追光逐电的光学专家王大珩
王大珩,江苏省吴县人,1915年出生,中共党员,光学专家,中国科学院院士、中国工程院院士,中国现代国防光学技术及光学工程的开拓者和奠基人之一。领导开拓与发展了靶场光学测试技术、激光技术及太阳地面模拟等国防光学技术领域。为我国现代国防技术及光学工程的发展做出了杰出的贡献。
父亲是留日的高才生,他出生在日本,学业出众,学生时代,他始终牢记父亲的一句话:“走科技之路,没有过时之时。”
1915年2月26日,日本东京,在一所普通住房里诞生了一个男婴。男婴的父亲王应伟是毕业于东京物理学校的高才生,在校长的举荐下,进入日本中央气象站深造和工作。
看着刚出生的儿子,王应伟兴奋不已,苦思冥想地给儿子起名字。最后,他终于从浩瀚的汉字中,选取一个极不常用的生僻字“珩”,来为自己的儿子命名。“珩”字在辞典上有两种解释:一是形状像古代乐器磬的玉佩上面的横玉;二是珩磨,一种精密仪器的光整加工方法。不管王应伟的主观意愿是什么,“珩”字的这两个互不相关的含义同时融入了儿子生命之中。
1915年9月,在东瀛漂泊了整整八年之久的王应伟偕妻子和刚刚六个月的儿子王大珩回到了朝思暮想的祖国。王应伟同时带回的还有那个始终珍存在心中并支撑着他战胜艰难险阻的强国之梦。他定居于北京,就职中央观象台。
王大珩五岁开始上学,学习成绩一直名列前茅,他总嫌老师讲的课太慢,吃不饱,就自行向前学。初中毕业已学至高中一二年级的水平,高中毕业已学完大学一二年级的课程。
老师总是表扬他,可父亲却很少称赞他。王应伟觉得儿子所受的荣誉已远远地多于其他的同学了,所以他不仅不赞扬儿子,而且更加严格。他给儿子在学校吃、穿、用的生活费皆在最低标准,以自身的实践告诉儿子:越能吃苦,越有出息,也越能成材。这就是自古雄才多磨难的道理。
从少年到青年,王大珩始终牢记父亲的一句话:“走科技之路,没有过时之时。”让父亲的科技血脉,在自己身上绵延流淌,生生不息。
1932年,王大珩高中毕业报考大学,以优异成绩被南开大学、青岛大学和清华大学同时录取。
王大珩选择了清华大学,进入物理系。系主任叶企孙教授在学术上造诣很深,思维敏捷,教学方法灵活独特,从不照本宣科。
考试方法也与众不同。他常根据学生的不同情况给学生出不同的题目。有一次考统计物理学时,叶先生给王大珩单出了一道题。他先给王大珩一本德文版的统计物理学专著,让王大珩先把这本专著看完后,再根据专著的论点写出一篇有自己见解的文章。接过叶先生递补过来的专著,王大珩心里直打鼓,他只学过一点点德文,凭自己那点可怜的德文底子不仅要读完这本专著,还要写出自己的见解来,实在有点勉为其难。但叶先生毫无通融余地,王大珩只好起早贪黑,整天抱着德文字典一个字一个字地抠,费了九牛二虎之力,好不容易才把那篇专著啃下来。没想到,这次统计物理学的考试,竟会使王大珩的德文水平在极短的时间内上了一大步台阶,打下了良好的德文基础。
1936年,王大珩毕业于清华大学物理系。毕业时,他在叶企孙的指导下做了光学方面的论文。
他和父亲当年留学出国的情景极其相似……到英国留学,将获取博士学位时,他却主动放弃
从清华大学毕业后,王大珩受到叶企孙教授的器重而留校任助教。半年后考取上海《申报》老板史量才为研究生设立的“史量才奖学金”,他又开始在清华大学物理系赵忠尧教授的门下读核物理专业研究生。
