我们都知道,我军的导弹现在打得很准,但知道为什么打得准的就少了,而知道是谁让导弹打得准的,就少之又少了。
这个人不是别人,他就是中国激光陀螺仪奠基人、中国工程院院士高伯龙教授!是他,把钱学森生前留下的关于激光陀螺仪的手稿变成了现实,而且一干就是43年,将中美两国之间在这一领域的差距一下缩短了20年!
高伯龙院士曾经说过这样一句话:“外国有的、先进的,我们要跟踪,将来要有;但并不是说外国没有的我们不许有。”
而高伯龙院士不但是这样说的,更是顶着重重压力落实这一理念的践行者。
钱学森是中国导弹之父,在研究中他发现,导弹光有威力大还不行,必须还要打得准。打个比方说,一个人力气很大,但你每次出拳都打不到对手,空有一身力气却击不中目标,那么这身力气就打了折扣。威力巨大的导弹也是这样,必须要打得准,才能发挥出其最大的作战效能。要想使导弹打得准,就和导弹上配置的用于导航定位的激光陀螺仪的精准度有关了。
在这里科普一下什么是陀螺仪。
“陀螺”一词来源于古希腊语,是“旋转指示器”的意思,延伸到现代,只要能对物体的旋转状态进行感知测量的装置,都可被称为陀螺仪。简单举个例子,我们手机现在的计步器功能、测量和晃动处理指令等一系列功能,靠的就是陀螺仪。
1958 年,美国科学家肖洛和汤斯发现了光,1960年7月8日,美国科学家梅曼发明了红宝石激光器。环形激光陀螺更是掀起了导航系统的巨大变革,它使用两束频率不同的反向激光,测量出频差便可计算出设备敏感轴的旋转角度或旋转速度,可以精确计算物体的位置、速度、姿态、偏向。
如果说惯性测量装置好比现代高精度设备的“眼睛”,而激光陀螺的出现,就好比是惯性制导系统的“火眼金睛。”激光陀螺仪主要对运动物体在立体空间上做出精准定位,不仅能指明平面上的东南西北方向,还可以判断上下,即使在高速移动的情况下也能稳定运作,保持对目标的精确导航。
古时候人们外出定位靠指南针,能够判断大致方位,科技发展到现代的导弹时代,精确定位就得靠激光陀螺仪了。
钱学森以其对新技术的敏感性和洞察力,敏锐地意识到激光陀螺这项技术可以应用到为导弹导航上,如果成功,这必将在导弹导航系统上引起一场革命,他在繁忙的工作之余,开始关注激光陀螺仪原理的研究。
经过反反复复的实验和非常人所能理解的艰难之后,钱学森终于在1971年弄明白了激光陀螺的大致原理以及光路图信息。因为自己担负的任务太多,分不出精力继续进行激光陀螺仪的研究,他便把有关激光陀螺仪的原理和相关公式,写在两个纸条上,交给了现在的国防科技大学,让他们进行研制激光陀螺仪的相关实验。
说起来容易做起来难,激光陀螺仪导航作为前沿科技,钱学森转交的这两张纸条里的内容很少,钱学森写的这张小纸条上的内容并不详细,仅仅是激光陀螺的大致原理,但就这却已是当时中国关于激光陀螺的所有资料。
想要仅靠钱老提供的这两张纸条就十分顺畅地做出激光陀螺仪,就如蜀道之难,难如登天,因此这两张纸条也被称为“钱学森密码”。
“钱学森密码”说复杂也复杂,说简单也简单,简单的是已经有了原理,复杂的是对理论的完善和制造工艺流程的严重缺失,早期参与激光陀螺仪研究的几十个国家级研究机构,因为自身积累的贫乏和美国的技术封锁,最后都不得不放弃了对“钱学森密码”的破解。
直到1975年,有一个人接触到了激光陀螺仪研究项目,才使得破解“钱学森密码”有了转机,这个人,就是高伯龙。
而高伯龙能够接手激光陀螺仪的研究,还是因为975年全国高校撤销了基础课部,在钱学森的要求下,高伯龙从长沙工学院物理教研室,被重新分配到了承担激光陀螺研制任务的学院三系304教研室工作。
正是这次调整,让高伯龙成就了中国激光陀螺仪事业。
那么,高伯龙有何能耐,能够等到钱学森的特别关注,让他接手激光陀螺仪的研究的呢?
