高伯龙开辟研制激光陀螺的成功之路

时间:2014-08-01 14:47来源:光粒网作者:yeyan 点击:
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摘要:高伯龙,激光陀螺专家。原籍广西岑溪市,生于广西南宁市,1951年毕业于清华大学。国防科技大学教授。自1975年起,高伯龙一直从事激光陀螺研制,率先对激光陀螺的基本理论进行深入、系统的研究;主持并研制成功有关激光陀螺原理样机、实验室样机等。1997年当选为中国工程院院士。

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  激光陀螺,又叫环形激光器,它在加速度计的配合下可以感知物体在任意时刻的空间坐标,被誉为武器平台定位导航系统的“心脏”。激光陀螺的成功研制离不开像高伯龙这样的激光专家们的努力,他们为激光事业献出了毕生的精力,为我国的激光事业做出了不可磨灭的贡献,他们的精社值得我们每个人去学习。

 激光陀螺专家高伯龙 

激光陀螺专家高伯龙

  高伯龙:至纯至强之光

  高伯龙(1928.6.29~),激光陀螺专家。原籍广西岑溪市,生于广西南宁市,1951年毕业于清华大学。国防科技大学教授。自1975年起,高伯龙一直从事激光陀螺研制,率先对激光陀螺的基本理论进行深入、系统的研究;主持并研制成功有关激光陀螺原理样机、实验室样机等。1997年当选为中国工程院院士。

  高伯龙曾深有感触地说:“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。”这段话充分体现了高伯龙的学术自信和创新胆魄。

  在上个世纪70年代中期到90年代中期这段全国激光陀螺研制最为艰难的20余年间,高伯龙率领的国防科大激光陀螺研究团队从零起步,从基本原理的研究、主攻方向的确定,到一项项工艺技术的突破,在重重艰难险阻中开辟出了一条具有中国自主知识产权的研制激光陀螺的成功之路。

  如今,已入耄耋之年的高伯龙院士,怀着对激光陀螺事业的深深热爱,依然像红烛一样在坚持工作,用自己率直的品格和坚定的信仰化作一束至纯至强之光,为后人前进的道路指引着方向……

  立志要当科学家

  高伯龙的祖籍地是广西岑溪谢村,但他1928年出生于南宁,除抗战时期因躲避战乱随母亲回岑溪短暂居住外,极少回到老家。原因是他的父亲自上海交通大学毕业后,一直辗转各地工作,高伯龙亦随父母各处迁徙,竟然就读了南宁、梧州、杭州、武昌、岑溪、宜山等地的多所小学。又因转学时常插班就读,以致两次跳级,六年小学五年就读完了,小学毕业时年仅10岁半。本来要在宜山接着读中学,但父母考虑高伯龙年纪太小,且又要举家迁往别处,故劝高伯龙暂时休学,在家自修。虽然高伯龙学习成绩很好,但所读小学教学水平参差不齐,故报考宜山中学时仅列“备取生”。

  高伯龙休学在家自修期间,全家居住在乡下,信息闭塞,父母又忙于工作,竟然错过了第二年报考中学的时间。父母十分着急,对高伯龙说:“我们耽误你了,你又要在家待一年,这怎么得了。”并说:“你要去读最好的中学。”父母说得最好的中学,就是蜚声战时大后方的桂林汉民中学。

1980年,应用物理系科研人员在进行激光技术研究

  1980年,应用物理系科研人员在进行激光技术研究(前排中为高伯龙)

  其实,考察高伯龙早年求学经历,在家自修的近两年时间是他形成浓厚的求知欲望乃至人生立志的重要阶段。他的姨妈给他买的一套商务印书馆出版的《小学生文库》对他影响甚大。这套文库分社会、政治、经济、历史、地理、动物、植物、矿物、游戏、神话、寓言、童话、故事、诗歌、戏剧等45个门类,共500种图书,其中科学家传记、科普知识及中国古代名著等最令高伯龙感兴趣。他的自修主要就是看这套小学生文库。高伯龙晚年回忆说:“我小时候想当大科学家,一个原因是看小学生文库,受到启迪;第二个原因就是父亲对我的影响。”备考汉民中学期间,父亲利用工作之余亲自教授高伯龙学数学、语文。高伯龙的父亲是上海交通大学的高材生,尤擅数学。毕业后曾任广西省立工程专门学校校长,并曾负责广西农村垦殖试验区建设工作,还多年担任广西“三杰”之一黄昭竑的秘书。经父亲的辅导点拨,高伯龙学业大进,尤其是培养起对数学的浓厚兴趣。1940年9月,高伯龙如愿考取汉民中学。入读四年中,数学等理科课程成绩始终出类拔萃,深得老师赞赏。其时,高伯龙在该校师生中已有“聪明”“头脑严密”,甚至“天才”的称誉。高伯龙也确信自己将来一定能成为科学家。

