中国创新背后的科技巨匠

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2021-04-21

2020年1月10日,2019年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。习近平、李克強、王沪宁、韩正等党和国家领导人出席大会并为获奖代表颁奖。
中国工程院院士、原中国船舶重工集团公司第七一九研究所研究员黄旭华,中国科学院院士、中国科学院大气物理研究所研究员曾庆存,共同获得2019年度国家最高科学技术奖。
中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平为获国家最高科学技术奖的两位院士颁发奖励证书。
黄旭华:“核潜艇之父”的深潜人生
黄旭华的一生,就是一部我国核动力潜艇的研制史。他呕心沥血,毕生致力于我国核潜艇事业开拓发展的精神令人动容;他锲而不舍,为我国核潜艇从无到有、跨越发展、不懈奋斗的拼劲催人奋进。
作为我国“核潜艇之父”的黄旭华,为国家利益隐形埋名三十余载、默默工作,60多年来潜心技术攻关,为核潜艇研制和跨越式发展做出巨大贡献。
1月10日,在人民大会堂的领奖台上,黄旭华院士满怀激动地接过了习近平总书记为他颁发的沉甸甸的奖章、证书。
1926年,黄旭华出生在广东汕尾海丰县的一个小镇,小学毕业时,全面抗战拉开了序幕,家乡饱受日本飞机的轰炸,这位海边少年就此立下报国之愿。“我的人生,就是在日本飞机的轰炸声里决定的。原来我的名字叫做黄绍强,后来我将‘绍强’这个原名留给二哥使用,给自己取名‘旭华’,意思是中华民族必定如旭日东升一般崛起,我要为中华民族的强大做贡献。”黄旭华说。
高中毕业后,黄旭华同时收到中央大学航空系和上海交通大学造船系录取通知。在海边长大的他毅然决然地选择了造船。1949年,黄旭华毕业于交通大学造船系,成为中共预备党员。7月,黄旭华被选派到中共上海市委党校学习,先后在上海军管会船舶建造处、上海招商局(海运局)工作。
新中国成立初期,掌握核垄断地位的两个超级大国不断施加核威慑,50年代后期,中央决定组织力量自主研制核潜艇。黄旭华有幸成为这一研制团队成员之一。1957年元旦,他回到阔别已久的老家。63岁的母亲再三地说:“工作稳定了,常回家看看”。
离开家研制核潜艇时,他才刚刚30岁出头,由于严格的保密制度,长期以来,黄旭华不能向亲友透露自己实际上是干什么的,也由于研制工作实在太紧张,从1958到1986年,他没有回过一次老家海丰探望双亲。1988年南海深潜试验,黄旭华顺道探视老母,95岁的母亲与儿子对视却无语凝噎,30年后再相见,62岁的黄旭华,也已双鬓染上白发。30年的时光中,他和父母的联系仅仅寄托在了一个海军信箱,父亲直至去世也未能再见他一面。面对亲人,面对事业,黄旭华隐姓埋名三十载,默默无闻,寂然无名。
从1958年参加核潜艇研制工作开始,94岁的他至今仍战斗在核潜艇研制领域。
中国为什么必须有自己的核潜艇?黄旭华解释道,要反对原子弹,自己必须拥有原子弹,有了原子弹,必须要有执行第二次核打击的手段,只有拥有了核潜艇,才能把原子弹彻底地埋在水底下。核潜艇,是集海底核电站、海底导弹发射场和海底城市于一体的尖端工程。然而核潜艇的研制并不是一蹴而就的,加之当时的中国工业基础薄弱,想要拥有核潜艇可以说是难上加难。
1965年,核潜艇研制工作全面启动,核潜艇总体研究设计所成立,黄旭华开始了“荒岛求索”的人生。
在开始探索核潜艇艇体线型方案时,黄旭华碰到的第一个难题就是艇型。最终他选择了最先进、也是难度最大的水滴线型艇体。黄旭华回忆说:“当时,我们只搞过几年的苏式仿制潜艇,然而核潜艇和常规潜艇有着根本的区别,核潜艇什么模样,大家都没有见过,对内部的构造更是一无所知,没有核潜艇的相关知识和参考资料,没有足够的科研水平,没有硬件条件,摆在我和同志们面前的情况十分棘手。”
