中国为什么要重视力学的发展？工程科学家与其他科学家有何区别？直径不超过5米的火箭是如何将直径远大于自己的天线送入太空？进入新时代，中国科学家如何实现科技突破？为此我们采访了中国科学院技术科学部院士、力学家胡海岩。
胡海岩院士专访（本文根据专访内容整理）
我们为什么要研究力学？
问：您本科时是数学系的第一名，后来从数学转到力学，请问您现在如何评价自己当时做出的选择呢？
答：现在来看，我当时的考虑还是很合理的。在转专业之前，我已经在数学专业学习了3年。此时学校决定成立力学专业。我综合考虑了一下，出于自己对力学的兴趣以及在读大学前的4年工人经历，觉得如果转到力学专业，可以将自己4年的工人经历充分利用起来。很多人提起当年的经历，比如到农村去下乡了几年或者当了几年工人，认为跟他们后来从事的学术研究好像没有关联。
但是我的选择同我过去的经历是高度关联，甚至那段工人经历给了我很 大的帮助。
青年时代的胡海岩
图片来源：中国工程院院士馆
问：您认为相比于理论知识，实践经验对于力学研究有何意义？
答：数学完全是理论，但是力学则是一门基于实验的科学，甚至可以说是工程科学。一个人如果有工程背景，再去研究力学，肯定比没有工程背景要理想很多。
问：您如何看待力学在当今社会的重要性？
答：我觉得不同国家面对的情况是不同的。对于中国，力学就特别重要。因为中国是一个具有独立完整工业体系的大国，而且正处在工业化发展的中期或后期，所以我们现在强调中国创造。实际上，中国创造就要以力学作为创造的工具，甚至提供一些创造的思路。如果是一个小国家，没有非常齐全的工业门类，可能力学就起不到这么大的作用。例如，中国的航空航天是完全要走独立发展的道路，而航空航天最重要的学术基础就是力学。
飞机为什么能够飞起来？是因为有一系列的力学知识在支撑它。
问：您觉得科研工作者需要具备什么素质条件？
答：我觉得，不同领域可能有很大差异。比如我所在的中国科学院技术科学部，可能在西方国家叫做工程科学部，这个学部的科学家们是研究工程中的科学问题。我们研究的问题跟完全来自大自然的科学问题不一样，比如像生命科学家所探索的是生命领域最基础的东西。
而工程科学家是研究人造的系统，最终要为解决工程产品的研发提供科学理论依据，甚至要解决研制过程中的一系列科学问题。将这类科学问题跟自然界的科学问题进行类比的话，有些地方是相似的，有些地方存在很大的区别。工程科学家要研究的工程科学问题最终要落在产品上，要让产品取得成功，包括产品应该如何设计，使产品有比较好的性能，包括经济性能等。
现在一些高科技产品往往还涉及科技伦理，比如无人驾驶。无人驾驶汽车会产生一系列的科技伦理问题：如果无人驾驶汽车出了车祸，那么责任是由车主承担，还是制造商或设计人员承担？所以这就要求工程科学家的知识面，可能需要比一般的科学家更宽一些，类似于像经济性、伦理性方面的要求，一般的科学家可能不是特别关注。
无人驾驶测试车辆（右一）在北京市亦庄一处测试路段行驶
图片来源：新华社
问：可以理解为工程科学家其实是关注到产品能够解决当下什么样的实际问题，尤其是从人类需求的角度出发？
答：是的，绝大部分的工业产品是为 人服务的。只要跟人有关系，问题就变得复杂了。如果只是仰望星空，作为一个天文学家看天上的星星，看宇宙，那可能跟人没有直接的关系。因此，不同的学科对于不论是知识结构，还是专业的领悟都会有一些区别。
让“变形金刚”成为现实
问：您和您的团队在多柔体系统动力学的研究中取得了进展，您能介绍一下这项研究及其意义吗？
答：多柔体动力学是指把很多个柔软的零部件组装成一个工业产品。以机器人为例，我们现在看到的机器人都是很刚硬的，比如工业机器人，汽车生产线上的工业机器人都是一个个的硬家伙。尽管人们幻想着在未来使其成为变形金刚，适应于各种各样的装配需求，但实际上是非常困难。一种可能性是使机器人的零部件，例如它的手臂——抓取物体的末端的操纵器是比较柔软、比较灵活的，所能实现功能的范围就会更宽。
机器人制造汽车
图片来源：新华社
我们团队研究的多柔体动力学主要是为航天科技工业服务。例如，为了加强对地观测的能力，可以在卫星上装一个很大的天线，使得对地球的观测可以非常精细，甚至可以观察到荒无人烟的边远地区发生的滑坡、岩石演变等情况，这就可以对地震等灾害进行提前预报。
如此大的天线，它的直径可能是15米，甚至是20米，而我们发射的火箭直径只有四五米，不超过十米。
那么要把这样一个大天线装到这个火箭里 面，再发射到太空的唯一办法就是把它折叠起来，然后到太空以后再把它展开。像这样的天线就是一个柔性的多体系统，它里面有很多柔软的部件，像绳索等。等到太空展开时，它是一个很复杂的形态。因为在地面上展开的时候，受重力影响它肯定是往下落。在太空中没有重力的情况下，它可能往东飘，也可能往西飘。这样一些复杂的行为，必须在发射之前就通过计算机将之模拟出来。
这样的问题就叫做多柔体系统的动力学。我们团队近几年主要研究这类问题，也取得很可喜的进展。目前我们国家已经发射多颗带着15米量级天线的卫星，并在太空中展开成功。
大型星载天线在轨展开仿真
图片来源：北京理工大学
问：科学创新绝非易事，请问您和您的团队在研发过程中有没有什么印象深刻的事情？
答：在整个研发过程中，我们与航天工业部门合作紧密。
航天工业部门负责最终产品的设计、生产研制、发射，我们负责解决其中一些复杂的力学问题。想要解决这些力学问题面临着许多困难，例如国外的资料难以获取，我们需要完全依靠自己的力量。中国现在强调科技自立自强，难点集中在缺少资料，且要在前人没有做过的情况下，实现对应的目标。这对年轻人是挺大的考验，因此我们不断地给年轻人鼓励，希望他们有自信心。
可喜的是，现在的年轻一代很优秀，团队中研究该问题的几个博士、博士后都是30岁左右。我认为他们今后发展下去可以越做越好。
在我们科研过程中，没出现研究了一年两年也没能解决的问题。因为我们选择问题的时候，我们已经拥有比较好的基础，我们相信按照自己的思路做下去是一定能成功的。虽然中间有一些小困难，但基本上没有出现一直被卡住的情况。
给青年学子的寄语
问：您对于从事这一领域的青年科研工作者有什么建议吗？
答：我跟我们团队的年轻老师还有学生们说过，我们现在正处在一个最好的时代。这个时代有这么几个特点：一、国家已经有很好的经济实力和科学技术的基础，而且高度重视科技创新，年轻人可谓是生逢其时；二、航空航天科技需要自立自强，只要树立自信，遵循客观规律，最后证明都能干成。从这两个角度看，我对我的学生充满信心。我相信到2035年，我们在很多领域一定会令世人刮目相看。