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中国光学事业的开拓者——王大珩(二)

日期:2020-07-13

大家好,今天我来给大家讲讲科学家王大珩的主要科学成就。

王大珩对中国技术光学、激光、光学计量、光学玻璃和光学工程等研究较深,指导研制成功多种光学观察设备,为中国应用光学、光学工程、光学精密机械、空间光学、激光科学和计量科学的创建和发展做出杰出贡献。

咱们来了解一下他最突出的成果,听听这其中的故事。




之二:王大珩的主要科研成就

 

创造出中国的光学“第一号”

在西方,最早对光学有过贡献的是希腊的欧基米德和托勒密。到了17世纪怪才笛卡尔的《折光学》,创立了几何光学。

18世纪初叶,大科学家牛顿写出了《光学》一书,把光学由几何学推演至物理光学。他提出了“微粒学说”——光的本性是运动的微粒。与此同时,大科学家惠更斯的《论光》一书提出了“波动学说”——光的本性是一种波动现象。后来的光学家确认了光是一种波动现象,还认识了红外光、紫外光等等光学现象。

当满怀报国之志的王大珩踏上旧中国土地的时候,偌大的中国,却仅有一个只能制造简单望远镜和低倍显微镜的破旧工厂。这不得不让王大珩心里难过。中国先秦时制造青铜镜就已经拥有了抛光技术。

明末清初的江苏吴江人孙云球就已经利用凹透镜、凸透镜和反射镜制造出察微镜、夜明镜等70多种光学仪器,并写出《镜史》一书流传后世。而20世纪中叶的中国,科技水平已经远远地落后于后起的西方文明。

王大珩回国以后的路该如何走?其路途是像光一样光明,还是像光一样波动、曲折?还是光的特点皆有之?

1948年,王大珩从英国回到了尚未解放的上海。英国昌斯公司的电报追到上海,以高薪聘他重返公司任职。与此同时,他的老师、科学家吴有训受共产党的委托,邀他北上。面对选择,他没有犹豫,欣然来到已经解放的大连,在大连大学任应用物理系主任。

两年后,35岁的王大珩与小儿科医生顾又芬结婚,从此有了一个全力支持他的贤内助。美满和睦的家庭如加油站,他开足马力,在事业上拼个卓越辉煌。王大珩那时忙工作,接到国防科研任务,二话不说,提起包就走人。到哪儿去?多长时间?干什么?她全然不知,她只知道丈夫干的是保密工作。有时王大珩走了十天半月,连一封信也不往家里写。几十年过去了,她才知道丈夫到底忙了此什么。

 1951年,王大珩受命筹建中国科学仪器馆。第二年仪器馆在长春正式建成,后来改名为长春光学精密机械研究所,他被任命为馆长、所长。


可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厂工作的龚祖同先生调到长春仪器馆来,负责炼炉的建立,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。

 195312月是中国光学史上值得纪念的日子——长春仪器馆熔炼出了中国的第一炉光学玻璃,结束了中国没有光学玻璃的历史,也为新中国的光学事业揭开了发展的序幕:从无到有,到发展到繁荣……

 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,他领导的长春仪器馆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。

 1961年,国际上出现激光仅一年,王大珩又支持手下的科研人员攻关,研制出在结构形式上独具特色的我国第一台红宝石激光器。从此,长春光机所在王大珩的领导下,成为我国第一个精密光学仪器研究制造基地,能够承担一个又一个难度大、攻关性强、高精尖的任务。

 

一年搞出原子弹光学测量仪

   “原子弹、导弹中的光学设备一定要让长春光机所来做!”中国的原子弹很快就要在祖国的罗布泊爆响,大科学家钱学森的这句话一锤定音。这既是对王大珩领导下的长春光机所的信任和鼓励,也让所长王大珩在关键时刻挑起了这集技术光学、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光学重任。负责原子弹测试技术的同志对王大珩说:“光学测试怎么搞,就看你们的了。但要求一年半完成。”

    面对这个高难的全新课题,王大珩利用长春光机所具有的技术优势奋力攻关,在不到一年的时间里,便交出了合格的光学测量仪器。19641016日,中国成功地爆炸了第一颗原子弹。王大珩和同事们研制的光学测量仪器一举成功。

我国开始研制中程导弹时,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技术,但他们对外技术封锁。


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,仪器一次研制成功,为我国中程导弹发射试验提供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,成为我国导弹发射试验使用国产大型精密仪器的开端。

 

让地球与太空“对视”

1970424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。卫星使中国开拓天疆的步伐大大前进了一步。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,同其它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,要长期保持正常工作。这个重担又落在了王大珩的肩上。

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须的。

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。两种相机同时研制成功,一起伴着卫星飞上太空。当卫星返回时,相机带回了地球村的全貌。

卫星上天以前,为了确保卫星飞上太空能正常运行,要在地面上进行太阳照射模拟试验。这就需要研制出一个被称为太阳模拟器的“人工太阳”。这种模拟太阳照射卫星的设备,技术难度绝不亚于其它地面设备。当时,他们已做出了设计方案,用375千瓦的氙灯拼组起来,才能相当太阳光的照射度。然而,只要一个灯运行失常,试验就不能进行下去。王大珩得知蔡祖泉研制成功大功率氙灯的消息,受到启发,迅速提出利用新的大功率氙灯技术,把氙灯数目减少到19个,增加了设备运行的可靠性,建造了一个光照直径为4米的太阳模拟器,并成功地用在气象卫星的太阳模拟照射上。

 

太平洋上光学测量奠基人

    19805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。而他们使用的先进“武器”之一,就是王大珩率领的长春光机所研制的光学设备。

    要发射远程的洲际运载火箭,就要实施发射全过程的测量。我国虽然幅员辽阔,但只在本土上建立测试网点是远远不能满足远程火箭的全程测量的。

    我国又不可能在全球陆地建立测量网,形成全球性测量,唯一的办法是靠远洋测量船,在太平洋上进行全程测量。远洋船航行在海上,船体在风浪中强烈摇摆、升沉,而光学设备必须有一套像放在陆地上一样的稳定装置,才能准确测量出精确的数据来。

    为了攻下这个崭新的课题,光学系统工程总设计师王大珩指导研制人员多次出海实验光学设备。当时没有任何资料可参照,一切全靠中国人自己的创造性工作来完成。光学设备研制成功,王大珩又和“远望号”航天测量船的总设计师商量:“你不把船的烟筒挪到船尾上,我这经纬仪就无法工作。”由于他的坚持,烟筒挪到了船尾,光学仪器放到了船的中心。有了良好的工作条件,他们在稳定快速跟踪、提高仪器的测量精度等方面都做了大胆的探索,创造性地解决了海上测量的技术难题。在洲际火箭的发射过程中,长春光机所研制的激光、红外、电视、电影经纬仪及船体变形测量系统等项光学工程,出色地完成了火箭再入段的跟踪测量任务,独立解决了当今世界远洋航天测

量的稳定跟踪、定位、标校和抗干扰等技术难题。王大珩在测量船的光学测量布局以及船体摇摆和挠曲变形的补偿与实时修正等方面均有重要的创造改进。

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年他荣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”获得国家科学技术进步特等奖,王大珩名列首位。

今天的讲解就到这里,谢谢大家!(待续)