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郭永怀与我国再入物理现象研究

魏叔如

(中国科学院力学研究所,北京,100190)

    国际著名空气动力学家、新中国空气动力学研究的奠基人之一郭永怀教授以其艰苦卓绝的工作为我国空气动力学的发展和尖端武器的研制作出了不可磨灭的杰出贡献。导弹弹头再入物理现象研究,仅是他组织倡导的众多具有远见卓识的科研项目之一。

    19642月春节,毛主席接见中国科学院副院长竺可桢、李四光和国防科委副主任、中国科学院力学所所长钱学森谈到反导弹问题时说:“有矛必有盾。搞少数人有饭吃,专门研究这个问题。五年不行十年,十年不行十五年,总要搞出来的。”

    为落实毛主席和中央的决策,中央召开了一系列的会议。根据分工原则,中国科学院将围绕导弹在飞行中所产生的物理现象开展基本理论研究。在科学院领导的安排下,19654月至6月,根据三次跨所有关专家会议讨论的精神,郭永怀教授亲自先后草拟了给中国科学院的报告和“632”任务(后改为“640-5”工程)的十年规划。

    在这些报告中,郭永怀教授提出:“为了使我们自己的弹道导弹不为敌人防御武器所摧毁,使我们自己的弹头能突破敌人的防御,我们就必须开展研究,为设计新型弹头提供技术资料,这种研究也同时为我们截击敌人的弹道导弹创造一部分重要的基础。”在报告中,他又写道:“防御导弹和防御飞机一样,重要的是及早地发现和准确跟踪目标。只有做到这一步,才能最有效地发挥截击武器的威力。发现目标的线索,一是弹头对电波的散射,另一是弹头的发光特征。但是在攻击时,一般是采取多目标的手段。这里当然有可能每个目标都是真弹头,但大多数情况下,是一个真弹头伴随着许多假弹头,以造成防御上的困难。因此,我们应当把研究工作集中在弹头飞行时所产生的各种特征上,以便识别真假弹头和制造假弹头提供依据。近十几年来,国外对弹头飞行中的物理现象已经进行了不少工作,但是由于这些现象的复杂性,问题还远未解决,我们必须在这个基础上,大力开展这方面的工作。”在谈到具体任务时他写道:“针对弹头在中段和再入段所产生的电波与弹体作用,电波与等离子体的交互作用,高温气体的性质和光辐射以及运动的特征现象开展研究,作为第一步目标。为此可先从五个方面进行工作,即高温气体的性质及辐射的研究;电磁波的传播及微波技术的研究;等离子体基本性质的研究;高空物理研究;气体动力学及电磁流体力学的研究。配合理论工作的开展,应积极开展实验研究,现在还没有的实验室应积极筹建或扩充。”在谈到研究队伍时他写道:“一般说,两三年内队伍不宜过大,主力军一般不超过50人。考虑到研究课题的探索性强,每方面的工作,最好在理论和实验方面,都要有具有较高社会主义觉悟,业务水平在副研以上的人员参加,作为推动工作的骨干。如果我们有十几位这样水平的骨干所组成的队伍,我们的研究力量即便薄弱,也能使研究工作较顺利地向前发展……五年后参加整个任务的研究人员,应不少于500人,在第四个五年计划期间,可以考虑在三线成立高速、高温物理研究所。”报告中还提出了5个中心问题共 21个课题(后来在他主持下,经过修改扩充为9个中心问题,33个课题)。

    为了贯彻上述报告中的精神,郭永怀教授与力学所其他领导一起调整了力学所的科研布局,从十一室抽调激波风洞组、电弧加热器组、高速气流传热组以及四室高温气体组共六十余人参加“640-5”任务(后来,激波风洞组和高温气体组又从中调出)。

    我们第一次接触“640-5”任务是在 19657月十一室的一次全体人员大会上,郭永怀副所长在会上风趣地宣布:“你们的方向任务问题已经解决了,除一部分人参加“541”外,大部分人参加“632”。不过,你们先安心到农村搞‘四清’,你们正式参加“632”任务的时间是196611日零点开始。”我们实际参加“640-5”任务的时间还要晚一点,一直到19667月从农村“四清”回所以后。

    为使“大部队”从农村“四清”返所后能顺利开展工作,在近一年的时间中,他在我们所调动了当时所能调动的几乎全部人力(除他本人外,还将他的助手和未去农村的研究生全部动员起来),在业务上作了深入细致的调研。

    19667月大批人员从农村返所后,虽然当时“史无前例”已经开始,他还是想办法很快使科研工作启动和正常运作起来。为此,他采取的第一个组织措施就是成立了由业务骨干组成的“632”任务中心组作为业务工作的决策机构。尽管这个中心组在业务水平上与他原先在报告中的设想有一定的差距,他还是为它倾注了大量心血几乎亲自主持了它的全部会议。他要求中心组的同志,人人既当先生又当学生,并以身作则以平等的一员参加了中心组所有问题的讨论。虽然后来由于形势的发展,这个组织形式未能坚持下去,但它为学术民主和在“640-5”任务(再入气动物理研究)初创时期若干重大业务问题的决策,起到重要的作用。