没有条件,怎么办?那就创造条件,不等不靠,迎难而上。黄旭华等10余人靠着“骑驴找马”的工作思路,通过走出去“种菜”的办法提升科研能力,运用“土”办法解决尖端技术问题。黄旭华和一代艇的科技人员长期在协作单位蹲点“种菜”,开展工作。他们先后派出200多名科技人员,到工地去“种菜”,按照潜艇的总体设计要求,在工地上和施工方、用户方共同完善设计、处理施工问题。
黄旭华带领团队自力更生、艰苦奋斗,没有现成的图纸和模型,就一边设计,一边施工,日以继日的加班加点;没有计算机,就用算盘和计算尺替代,呕心沥血,终于算出了首艘核潜艇的几万个数据;为了控制核潜艇的总量和稳定性,边角余料也要过秤称重……几年的建造过程,天天如此,使核潜艇下水后的数值和设计值几乎吻合。
除了使用“土”办法攻克技术问题外,黄旭华和团队想到了另一个办法,那就是从情报入手,开展扎实的调查研究工作。当时国外保密控制很严,在浩瀚无边的报刊杂志和论文资料中,要寻找有价值的核潜艇资料,犹如大海捞针,而且能找到的资料往往掐头去尾,真假难分,不信不行,全信可能上当。为从零零碎碎、真假难辨的资料中拼凑有用信息,他们时刻携带“三面镜子”:用“放大镜”搜索相关资料,用“显微镜”审视相关内容,用“照妖镜”分辨真假虚实。
通过调研,科研人员将搜集到的零零碎碎、真真假假的资料经过分析、鉴定,集成为美国核潜艇的总体。但这样主观集成的核潜艇总体,到底有多少可信度?黄旭华心中没底。
当时,正好有两个人,一个从美国、一个从中国香港,带回两个美国“华盛顿号”导弹核潜艇的儿童玩具模型。玩具很仿真,板子可以掀开,掀开后里面有密密麻麻的设备。包括黄旭华在内的科研人员对玩具进行了多次肢解、组合。“我们发现这两个模型同我们一半靠零散资料一半靠想象画出的图纸基本一样。虽然大家没有见过核潜艇,对美国核潜艇技术一无所知,但这个模型给了大家一个直观的参考,也大大增加了信心。”黄旭华说。
核潜艇技术复杂,配套系统和设备成千上万,不能盲从一个玩具模型。为了在艇内合理布置数以万计的设备、仪表、附件,黄旭华不断调整、修改、完善,让艇内100多公里长的电缆、管道各就其位,为缩短建造工期打下坚实基础。就这样一步步,黄旭华和同事们突破了核潜艇中最为关键的核动力装置、水滴线型艇体、艇体结构、发射装置等技术。   1970年12月26日,中国第一艘攻击型核潜艇顺利下水。1974年8月1日,中国第一艘核潛艇被命名为“长征一号”,正式列入海军战斗序列。问世18年,我国核潜艇一直没能进行极限深度的深潜试验。1988年这项试验在南海正式展开,在核潜艇的所有试验中,此项试验最具风险与挑战。
核潜艇上一块扑克牌大小的钢板,深潜后承受的外压是1吨多。艇体但凡有一块钢板不合格、一条焊缝有问题、一个阀门封不严,都可能面临艇毁人亡的结局。虽然设备经过了全面的检修,也准备了28套500多条应急处置预案,但是参试人员仍然面临着巨大的心理考验。甚至有的参试同志拍了“生死照”,以防万一失败后做个“最后的留念”。参试的年轻艇员满腔热血,还有的写好了遗书。
这位总设计师将这一切都看在了眼里,他当即决定,亲自下艇,成为当时世界上核潜艇总设计师亲自下水做深潜试验的第一人,这一年的他已经62岁。“所有的设备材料没有一个是进口的,都是我们自己造的。开展极限深潜试验,并没有绝对的安全保证。我总担心还有哪些疏忽的地方。为了稳定大家情绪,我决定和大家一起深潜。”黄旭华说。
随着试验从浅潜到深潜,海水挤压着艇体,舱内不时发出巨大声响,参试人员全神贯注,坚守在各自的岗位,黄旭华镇定自若,全程沉着冷静、全神贯注地记录和测量各种数据,直至下潜到极限深度。当核潜艇慢慢上浮至100米继而浮出水面时,现场的人群沸腾了,黄旭华也抑制不住内心的欣喜和激动,诗兴大发,即兴赋诗一首:“花甲痴翁,志探龙宫。惊涛骇浪,乐在其中!”