  然而,战火打断了高伯龙的学业。1944年9月,高伯龙进入高中二年级学习仅两个月后,日军即进犯广西。高伯龙随学校撤退。眼见国难不已,年仅16岁的高伯龙决定投笔从戎,抗击日寇。当年即同报名从军的同学一起,徒步前往四川入营。然而目睹国民党军中腐败,而所在青年军大部并未开赴前线作战,使其从戎抗敌的愿望破灭,从而更加坚定了他科学强国的志向。抗战胜利后,高伯龙立即提出复员,重回学校读书。幸运的是,高伯龙又进入一所名校——上海中学学习。虽在该校仅读了高二一年,即于1947年考取清华大学物理系,但他理科课程尤其是数学成绩之优异,已给老师和同学留下深刻印象。报考清华大学时,在数学系和物理系之间颇多考虑,最后以物理学家必兼数学家的看法而选择了物理系。而清华物理系又是当时中国物理学界的重镇,名师荟萃,生源一流。高伯龙如鱼得水,刻苦学习。1951年毕业时,被评为清华物理系当届两名优秀学生之一。至此,他立志成为科学家的梦想,似乎就在前面向他招手。

  逆境不泯科学梦

  然而,当时日益左倾化的社会政治氛围给高伯龙实现当科学家的理想投下阴影。毕业分配时,高伯龙希望进入中科院近代物理研究所从事理论物理研究,这是他所热爱和擅长的。但他却被分配到中科院应用物理研究所。在该所工作三年,他多次要求调动未果,其原因来自他的三个历史政治问题:一是在汉民中学读初中时被迫集体参加三青团,二是为从军抗战参加青年军,三是在清华大学读书时,虽积极参加革命进步活动,但考虑学业与政治活动难以兼顾,经艰难而痛苦的思考后,决定不加入党组织,而专心于学习。上述问题仿佛“原罪”一样曾和他形影相随,每逢政治运动便有人翻出“旧账”,这给高伯龙带来极大精神困扰。

1990年,高伯龙(右二)在指导博士生工作

  1990年,高伯龙(右二)在指导博士生工作。

  1954年,高伯龙被哈军工选调到该校物理教授会,担任物理教学工作。除普通物理外,他还讲授热力学、统计力学、电动力学、量子力学等课程,并为全校干部师生讲授过带有普及性质的原子武器大讲座,以及主持物理教授会内助教的业务进修工作。

  因工作出色,业务水平高,高伯龙很快脱颖而出,成为学院青年教师中的佼佼者,1956年即晋升为主任教员、讲师,1962年晋升为副教授。组织上曾对他作出如下评价:“教学效果好,在军事工程学院和哈尔滨工业大学都比较有声望。”他于1960年主编的约三四十万字的大学物理学教材得到学院教务部的很高评价:“质量可与目前出版的同类书籍比较。”

  参加工作以后,高伯龙对“重政治,轻业务”的现象和做法一直持反对态度,他认为只有多读书钻研学问,多做实际研究工作,才能报效国家。他大胆地公开表示自己的观点,也因此,在中科院工作时即因所谓“个人英雄主义”受到专门会议批评。反右时,虽经哈军工有关领导保护而未被划为右派,但在“红专大辩论”中成为“白专”典型,被冠以“高伯龙路线”在全院遭到点名批判,不久即被下放农村劳动改造思想。

  “文革”中,高伯龙更是遭受磨难,曾被隔离审查,后险些被发配农村劳改。由于长期超负荷工作,加之时时袭来的政治运动所带来的巨大精神压力,导致高伯龙罹患多种疾病,尤其是久治不愈的气管炎转为严重的哮喘病。上世纪五六十年代尚未要求晚婚,但高伯龙迟至34岁时才经人介绍对象而结婚成家,主要原因即是他的所谓历史政治问题。

