院士趙淳生： 研制“嫦娥”小關節的人

陳霖

他是中國科學院院士、南京航空航天大學教授。不久前，他在央視《面對面》欄目講述如何研制超聲電機，不少人才知道“嫦娥”探月工程背后的“超聲電機”這個冷門領域。

“感謝你們對嫦娥三號的貢獻”

電機是用來帶動部件發生轉動的重要部件，有點兒像人體骨頭之間的關節，用來帶動手腳。傳統電機利用銅線圈和磁場進行作業。20世紀60年代，蘇聯和美國學者提出“超聲電機”概念，后來日本人制造出超聲電機利用壓電陶瓷進行作業。這可是機械工程領域革命性的改變，超聲電機輕便、反應快、超低速，在傳統電機無法觸及的領域發揮了很大作用。

21世紀初，趙淳生研制出中國第一臺能實際運轉的超聲電機。2009年，中國正籌備嫦娥三號月球探測器，因趙淳生在超聲電機領域的貢獻，有航天研究所找到他，想用他研制的超聲電機來驅動和控制光譜儀。

嫦娥三號搭載的月球車有光譜儀，用來分析月表物質，超聲電機驅動和控制光譜儀的開合，決定其何時打開和關上，以及張開角度。趙淳生叫它“小關節”。

不過，彼時，超聲電機在國內是全新領域，別說普通人，就算是機械工程領域的人也未必知曉。“這是國家的任務！”趙淳生馬上接了下來，但問題也接踵而至。比如，上哪兒去找月球環境來試驗？

月球表面基本上是真空環境，趙淳生必須先創建模擬月球環境，才能確保超聲電機適應極端環境。于是，他和團隊研制出一套設備，將大氣壓降為10的負5次方，這也是地球上最接近真空的環境之一。他還進行極端環境試驗，測試月塵、輻射等。

事實上，航天產品的加工體系極其繁瑣，出現一丁點問題都要“歸零”——所有零件或部件都要檢測。那幾年，趙淳生和團隊的李華峰、丁慶軍等人反復試驗近200個超聲電機，才提供了一批性能最優的TRUM-30A型超聲電機給嫦娥三號應用。

2013年12月14日晚，趙淳生守在電視機前，盯著直播——月球上，嫦娥三號搭載的“玉兔”月球車正在移動。“玉兔”是中國第一輛月球車，上一個登月的人類探測器是蘇聯于1976年發射的“月球24號”。

對普通人而言，畫面上是一輛月球車，然而，內行人知道，這臺車里有許多起著關鍵作用的零部件：月球車上的紅旗下方有個“光譜儀系統”，系統中就有趙淳生團隊研制的超聲電機——體積比雞蛋還小，重46克，卻能自如驅動與操控光譜儀。

趙淳生記得，數天后，“玉兔”慢慢“睜開雙眼”，其拍攝的月面照片是人類時隔40多年最清晰的月面照片，包含大量科學信息，照片和數據向全球免費共享。

第二年，嫦娥三號探測器系統總設計師孫澤洲給趙淳生團隊寫感謝信：“超聲電機配合紅外光譜儀完成了探測任務，感謝你們對嫦娥三號的貢獻！”

湖南農村的“趙氏孤兒”

上世紀20年代，湖南衡山的農民運動風起云涌，岳北工農會、岳北區農民協會在當地領導農民打土豪、反壓迫。毛澤東在《湖南農民運動考察報告》中對這些農民運動給予高度評價。岳北的農民運動就爆發在趙淳生家鄉白果鎮，父親趙振寰則是運動的組織者之一。

1939年，趙淳生出生不到一年，趙振寰不辭而別，從此再也沒有回來。很久之后，才有長輩告訴趙淳生：“你爹參加革命，犧牲了。”母親悲痛，心力交瘁，得了重病，31歲便離開人世，趙淳生的弟弟后來也病死了。一名中共地下黨員見趙淳生不容易，暗中資助他讀書。

遺孤趙淳生很是爭氣，考上了衡山二中——新中國成立后湖南省內唯一有留蘇預備生名額的學校。高中畢業那年，趙淳生因成績優秀被選為預備生，但因中蘇關系破裂，深造擱置，他被保送到南京航空學院（現南航）的空氣動力學專業，后愛上了振動研究。畢業前，他入了黨，并以優異成績留校任教。

上世紀60年代，青年趙淳生發現電動式激振器依賴進口。這種儀器是機械工程領域的基礎儀器之一，可進行振動和疲勞實驗，還能輸送、篩分物料，用途廣泛。“國家每年有那么大的需求，如果都依賴進口，要花多少外匯？”趙淳生決定自己研制電動式激振器。當時，法國的振動儀器很先進，中國從法國引進一些振動儀，趙淳生經常代表中國和法國談判購買。一次，他發現翻譯把“隨機振動”譯成“隨著飛機振動”，便苦學法語，后來獲得赴法深造的機會。

