的拍摄画面中……这是中国国旗首次在地球以外的天体上“留影”。但被大家忽略的是，在五星红旗的正下方，“隐匿”着一个小小的超声电机，这项新技术的应用顺利推进了我国此次的探月活动。而这台型号为“TRUM-30A”的超声电机，正是由赵淳生院士领衔研发的。

谈及自己的超声电机研究之路，赵院士不禁感慨万千。其实，他自认为只不过是一个“半路出家的和尚”。五十几岁，是一个做科研的人“生命力”最旺盛的年纪，就在1993年，年过半百的赵院士开启了一段新的科研之路。那年，他正在美国麻省理工学院航天航空系做访问学者，无意中参加了一场该系举办的关于超声电机技术的专题报告会。“我就是从那时起开始接触超声电机的，我原本是做‘飞机智能结构和健康诊断的振动学研究的，虽然超声电机在航空航天、军事等多个领域都有十分重要的作用，和我本来的研究方向有联系，但全新的领域还是充满着未知数。”赵院士说。

超声电机在诸多领域的重要作用，使赵院士萌发了对超声电机的追求。面对国内超声电机领域的空白，当时赵院士起家的全部“家当”是：20平方米的研究室、一个博士一个硕士、向学校借来的1.5万元科研经费、一台计算机和一台简易激光打印机。功夫不负有心人，在将近一年超负荷的技术攻关后，1994年，中国自主研发的第一台原型行波超声电机就在这个简陋的研究室里，在以赵淳生院士为首的科研小组的手中诞生了。

但是，常年的高强度工作，也一度让赵院士处于死亡线的边缘。2000年以后，他先后两次罹患癌症，不过，凭借坚强的意志和对超声电机的执着追求，他战胜了病魔。2005年，他成功当选为中国科学院院士。2013年，他领衔研制的“TRUM-30A”型超声电机在飘扬的五星红旗下登上月球。虽是半路出家，赵院士却在超声电机领域做出“大文章”。

关于超声电机的“中国梦”

据赵院士介绍，超声电机是上世纪80年代在日本率先发展起来的一种全新概念的电机，在军事、航空航天等诸多领域有着重要的作用。传统意义上的电机，就是我们常说的马达，它是依据电磁感应实现电能转换或传递的一种电磁装置。超声电机却不同于传统意义上的电机，传统电机利用电磁感应获得运动和力矩，这实质上是一种“压电效应”，而超声电机则是利用“逆压电效应”和超声振动来获得运动和力矩的。

“什么是压电效应和逆压电效应？”赵院士解释，“一个电介质受到外力的作用发生变形，就会发生极化现象，产生电荷，这就是压电效应；而逆压电效应恰恰相反，它是先对晶体施加交变电场，使晶体产生机械变形的过程。”那么，相比传统的电机，以逆压电效应为基础的超声电机有哪些优势呢？谈及此处，赵院士不禁流露出对超声电机的钟情：“在同等质量的条件下，超声电机能比传统的电磁电机获得更大的扭矩。我们行内流传着这样一句话，叫‘寸重寸金，在电机的使用上，还是以质量较轻为佳。”赵院士接着又说，“超声电机比电磁电机的响应速度快，而且易于控制，能够减少在使用方面的不少麻烦。另外，它还有噪声小、能在真空或高低温等特殊环境下工作的优良特性。”

上世纪90年代，在与超声电机“邂逅”并了解它的发展前景和意义之后，赵淳生院士便迫不及待地回到南航，在母校扎根这项新技术。20余年来，南航在超声电机领域有了巨大的突破：2001年南航制造的环形超声电机应用于某武器系统；应中国工程物理研究院电子工程研究所的要求，为用于核弹头的安全保护装置的超声电机提供了样机；研制出“TRUM40”型超声电机应用于卫星飞轮锁紧装置等。直到2013年，在赵淳生院士的领衔下，由南航研制的“TRUM-30A”型超声电机乘着“嫦娥三号”登上月球。这台超声电机的重要“职责”是负责红外成像光谱仪内定标板的驱动与控制，为“玉兔号”在月球上留下清晰影像作出了关键性的贡献。

如今，已经“奔八”的赵淳生院士并没有因为这些骄人的成绩而停止探索的脚步。他对在场的科学营学子提出了自己的希望：“希望大家像我追求超声电机的‘中国梦一样，去追求你们科学上的‘中国梦！”