    下面举出的几个例子能够非常充分地说明郭永怀教授的高瞻远瞩和远见卓识。

    在我们承担“632”任务的初始,郭永怀教授就提出,鉴于突防(反识别)的需要,将来的烧蚀材料中会加进一些“佐料”(即添加剂,“佐料”是郭教授的原话),为了弄清这些“佐料”的作用机理,需要建一个电弧加热的试验“装置”,他特别强调这是一个专用“装置”,不是电弧风洞,功率不一定很大,但气流必须很干净,测量设备必须很齐全。但在当时的气氛下,有谁对这个小小的“装置”感兴趣呢?有人说,要搞就搞大功率的电弧风洞,功率至少也要兆瓦以上。后来,大功率的电弧风洞虽然搞了,但并未起到应有的作用。直到1975年,在承担再入通讯中断研究课题时,在吴承康教授的支持下才又开始建设郭教授当年设想的那种“装置”,事实证明,正是这种“装置”在后来的再入通讯中断和化学减轻研究中起了关键的作用。

    1967年冬,有人提出搞目标识别,单搞气动物理研究已不够“劲”,而必须要研制真假弹头识别装置的“模样”;还有人提出,在再入段识别,拦截已经太迟,而必须在中段就识别和拦截,因此,再入气动物理研究已无必要进行了。这些议论很大地动摇了再入气动物理研究队伍的“军心”。这个时期,郭永怀教授不仅在学术上而且在政治思想上做了大量的细致工作。他说,“模样”问题是学术问题,各人有各人的学术观点,但“模样”是离不开气动物理研究这个基础的。至于要在中段完成目标识别和拦截的观点,他认为能够做到固然很好,但单有愿望,没有踏踏实实的工作,愿望将仅是美丽的肥皂泡,他告诫室组业务负责同志,这一点你们必须头脑清醒,不然是要吃大亏的。现在再回过头来看,如果当时多听听郭教授的意见,也许可以少吃一些亏,少走一些弯路。

    关于如何看待探索性很强的再入气动物理理论研究的问题,郭永怀教授也有其极精辟的独到见解。针对当时从事这些研究的同志,急于将自己的研究成果用于生产实际,以免横遭“理论脱离实际”指责的心情时,郭永怀说,解决型号中的近期需要是为生产服务,设计师现在没有提出但将来要提出的要求,你们提前想到了,做到了,这是一种更高级的为生产服务。他又说,你们搞再入气动物理理论计算研究,要有知识积累,无论如何你们要从头到尾算一遍,要有第一个循环,这样才谈得到深入,才谈得到改进,然后才有第二个、第三个循环。所幸的是,经过艰苦努力,我们终于有了这些循环,虽然,距离郭教授的要求晚了许多年。

    郭永怀教授历来重视实验研究,在导弹弹头再入气动物理研究中,除了上面提到的从一开始他就建议建设电弧加热“装置”外,他还一直关心超高速弹道靶的建设。我国的第一座小型超高速弹道靶是由中国科学院物理所建设的,鉴于该设备原设计中二级轻气炮的几何参数和结构设计不尽合理,再加上发射参数选取不当,模型发射速度一直上不去,当19674月“640-5”工程第二次工作会议上他了解到上述情况后当即建议让懂气动的同志参加到试验组去,以便从气动角度选择最佳发射参数,把二级轻气炮性能调上去。他还认为,从长远角度看,一座小型的弹道靶是不够的,他力主在搞好小型弹道靶的同时应积极筹建大中型弹道靶。1968年初,在他主持下,“640-5”工程总体组决定报请上级批准建设大型弹道靶,与此同时组成了由力学所和物理所有关人员参加的调研设计组,由于这个组充分发挥了各自的知识优势,很快(1968年秋)就拿出了初步设计方案,可惜的是,在19694月进行正式方案论证时,他已因公殉职5个月,我们未能再聆听他的教诲。所幸的是钱学森教授参加了这个论证会,并在他的建议和牵线下与上海重型机器厂组成了二级轻气炮的联合研制小组,该设备几经周折,最后调试到5.2公里/秒的发射速度和完成了弹头硬回收方案的试验研究。虽然,在80年代由于体制变迁该设备下马了,但它为后来国内建设的其他超高速弹道靶和二级轻气炮设备起到了摸索经验、培养人才的模型风洞的作用。我国第一座小型弹道靶,也遵循当年郭教授的建议,由懂气动的同志参加结构修改和性能调试,使模型发射速度达到 8.6公里/秒,在再入气动物理研究中发挥了作用。

  郭永怀教授更是不遗余力地倡导理论与实验的结合。他经常跟我们说,像弹头再入气动物理这样复杂的问题,单纯靠理论计算或地面模拟实验都不能解决问题。由于能力的限制,地面实验室的实验只能做到局部模拟,又没有适用的相似律,因此,解决问题的有效途径之一很可能是,在地面实验条件下,用经过地面模拟实验结果证实了的理论计算去预测天上的事情。几十年来国内的弹头再入气动物理研究工作正是沿着郭永怀教授所规划的这条路径在进行着。

    我国的导弹弹头再入气动物理研究走过了一条曲折的道路,可以告慰郭永怀教授在天之灵的是,尽管道路崎岖,但这个队伍没有垮,一直坚持了下来,而且在再入通讯中断研究和突防气动物理研究上取得了成绩。特别是,近几年,在海湾战争以后,国内有越来越多的人认识到导弹反识别和突防以及作为其基础的再入气动物理研究的重要性。目前,国家的投入在增加,队伍在扩大,郭永怀教授的未竟事业一定会实现。
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