1937年,“七七事变”爆发,枪声迫使王大珩停止在实验室里进行中子实验。眼看江河沦丧,自己却报国无门,王大珩心中十分苦恼。
兵荒马乱中,偶然间他听说赴英国的“庚款留学”开始招考,就毫不犹豫地前去报名,报考了其中的应用光学专业。那次考试,他和后来一起获得“两弹一星”功勋科学家称号的彭桓武同时考上了留英的物理专业。
1938年9月,他和彭桓武从香港乘船去英国。王大珩默默地望着眼前那片渐渐远去的国土,默默地望着还在战火中呻吟的祖国,他们正从这受难的国土上到另一个曾经侵略过中国的帝国去。这与1907年父亲去日本留学的情景何等相似!当年,父亲是在甲午战争炮火的敦促下走出国门的。
王大珩到英国后,走进了伦敦大学帝国学院物理系学习,主攻技术光学专业,不久发表了他的第一篇学术论文,题目是《在有球差存在下的最佳焦点》,这是一篇关于光学设计的论文。其中论述了光学系统中各级球差对最佳像点位置和质量的影响,创造性地提出了用优化理论导致以低级球差平衡残余高级球差并适当离焦的论点。直到今天,这篇论文还经常被国内外有关专著加以引用。
当时,雄居世界的大英帝国由于最早发展了工业文明,四处征战,不可一世地欺负弱小国家。英国人不曾想到看似瘦小的王大珩却有着很高的智慧。弱国有能人,王大珩的导师对这个矮小的中国学子充满信心地说:“中国将来是有希望的!”
王大珩毕业之时,恰逢第二次世界大战的硝烟笼罩伦敦之日。1940年8月24日,纳粹德国的飞机空袭了伦敦。而英国皇家空军随后也报复性地轰炸了柏林。不列颠之战迅速升级,战争所需的光学玻璃由原来30吨急增十倍。善于捕捉机遇的王大珩灵机一动,摄影机、照相机、经纬仪、望远镜、显微镜延长了人眼的功能,而它们都需要光学玻璃才能制作,这正是千载难逢的发展机遇,他何不去研究光学玻璃呢?于是,王大珩离开伦敦去了雪菲尔大学,在世界著名玻璃学家特纳教授指导下成为读光学的博士生。他如果继续深造,将获取博士学位。令人费解的是,他主动放弃了。1942年,他选择了英国一家世界有名的光学玻璃制造公司昌司公司,以自身的学识进入光学玻璃制造技术研究领域。这对王大珩来说似乎有点屈才,尤其是放弃那富有吸引力又即将到手的博士学位,的确有点可惜。
然而王大珩有他独特而深刻的思维,他想的不是自己的名利,而是当时中国的实际情况,自己的祖国不但光学仪器理论是空白,光学材料的制造技术更是空白。他认定只有既懂理论又掌握制造技术,才能填补这片空白。
当时,光学仪器在战争中的作用受到交战各国的重视,光学玻璃的制造技术是保密的。他和另一同事最早研究稀土光学玻璃,并获得专利。这项写着中国人名字的专利,是他到昌司公司后的第一项科研成果。它不仅使昌司玻璃公司成为英国最早进入稀土光学领域的厂家,而且使王大珩成为英国最早研究稀土光学玻璃的人。
在精密测量光学折射仪器方面,王大珩发展了V棱镜折光仪,获得英国科学仪器协会第一届青年仪器发展奖,并在英国制成商品仪器。
有趣的是,1966年英国在我国天津召开科学仪器展览会,一位英国科学家向中国来宾介绍说:“各位来宾请注意,摆在你们面前的这台V棱镜精密折射仪的设计者是一位中国人,这位中国人1945年在我国获得了 ‘第一届英国青年仪器发展奖’。当时,获此殊荣的只有三位青年人,其中一位就是中国的王大珩,你们应该为之而骄傲!”
