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        “小學(xué)科”成就大貢獻(xiàn)

        ——記西安電子科技大學(xué)段寶巖院士

        發(fā)布時(shí)間:2022-11-11 作者:本報(bào)記者 馮麗 來源:中國教育報(bào)

            ■“國之大者·科學(xué)家”系列

        “能不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)大目標(biāo),關(guān)鍵是做好當(dāng)前的每一件事?,F(xiàn)在可能不一定看得那么遠(yuǎn),但是走好這一步可以看到下面兩三步,要把每一步走扎實(shí)了。”中國工程院院士、西安電子科技大學(xué)教授段寶巖認(rèn)真地說。眼前的他儒雅隨和,精神矍鑠,一點(diǎn)兒也看不出已年過六旬。

        從事電子機(jī)械工程的教學(xué)科研工作30余年,他胸懷星辰大海,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于高性能電子裝備機(jī)電耦合理論及應(yīng)用研究,腳踏實(shí)地一步步探索創(chuàng)新,開辟了我國電子裝備機(jī)電耦合研究的新領(lǐng)域。研發(fā)項(xiàng)目“高密度柔性天線機(jī)電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計(jì)平臺及應(yīng)用”獲2020年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該成果成功應(yīng)用于探月工程、載人航天、深空探測、主力戰(zhàn)艦及500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡等國家重大工程與裝備中,讓電子機(jī)械工程這個(gè)曾不被人看好的“小學(xué)科”大放異彩。

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            “配角”也能發(fā)出“主角”光芒

        1977年10月,當(dāng)恢復(fù)高考的消息傳來,正在田里干活的段寶巖激動得一下子站起來,懷里的玉米棒撲啦啦掉落一地。

        這一天他等得太久了。

        因政策原因,四年前他高中沒讀完就不得不返鄉(xiāng)務(wù)農(nóng)。種地、修水利、當(dāng)民辦教師……艱辛繁重的勞作下,他堅(jiān)持天天讀書到深夜。“那時(shí)候,一心想讀書,想學(xué)習(xí)?!倍螌殠r說。

        機(jī)會永遠(yuǎn)青睞有準(zhǔn)備的人。1978年春,段寶巖順利通過高考,被西北電訊工程學(xué)院(西安電子科技大學(xué)前身)錄取,從河北冀縣徐家莊來到西安徐家莊,翻開了人生新的篇章。

        “入學(xué)招到電子機(jī)械專業(yè),一開始有點(diǎn)沮喪,感覺是學(xué)機(jī)械的,后來才對這個(gè)專業(yè)有了深刻認(rèn)識?!倍螌殠r說,電子機(jī)械工程,是一個(gè)主要研究電子裝備中機(jī)電耦合問題的交叉學(xué)科,對于大部分人來說,這是一個(gè)不太起眼也不太知名的“小學(xué)科”。當(dāng)年一起報(bào)考的學(xué)生甚至有中途退學(xué)重考的,足見大家對其發(fā)展前景的不看好。“但我堅(jiān)信行行出狀元,只要努力,終有一日配角也能發(fā)揮和主角一樣的重要作用?!倍螌殠r說。

        40多年后的今天,段寶巖的夢想實(shí)現(xiàn)了。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)給國之重器裝上了“千里眼”“順風(fēng)耳”。

        “電子機(jī)械實(shí)際上研究的是電子系統(tǒng)里的機(jī)械結(jié)構(gòu)問題,覆蓋面很寬,是個(gè)很好的專業(yè)。機(jī)械結(jié)構(gòu)對電性能的實(shí)現(xiàn)起著重要的制約作用,比如衛(wèi)星,既要求體積小、重量輕,又要求功能強(qiáng)大,這就需要從機(jī)電結(jié)合的角度系統(tǒng)化設(shè)計(jì)裝備。”段寶巖說。

        大學(xué)期間,碩士導(dǎo)師葉尚輝對段寶巖的影響很大。葉尚輝是電子機(jī)械大師、我國天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的泰斗。時(shí)至今日,他的著作《天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》依然是從業(yè)者的案頭必備書。1991年,他毅然作為擔(dān)保人,幫助段寶巖前往英國留學(xué),師從國際著名結(jié)構(gòu)優(yōu)化專家、利物浦大學(xué)教授湯普曼,展開博士后研究工作。