事实证明,一代核潜艇的设计、建造都达到了预期,中国人民海军潜艇史上首个深潜纪录由此诞生,中国核潜艇的总设计师随同首艇一起深潜也成为佳话。对于问鼎国家最高科学技术奖,黄旭华直言“没有想到”。“这个奖代表的是我们科学技术水平达到了最高境界,虽然是奖励给我个人,但荣誉是给我们船舶人和协作单位的。”
“干惊天动地事,做隐姓埋名人”真正成为了黄旭华一生的写照。
“大闹天宫”六十载,让天有“可测”风云
刚迈入2020年的北京格外的冷,颁奖那天却比往常暖和许多,或许是老天爷想给这位“大闹天宫”的老人一个特殊的庆祝方式。
他是气候数值模拟和预测研究的先驱者之一,他的研究多为原创性,他首创的“半隐式差分法”用于天气预报业务,该方法至今仍在被广泛采用,是世界上第一个成功求解原始方程作数值预报的方法,并发展了数值天气预报的数学物理基础理论。
他在卫星大气红外遥感研究中提出“最佳信息层”和反演方法,被世界各主要卫星数据处理和服务中心所采用,服务于实时天气预警和短期天气预报。
他恪守邦国之命,兴伟业,争尖端。历经六十余载,他“征服”了变幻莫测的天气,让天有“可测”风云。他就是曾庆存——国际数值天气预报理论的奠基人,中国科学院大气物理研究所研究员,国际著名大气科学家。
出生于1935年的曾庆存,今年已是85岁高龄。耄耋之年,依然精神矍铄、风度翩翩,作为中国科学院院士的他仍奋战在科研一线。
气象学这个“冷板凳”曾庆存一坐就是几十年。
1952年,曾庆存考入北京大学物理系。让他印象深刻的是,“1954年的一场晚霜,把河南40%的小麦冻死了,严重影响了当地的粮食产量,老百姓吃不饱肚子。如果能提前预判天气,做好防范,肯定能减不少损失。我从小在田里长大,挨过饿,深有体会。”
新中国成立之初,百废待兴,国内气象科学人才短缺问题亟待解决。在这种背景下,学校安排了一部分学生改学气象学专业,曾庆存毫不犹豫地答应了。
20世纪50年代,即将毕业的曾庆存到中央气象台实习,看到气象预报员们废寝忘食地守候在天气图旁进行分析判断和发布天气预报。但由于缺少精确计算,做天气预报往往只能定性分析判断,凭经验做预报,心里没把握。
“那时我就下决心要研究客观定量的数值天气预报,提高天气预报的准确性,增加人们战胜自然灾害的能力。”曾庆存说。
大学毕业后,曾庆存被选派进入苏联科学院应用地球物理研究所学习,师从著名气象学专家基别尔。
到了苏联之后,曾庆存学习极其认真刻苦。他发现自己在国内所学的知识跟人家还差了一大截。
“数学水平不行,物理基础不牢,底子薄”。他日后回忆。
不服输,就必须努力。一本书的第一页他要读几天才能明白,所以只有努力啃书本,把第一章的知识学懂,后面才能学得越来越快。
一年半后,他以扎实的数学物理功底引起基别尔的注意,导师以一种特别的方式褒奖了优秀学生——给他出了一道世界难题,即用原始方程作短期天气预报。
当时的曾庆存不知自己走的是一条开辟性的道路,一个里程碑式的伟大研究。
数值天气预报是在一定条件下将大气复杂的状态数据,通过大型计算机,用可计算的方程模型做数值计算,预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。数值天气预报很新,很难。其中最难的,就是原始方程的算法。因为大气运动非线性强、具有多尺度特征,且需要计算的物理变量和自由度巨大,如变量包括:温度、气压、湿度、风向、风速等等。在当时的计算条件下,要想“追上天气变化的速度”并将其计算出来,几乎是天方夜谭。
面对难题,曾庆存却表现的很兴奋。
“我后来想到,何不化繁为简,隐去对方,先各自计算气象参数,再加以整合。”在导师的指导下,曾庆存开始全力攻坚。那个年代,计算机在苏联也是稀缺宝贝,曾庆存每天只有10个小时的上机时间,而且还只能在深夜。于是,他就白天用纸算,晚上带着纸条去上机,一万多行程序,一条条验证。