王大珩以自己的智慧给中国人赢得了荣誉。在英国的十年,他走上一条全面发展的光学玻璃研究、设计、制造、技术的务实之路。令英国同事肃然起敬,他们挽留王大珩在英国留下来工作。而王大珩却从未有过要在国外长期待下去的念头。已过而立之年,他却迟迟不成家,为的就是“轻装”回到祖国。
王大珩每天独来独往地忙着研究光学技术,忍受着孤独和寂寞。直到有一天,在法国留学的钱三强到英国来看望老同学王大珩。
许多年不见了,钱三强还像当年在清华时一样热情奔放。当时,法国是中国共产党组织在欧洲最为活跃的一个国家,钱三强在法国已经与共产党有了很深的接触,受到了很大影响。他以压抑不住的热情,给王大珩介绍了许多国内情况。
钱三强的到来打破了王大珩表面平静的生活。从钱三强的谈话中,王大珩第一次听说毛泽东的《新民主主义论》,第一次了解到共产党的日益强大,国民党的日趋没落的国内局势。多年来一直渴望回国的想法一下子被激活了。他的眼前一亮,觉得回国的机会到了。
回国投奔共产党,在废墟中筹建仪器馆
1948年王大珩终于踏上阔别十载的国土,不久被任命为大连大学物理系主任,培养出大量人才。
新中国成立以后,李四光等科学家积极向政府建议我国发展光学仪器事业,设立仪器研究制造机构。
1951年1月24日,经钱三强推荐,中国科学院决定任命王大珩为仪器馆筹备委员会副主任,负责筹备工作。新中国的光学事业开始迈出了第一步。
何谓“第一步”?摆在王大珩面前的是新中国几乎就没有应用光学!“没有”,这既是一个令人灰心沮丧的现实,又是一个能激起人奋发图强的现实。
1951年2月,王大珩领到的筹建仪器馆的第一笔经费是银行储存不下的1400万斤小米。这里需要说明的是,当时不仅拨款用小米计算,甚至连工资都用小米来计算的。按当时的比值,1400万斤小米折合成旧币是98亿元,如果将那时的旧币98亿元折合成现在的人民币则是98万元。这笔以小米为计算单位的筹建经费自然不够用,王大珩必须精打细算。
1952年初,王大珩开始了考察选址。当时的长春到处都是破房子,残垣断壁的市区,随便要哪块场地都行,军管会用手那么一划拉,这一大片空地都归你了。王大珩在长春城里找不到像样的房子,就看中了铁北那个矗立在乱砖瓦中的大烟囱,兴冲冲地大声喊道:“我就要那个大烟囱了!”
于是大家就跟着王大珩直奔那个大烟囱去了。因为没有烟囱建不起熔炼玻璃的炉子,搞不了光学玻璃。这个现成的烟囱能为他们节省6万元钱。
建仪器馆是从填炮弹坑、清除破坦克和盖房顶开始的。王大珩领着他带来的28个人,在这片千疮百孔的土地上一锹一锹地挖,一镐一镐地刨,硬是为仪器馆平出了一大片平平整整的地方,当年的老工人说:“那会儿,王大珩哪还像个从国外回来的专家呀。整天和我们在一起建房子。住的是破房子,吃的是高粱米、大葱蘸大酱。天天干力气活,灰头土脸的跟工人没有两样。不说话看不出个谁是谁,一说话可就分出个儿来了,他一急嘴里老往外蹦洋词儿,那是洋话说习惯了,一时半会儿扳不过来。”
1953年1月23日,中国科学院仪器馆正式成立。王大珩担任仪器馆副馆长,并代理馆长主持仪器馆工作。他面临的是国家急需大量的科学仪器,但当时国内想制造精密科学仪器,却拿不出制造它的材料——光学玻璃。王大珩说:“我们想吃红烧肉,要从养猪做起。”他带领大家从制造自己的光学玻璃做起,他先是把在秦皇岛耀华玻璃公司工作的龚祖同先生调到长春光机所来,负责炼炉的建立。他又把从国外带回来的光学玻璃配方及制造过程中的技术资料全部铺展开来,他们的合作很快就取得了成果。
1953年12月是中国光学史值得纪念的日子——长春仪器馆熔炼出了中国的第一炉光学玻璃。
