■“國(guó)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。現(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(guó)工程院院士、西安電子科技大學(xué)教授段寶巖認(rèn)真地說(shuō)。眼前的他儒雅隨和，精神矍鑠，一點(diǎn)兒也看不出已年過(guò)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(kāi)辟了我國(guó)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(tái)及應(yīng)用”獲2020年度國(guó)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(cè)、主力戰(zhàn)艦及500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡等國(guó)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(lái)，正在田里干活的段寶巖激動(dòng)得一下子站起來(lái)，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(méi)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(shū)到深夜。“那時(shí)候，一心想讀書(shū)，想學(xué)習(xí)。”段寶巖說(shuō)。

機(jī)會(huì)永遠(yuǎn)青睞有準(zhǔn)備的人。1978年春，段寶巖順利通過(guò)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(lái)到西安徐家莊，翻開(kāi)了人生新的篇章。

“入學(xué)招到電子機(jī)械專(zhuān)業(yè)，一開(kāi)始有點(diǎn)沮喪，感覺(jué)是學(xué)機(jī)械的，后來(lái)才對(duì)這個(gè)專(zhuān)業(yè)有了深刻認(rèn)識(shí)。”段寶巖說(shuō)，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(wèn)題的交叉學(xué)科，對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō)，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(jiàn)大家對(duì)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。”段寶巖說(shuō)。

40多年后的今天，段寶巖的夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)了。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)給國(guó)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(wèn)題，覆蓋面很寬，是個(gè)很好的專(zhuān)業(yè)。機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)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(shuō)。

大學(xué)期間，碩士導(dǎo)師葉尚輝對(duì)段寶巖的影響很大。葉尚輝是電子機(jī)械大師、我國(guó)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(shū)。1991年，他毅然作為擔(dān)保人，幫助段寶巖前往英國(guó)留學(xué)，師從國(guó)際著名結(jié)構(gòu)優(yōu)化專(zhuān)家、利物浦大學(xué)教授湯普曼，展開(kāi)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(guó)熱”方興未艾，面對(duì)國(guó)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(shuō)，“人都是有感情的，在國(guó)外學(xué)習(xí)期間，學(xué)校破格給我評(píng)了教授，我的科研平臺(tái)及師友都在西電，母校重視我，祖國(guó)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(kāi)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(duì)機(jī)電耦合的理解可以從一個(gè)比方開(kāi)始：機(jī)械代表可見(jiàn)的物理系統(tǒng)，電性能則代表看不見(jiàn)的物理場(chǎng)。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(ài)，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。“夫妻協(xié)力”的目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)和諧美滿的家庭，過(guò)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(guó)后，段寶巖帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞機(jī)電耦合展開(kāi)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(guó)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(guó)工程院院士，成為我國(guó)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(guó)重器

1994年，“中國(guó)天眼”FAST項(xiàng)目啟動(dòng)論證。應(yīng)北京天文臺(tái)邀請(qǐng)，段寶巖開(kāi)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(guó)阿雷西博望遠(yuǎn)鏡300米的量級(jí)，若依舊采取剛性支撐，饋源艙的重量將由前者的千噸級(jí)上升到逾萬(wàn)噸，無(wú)論從造價(jià)還是穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，都是一件難以想象的事。

“憋了很長(zhǎng)時(shí)間。后來(lái)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(jí)，有很多創(chuàng)新要跟上。”段寶巖用六根大跨度柔性索來(lái)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(wàn)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(wèn)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(lèi)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(dòng)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(guó)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(guó)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(guó)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(wèn)題研究”立項(xiàng)啟動(dòng)。段寶巖率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了一場(chǎng)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(zhǎng)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(kāi)會(huì)。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(zhǎng)”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(tái)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國(guó)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(zhuān)利、14件軟件著作權(quán)、70余篇頂級(jí)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(zhuān)題，且“關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，項(xiàng)目成果總體居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，其中多場(chǎng)耦合理論模型、非線性結(jié)構(gòu)因素對(duì)電性能影響機(jī)理居國(guó)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(lái)喜訊：世界首個(gè)全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)順利通過(guò)驗(yàn)收。專(zhuān)家組一致認(rèn)為：該項(xiàng)目成果總體處于國(guó)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(guó)際領(lǐng)先水平。對(duì)我國(guó)下一代微波功率無(wú)線傳輸技術(shù)與空間太陽(yáng)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。”作為“逐日工程”的首席科學(xué)家，段寶巖設(shè)想，空間太陽(yáng)能電站未來(lái)可以成為軌道中的“太空充電樁”，為太空運(yùn)轉(zhuǎn)的各類(lèi)航空器以及地面運(yùn)轉(zhuǎn)的移動(dòng)設(shè)備充電。此外，一旦地面無(wú)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(wú)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(duì)軍用衛(wèi)星、空間武器、大型艦船、地面軍事設(shè)施的無(wú)線供電，特別是在軍用應(yīng)急雷達(dá)、平流層飛行器、無(wú)人機(jī)群等無(wú)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(guó)家安全。

3

讓淬煉人才之火燒得再旺些

“博士論文如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的煎熬，那就是白開(kāi)水，沒(méi)有意義。”段寶巖對(duì)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(xiě)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(lái)佐證，并敢于和國(guó)際同行對(duì)比。每一個(gè)從他手里畢業(yè)的博士都會(huì)經(jīng)歷這樣的人生“至暗時(shí)刻”。

盡管已是院士，段寶巖對(duì)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(duì)自己的每一次實(shí)驗(yàn)、每一個(gè)文字負(fù)責(zé)。

“段老師對(duì)我的影響很大，尤其在做研究方面，他說(shuō)做學(xué)問(wèn)就要深入去做，不能浮于表面，要注重創(chuàng)新。”樊冠恒博士深有感觸地說(shuō)，“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。”

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(píng)為二級(jí)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。”在段寶巖眼中，工廠車(chē)間和項(xiàng)目工地就是“人才演兵場(chǎng)”。他常說(shuō)，“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(chǎng)，親自動(dòng)手實(shí)際操作。

一天凌晨，北校區(qū)新科技樓門(mén)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(yáng)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(cè)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(méi)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。”項(xiàng)目組成員李娜教授說(shuō)，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(jiǎn)易車(chē)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(huì)了測(cè)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(guó)際科技前沿，面向國(guó)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(wèn)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(zhǎng)起來(lái)。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(wàn)元獎(jiǎng)金全額捐贈(zèng)出來(lái)，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(shuō)。

《中國(guó)教育報(bào)》2022年11月11日第5版