上九天，探深海，運動從這里發(fā)源

龐貝 毛艷玲

“我們的征途是星辰大?！?，每有火箭發(fā)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(chuàng)新能力支撐才能實現(xiàn)。

“深空”“深海”“深地”怎樣到達？運動從這里發(fā)源——

他們實現(xiàn)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(huán)境電系統(tǒng)的能力。

他們是哈爾濱工業(yè)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?！迸c“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(chǎn)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(huán)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(huán)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(huán)境，測井溫度高達230℃高溫、壓強高達140MPa。

溫差大，壓力大，環(huán)境惡劣，這樣的極端環(huán)境，讓去往它們的征途更為艱難。

那么，我們?yōu)槭裁催€要去？

是需求，更是戰(zhàn)略

極端探測技術是國家安全和戰(zhàn)略利益的重要保障，《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)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(zhàn)略探測、開發(fā)和利用能力”。

2016年，國土資源部印發(fā)《國土資源部“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》，明確了深地探測、深海探測、深空探測2020年的發(fā)展任務，并指出其重要戰(zhàn)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?！?/p>

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(jīng)濟社會發(fā)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(chǎn)勘查深度達到2000米，探明的資源儲量可以在現(xiàn)有基礎上翻一番。

要通過深地探測，開展以儲備為目的的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)勘查，搞清資源家底，建立完善國家能源和礦產(chǎn)資源戰(zhàn)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?！?/p>

深海探測是建設海洋強國的戰(zhàn)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(chǎn)、生物等戰(zhàn)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(fā)展的必然，是實施海洋強國戰(zhàn)略和“一帶一路”戰(zhàn)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(fā)展”。

深空探測是未來國際科技競爭的主戰(zhàn)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(xiàn)狀，進一步認識地球環(huán)境的形成和演變，認識空間現(xiàn)象和地球自然系統(tǒng)之間的關系。

從現(xiàn)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(fā)與利用、空間科學與技術創(chuàng)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(tǒng)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(yè)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(yè)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(yè)成立于50年代初期，是我國最早的電機專業(yè)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(yè)、航天事業(yè)做出了重要貢獻。

鄒繼斌團隊繼承和發(fā)揚了老一輩科學家自力更生，艱苦奮斗的優(yōu)良傳統(tǒng)，先后承擔和完成了國家重大專項、863計劃、國家重點研發(fā)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(jīng)濟高尖技術領域項目120余項。

“自力更生，艱苦奮斗”于戰(zhàn)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(chuàng)新團隊對電機將會工作的高溫、高壓環(huán)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(shù)次探索、無數(shù)次試驗、無數(shù)次論證，也經(jīng)歷無數(shù)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(jīng)常出現(xiàn)特種環(huán)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(xiàn)和系統(tǒng)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(fā)明的新型電機系統(tǒng)性能和環(huán)境適應性達到國際領先水平，實現(xiàn)深空、深海和深地環(huán)境全覆蓋，使我國極端環(huán)境電機技術從空白到居于國際前列，打破了國外封鎖，實現(xiàn)重大裝備驅動控制基礎部件的自主可控，支撐我國極端環(huán)境探測與作業(yè)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(fā)明的新型電機系統(tǒng)均在其探測裝備上實現(xiàn)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(wěn)控制與安全運行、無機械負荷測試等方法，攻克了極端環(huán)境下電機系統(tǒng)材料與器件特性獲取與極致應用、電機耐環(huán)境與高性能設計、驅動控制和測試方法等關鍵技術問題，發(fā)明了新結構電機與電磁機構，建立了極端環(huán)境電機系統(tǒng)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(wèi)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(wěn)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(chǎn)品隨系統(tǒng)完成了飛行和探月試驗。

在深海領域，電機系統(tǒng)用于“蛟龍?zhí)枴薄ⅰ吧詈Ｓ率刻枴钡壬詈Ｑb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(tǒng);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(fā)展。

在深地領域，他們研發(fā)了30余種電機系統(tǒng)，支持11種測井儀器的開發(fā)，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(yōu)于國際測井巨頭。

產(chǎn)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(tǒng)效率較傳統(tǒng)儀器提高;擺動電機系統(tǒng)用于脈沖發(fā)生器，數(shù)據(jù)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(yè)，為捍衛(wèi)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(fā)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(chuàng)建了高性能一體化電機系統(tǒng)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(wěn)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(chuàng)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(yōu)于國外產(chǎn)品。

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

在大尺寸直驅裝備中，大力矩永磁電機系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)了驅動方式的革命，為武器裝備高精度化發(fā)展開辟了新方向。

應用于重型車銑復合加工數(shù)控機床中，大直徑、環(huán)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(shù)控機床的水平，提高了復合數(shù)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(yè)齊全的人才隊伍，為我國深空、深海、深地戰(zhàn)略任務的持續(xù)開展儲備了人才力量。

近3年來，他獲得國家技術發(fā)明獎二等獎1項、黑龍江省技術發(fā)明一等獎1項、國家軍民兩用技術創(chuàng)新應用大賽銀獎1項，發(fā)表論文55篇，SCI檢索31篇，獲中國發(fā)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(fā)明專利85項，發(fā)表論文300余篇，出版著作2部。

鄒繼斌和他的團隊用兢兢業(yè)業(yè)的研究成果，打破了國外對高端電機產(chǎn)品的技術封鎖，使我國的極端環(huán)境永磁電機系統(tǒng)技術水平達到國際領先水平;保障了國家重大戰(zhàn)略任務的順利進行，為我國的極端探測和作業(yè)裝備及技術的發(fā)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(fā)展，提高了國家的綜合實力，并且為合作單位創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

遨游太空的“玉兔號”月球車、神舟飛船、風云衛(wèi)星……深入海底的“蛟龍?zhí)枴?、“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?yōu)橹湴梁驼駣^了無數(shù)次的重大科技進展背后，是鄒繼斌和他的團隊創(chuàng)建的極端環(huán)境電機系統(tǒng)理論與技術體系發(fā)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……