“小學科”成就大貢獻

    ■“國之大者·科學家”系列

“能不能實現(xiàn)遠大目標，關(guān)鍵是做好當前的每一件事。現(xiàn)在可能不一定看得那么遠，但是走好這一步可以看到下面兩三步，要把每一步走扎實了?！敝袊こ淘涸菏俊⑽靼搽娮涌萍即髮W教授段寶巖認真地說。眼前的他儒雅隨和，精神矍鑠，一點兒也看不出已年過六旬。

從事電子機械工程的教學科研工作30余年，他胸懷星辰大海，帶領(lǐng)團隊致力于高性能電子裝備機電耦合理論及應(yīng)用研究，腳踏實地一步步探索創(chuàng)新，開辟了我國電子裝備機電耦合研究的新領(lǐng)域。研發(fā)項目“高密度柔性天線機電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計平臺及應(yīng)用”獲2020年度國家科學技術(shù)進步獎一等獎。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鏡等國家重大工程與裝備中，讓電子機械工程這個曾不被人看好的“小學科”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、當民辦教師……艱辛繁重的勞作下，他堅持天天讀書到深夜?！澳菚r候，一心想讀書，想學習。”段寶巖說。

機會永遠青睞有準備的人。1978年春，段寶巖順利通過高考，被西北電訊工程學院（西安電子科技大學前身）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。

“入學招到電子機械專業(yè)，一開始有點沮喪，感覺是學機械的，后來才對這個專業(yè)有了深刻認識?！倍螌殠r說，電子機械工程，是一個主要研究電子裝備中機電耦合問題的交叉學科，對于大部分人來說，這是一個不太起眼也不太知名的“小學科”。當年一起報考的學生甚至有中途退學重考的，足見大家對其發(fā)展前景的不看好。“但我堅信行行出狀元，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。

40多年后的今天，段寶巖的夢想實現(xiàn)了。他帶領(lǐng)團隊給國之重器裝上了“千里眼”“順風耳”。

“電子機械實際上研究的是電子系統(tǒng)里的機械結(jié)構(gòu)問題，覆蓋面很寬，是個很好的專業(yè)。機械結(jié)構(gòu)對電性能的實現(xiàn)起著重要的制約作用，比如衛(wèi)星，既要求體積小、重量輕，又要求功能強大，這就需要從機電結(jié)合的角度系統(tǒng)化設(shè)計裝備?！倍螌殠r說。

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

從導(dǎo)師拋給的三個研究方向中，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)拓撲優(yōu)化設(shè)計課題作為主攻方向，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)拓撲優(yōu)化聯(lián)系在一起，出色完成了研究。

當時正值“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，在國外學習期間，學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？！”

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

機械與電性能的關(guān)系發(fā)展到今天，經(jīng)歷了從開始的機電分離到機電綜合，再到如今的新階段——機電耦合。普通大眾對機電耦合的理解可以從一個比方開始：機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”，像男性，后者“柔而虛”，像女性。機電耦合就好比男女戀愛，步入家庭。男方當家則偏向機械，出路是以大型數(shù)控機床、船舶、兵器為代表的重大裝備。若女方當家，出路則是雷達、通信、導(dǎo)航、天線為代表的電子裝備，這也是段寶巖團隊研究的方向?！胺蚱迏f(xié)力”的目標是建設(shè)一個和諧美滿的家庭，過程是彼此配合的高度默契，機電耦合的實質(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)團隊圍繞機電耦合展開了數(shù)十年持之以恒的科研攻關(guān)，提出了機電耦合優(yōu)化設(shè)計思想與數(shù)學模型，為機電耦合設(shè)計的工程應(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鏡、我國第一部最大的GBR防空反導(dǎo)雷達、首部靜電成形薄膜天線等重大裝備。2011年，憑借機電耦合技術(shù)方面的創(chuàng)新，段寶巖當選中國工程院院士，成為我國電子機械學科第一位院士。

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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，無論從造價還是穩(wěn)定性來說，都是一件難以想象的事。

“憋了很長時間。后來提出了光機電一體化方案，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項目最大的難點——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，被世界同行譽為“變革式創(chuàng)新”。