明知山有虎,偏向虎山行。冥思苦想,反复试验,最终从分析大气运动规律的本质入手,想出了用不同的计算方法分别计算不同过程的方式,首创求解大气运动原始方程组的“半隐式差分法”,给出了世界上第一张采用原始方程组的天气预报图。那一年,曾庆存26岁。   不久后,这项成果在莫斯科世界气象中心应用,天气预报准确率前所未有地提升到了60%以上。自此,被世界气象组织盛赞“20世纪最重大的科技和社会进步之一”的数值天气预报,从梦想照进了现实。
面对随之而来的赞誉,曾庆存选择了立刻回国。他说:“当时就一个念头,回国!我是广东农村的贫苦孩子,没有党、没有新中国,我哪能上大学!国家需要我回去搞建设。”
回国时他为自己写了一首诗“温室栽培二十年,雄心初立志驱前。男儿若个真英俊,攀上珠峰踏北边”。
学成回国的曾庆存被分配到中国科学院地球物理和气象研究所气象研究室工作。苦于当时国内没有电子计算机,回国后的曾庆存集中攻关大氣和地球流体力学以及数值天气预报中的基础理论问题。这在当时看来是十分抽象和“脱离实际”的。
曾庆存咬牙坚持,在大气和地球流体力学的物理数学理论研究上作出开创性、系统性成果,并发展了一些至今仍是世界数值天气预报和气候预测的核心技术。
在科研的道路上,曾庆存从未止步。1970年,曾庆存又服从国家需要,开始深入研究应用卫星开展大气红外遥感的基础理论问题,
自此,曾庆存开始了“攀上珠峰踏北边”的攀登科研高峰之旅——踏足全新的气象卫星领域,提出“最佳信息层”和反演方法,出版了国际上第一本系统讲述卫星大气红外遥感定量理论的《大气红外遥测原理》、出版了被誉为“气象学理论化极重要篇章”的《数值天气预报的数学物理基础》、开创了跨季度气候动力学预测研究和气象灾害监测预报与防灾调度方法研究、提出了人工调控自然环境的理论方法、气象灾害的监测、预测和防控调度实用研究等。
因为热爱,所以痴迷。这是学生胡非眼里的老师。
在科研上,他乐此不疲,热衷果敢,在育人方面,他桃李满天下,已经为国家培养出三名院士,科学家的奉献精神深深的感染着他的每一位学生。
“他最感染我的是几十年如一日对科学的兴趣,对新知识的渴求。他是一个对宇宙、自然、社会等所有知识都充满好奇的人。“胡非说。
曾庆存在科学的道路上也有自己的引导者,就是他的家人。
曾庆存出生在广东省阳江县一个贫困的农民家庭。“小时候家贫如洗。双亲率领我们这些孩子力耕垅亩,深夜劳动归来,皓月当空,在门前摆开小桌,一家人喝着月照有影的稀粥——这就是美好的晚餐了。”这是曾庆存在《院士自述》中的一段话。
谈到自己的启蒙老师,曾庆存说“毫无疑问是自己的父亲”。没正式读过书的父亲深知读书的重要性,他让两个儿子一边务农一边读书。在父亲的教导下,这个家庭培养出两位科学家:一位是曾庆存,另一位是他哥哥曾庆丰——我国著名地质学家。
虽然家境贫寒,但曾庆存父母对孩子的教育却没有一丝懈怠。父亲曾明耀从小就给孩子们营造了极好的知识氛围。读书也是曾明耀的未竟之志,他一生对知识的崇敬和渴求在孩子们心中种下求知的种子。
“我现在还在亲自带年轻人和学生,希望再为中国气象事业培养一些栋梁,为学科交叉建设桥梁。”曾庆存说。
曾庆存时常教导学生要甘坐“冷板凳”,要有“十年磨一剑”的精神。
谈及我国气象事业,曾庆存说:“我们气象事业整体上是世界一流的,简言之没必要自卑,不要自我否定,我希望搞研究的人也要很好地联系实际,除了向外国学习,也要向我国的气象人员学习,从实践中找出研究的问题。希望我们的青年人很好地继承这个传统。我自己是一个气象科研领域的‘老战士’,愿意为真理、为人民、为国家、为党奉献一切。我希望我们后一辈也这么做。”
科技之强,民族之强。
有这样一个特殊群体,他们或许一生奉献于科学,默默无闻,不为公众所知,不为大众舆论所关注,他们不是时髦明星,朴实无华,埋头干事,甘于寂寞。他们身上的科学精神、科学方法、为人处世、乃至价值理念,如同金子一般闪烁着,是真正的国家“宝贝”,更是民族的脊梁。

THE END

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