1928年6月29日,高伯龙出生于广西壮族自治区南宁市的一个知识分子家庭。高伯龙年轻时候经历了很多,中学时期就在数理化方面展示出过人的不凡。抗战期间,16岁的高伯龙投笔从戎,积极参与反抗侵略的战争,直到抗战胜利以后才复员重新回到学校继续完成高中学业。
1947年9月,高伯龙了考入清华大学物理系,除了平时理论方面的学习,高伯龙更钟情于形形色色的物理实验。毕业之后先是在中国科学院应用物理研究所工作,然后又调到哈尔滨军事工程学院物理教研室工作。
哈军工主体南下改为长沙工学院,高伯龙一家随之南迁,来到了长沙,物理教研室从事物理理论研究。钱学森看中的,正是高伯龙在物理研究和实验方面的才能。
调到304教研室工作以后,高伯龙面临的挑战,就是国产激光陀螺仪的研制任务,而注定是一个异常艰苦的任务。
其实最开始,高伯龙对激光陀螺仪并没有任何接触,这方面的知识也仅限于钱学森提供的那两张小纸条。但高伯龙并不气馁,而是从最基础的地方开始,一头扎进了激光陀螺仪领域的研究之中。
钱学森给的只是简单的原理和线路图,那就从最基础的理论开始。高伯龙带领团队先从理论入手,根据激光陀螺仪的性能、要求,日夜颠倒,废寝忘食地忙碌着。为了逆向推演出激光陀螺的运算原理,他们一遍遍在脑海中构思它的细节,一遍又一遍地推演,一张张草稿上写满了公式,一本本笔记记满了参数,一页页日志记录着每一个操作细节。
高伯龙仅仅用了一个星期的时间,就搞清楚了一直以来困扰激光研究小组的“离子噪音跟陀螺信号差异”问题。这让本已经因为此前的失败而失去信心的团队士气大振,也找到了研究问题解决问题的方向。
就是靠着这种刻苦的工作和孜孜不倦的追求,高伯龙终于搞清楚了钱学森那两张小纸片上所写的激光陀螺仪的原理,推算出了手稿上激光陀螺仪的理想状态,并于1976年写出了专业的《环形激光讲义》,使得中国激光陀螺仪的研究有了充足的理论保障。直到今天,研究激光陀螺仪的人不学这本书,就不敢说“入了门”,可见这本书的理论之扎实和影响力之大。
理论问题解决了,如何实践理论,就成了高伯龙教授团队的首要问题,而这就不可避免地涉及制造激光陀螺仪的技术方向问题。
当时国内外针对激光陀螺仪的研究,主要有几个不同的方向。
一个是二频抖动激光陀螺仪,另一个是四频差动陀螺仪。
二频抖动激光陀螺仪,美国等国已经有了成熟的理论与技术方案,做出的激光陀螺仪也居于世界领先地位。
所以一开始,高伯龙他们的研究方向,也放在了二频抖动激光陀螺仪研究上。但经过一番研究,高伯龙发现按照目前国内的技术、材料和工艺,根本不能满足制造二频抖动激光陀螺仪的研究要求。
而激光陀螺仪的研制任务却不能停止,怎么办?高伯龙真的是艺高人胆大,凭借自身对这方面深厚的理论储备,他大胆地提出了“自主研制四频差动陀螺方案。”
而这个一经提出,就遭到了研究小组大多数人的强烈反对,理由很简单,这个更为复杂的系统,连美国人都搞不出来,已经放弃了这方面的研究,凭我们这个连二频抖动激光陀螺仪都制造不出来的情况,再去啃更难的四频差动陀螺仪,这不是自找苦吃吗?
