■“國之大者·科學家”系列

“能不能實現遠大目標，關鍵是做好當前的每一件事。現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。”中國工程院院士、西安電子科技大學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，帶領團隊致力于高性能電子裝備機電耦合理論及應用研究，腳踏實地一步步探索創新，開辟了我國電子裝備機電耦合研究的新領域。研發項目“高密度柔性天線機電耦合技術與綜合設計平臺及應用”獲2020年度國家科學技術進步獎一等獎。該成果成功應用于探月工程、載人航天、深空探測、主力戰艦及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”也能發出“主角”光芒

1977年10月，當恢復高考的消息傳來，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務農。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。“那時候，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，一開始有點沮喪，感覺是學機械的，后來才對這個專業有了深刻認識。”段寶巖說，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，段寶巖的夢想實現了。他帶領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里的機械結構問題，覆蓋面很寬，是個很好的專業。機械結構對電性能的實現起著重要的制約作用，比如衛星，既要求體積小、重量輕，又要求功能強大，這就需要從機電結合的角度系統化設計裝備。”段寶巖說。

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

從導師拋給的三個研究方向中，段寶巖選擇了最難啃的“硬骨頭”——將極大熵原理應用于天線結構拓撲優化設計課題作為主攻方向，最終以“應變能密度分布函數”這一嶄新概念破繭而出，巧妙地將極大熵理論和天線結構拓撲優化聯系在一起，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，段寶巖為日后創建機電耦合理論完成了方法上的準備。

機械與電性能的關系發展到今天，經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，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、導航、天線為代表的電子裝備，這也是段寶巖團隊研究的方向。“夫妻協力”的目標是建設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，段寶巖帶領團隊圍繞機電耦合展開了數十年持之以恒的科研攻關，提出了機電耦合優化設計思想與數學模型，為機電耦合設計的工程應用奠定了理論基礎。研究成果被成功應用于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，憑借機電耦合技術方面的創新，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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科技創新賦能大國重器

1994年，“中國天眼”FAST項目啟動論證。應北京天文臺邀請，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，FAST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，在柔性基礎上取得高精度。既要輕，定位精度又要到毫米級，有很多創新要跟上。”段寶巖用六根大跨度柔性索來替代前者剛性支撐的創造性設想，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——饋源艙及其支撐結構系統問題。尤其在2020年阿雷西博望遠鏡轟然倒塌后，FAST成為今天“人類之眸”的僅存碩果，這一前瞻性設計更顯難能可貴。多年后，段寶巖提出的輕型索拖動系統被總結成FAST三大創新中最為關鍵的一個，被世界同行譽為“變革式創新”。

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，使其實現了“低成本”“小體積”“高精度”“快響應”。

響應國家戰略需求，2005年，“973”計劃項目“電子設備機電耦合基礎問題研究”立項啟動。段寶巖率領團隊開始了一場持續15年的“奔跑”。

彼時，他還擔任西安電子科技大學校長的職務，白天忙行政事務，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，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與綜合設計平臺及應用”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，最終產出了46項發明專利、14件軟件著作權、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、控制等多學科領域的15個研究專題，且“關鍵核心技術自主可控，項目成果總體居國內領先、國際先進水平，其中多場耦合理論模型、非線性結構因素對電性能影響機理居國際領先”。

今年6月，段寶巖帶領的“逐日工程”研究團隊傳來喜訊：世界首個全鏈路、全系統的空間太陽能電站地面驗證系統順利通過驗收。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指標位居國際領先水平。對我國下一代微波功率無線傳輸技術與空間太陽能電站理論與技術發展具有支撐性、引領性作用，應用前景十分廣闊。

“天地傳輸是終極目標，我們現在就從最有可能實現的地方做起。”作為“逐日工程”的首席科學家，段寶巖設想，空間太陽能電站未來可以成為軌道中的“太空充電樁”，為太空運轉的各類航空器以及地面運轉的移動設備充電。此外，一旦地面無線充電樁的構想獲得突破，其在民用及軍用領域應用價值廣闊。比如，能在邊遠地區供電、救災、突發事件無線供電以及降低惡劣氣候影響等方面大展身手，還可直接應用于對軍用衛星、空間武器、大型艦船、地面軍事設施的無線供電，特別是在軍用應急雷達、平流層飛行器、無人機群等無線供電方面，可確保持續、靈活、可靠、實時的能源供應，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過幾個月的煎熬，那就是白開水，沒有意義。”段寶巖對學生的嚴格在業內是出了名的。在博士生論文指導中，他寫下最多的話是：創新點不明顯，工作意義高度不夠，成果顯現度不好。他鼓勵學生一定要用實驗數據來佐證，并敢于和國際同行對比。每一個從他手里畢業的博士都會經歷這樣的人生“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，要注重創新。”樊冠恒博士深有感觸地說，“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。發給老師的論文，他不僅在結構、思路方面給予指導，就連文字、標點都作了修改，這種勤勉、嚴謹的精神一直激勵著我。”

段寶巖非常注重在學生中發現科研好苗子，給本科生指導畢業論文是他多年的習慣，一旦發現有好苗子就選入項目組鍛煉、悉心培養。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。”在段寶巖眼中，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”，多跑現場，親自動手實際操作。

一天凌晨，北校區新科技樓門口，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，學生們才發現他是段寶巖院士。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，使地面驗證系統測試成功時間比原定技術路線節點提前了近三年。

“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的人，只能靠自己一點點摸索。”項目組成員李娜教授說，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”。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，段寶巖帶領團隊一路攻堅克難，解決重大科學問題，突破核心關鍵技術，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獎200萬元獎金全額捐贈出來，在學校設立科教創新基金，激勵青年科研人才產出更多創新成果。“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