院士赵淳生,研制“嫦娥”小关节的人

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2021年7月,赵淳生在南京接受本刊记者采访。一大早,他赶到研究所,听取团队的报告会,开启了忙碌的一天。(本刊记者 陈霖/摄)

  赵淳生脸颊上方有两团鼓鼓的“肉球”,那是他常年熬夜工作积累下的眼袋。
  他是中国科学院院士、南京航空航天大学教授。近日,他在央视《面对面》讲述如何研制超声电机,不少人才知道“嫦娥”探月工程背后的“超声电机”这个冷门领域。前不久,在两院院士大会上,他谈及科研时大笑起来,眼睛眯成一条线,登上热搜,网友说:“老院士太可爱了!”
  7月中旬,记者在南京航空航天大学(以下称南航)精密驱动与控制研究所旁听了赵淳生组织的报告会。他戴上老花镜,盯着学生和同事制作的PPT,时不时推推镜架。“月球上的尘埃是长条形的,宇航员吸进去容易扎在肺里排不出来,很危险。”团队正在向赵淳生报告最近要建立的新的模拟月球环境。
  在南航,记者跟随赵淳生的脚步,第一次深度了解这个领域。可以说,中国超声电机的发展是他的人生经历,而他更代表着一群为中国航天事业打造基础设备的幕后英雄。在大家的记忆中,赵淳生组织了无数像这天的报告会,而第一次是在8年前……

“感谢你们对嫦娥三号的贡献”


  电机是用来带动部件发生转动的重要零件,有点儿像人体骨头之间的关节,用来带动手脚。传统电机利用铜线圈和磁场进行作业。20世纪60年代,苏联和美国学者提出“超声电机”概念,后来日本人制造出超声电机——利用压电陶瓷进行作业。这可是机械工程领域革命性的改变,超声电机轻便、反应快、超低速,在传统电机无法触及的领域发挥了很大作用。
  21世纪初,赵淳生研制出中国第一台能实际运转的超声电机。2009年,中国正筹备嫦娥三号月球探测器,因赵淳生在超声电机领域的贡献,有航天研究所找到他,想用他研制的超声电机来驱动和控制光谱仪。
  嫦娥三号搭载的月球车有光谱仪,用来分析月表物质,超声电机驱动和控制光谱仪的开合,决定其何时打开和关上,以及张开角度。赵淳生叫它“小关节”。
  不过,彼时,超声电机在国内是全新领域,别说普通人,就算是机械工程领域的人也未必知晓。“这是国家的任务!”赵淳生马上接了下来,但问题也接踵而至。比如,上哪儿去找月球环境来试验?
  月球表面基本上是真空环境,赵淳生必须先创建模拟月球环境,才能确保超声电机适应极端环境。于是,他和团队研制出一套设备,将大气压降为10的负5次方,这也是地球上最接近真空的环境之一。他还进行极端环境试验,测试月尘、辐射等。
嫦娥三号月球探测器搭载的“玉兔”月球车上有一面五星红旗,红旗下方是“光谱仪系统”,包括光谱仪(用来获取月表物质数据)和超声电机(驱动和控制光谱仪)。

  事实上,航天产品的加工体系极其繁琐,出现一丁点问题都要“归零”——所有零件或部件都要全部检测。那几年,赵淳生和团队的李华峰、丁庆军等人反复试验近200个超声电机,才提供了一批性能最优的TRUM-30A型超声电机给嫦娥三号应用。
  2013年12月14日晚,赵淳生守在电视机前,盯着直播——月球上,嫦娥三号搭载的“玉兔”月球车正在移动。“玉兔”是中国第一辆月球车,上一个登月的人类探测器是苏联于1976年发射的“月球24号”。
  对普通人而言,画面上是一辆月球车,然而,内行人知道,这台车里有许多起着关键作用的零部件:月球车上的红旗下方有个“光谱仪系统”,系统中就有赵淳生团队研制的超声电机——体积迷你,比鸡蛋还小,重46克,却能自如驱动与操控光谱仪。
  赵淳生记得,数天后,“玉兔”慢慢“睁开双眼”,其拍摄的月面照片是人类时隔40多年最清晰的月面照片,包含大量科学信息,照片和数据向全球免费共享。
  第二年,嫦娥三号探测器系统总设计师孙泽洲给赵淳生团队写感谢信:“超声电机配合红外光谱仪完成了探测任务,感谢你们对嫦娥三号的贡献!”
  有几次,在直播画面上,镜头扫过“玉兔”的“小关节”时,70多岁的赵淳生鼻子一酸,眼淚从皱纹滑过。如何理解这位老人的情绪?或许要从童年说起。

湖南农村的“赵氏孤儿”


  上世纪20年代,湖南衡山的农民运动风起云涌,岳北工农会、岳北区农民协会等打土豪、反压迫。毛泽东在《湖南农民运动考察报告》中对这些农民运动给予高度评价。岳北的农民运动就暴发在赵淳生家乡白果镇,父亲赵振寰则是运动的组织者之一。
  1939年,赵淳生出生不到一年,赵振寰不辞而别,从此再也没有回来。很久之后,长辈告诉赵淳生:“你爹参加革命,牺牲了。”母亲悲痛,心力交瘁,得了重病,31岁便离开人世,赵淳生的弟弟后来也病死了。一名中共地下党员见赵淳生不容易,暗中资助他读书。
  遗孤赵淳生很是争气,考上了衡山二中——新中国成立后湖南省内唯一有留苏预备生名额的学校。高中毕业那年,他因成绩优秀被选为预备生,但因中苏关系破裂,深造搁置,被保送到南京航空学院(现南航)的空气动力学专业,后爱上了振动研究。毕业前,他入了党,并以优异成绩留校任教。
  上世纪60年代,青年赵淳生发现电动式激振器依赖进口。这种仪器是机械工程领域的基础仪器之一,可进行振动和疲劳实验,还能输送、筛分物料,用途广泛。“国家每年有那么大的需求,如果都依赖进口,要花多少外汇?”赵淳生决定自己研制电动式激振器。当时,法国的振动仪器很先进,中国从法国引进一些振动仪,赵淳生经常代表中国和法国谈判购买。一次,他发现翻译把“随机振动”译成“随着飞机振动”,便苦学法语,后来获得赴法深造的机会。
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