上九天，探深海，運動從這里發源

龐貝 毛艷玲

“我們的征途是星辰大海”，每有火箭發射，“蛟龍”深潛，我們常被這句刷爆朋友圈的話語攪得心潮激蕩。

這句話，恐怕與毛主席的這句詩“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”異曲同工，都道出了我們對于未知世界的向往。

不過，星辰大海的征途與上九天、下深海的浪漫想象，都需要堅實的科技創新能力支撐才能實現。

“深空”“深海”“深地”怎樣到達？運動從這里發源——

他們實現了目前上天最遠、潛海最深、入地最深，而且具備研制更苛刻環境電系統的能力。

他們是哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學院鄒繼斌教授和他的團隊。

何謂“深”？

所謂“深”，字面意思即太遠，夠不到。那么，到底多遠才算“深空”“深海”與“深地”？

深空指在地球大氣層以外很遠的空間，包括太陽系以外的空間。離地球的距離約等于或大于2×106 km 。

深海指：水深在2000～5000米以下左右的海域。壕溝可以下降到11000米以下。

深地的概念更復雜些，從地球認知的角度，地表以下的部分都可以叫深地;從金屬礦產資源的角度，1000米至5000米就可以算作深地;而在石油天然氣開采方面的深地，大約在8000米至地下萬米;地球物理科學談論的深地涉及的部分更廣，從5000米到地心都可以算作深地。

深度空間的神秘不僅在于遠，還在于環境嚴苛：

深空僅以月球表面為例，月球表面沒有大氣層保溫，晝夜溫差之大是地球表面完全無法比擬的。白天，在陽光垂直照射的地方溫度高達+165℃;夜晚，溫度可降低到-195℃。

在水中，海水深度每增加10.3米，就會增加一個大氣壓的壓力。在4000米的海底，水壓高達388個大氣壓（40Mpa），比火電廠超臨界機組的汽包壓力還高。在北太平洋的馬里亞納海溝，深度高達11034米，水壓接近1100個大氣壓，相當于在每平方米的面積上，承受1.1萬噸的重力，這足以把大理石壓碎（大理石的承壓極限約1000千克/平方厘米）。

深地環境并不會好多少，地溫和壓強會隨著深度的增加而增高，大約埋深每增加33米，地溫增高1度。鄒繼斌團隊研制電機應用環境，測井溫度高達230℃高溫、壓強高達140MPa。

溫差大，壓力大，環境惡劣，這樣的極端環境，讓去往它們的征途更為艱難。

那么，我們為什么還要去？

是需求，更是戰略

極端探測技術是國家安全和戰略利益的重要保障，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》明確指出“加強海洋、空天以及深地拓展關鍵技術突破，提升戰略探測、開發和利用能力”。

2016年，國土資源部印發《國土資源部“十三五”科技創新發展規劃》，明確了深地探測、深海探測、深空探測2020年的發展任務，并指出其重要戰略地位。

關于深地——

習近平總書記曾指出，“從理論上講，地球內部可利用的成礦空間分布在從地表到地下1萬米，目前世界先進水平勘探開采深度已達2500米至4000米，而我國大多小于500米。”

開展地球深部探測，既是解決地學重大基礎理論問題的需要，更是國家保證能源資源安全、擴展經濟社會發展空間的重大需求。地球深部蘊藏了絕大部分資源和能源，是維系萬物生存的物質和能量基礎。有學者認為，如果我國固體礦產勘查深度達到2000米，探明的資源儲量可以在現有基礎上翻一番。

要通過深地探測，開展以儲備為目的的戰略性礦產勘查，搞清資源家底，建立完善國家能源和礦產資源戰略儲備體系，做到“手握儲量、心里不慌”，確保國家能源資源安全。

關于深海——

深海探測是建設海洋強國的戰略需要。海洋接近90%的面積是水深超過1000米的深海，深海蘊藏著豐富的油氣、礦產、生物等戰略資源。專家們估計，全球未來油氣總儲量40%將來自深海，未來替代能源“可燃冰”也主要來自深海。