  虽多年身处逆境之中,但高伯龙始终未曾泯灭科学强国的理想,始终孜孜于学术研究。其日益深厚的理论物理造诣,为他“文革”后在激光陀螺研究领域取得丰硕成果,奠定了坚实基础。

  激光陀螺显身手

  1970年,高伯龙全家随校南迁长沙。在抱病参加两年建校劳动后,他重新走上讲台,为工农兵学员授课,并以渊博的学识和亲和力赢得学员爱戴。

  不料,时至1975年,全国高校撤销基础课部,高伯龙从所在物理教研室被分配到承担激光陀螺研制任务的学院三系304教研室工作。

  放弃被自己视作学术生命的理论物理研究,转而从事应用物理研究,对高伯龙是最为痛苦而艰难的。多年后,他在所撰《自述》中回顾了这一心路历程:“总结前半生,认为自己爱国、正直、正派、俭朴,工作认真负责,拥护党和社会主义,为何却如此坎坷?只因为把理论物理的专业兴趣置于国家的需要之上,好比处在高山上而想学游泳,长期陷于主观和客观的矛盾之中,确有根本性的缺陷。意识到真正的爱国应该是把自己的前途与国家的利益密切结合。”他在1995年接受中央电视台“东方之子”专栏记者采访时,也坦露了当时他的思想转变过程,“参加工作以后,我始终认为,我想干成的一件事一定能干成。只不过是时间问题”。

  高伯龙的自信源于他深厚的理论物理功底。而思想转变之后,更使他全力以赴、心无旁骛地投身激光陀螺研究,很快即成为我国该领域的理论权威和领军人物,为我国在激光陀螺领域取得重大突破作出了不可磨灭的贡献。

  我国激光陀螺研究始于上世纪60年代初,因锁区过大,得不到差频信号而中止。1971年多家单位重启研究,但因闭锁效应未能通过得不到起码的性能,研究工作徘徊不前。

  高伯龙1975年参加国防科大激光陀螺研究工作后,结合实验进行了深入理论研究,短时间内即弄清症结所在,并于1975年11月和1976年1月两次在全国激光陀螺学术会议上推荐四频差动激光陀螺方案,并作了详尽的理论论证。

2001年,高伯龙(中)进行科研工作

  2001年,高伯龙(中)进行科研工作。

  1976年1月会议后,即组成中国计量科学研究院、清华大学和国防科大三家协作组联合攻关。

  协作攻关因唐山大地震中止后,国防科大激光陀螺研制在高伯龙带领下,历经20年曲折艰难反复以及相当长时期内经费极度紧张情况下的不懈攻关,解决了一系列难度极大的工艺技术问题(包括高伯龙发明并于1978年研制成功的用于检测膜片最基础而又最重要的仪器——DF透反仪,获国家发明奖四等奖,当时国外尚无同原理产品),尤其是掌握了镀膜这一核心工艺技术,最终于1994年11月通过“863”主题专家组组织的以中国科学院院士王大珩为主任委员的鉴定委员会的严格测试鉴定,并得到高度评价。该成果获国防科工委科技进步奖院士一等奖。

  此前因镀膜工艺的突破,高伯龙团队还研制成功了有“检测之王”之称的全内腔绿(黄、橙)光He-Ne激光器,使我国成为继美、德之后世界上第三个掌握该型激光器制造技术的国家。这一成果1996年获国家科技进步奖二等奖。1997年,高伯龙当选为中国工程院机械与运载工程学部院士。

  其实,虽然上世纪70年代至90年代,高伯龙的主要精力用于研制四频差动激光陀螺,但也适时提出并积极推进其他类型陀螺的研究探索工作,并取得相当进展。如光纤陀螺、机械抖动单陀螺、磁镜交变陀螺等。甚至还曾开展过激光生物医学研究。而高伯龙带领指导他的博士生于2007年研制成功的空间环路四频差动激光陀螺,则是继全内腔四频差动激光陀螺和全内腔绿(黄、橙)光He-Ne激光器之后,取得的又一重大创新成果。

  随着激光陀螺的逐渐成熟,高伯龙又将科学探索的目光投向激光陀螺的重要应用领域——惯导系统的研究。他带领指导他的博士生于2010年研制成功一套双轴旋转式惯导系统,有效解决了激光陀螺漂移误差而影响系统精度的问题,精度达到当时全国第一。这一先进的惯导系统已成为目前国内惯导系统的主流。