        從導(dǎo)師拋給的三個(gè)研究方向中,段寶巖選擇了最難啃的“硬骨頭”——將極大熵原理應(yīng)用于天線結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)課題作為主攻方向,最終以“應(yīng)變能密度分布函數(shù)”這一嶄新概念破繭而出,巧妙地將極大熵理論和天線結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化聯(lián)系在一起,出色完成了研究。

        當(dāng)時(shí)正值“出國熱”方興未艾,面對國外優(yōu)越的工作生活條件和豐厚待遇,段寶巖卻選擇了回到母校西電。他說,“人都是有感情的,在國外學(xué)習(xí)期間,學(xué)校破格給我評了教授,我的科研平臺及師友都在西電,母校重視我,祖國建設(shè)需要我,我豈能辜負(fù)?!”

        赤子其心,星斗其志。旅英三年,段寶巖為日后創(chuàng)建機(jī)電耦合理論完成了方法上的準(zhǔn)備。

        機(jī)械與電性能的關(guān)系發(fā)展到今天,經(jīng)歷了從開始的機(jī)電分離到機(jī)電綜合,再到如今的新階段——機(jī)電耦合。普通大眾對機(jī)電耦合的理解可以從一個(gè)比方開始:機(jī)械代表可見的物理系統(tǒng),電性能則代表看不見的物理場。前者“剛而實(shí)”,像男性,后者“柔而虛”,像女性。機(jī)電耦合就好比男女戀愛,步入家庭。男方當(dāng)家則偏向機(jī)械,出路是以大型數(shù)控機(jī)床、船舶、兵器為代表的重大裝備。若女方當(dāng)家,出路則是雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、天線為代表的電子裝備,這也是段寶巖團(tuán)隊(duì)研究的方向?!胺蚱迏f(xié)力”的目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)和諧美滿的家庭,過程是彼此配合的高度默契,機(jī)電耦合的實(shí)質(zhì)就是在毫米甚至更精密的單位刻度上追求這樣的“和諧美滿”。

        回國后,段寶巖帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞機(jī)電耦合展開了數(shù)十年持之以恒的科研攻關(guān),提出了機(jī)電耦合優(yōu)化設(shè)計(jì)思想與數(shù)學(xué)模型,為機(jī)電耦合設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。研究成果被成功應(yīng)用于FAST500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡、我國第一部最大的GBR防空反導(dǎo)雷達(dá)、首部靜電成形薄膜天線等重大裝備。2011年,憑借機(jī)電耦合技術(shù)方面的創(chuàng)新,段寶巖當(dāng)選中國工程院院士,成為我國電子機(jī)械學(xué)科第一位院士。

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        科技創(chuàng)新賦能大國重器

        1994年,“中國天眼”FAST項(xiàng)目啟動論證。應(yīng)北京天文臺邀請,段寶巖開始了與FAST的不解之緣。

        同為地球上凝視宇宙僅有的兩只眼睛,F(xiàn)AST以500米的口徑突破了美國阿雷西博望遠(yuǎn)鏡300米的量級,若依舊采取剛性支撐,饋源艙的重量將由前者的千噸級上升到逾萬噸,無論從造價(jià)還是穩(wěn)定性來說,都是一件難以想象的事。

        “憋了很長時(shí)間。后來提出了光機(jī)電一體化方案,在柔性基礎(chǔ)上取得高精度。既要輕,定位精度又要到毫米級,有很多創(chuàng)新要跟上?!倍螌殠r用六根大跨度柔性索來替代前者剛性支撐的創(chuàng)造性設(shè)想,將饋源艙的重量由萬噸降低到不可思議的30噸,解決了FAST項(xiàng)目最大的難點(diǎn)——饋源艙及其支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)問題。尤其在2020年阿雷西博望遠(yuǎn)鏡轟然倒塌后,F(xiàn)AST成為今天“人類之眸”的僅存碩果,這一前瞻性設(shè)計(jì)更顯難能可貴。多年后,段寶巖提出的輕型索拖動系統(tǒng)被總結(jié)成FAST三大創(chuàng)新中最為關(guān)鍵的一個(gè),被世界同行譽(yù)為“變革式創(chuàng)新”。