显微镜等仪器相继问世,光学工艺、光学镀膜、光学设计、光学检验、光学计量测试等精密技术也初步打下基础。1953年底,在他领导下有五项科研成果获得了中国科学院东北分院的荣誉奖励。1957年已能生产出国防军工所需的特殊光学玻璃,能与国际尖端技术并肩而行了。仪器馆在很短的时间内,便创造出了自己的品牌。
1957年4月,仪器馆完成了它的历史使命,更名为“中国科学院光学精密机械研究所”(简称“光机所”)。王大珩担任第一任所长。
1958年,王大珩领导长春光机所组织了两次大规模的技术攻关,在短短的三个多月时间里,攻下了电子显微镜、高温金相显微镜、多臂投影仪、高精度经纬仪、大型光谱仪、万能工具显微镜、晶体谱仪和光电测距仪“八大件”科研项目,而且还研制出十余种系列的颜色光学玻璃。
《人民日报》头版头条报道了王大珩主持的长春光机所研制出的这一系列的高新技术产品。这些科研成果的诞生,为后来的国防军事工业奠定了坚实的基础。
走进神秘的戈壁滩,光测原子弹和导弹……
20世纪50年代末60年代初,苏联单方面撕毁援建协议,中止了正在中国开展的200多个科学技术合作项目,撤走了1390多名苏联专家,带走了全部的技术图纸。这一落井下石的行动造成了大批援建项目仓促下马,在建项目也由于没有了图纸和后续设备而陷入一片混乱,被迫停建。
王大珩来到导弹试验基地的头一天,眼前一片苍凉。
王大珩是受命带队来到导弹试验基地的,任务是对苏联专家在这里干了一半的光测设备进行一次全面的“诊断”,排除故障,安装调试,使其能够尽快投入正常使用。受命的人员都经过了严格的筛选,一行人除王大珩外个个都是中共党员。
这是王大珩第一次走进神秘的戈壁滩。来之前,他有一种神秘感:不知道到哪里去,也不知道去做什么,更不知道要去多长时间。还有许多这样那样的不许,如不许通信联络、不许告诉亲友,等等。来到这里后,王大珩感觉更多的则是一种沉重感和使命感了。刚来时,基地司令员指着那堆瘫痪的仪器设备对王大珩说:“看看吧,干得好好的,苏联专家突然扔下就走了。这都是钱堆起来的呀,看着真叫人心疼啊!说到底,国防上的事谁都靠不住,只能靠咱们自己!”王大珩听着就觉得周身的血不住地往头上涌。以后,王大珩在通往各个站点之间颠簸的搓板路上,想了很多很多。他不止一次想到了父亲对他讲述的甲午战争,想到了100多年来使我们国家屡屡蒙羞受辱的落后国防,想到了我们还要受制于人的尴尬现状。
整整五个月,王大珩带领大家没日没夜地干,硬是把苏联专家扔下的烂摊子捡了起来,把安装了一半的仪器设备全部装修完毕投入正常运行。
后来,在研究落实研制原子弹、导弹的各项工作时,钱学森说:“原子弹、导弹中的光学设备一定要让长春光机所来做!”这句话既是对王大珩的信任,也是对长春光机所的鼓励。王大珩在危难之际挑起国防光学技术的大梁,这集技术光学、机械与精密机械仪器制造、光学材料、导航、红外物理等众多学科为一身的重任。因为光学不但是常规武器的眼睛,在原子弹、导弹的研制中更有着独特的地位。
为研制试验原子弹,急需爆炸试验的测试工作跟上去,但这项测试工作如何进行,取得哪些数据才有价值,以及如何分析和判断其使用价值等,大家都心中无数。万事开头难,因为是第一次搞这项工作,大量的难题等待着他们去求解。
负责原子弹测试技术的同志对王大珩说:“光学测试怎么搞,就看你们的方案了。”他要求在一年半的时间内完成。
当时,科技人员加班加点赶任务,王大珩就跟着加班,有什么问题当时就研究解决。较劲的时候几天几夜不离开工作现场,困急眼了随便靠在哪打个盹儿,睁开眼睛再接着干。要知道,那是三年自然灾害的困难时期,是饿肚子的时候!一顿饭就一个二两的馒头,再加上高粱米糠,一多半的人浮肿。科研人员空着半个肚子,拖着两条肿得老粗的腿。可光机所办公室的灯光就是通宵不灭!