深海更是研究解決生命起源、地球演化、氣候變化等重大科學問題的前沿領域。因此，挺進深海是歷史發展的必然，是實施海洋強國戰略和“一帶一路”戰略的迫切需求，是時代賦予我們的重要使命。

關于深空——

習近平總書記指出，“空間技術深刻改變了人類對宇宙的認知，為人類社會進步提供了重要動力”，“必須推動空間科學、空間技術、空間應用全面發展”。

深空探測是未來國際科技競爭的主戰場。通過深空探測，能幫助人類研究太陽系及宇宙的起源、演變和現狀，進一步認識地球環境的形成和演變，認識空間現象和地球自然系統之間的關系。

從現實和長遠來看，深空探測將是21世紀人類進行空間資源開發與利用、空間科學與技術創新的重要途徑。

總而言之一句話，深空、深海、深地，我們都要去，必須去。

然而怎么去？運動和控制是核心問題，這就要靠電機。

積硅步，至千里

電機系統是極端裝備的卡脖子技術，國外歷來對我國禁運。

鄒繼斌，哈爾濱工業大學特種電機研究中心負責人，自1982年以來一直從事特種電機及其控制的研究。

他所領軍的哈爾濱工業大學特種電機研究中心，前身是哈工大微特電機研究室。哈工大電機專業成立于50年代初期，是我國最早的電機專業之一。幾十年來，研究室團隊一直堅持以微特電機及其控制的研究為主線，為國防與航天服務，為我國的國防事業、航天事業做出了重要貢獻。

鄒繼斌團隊繼承和發揚了老一輩科學家自力更生，艱苦奮斗的優良傳統，先后承擔和完成了國家重大專項、863計劃、國家重點研發計劃、國防預研、自然科學基金重點項目等國家重點項目15項，國防與航天及國民經濟高尖技術領域項目120余項。

“自力更生，艱苦奮斗”于戰略性高精尖技術領域而言，絕不是唱高調，而是取得成果和突破的唯一辦法。

國內空白，國外封鎖禁運，無參考資料和樣機，項目開始時，創新團隊對電機將會工作的高溫、高壓環境無所認識，無從下手……

積硅步，至千里。這是一個漫長的過程——

材料和器件的特性研究，無數次探索、無數次試驗、無數次論證，也經歷無數次失敗“燒管子（電子器件）”，他們終于總結出材料與器件的使用邊界……

經常出現特種環境裝備對于電機的技術要求不清楚，沒有指標參考的情況，給研究帶來極大困難;電機在應用中，屢次出現和系統的兼容問題……面對壓力，團隊依靠基礎理論和科學方法，不只做電機研究，還參與到裝備的研究中，終于使電機成功支撐多項重大項目……

正是在這種精神引領下，自1998年以來，團隊針對深空、深海、深地探測等重大需求，攻克諸多關鍵技術，發明的新型電機系統性能和環境適應性達到國際領先水平，實現深空、深海和深地環境全覆蓋，使我國極端環境電機技術從空白到居于國際前列，打破了國外封鎖，實現重大裝備驅動控制基礎部件的自主可控，支撐我國極端環境探測與作業達到目前深空最遠、全海深、入地最深的范圍。

殊途同源

深空、深海、深地，所在殊途。鄒繼斌團隊發明的新型電機系統均在其探測裝備上實現了應用。

他們提出了損耗抑制與散熱、補償與密封、電磁負荷綜合平衡、平穩控制與安全運行、無機械負荷測試等方法，攻克了極端環境下電機系統材料與器件特性獲取與極致應用、電機耐環境與高性能設計、驅動控制和測試方法等關鍵技術問題，發明了新結構電機與電磁機構，建立了極端環境電機系統的理論與技術體系。

在空天領域，電機及驅動控制策略用于玉兔號月球車、神舟飛船、風云衛星等。在月球車上的應用，降低了月球車的重量，解決了行走平穩難題，使其能在真空（﹤10～10Pa）、 -196～165℃下生存，適應月球全天候條件，總體技術達到國際領先水平，產品隨系統完成了飛行和探月試驗。