        而這只是段寶巖電子耦合理論與實(shí)踐中一個(gè)亮眼的案例。神舟飛船、探月工程等一項(xiàng)又一項(xiàng)國家重大工程都留下了他們團(tuán)隊(duì)的身影,他們以智慧力量賦能這些大國重器,使其實(shí)現(xiàn)了“低成本”“小體積”“高精度”“快響應(yīng)”。

        響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求,2005年,“973”計(jì)劃項(xiàng)目“電子設(shè)備機(jī)電耦合基礎(chǔ)問題研究”立項(xiàng)啟動。段寶巖率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始了一場持續(xù)15年的“奔跑”。

        彼時(shí),他還擔(dān)任西安電子科技大學(xué)校長的職務(wù),白天忙行政事務(wù),晚上加班搞科研。一周七天,四個(gè)分項(xiàng)目組排隊(duì)開會。高強(qiáng)度的工作運(yùn)轉(zhuǎn),使他連散步都像在小跑。十年屆滿,他從“段校長”回歸到“段院士”,團(tuán)隊(duì)奔跑的速度更快了。

        2021年,“高密度柔性天線機(jī)電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計(jì)平臺及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng),這個(gè)凝聚了段寶巖團(tuán)隊(duì)十余年心血的項(xiàng)目,最終產(chǎn)出了46項(xiàng)發(fā)明專利、14件軟件著作權(quán)、70余篇頂級期刊論文及兩部出版著作,涉及力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)、控制等多學(xué)科領(lǐng)域的15個(gè)研究專題,且“關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控,項(xiàng)目成果總體居國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平,其中多場耦合理論模型、非線性結(jié)構(gòu)因素對電性能影響機(jī)理居國際領(lǐng)先”。

        今年6月,段寶巖帶領(lǐng)的“逐日工程”研究團(tuán)隊(duì)傳來喜訊:世界首個(gè)全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)順利通過驗(yàn)收。專家組一致認(rèn)為:該項(xiàng)目成果總體處于國際先進(jìn)水平,其中多項(xiàng)性能的主要技術(shù)指標(biāo)位居國際領(lǐng)先水平。對我國下一代微波功率無線傳輸技術(shù)與空間太陽能電站理論與技術(shù)發(fā)展具有支撐性、引領(lǐng)性作用,應(yīng)用前景十分廣闊。

        “天地傳輸是終極目標(biāo),我們現(xiàn)在就從最有可能實(shí)現(xiàn)的地方做起?!弊鳛椤爸鹑展こ獭钡氖紫茖W(xué)家,段寶巖設(shè)想,空間太陽能電站未來可以成為軌道中的“太空充電樁”,為太空運(yùn)轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運(yùn)轉(zhuǎn)的移動設(shè)備充電。此外,一旦地面無線充電樁的構(gòu)想獲得突破,其在民用及軍用領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值廣闊。比如,能在邊遠(yuǎn)地區(qū)供電、救災(zāi)、突發(fā)事件無線供電以及降低惡劣氣候影響等方面大展身手,還可直接應(yīng)用于對軍用衛(wèi)星、空間武器、大型艦船、地面軍事設(shè)施的無線供電,特別是在軍用應(yīng)急雷達(dá)、平流層飛行器、無人機(jī)群等無線供電方面,可確保持續(xù)、靈活、可靠、實(shí)時(shí)的能源供應(yīng),保障軍事力量的有效性和國家安全。

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        讓淬煉人才之火燒得再旺些

        “博士論文如果沒有經(jīng)過幾個(gè)月的煎熬,那就是白開水,沒有意義?!倍螌殠r對學(xué)生的嚴(yán)格在業(yè)內(nèi)是出了名的。在博士生論文指導(dǎo)中,他寫下最多的話是:創(chuàng)新點(diǎn)不明顯,工作意義高度不夠,成果顯現(xiàn)度不好。他鼓勵(lì)學(xué)生一定要用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來佐證,并敢于和國際同行對比。每一個(gè)從他手里畢業(yè)的博士都會經(jīng)歷這樣的人生“至暗時(shí)刻”。