不到一年的时间,王大珩提交了合格的光学测量仪器。
1964年10月16日,中国成功地爆炸了第一颗原子弹。王大珩和他的同事们研制的光学测试仪器在试验中取得了令人满意的效果,他们所负责的光学测试项目在原子弹爆炸试验中获得了圆满成功。
我国开始研制中程导弹以后,上级要求王大珩领导的长春光机所提供测量空间飞行体的轨道参数和飞行姿态的大型观测设备。这是一种集光学、精密机械和自动控制等为一体的综合性的大型精密光学跟踪电影经纬仪。
当时,世界上只有一个国家有这种东西,但由于技术保密,是买不来的。
王大珩作为这项任务的总设计师,提出了总体方案,他主张从预研到拿出成品,科研单位应一竿子插到底。由长春光机所总负责,限期做出样机,提供成品,直至现场安装调试、交付使用。
在各方面的配合下,该仪器做到了一次研制成功,为我国中程导弹发射试验提供了有鉴定性价值的数据,并为以后洲际导弹发射试验及卫星飞行试验提供了宝贵的测量数据和影像资料。这种仪器的提供使用,从此成为我国导弹发射试验使用国产大型精密仪器的开端。
他主持研制的光学仪器伴着高科技走天涯
1970年4月24日,我国成功地发射了“东方红一号”人造地球卫星,进入了发展宇宙空间技术的时代。与此同时,对光学设备的要求也大大向前迈进了。如返回式卫星装备的对地观测的相机,同其他类型的光学设备不同,它与卫星本体密不可分,是整个卫星的主体部分,要和星体一起遨游在茫茫的太空,才能拍摄到地球清晰的图像。这种相机要求十分苛刻,它既要能经得起发射卫星时的剧烈震荡,还不能间隔调整,需要长期保持正常工作姿态。这个重担又落在了王大珩和他的同事们的肩上。
在设计方案论证过程中,王大珩提出在研制对地观测相机的同时,也要研制对星摄影的相机。为此,他亲自挂帅,成立了一个专门从事空间相机研制的科研部门。对星相机对确定观测地点的位置,对图像进行姿态纠正是必需的。然而它的难点是,太空环境极不利于摄影。如烈日当空、地面日光反射极强,要把暗背景的一部分星相拍下来,难以消除影像中带有的强杂光。他们终于攻克了难关。两种相机同时问世,同时伴着卫星飞上太空。当卫星返回时,相机带回了地球村的全貌。
1980年5月,我国向南太平洋发射洲际运载火箭试验成功。“远望号”航天测量船出色地完成了火箭再入段的跟踪测量任务。而它们使用的先进“武器”之一,就是王大珩率领的长春光机所研制的光学设备。
以后,在潜艇水下发射导弹的试验中,在跟踪测量同步卫星的轨道上,我国研制的大型光电经纬仪表现出的优异性能,完全可与世界上最先进的产品媲美。
由于王大珩在我国国防光学科研中所做出的贡献,1980年获全国劳动模范称号。1985年“现代国防试验中的动态光学观测及测量技术”获国家科学技术进步特等奖,王大珩是首席获奖者。
聂荣臻元帅在回忆录中写道:“值得一提的是在解决光学精密机械方面的问题时,长春光学精密机械研究所在所长王大珩同志领导下,做出了很大的贡献。”
经王大珩和他的同事们共同努力,现在我国已拥有15万多人的光学队伍、300多个光学工厂、60多个光学研究所,30余所大学设立了光学专业……中国已成为令世人瞩目的光学大国。在王大珩的努力下,国际光学委员会(ICO),于1987年正式吸收中国为其会员国。由于王大珩杰出的成就和威望,1990年11月,他被选为亚洲太平洋光学联合会(APOF)的副主席。
王老的科学生命还在他的学生身上延续、光大,他身后成长起一支朝气蓬勃的光学工程队伍。他不仅把自己的科研成果汇集到科学技术发展的历史长河中,而且把自己的才智融合在学生们的科研成果中。他期待的是中华科学技术的腾飞。