【情系科学】这辈子都在为国家安全事业做研究

作者: 2021-05-17 17:21 来源:
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编者按:力学研究所成立六十多年来,力学人遵循钱学森的工程科学办所思想,为推进中国的近代力学事业、为推动中国的经济国防建设,做出了重要的贡献。老一辈力学人以国家需求为己任、艰苦创业和奋发拼搏的精神,是力学所60年奋斗史的精髓。本刊在“情系科学”栏目里陆续推出离退休老同志回忆文章,以展示普通科技人员的风貌。 

    

 这辈子都在为国家安全事业做研究 

吴宝根 

 

  1956年夏,《光明日报》第一版以上半版篇幅刊登导弹专家钱学森的回国事迹和大幅照片,我是在中学的报栏上仰着头读完这篇报道的,心想往之。 

  196210月大学毕业分配名单公布,我被分配到钱学森领导的力学所工作,同学为我高兴,我亦满面春风。 

  那年,贯彻“十四条”,新到所的大学毕业生需集中学习一月,然后考完数学、外语,再分配到各研究室。我分到搞力学测量的九室,对分到分部去工作的同志很是羡慕,因为他们可以在钱学森指导下搞火箭发动机基础研究。 

  次年35日,所里调我到二室五组搞21号任务。先是研制激波管为测量原子弹爆炸压力的压力计作动态性能标定,以后是开展空中化爆实验,为原子弹爆炸当量作估计。这项任务由郑哲敏先生亲自抓,郭汉彦任组长。我搞瞬态压力测量,从此,就开始了自己国防军工科研的生涯。 

  这个五组,在所里有些特别。首先,除郭汉彦、陈祥勃是所里老同志外,都是刚从大学和科技校分配来的毕业生,没有工作经验,但得到全所其它研究室的支持,例如激波管的设计是由当时十一室俞鸿儒先生带了几个老同志帮助设计的;其次,实验器材的订购能得到重点保障,因为我所在科学院是新技术局04单位101所,如我用的能够示波照相的西门子双线示波器就是通过新技术局从自动化所调拨过来的,而且凡希缺的和贵重的材料,只要我们提出来,器材处的同志总是千方百计为我们采购;最后,因为任务时间紧迫,我们五组可以不参加每周六的“铁定”的政治学习,这在“突出政治”的年代太特殊了,就在如火如荼的文化大革命的6667 年,我们还都坚持在怀柔分部做空中爆炸实验!在全组同志的团结一致、艰苦奋战下,21号任务圆满完成。 

  由于几年下来,我都在搞压电传感器,工作上有些积累。1968年北京矿业学院找上门来,要我与张挺帮他们测量聚能炸药保护套筒的压力和应变,这也是国防军工任务。国家任务的需要,就是我们义不容辞的责任!但是,他们要测量距离70TNT炸药2-3厘米处的爆炸压力,瞬态峰值压力近千大气压,这在技术上是个挑战。我设计了长60多厘米的声阻匹配压杆式传感器,用于小药量散装炸药情况,可测得完整波形,但用于浇铸的射流炸药情况,则因电磁干扰严重而失败,这时连石英片也碎了,说明压力超过石英的抗拉强度1000大气压。的确,科研不可能总是一蹴而就的,它是一个反复尝试不断更新的过程。 

  1970年初,力学所面临“斗批散”的局面,全所上下都在为力学所的生存而奔波、努力。俞刚参加课题调研,从院里看到1964年毛主席对钱学森等人关于反导问题的谈话(此时国家已制定了6403任务)。正好那时美国《宇航周刊》报道了AVCO公司的Gerry在他们所研发的二氧化碳气动激光器(GDL)上以每秒14磅的流量获得了67千瓦输出功率的消息,光束质量比固体激光器好,成为当时激光武器的最佳候选。因为GDL是一氧化碳与空气混合燃烧产生高温CO2 再经Laval喷管迅速膨胀降温形成超音速流,实现CO2振动能级的反分布。这一套技术与火箭发动机有很多相似之处,原13室主任、刚“被解放”的三结合老干部、革委会副主任靳如泽同志对此极力支持,向主管6403任务的科学院呈交了申请报告,经国防科工委批准下达。这就是上世纪七十年代力学所制定的研究方向“一光二厂三应用”中的“一光”。可以说,力学所搞气动激光是在那特殊年代自下而上搞起来的国防科研任务。 

  我在大学时期就对Laser感兴趣,所以在激光室里,我要求搞光腔,还担任了光腔组组长。开始时,我们只是做光腔镜子的对光准直工作,后来随器件流量增加,玻璃镜经常烧坏,我们就开始考虑使用金属镜了。当时国内根本没有金属镜加工的工厂,我们就得自行研制!我与自动化所张师傅合作加工铍铜镜,使用后激光输出功率陡然增加。但是铍铜镜在抛光过程对人身体有害,1973年我花了很多时间来研制无氧铜化学镀镍镜。这种镜的热传导性能好,表面硬度高易于抛光,我们是国内最早研制成功的。它不仅应用于我们的气动激光,还用在氟氢氟氘化学激光和千瓦级的电激励激光。所以,搞科研就要自力更生、自主创新。 