        盡管已是院士,段寶巖對學(xué)生論文仍然是逐字逐句地修改。他告誡學(xué)生,凡是自己經(jīng)手的東西都代表自己,一定要對自己的每一次實(shí)驗(yàn)、每一個(gè)文字負(fù)責(zé)。

        “段老師對我的影響很大,尤其在做研究方面,他說做學(xué)問就要深入去做,不能浮于表面,要注重創(chuàng)新?!狈诤悴┦可钣懈杏|地說,“每天早上七點(diǎn)半我到實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候,總能看到段老師的身影。發(fā)給老師的論文,他不僅在結(jié)構(gòu)、思路方面給予指導(dǎo),就連文字、標(biāo)點(diǎn)都作了修改,這種勤勉、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木褚恢奔?lì)著我?!?/P>

        段寶巖非常注重在學(xué)生中發(fā)現(xiàn)科研好苗子,給本科生指導(dǎo)畢業(yè)論文是他多年的習(xí)慣,一旦發(fā)現(xiàn)有好苗子就選入項(xiàng)目組鍛煉、悉心培養(yǎng)。39歲被破格評為二級教授的王從思就是其中一個(gè)。“逐日工程”項(xiàng)目組中,“80后”“90后”科研人員占比達(dá)61%,其中80%是段寶巖培養(yǎng)出的學(xué)生。

        “搞科學(xué)研究,特別是我們這樣的工程項(xiàng)目,不能紙上談兵,光在電腦上做做仿真就行了?!痹诙螌殠r眼中,工廠車間和項(xiàng)目工地就是“人才演兵場”。他常說,“一代做給一代看,一代更比一代強(qiáng)”,鼓勵(lì)學(xué)生要敢于“啃硬骨頭”,多跑現(xiàn)場,親自動手實(shí)際操作。

        一天凌晨,北校區(qū)新科技樓門口,幾個(gè)剛出實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生被一位老師抓了“壯丁”——幫忙抬一個(gè)200公斤的天線。就在大家一起抬天線的時(shí)候,學(xué)生們才發(fā)現(xiàn)他是段寶巖院士。在近三年“逐日工程”空間太陽能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)搭建攻堅(jiān)階段,段寶巖與團(tuán)隊(duì)成員三班倒,24小時(shí)不間斷地工作,使地面驗(yàn)證系統(tǒng)測試成功時(shí)間比原定技術(shù)路線節(jié)點(diǎn)提前了近三年。

        “段院士承擔(dān)的那些大項(xiàng)目,往往沒有可供借鑒的資料、成品,甚至找不到可以取經(jīng)的人,只能靠自己一點(diǎn)點(diǎn)摸索?!表?xiàng)目組成員李娜教授說,有時(shí)候項(xiàng)目所需前期材料完全空白,一些基礎(chǔ)且辛苦的工作連工人都不屑于去做,他們就在實(shí)驗(yàn)室用簡易車床自己加工。而建大射電望遠(yuǎn)鏡5米模型、50米試驗(yàn)天線等實(shí)體,硬是讓這些學(xué)電子機(jī)械出身的年輕人,學(xué)會了測量、機(jī)加工、土木工程等“硬本領(lǐng)”。久而久之,團(tuán)隊(duì)成員個(gè)個(gè)練得“文武雙全”,既能在電腦上跑方程,又能下工地焊板子。

        瞄準(zhǔn)國際科技前沿,面向國家重大需求,段寶巖帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一路攻堅(jiān)克難,解決重大科學(xué)問題,突破核心關(guān)鍵技術(shù),一項(xiàng)項(xiàng)重大工程成為人才淬火成鋼的“大熔爐”,一批青年科研人才迅速成長起來。今年7月,段寶巖又給“火爐”添了把“硬柴”——將自己獲得的陜西省最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)200萬元獎(jiǎng)金全額捐贈出來,在學(xué)校設(shè)立科教創(chuàng)新基金,激勵(lì)青年科研人才產(chǎn)出更多創(chuàng)新成果。“我們要努力讓這人才淬煉之火燒得更旺些。”段寶巖說。

        《中國教育報(bào)》2022年11月11日第5版 

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