上世紀80年代初，他開始了在法國巴黎第六大學的進修，這所學校培養了皮埃爾·居里和瑪麗·居里等著名科學家，后來他又到法國巴黎高等機械學院攻讀博士學位。其間，他每天泡在研究室，總因忘記時間被鎖在大樓里。后來，值班員在鎖門前一定要到他的實驗室看一看，確定沒人才關門。趙淳生獲得博士學位，順利歸國，與家人團聚，也成了振動領域的專家。

1993年，他到美國麻省理工學院訪問時了解到超聲電機，“能把它做得極小，甚至能進入人體血管”。他想回國開辟這片領域，“要搞出中國人自己的超聲電機”成了畢生目標，也才有了后面的研制、登月。

趙淳生說：“我們是第一個把超聲電機用到月球上的國家。”團隊研制的超聲電機也隨嫦娥四號登上月球。2018年，嫦娥四號實現人類探測器首次在月球背面軟著陸，而由這枚“小關節”驅動和控制的光譜儀獲得月球背面的物質數據，標志著人類對月球的探索開啟了新篇章。此后，趙淳生團隊研制的超聲電機也成為嫦娥五號、行云二號的1號和2號衛星、墨子號衛星、海絲一號衛星等的重要器件。

世界著名機械專家、德國工程院院士瓦拉舍克曾說：“在全球范圍內，趙淳生領導的超聲電機研究中心是這個領域最有實力的科研機構。”趙淳生寫的專著《超聲電機技術與應用》是國內外大學相關專業的教材和參考書，如今在亞馬遜上售價達1136美元一冊（約合7356元人民幣），可謂一書難求。

科學家搞公司，屢敗屢戰

在趙淳生心中，一項技術的歸宿是“應用”，也就是讓更多人受惠于這項技術，因此他想做“超聲電機產業化”，甚至讓全世界都用上中國的超聲電機。

除了航天領域，超聲電機還能運用在多種領域。趙淳生曾根據不同用途，制作出大小不一的超聲電機。在研發部門，有一臺用于核磁共振的超聲電機，這種成像裝置不受電磁干擾，能精準帶動針管插入病人血管;微型超聲電機直徑只有2毫米，用于腸道內窺鏡，可供特殊藥片沿腸道或血管到達病灶進行治療，幾乎不傷及患者正常細胞……

2006年，一家公司找到趙淳生，提出一起搞產業化。趙淳生終于等到機會，當天簽訂合同。不過，對方公司提出簽訂協議書，確保他們能拿到樣機及資料。趙淳生欣然同意，并將其研發的TRUM-60型超聲電機及相關驅動器等所有配套技術交給對方。后來，這家公司憑借這項技術融資且申請了專利，發展得很好，卻拒絕支付銷售提成。趙淳生才知道上當了，一氣之下將對方告上法庭。不過，將技術交給對方時他沒有讓其打收條，無法證明對方收到了技術和樣機，官司不了了之。第一次嘗試，趙淳生丟了專利，也丟了錢。

趙淳生不服氣，“湖南人的性格就是絕不放棄，我一定要搞成！”幾年后，他又和一家公司合作，成立了一家超聲電機公司，趙淳生負責技術，對方負責財務及管理。但緊接著，雙方的經營、運營理念出現分歧，企業再次失敗。那時，70多歲的趙淳生意識到：“搞企業與搞科研真的不一樣。”

在學生、助理眼中，趙淳生有點兒一根筋，太牽掛產業化這件事，每有機會就想抓住。

“超聲電機的應用范圍太廣了，時日不多，要抓緊！”這是趙淳生常掛在嘴邊的。大家心疼他屢戰屢敗、四處借錢開公司、打官司，卻也不敢勸阻他，因為他們都記得20年前的場景。

2000年末，由于長期高負荷工作，趙淳生被查出患有肺癌，被切除一塊肺葉后不久，他又被查出患有胃癌，切除了2/3的胃。

越感覺時間不夠，越想做得更多。生病那段時間，趙淳生讓學生帶資料到病房，趁家人睡了，埋在被窩里寫報告。一次，妻子撞見，生氣道：“你要超聲電機，還是要命？”趙淳生倔強地說：“兩個都要！”從此，大家再沒勸過他。

吸取幾次教訓后，趙淳生決定把企業的財政權掌握在自己人手中。2016年底，他發動研究所同事，成立一家有限責任公司，讓團隊成員持有股份，共同決策。如今，80多歲的趙淳生仍在學習市場邏輯，他有一個愿望：在90歲實現超聲電機的百萬年產。

（六月的雨摘自《環球人物》2021年第14期）