  尽管1975年以后,高伯龙将主要时间和精力投入激光陀螺研制工程,但他始终对理论物理学的最新进展保持着关注和思考,曾就宇宙起源、广义相对论等理论物理的重大问题撰写文章在报刊发表,鲜明表达自己的观点。及至近年还计划在同步卫星上开展相关实验,以检验光速不变性。

  坚持“己见”不放弃

  我国激光陀螺研究是在国际上少数掌握此技术的国家严密封锁有关信息的背景下起步的,完全是白手起家,自主创新。在研究探索的过程中出现不同意见在所难免。高伯龙曾多次遭逢有关科研方向之争,且屡屡居于少数者地位。

  但他始终坚持自己经过深入研究,并结合国情得出的正确主张。如在上世纪80年代四频差动激光陀螺研制过程中发生的主攻方向应为“四频”还是“二频”之争,在本世纪初研制旋转式惯导时发生的“旋转式惯导”与“捷联式惯导”之争。这些争论并非一般性的学术争鸣,而事关这些领域发展主攻方向的确定,涉及资金投向、资源配置等诸多决策性问题。尽管一时处于少数者地位,不获认可,但高伯龙决不轻言放弃,而是继续进行自己的研究,并不断论证宣传自己的方案,最终以实际研究成果证明自己的正确。

  高伯龙的这些经历一再印证了“真理往往掌握在少数人手中”这一历史发展规律。当然,对高伯龙来说,这也绝非侥幸或偶然。其根本原因在于高伯龙所具有的深厚的理论物理功底使他站在制高点上,得以俯视、洞察这些领域的发展大势,并得出正确的结论。

  与此相关的是,高伯龙对理论问题始终秉持立足于自己独立思考的严肃态度和严谨学风,从不迷信盲从国外的结论。在前所提及的“四频”与“二频”之争中,反对“四频”者依据的主要是美国公司下马“四频”的信息。但高伯龙经过深入研究,得出美国之所以下马“四频”,乃是其“四频”方案犯了原理上的错误,导致迟迟未获进展,而并非说明此路不通。美国公司后又重新上马“四频”,也印证了高伯龙所持坚持“四频”研究的主张的正确。

  对此,高伯龙曾深有感触地说:“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。”这段话充分体现了高伯龙的学术自信和创新胆魄。其实,凭借我国科技人员的智慧和力量,走出一条独立自主研发先进乃至尖端科技的路子,至今乃至将来仍然是我国科技发展的基本途径。

  高伯龙既注重指引激光陀螺研制工作发展的前瞻性、方向性的理论研究,也十分重视对实际研制工作的理论总结。激光陀螺研制每取得一个阶段性进展,或某一工艺技术取得重大突破,他都及时加以理论总结,指导和推进下一步的研制工作。

  由于保密等原因,高伯龙在参与激光陀螺研制工作数十年间,仅公开发表论文20余篇,但每一篇都具有很强的实践性和指导性。他从来不做空对空的所谓理论研究。尤其是早期(1976年)在全国讲学的基础上补充撰写的《激光陀螺的物理性能》(又名“环形激光讲义”),在全国激光陀螺研究领域产生了广泛而重要的影响,至今仍然是初入该领域研究者及高校有关专业学生的入门必读书。

  高伯龙对科学研究的严肃态度和严谨学风,也通过他的言传身教,深刻影响着他的弟子。能不能解决实际问题,是高伯龙衡量评价他的博士生、硕士生学术水平的重要标准。他交给学生的课题,几乎全部都是激光陀螺研制中急需解决的攻关课题,有时甚至是研制国外禁运的先进仪器设备,难度很大,以致出现过受邀参加他的硕士生毕业论文答辩的专家,误以为是博士生毕业论文答辩的趣事。

  如今,他的诸多弟子已成为国防科技大学激光陀螺研制领域新的领军人物和重要技术骨干。

  追光溯源的回望

  在上个世纪70年代中期到90年代中期这段全国激光陀螺研制最为艰难的20余年间,高伯龙率领的国防科大激光陀螺研究团队从零起步,从基本原理的研究、主攻方向的确定,到一项项工艺技术的突破,在重重艰难险阻中开辟出了一条具有中国自主知识产权的研制激光陀螺的成功之路。