  1972年光腔组成立时,我们就非常重视激光光束质量和非稳腔的研究。刘建邦提出用转筒小孔扫描法测量在焦点的二维光强分布,在当时还没有红外列阵器件情况下,采用这种方法测量红外光强二维分布是很先进的。1997年,R.W.Duffner在《AIRBORNE LASER-BULLETS of LIGHT》一书中披露,美国也是使用这种方法测量光强分布的,但是在那时美国对我们是实行技术封锁政策的。1993年,我在刘建邦原型仪器的基础上改进,采用数字化技术和计算机显示,集成为可测量千瓦级二氧化碳激光和更高功率的化学氧碘激光光束质量的光束分析仪,当然这是后话。在改善气动激光光束质量方面,美国开始沿用固体激光的主振放大(MOPA)方案,后改为非稳腔。由于我们无法解决输出窗问题,一开始就选用非稳腔,也是很明智的选择。我们在科研中一直坚持这种针对自身情况走自己路子的做法。 

  让我一直感到遗憾的是没有坚持光腔独立的结构设计。我以为我们的激光器没有达到美国的出光效率,主要原因是:气动激光器在燃烧高温运行中,不均匀热膨胀使镜子失准。虽然1975年研究室做气动激光出光实验时,我已下放到郊区门头沟带知识青年去了。 

  1989年夏,我结束在国外作学术访问回国后,参加俞刚主持的863-410短波长化学激光专题下的课题研究,几年的茫然之后又回到我国的强激光研究领域,让我振奋。 

  我们承担的课题是研究不同折射率气体混合流场对光束质量的影响。开始时,俞刚带硕士研究生杨仕润开发干涉图的数字化和图像处理,在此基础上编制计算软件。随着研究工作进展,要求进行低密度超音速流的干涉测量。早在1980年左右,我在研究平晶错位干涉仪图定量时提出的“双镜干涉仪”的灵敏度只比传统的Mach-Zehnder提高一倍,远不能满足要求。任务又对我们提出提高干涉仪灵敏度的要求。 

  这里简单说说由双镜干涉仪到高灵敏度干涉仪演化的故事。先说双镜干涉仪的由来吧!提出双镜干涉仪概念是受平晶干涉仪的启发,最初是想利用风洞的两光学窗口的内表面的4%反射光与激光长相干长度结合做成双光束干涉仪。此想法一提出,夏生杰用橡皮泥调镜一试即成并设计成仪器,周光地先生将此命名为“双镜干涉仪”。镜表面镀膜增加反射率,由双光束干涉转为多光束干涉,条纹变锐,灵敏度不变。那时还没有认识到干涉条纹的对比度和两镜间距与激光器长度的比例有关联。但到了俞刚的实验室,他用的是长1米约20毫瓦的He-Ne激光器,用它与双镜干涉仪配合,却经常调不出对比度好的干涉图。经思考分析终于找到了原因:原来是长He-Ne激光器在多普勒加宽形线内有多个纵模,每个纵模都会形成对应的干涉条纹。我们又推导出激光器长度与干涉仪间距需满足的关系,就这样一种高灵敏度的多波长干涉仪就诞生了,灵敏度是原来的246 …..倍。这不仅解决了低密度流的干涉测量问题,而且提出了一种提高干涉计量精度的新方法。这在历来文献中是没有见到的,而勤于分析与思考是制胜的法宝。 

  从“七五”到“十五”的近20年时间里,我一直参与863-410短波长化学激光专题的课题研究,主要是围绕湍流介质光学品质评价、光束质量测量、取样光栅和氧碘化学激光数值模拟计算等课题。在此期间,我与大连物理化学所第七室的老、新科学家们建立很好的协作关系,他们在科研工作中的大胆实践的干劲、严谨的学风也让我深受教育。在大化所,我在非稳腔结构、镜子加工、调节机构和射流发生器等方面提出的一些建议,他们都认真听取并付之实施,更让我感到欣慰,并体味知识和经验的价值。 

  回眸我能在钱学森创建的力学所工作了四十多年,虽然没有机会与钱所长近距离接触,但能参与我们国家类似于美国两个“曼哈顿计划”的国防科研项目,如同我周围的许多同事一样,做着与国防科研有关和“吃第一个馒头”国防科研工作,深感此生没有虚度! 

   

  关于作者——吴宝根 

  简介:吴宝根,19396月出生于浙江建德。1962年南京大学物理系无线电电子学专业毕业,同年10月分配到力学所工作至1999年退休。开始在九室工作;19633月调二室五组参加21号任务,搞激波管测压计动态特性标定和空中爆炸马赫反射压力测量;1970年到激光室从事气动激光光腔研究和激光干涉测量;1989年参加863-410化学氧碘激光专题,主要做混合气体光学品质评价、激光光束质量测量、大功率激光光束取样光栅理论计算和制作工艺探索及化学氧碘激光混合流场的流体力学(CFD)计算。1999年在高温气体动力学开放实验室退休并返聘至2009 年告退科研工作。 

    

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