在深海領域，電機系統用于“蛟龍號”、“深海勇士號”等深海裝備，突破海底萬米大關，為我國萬米載人深潛器提供了動力驅動系統;研制的20kW直接驅動推進電機和20kW磁耦合推進電機，是目前國際上功率最大的深海永磁電機，解決了關鍵部件受制于人的問題，支撐著我國深海載人技術的發展。

在深地領域，他們研發了30余種電機系統，支持11種測井儀器的開發，使我國成為全球第二個掌握地層測試和井壁取心技術的國家，并使部分儀器的性能優于國際測井巨頭。

產品用于中海油7種深井儀器，深受用戶好評。電機效率、功率密度高，工作溫度和壓強達到230℃、140MPa，基本覆蓋目前全球油氣田深井儀器要求。新結構電機用于新型井壁取芯儀器，使系統效率較傳統儀器提高;擺動電機系統用于脈沖發生器，數據傳輸頻率達12bps的國際先進水平;電機用于EFDT地層測試儀，在南海981鉆井平臺成功作業，為捍衛國家領土做出貢獻。其深井用永磁電機技術全面支撐了我國深地測井技術的發展。

除此之外，他們的電機和參與的深地儀器還服務于全球，反向出口到美國測井巨頭公司。

不僅如此，鄒繼斌還創建了高性能一體化電機系統理論與技術體系，提出了電磁場平衡與綜合、電機正向直接設計方法，攻克了高過載與高力矩密度設計、力矩脈動抑制、耐強沖擊與振動、寬調速弱磁、大尺寸電機制造等關鍵技術難題，解決了快速響應、高平穩和高精度驅動控制等難題。

這一系列難題的攻克和相關技術創新，使他們研制的電機力矩達到200000Nm，定位力矩小于0.2%，位置精度達到1角秒，速率精度達到10-6，指標均優于國外產品。

他和團隊根據上述技術，研制出大直徑環形電機，用于高精度物理仿真系統、高精度離心機、多自由度仿真系統等裝備，解決了國防與航天領域高端設備運動系統的驅動問題。

在大尺寸直驅裝備中，大力矩永磁電機系統為高端裝備精密控制提供了基礎。耐高強度沖擊直接驅動系統用于某高速率高精度武器裝備，有效提高了武器的精準性和可靠性，實現了驅動方式的革命，為武器裝備高精度化發展開辟了新方向。

應用于重型車銑復合加工數控機床中，大直徑、環形寬調速直驅力矩電機解決了重型復合機床直接驅動的難題，填補國內空白，調速范圍和控制精度達到國外同類數控機床的水平，提高了復合數控機床的加工效率和精度。

依托一系列重大項目，鄒繼斌團隊與貴州航天林泉電機有限公司合作共建“精密微特電機國家工程技術研究中心”，建立深空、深海、深地電機基地，并建設起一支專業齊全的人才隊伍，為我國深空、深海、深地戰略任務的持續開展儲備了人才力量。

近3年來，他獲得國家技術發明獎二等獎1項、黑龍江省技術發明一等獎1項、國家軍民兩用技術創新應用大賽銀獎1項，發表論文55篇，SCI檢索31篇，獲中國發明專利29項、美國專利1項。歷年累計獲國家科技獎3項、省部級獎10項、國家級大賽獎1項，獲發明專利85項，發表論文300余篇，出版著作2部。

鄒繼斌和他的團隊用兢兢業業的研究成果，打破了國外對高端電機產品的技術封鎖，使我國的極端環境永磁電機系統技術水平達到國際領先水平;保障了國家重大戰略任務的順利進行，為我國的極端探測和作業裝備及技術的發展提供了技術支撐;促進和推動了電氣工程和相關領域的發展，提高了國家的綜合實力，并且為合作單位創造了經濟效益。

遨游太空的“玉兔號”月球車、神舟飛船、風云衛星……深入海底的“蛟龍號”、“深海勇士號”、萬米載人潛器……探密地層的“貪吃蛇”等深地測井儀器……這一系列讓我們為之驕傲和振奮了無數次的重大科技進展背后，是鄒繼斌和他的團隊創建的極端環境電機系統理論與技術體系發揮作用、提供動力。

他們的努力，正在與中華民族探索未知“星辰大海”的夢想一起，向更廣闊的空間延伸……