但高伯龙有自己的主见,他并不是一时的心血来潮,而是深思熟虑的结果。因为经过深入的研究,高伯龙发现了美国人之所以否认并放弃研究四频差动陀螺仪的根本原因,是因为美国当时的方案犯了理论性的错误,理论错了,实践能对吗?所以美国人不得不放弃继续在这方面浪费时间。
高伯龙连续作战,很快就拿出了令人信服的数据,说服了团队,全力以赴投入到了四频差动陀螺仪的研制工作中。他说,“外国有的、先进的,我们要跟踪,将来要有;但并不是说外国没有的我们不许有。”
虽然在研制方向上大家的认识得到了统一,但实验的条件却实在是太艰苦了。建设实验室,国家的拨款只有区区的4万元。就这点钱,高伯龙却大部分都被用来购置关键设备和材料上,其他的地方能简就简,能省就省。
比如实验室,是由一个旧食堂改造的,一些实验设备,是从学校的废弃设备和材料里面改造过来二次利用的,一些实验器具也是自己制作的。
因为研究对象是激光,只能在晚上黑灯瞎火的时候做实验,加上需要保持室内的密封和安静,做实验的时候不能在里面打开电扇和窗户。高伯龙和他的团队就是在这样一个艰苦的环境里专心致志地进行激光陀螺仪的各项研究和实验,几乎每个月至少20天都是处于加班状态。晚上做完实验,稍事休息,白天还得来实验室整理数据,分析问题,找到解决问题的办法。
夜以继日高强度的工作,密闭恶劣且只有一套空调机的工作环境,使得高伯龙起了一身痱子,但他硬是自己扛着,也没有向国家提出额外的要求,因为他知道那个时候国家太难了。
高伯龙和他的团队,就是在这样的工作环境和条件下,凭着对事业的执着和一腔热血全身心地投入到激光陀螺仪的研制中。
功夫不负有心人,在1978年制成第一代实验室原理样机的基础上,激光镀膜检测DF透反仪也于1980年研制成功,而这个透反仪的研制过程充满了艰辛。
决定激光陀螺仪成败的关键,在于光学薄膜。而当时我们在这方面的资料寥寥无几。国外对我们也是高度封锁,高伯龙不得不带领全队从零开始,同样是先研究吃透理论,再将其应用于实践。
为了早日自行解决这个卡脖子问题,当时已经是年过半百的高伯龙,从自学编程开始,一步一步地尝试着进行膜系设计工作。这条路做起来并不容易,主要在于当时我国的设备和制作工艺都太落后了,实验做了一遍又一遍,实验室里堆满了报废的实验膜片。望着这些废品,大家心里都不是滋味,甚至许多人都打起了退堂鼓,“工艺不行,再怎么努力也是白干,要我说还是放弃算了。”
但困难并没有吓倒高伯龙,因为他知道,自己是团队的主心骨,必须在这个时候坚定地站起来一直向前冲。他用坚定的眼神和决绝的语气告诉大家,“就算死,也要死在工作上,拿不出成果我死不瞑目!”
高伯龙的决心和气势,提振了团队的自信心,大家克服了畏惧心理,再次以坚定的步伐冲击实验。
功夫不负有心人,经过三年多的不懈努力,做了无数次的实验,不知道流下来多少汗水,具有完全知识产权的腔镜光学加工技术终于被高伯龙团队拿了下来,成功制造出了四频差动激光陀螺仪能用的膜片。
而激光镀膜检测DF透反仪,也在当年获得了湖南省重大科技成果一等奖,1987年获得了国家发明奖四等奖。
那个美国都没有能够做出来,大多数人都不看好的四频差动式陀螺仪实验室样机,也终于在1984年被高伯龙开发完成通过了技术验证,并在1987年获得国防科工委科技进步一等奖。
实验室样机出来了,高伯龙团队马不停蹄地继续攻关,这次是要拿出激光陀螺工程样机。
但从实验室样机到工程样机,是一个巨大的坎,一个是行不行的问题,一个是能不能用的问题,这个坎,太难了,以至于历经近10年,依然没有拿出激光陀螺工程样机。
1993年,由于没有能够拿出能用的工程样机,高伯龙团队遭到鉴定专家组劈头盖脸地训斥,他和团队这二十年的科研成果被说成全都是在浪费国家的钱财,并让他就此停止研究。
专家组的话让人很难受,但高伯龙把个人的荣誉置身度外,坚持自己一定可以拿出工程样机。他说,“一年!一年以后,我保证一定将激光陀螺研发出来!”