而這只是段寶巖電子耦合理論與實踐中一個亮眼的案例。神舟飛船、探月工程等一項又一項國家重大工程都留下了他們團隊的身影，他們以智慧力量賦能這些大國重器，使其實現(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”計劃項目“電子設(shè)備機電耦合基礎(chǔ)問題研究”立項啟動。段寶巖率領(lǐng)團隊開始了一場持續(xù)15年的“奔跑”。

彼時，他還擔任西安電子科技大學校長的職務(wù)，白天忙行政事務(wù)，晚上加班搞科研。一周七天，四個分項目組排隊開會。高強度的工作運轉(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”，團隊奔跑的速度更快了。

2021年，“高密度柔性天線機電耦合技術(shù)與綜合設(shè)計平臺及應(yīng)用”項目榮獲國家科技進步獎一等獎，這個凝聚了段寶巖團隊十余年心血的項目，最終產(chǎn)出了46項發(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、機械學、電磁學、熱學、控制等多學科領(lǐng)域的15個研究專題，且“關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，項目成果總體居國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平，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”研究團隊傳來喜訊：世界首個全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽能電站地面驗證系統(tǒng)順利通過驗收。專家組一致認為：該項目成果總體處于國際先進水平，其中多項性能的主要技術(shù)指標位居國際領(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，我們現(xiàn)在就從最有可能實現(xiàn)的地方做起。”作為“逐日工程”的首席科學家，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”，為太空運轉(zhuǎn)的各類航空器以及地面運轉(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)用價值廣闊。比如，能在邊遠地區(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、平流層飛行器、無人機群等無線供電方面，可確保持續(xù)、靈活、可靠、實時的能源供應(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)過幾個月的煎熬，那就是白開水，沒有意義?！倍螌殠r對學生的嚴格在業(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)新點不明顯，工作意義高度不夠，成果顯現(xiàn)度不好。他鼓勵學生一定要用實驗數(shù)據(jù)來佐證，并敢于和國際同行對比。每一個從他手里畢業(yè)的博士都會經(jīng)歷這樣的人生“至暗時刻”。

盡管已是院士，段寶巖對學生論文仍然是逐字逐句地修改。他告誡學生，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驗、每一個文字負責。

“段老師對我的影響很大，尤其在做研究方面，他說做學問就要深入去做，不能浮于表面，要注重創(chuàng)新?！狈诤悴┦可钣懈杏|地說，“每天早上七點半我到實驗室的時候，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、標點都作了修改，這種勤勉、嚴謹?shù)木褚恢奔钪?。?/P>

段寶巖非常注重在學生中發(fā)現(xiàn)科研好苗子，給本科生指導(dǎo)畢業(yè)論文是他多年的習慣，一旦發(fā)現(xiàn)有好苗子就選入項目組鍛煉、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。“逐日工程”項目組中，“80后”“90后”科研人員占比達61%，其中80%是段寶巖培養(yǎng)出的學生。

“搞科學研究，特別是我們這樣的工程項目，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”，鼓勵學生要敢于“啃硬骨頭”，多跑現(xiàn)場，親自動手實際操作。

一天凌晨，北校區(qū)新科技樓門口，幾個剛出實驗室的學生被一位老師抓了“壯丁”——幫忙抬一個200公斤的天線。就在大家一起抬天線的時候，學生們才發(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證系統(tǒng)搭建攻堅階段，段寶巖與團隊成員三班倒，24小時不間斷地工作，使地面驗證系統(tǒng)測試成功時間比原定技術(shù)路線節(jié)點提前了近三年。

“段院士承擔的那些大項目，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，只能靠自己一點點摸索?！表椖拷M成員李娜教授說，有時候項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，他們就在實驗室用簡易車床自己加工。而建大射電望遠鏡5米模型、50米試驗天線等實體，硬是讓這些學電子機械出身的年輕人，學會了測量、機加工、土木工程等“硬本領(lǐng)”。久而久之，團隊成員個個練得“文武雙全”，既能在電腦上跑方程，又能下工地焊板子。

瞄準國際科技前沿，面向國家重大需求，段寶巖帶領(lǐng)團隊一路攻堅克難，解決重大科學問題，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，一項項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技術(shù)獎200萬元獎金全額捐贈出來，在學校設(shè)立科教創(chuàng)新基金，激勵青年科研人才產(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》2022年11月11日第5版