  在崎岖坎坷的研制道路上,高伯龙率领的激光陀螺研制团队克服“研究经费极度紧张”的影响,艰苦奋斗、自主攻关,以忘我的拼搏精神主动地推进研究工作;以实事求是的豁达胸襟与兄弟单位协作攻关,使“208”享誉全国激光陀螺研究领域;以任人唯贤为理念,以真才实学为标准,不拘一格延揽人才,打造一流科研团队;立足于自己研究探索,以前瞻性战略谋划对国外先进技术进行学习和引进,不断提升团队工艺技术水平。

  作为完全依靠自主创新进行的激光陀螺研制,是一项理论探索性极强、工艺技术极其复杂的系统工程,涉及工程组织实施、对外协作协调、工艺技术攻关、研制团队建设、研究条件改善等诸多方面。而仅就工艺技术攻关而言,就有镀膜、机械加工、电子技术、装配等各个方面,诸多繁难问题非短时间所能解决。而从基本理论研究到原理样机、实验样机、工程样机的研制成功,旷日持久长达20余年。其间须经历多少艰难困苦,经受多少波折起伏,没有一种坚韧不拔的定力,没有一种锲而不舍的追求,没有一种甘于寂寞的情怀,没有一种必将成功的信念是万万不能成功的。

  现如今已入耄耋之年的高伯龙院士已是步履蹒跚,久治不愈的哮喘病、高血压已拖垮了他的身体。然而,怀着对激光陀螺事业的深深热爱,他像红烛一样拖着带病的身躯依然坚持工作,用自己率直的品格和坚定的信仰化作一束至纯至强之光,为后人前进的道路指引着方向……

  延伸阅读

  航空航天工业部8357所张志高给高伯龙的信(摘选)

  高教授:

  您好!

  因为其他工作原因,我们的系统试验拖了进度。现在第一步静态及圆锥摇摆实验初步完成,情况还较为满意,精度比我预想的要好。从学校接回的三个激光陀螺性能也一直维持原水平,各方面人士也较为满意。现将陀螺自测试情况寄您。我们分析了一下情况,四号到天津后动过手术,可能原来就较差一点,系统导航精度它的影响也是明显的。随着系统性能实验的进展,我们想把它推到型号上应用,但目前最大障碍就是预热时间过长,若能克服这一难点,走向应用指日可待。我们有一个计划,待见面时详谈。为了促进这一套系统的实用,我们想9月份来长沙向您汇报一些具体想法——大概有如下几个方面的问题亟待商谈:①预热时间缩短问题;②惯性组合结构改进问题(叶林风同志已有图样寄来);③高压引线问题;④为了将系统推向机上、舰上,是否可搞几个大型尺寸的陀螺,精度比现在陀螺提高一个数量级;等等。关于经费我想在力所能及范围想点办法,届时再详谈。系统跑车想等天气稍凉,车内实在太闷,无法工作。情况若好,请您来指导。会及时向您通报情况的。

  另外,现在三个陀螺均能一次启动,启动后也无熄灭现象,通电累计时间我们估计也快300h了,所以大家都比较满意,认为陀螺比较可靠,经得起时间考验。营口的电源也可以,主要是小型化的问题,我们也准备再和他们商量。现在从各方面情况来分析,这一套系统推向实用目前是关键时刻,咬咬牙各个方面(陀螺本身、结构设计、计算机、电源……)都大力协同向前迈进,则前途是十分光明的。我有信心,我想您和教研室全体老师也会有信心的!

  祝您身体健康,事业成功!

  问所有老师好!

  张志高

  1991年8月17日

  1960年,美国率先研制出世界上第一台激光器后,马上开始激光陀螺的研制。与传统机械陀螺相比,激光陀螺启动快、动态精度高、抗干扰能力强,可用于航空、航天、航海等高精度惯性导航领域。60年代末,美国研制工作取得重大进展,并于70年代末期在战术飞机和战术导弹上试验成功,从而在世界范围内掀起新一轮激光陀螺的研制热潮。时任国防科委副主任的钱学森,敏锐地捕捉到了激光陀螺巨大的潜在价值和广阔的应用前景。1971年,在他的指导下,国防科大成立了激光教研室,开始了艰难的探索之路。经过43年发展,团队已成为我国激光陀螺研究领域的国家队和主力军,成功研制出几大系列、多种型号的激光陀螺,多项技术达到国际一流水平,创造了我国在该领域的多个第一。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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