或许是看到高伯龙那种不服输不气馁的劲头,也可能是国家太需要激光陀螺仪了,专家组还是答应再给高伯龙一年的时间。
这一年的时间,高伯龙团队的压力可想而知,但高伯龙也知道,这一年,或许就是激光陀螺仪工程样机成功关键的10%,因为前面的那些年,他们已经走完了90%的路!这余下的10%,他们一定要走过去。
置之死地而后生,1994年,在难以置信地质疑和压力下,高伯龙团队终于拿出了可用的激光陀螺工程样机,并顺利通过鉴定!这个项目的成功,让我国成为继美俄法之后,第四个能够独立研制激光陀螺仪的国家!
同时,也因为中国的成功,让美国人再次开始研究四频差动式陀螺仪。所以说,外国人不行的,咱们不一定不行,外国人也会向中国人学习的。
激光陀螺工程样机和全新的全内腔绿(黄、橙)光氦氖激光器。这两个项目当年都获得了1995年国防科工委科技进步一等奖,其中全内腔绿(黄、橙)光氦氖激光器在1996年获得了国家科技进步二等奖 。
卧薪尝胆之后,高伯龙团队收获的是成功的喜悦,但这种喜悦并不只是自己的努力得到了认可,而是我们国家终于有了属于自己知识产权的、让我们的导弹可以打得更准的激光陀螺仪!
而高伯龙团队研制的全内腔He-Ne绿光激光器被称为“检测之王”,这使中国成为美国和德国之后,第3个拥有激光陀螺镀膜的膜系设计和技术工艺的国家!
金鳞岂是池中物,一遇风云便化龙!高伯龙团队先进的四频激光陀螺仪,很快就被应用到了我国“东风”系列弹道导弹、“红旗”系列防空导弹、“长剑”巡航导弹、战斗机和航母等一系列尖端导弹武器上。
高伯龙也于1997年当选为中国工程院院士。
2010年,高伯龙带领团队再接再厉,研制出国内精度首屈一指的双轴旋转式导航系统。
高伯龙院士科研成果斐然,但在个人生活上,则是非常简朴,夏季去实验室,经常穿的就是一件价值5块钱的背心,喝水就是一个老旧的搪瓷水缸。冬天,不是一件军大衣,就是一件灰色羽绒服。这些物品,有的陪伴了高伯龙院士数十年都有了。
2014年,高伯龙院士的激光陀螺创新团队在电视上亮了相。画面中,86岁高龄的高伯龙院士,穿着白背心依旧挺立在研究第一线,全神贯注地盯着电脑屏幕,两根弯曲的手指慢慢敲击着键盘。那种对科学的专心致志聚精会神,让人肃然起敬。
有网友评论:高伯龙院士穿五块钱的背心,干上亿元的大事。
由于常年劳累,高伯龙院士幻影哮喘,经常是药不离手,但依然坚持工作。老伴儿心疼他,让他减少工作时间,他却说道,“这么大岁数了,你咋不知道悠着点干。”高伯龙却安慰老伴儿:“正因为留给我的时间不多,我更要抓紧。活着干,死了算,一天不死一天干!”
高伯龙院士后来病重卧床,但一旦心里有新的想法,就会立即编辑成短信发给自己的学生。因为身体不好,编一条短信往往就得花费半个多小时。
2017年12月6日,高伯龙院士在长沙逝世,享年89岁。
老人逝世那天,他最得意的弟子张斌,把自己关进了办公室嚎啕大哭,那撕心裂肺的哭声,让人心碎不已。
致敬伟大的科学家高伯龙院士!致敬中国工程院院士、著名物理学专家、国防科技大学教授、中国激光陀螺仪奠基人!