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光学俊杰——陈星旦

日期:2020-07-31



陈星旦19275月生于湖南湘乡。1950年毕业于湖南大学物理系。1950年至今先后在东北科学研究所及中国科学院长春光学精密机械与物理研究所工作。应用光学专家,1999年当选为中国科学院院士。

  紧迫的秘密任务                                                                          

19461016中国第一颗原子弹试爆成功。原子弹的成功爆炸是我国无数科学家和工程技术人员共同努力的结果。陈星旦也是其中作出过重要贡献的一名科学家。那是1963年的一天陈星旦突然接到国防科委的紧急通知要他速到北京参加一个绝密会议 。

当时长春光机所所有的人都不知道陈星旦接到了什么特殊通知连他自己也不清楚心想自己只是一名普通光学研究人员还从未和上级领导部门直接打过交道心里七上八下一夜未眠 。

第二天他就火速乘车赴京。

一到北京顾不上休息他直奔国防科委报到。办公室负责接待的同志马上带他赶到会场。会议正在紧张召开之中。此时陈星旦才知道重点是研究原子弹的爆炸问题。

我国科研人员依靠自身力量发扬大无畏精神在原子弹的研制上取得了突破性的进展即将进人试爆阶段但试爆前还有一些问题急待解决。核爆炸所产生的光辐射的杀伤效应和杀伤范围有多大?爆炸当量又如何计算?国防科委将此作为紧急项目下达各有关科研所要求大家齐心协力抓紧时间来完成。这次分配给陈星旦的任务就是要他在一年多的时间内攻克核爆炸光冲量的测量。当时国防科委只下达了目标任务至于采取何种手段研制何种仪器来达到目的和要求都未作具体说明一切由科研人员自行考虑决定。陈星旦觉得这项光荣而紧迫的任务交给他来干,既是对他的一种莫大信任,也是一个重大的考验。

陈星旦回到光机所,立刻马不停蹄地干了起来。他这个工作狂式的人物,整天埋在实验室里拟方案,做试验,深更半夜还灯光不熄。当时,所里没有人知道他在忙些什么,保卫科的同志只知他研究的课题是绝密级的,因而对他采取特殊的保卫措施,不让人随意进入他的实验室。由于任务绝密,在整体技术方案上陈星旦不能和周围的同志讨论,只好在技术方案确定后将课题分成若干小部分,请其他同志去完成其中的小课题。在课题进行过程中,陈星旦经常独往北京汇报,与国防科委的专家讨论。如此往返,反复多次,使课题研究进展甚快。

当试验进行之中,遇到了一个难题。原子弹爆炸后,将在瞬间产生巨大的光量,要对此进行测量,在试验中就必须有模拟光源,但从哪里去找模拟光源呢?国防科委有人提出用探照灯光,而陈星旦认为探照灯的光不均匀,强度也不够,不适用。究竟有多少个不眠之夜的思索,他已经记不清楚了。一天早晨,当他在床上稍稍休息起来时,见到太阳光已经爬上了窗棂,他突然来了灵感,这太阳光不正是要找的光源吗?真是“踏破铁鞋无觅处,得来全不费功夫”。于是,他巧妙地设计出了许多测量系统,其中的定天镜能自动跟踪太阳,收集光源;调制盘则通过精确计算,转动该盘所进的光,由强到弱,刚好与原子弹的爆炸过程相吻合。

试验中,他利用以往研究水平磁力秤、温度计量和红外分光光度计的技术基础,研制出记录式(测量核爆炸光辐射强度随时间变化)和积分式(自动显示核爆的总光冲量)两种光冲量计。这些自动测量系统不需电源,布点不受场地限制安全可靠,并便于核爆炸后回收数据。

只一年时间,测量设备就研制出来了,他将这一研究成果按时送到了有关部门。

就在19641016日这天,我国自行研制的第一颗原子弹成功地爆炸了。可这时陈星旦却很担心他研制的测量仪器是不是成功地记录了有关的数据,他焦急地在等待着测试结果的信息传来。当从爆炸现场返回的基地人员,告诉陈星旦他研制的那套设备管用时,他这才舒了一口气。当时,领导部门为了保证测量工作的绝对成功,同时启用了几个单位研制的仪器设备,试验后证实只有陈星旦的光冲量计记录准确,最后经专家委员会评审,由两弹”元勋程开甲院士、光学泰斗王大珩院士所写的鉴定评语是:陈星旦同志负责研制的光冲量计,创造性地解决了大能量、宽量程、高灵敏度、快速响应等参数的合理关系和测量过程中的温度漂移。用于实时测量,记录核爆炸光辐射能最变化过程和总能量,为研究核爆炸光辐射的杀伤效应、杀伤范围、爆炸当量计算等,提供了精度可靠的数据。他的这套测量系统被遴选为以后历次大气层核爆炸试验必备的测星仪器。

陈星旦独创的光冲量计获得了圆满成功,由于当时将这项研究定为绝密,故他没有写出论文,后来也没有申请专利和科技进步奖。他对此毫不在乎,只是一心一意默默无闻地工作着。他心想只要科研成果派上了用场,发挥了作用,就是对自己的最大安慰。

 

白手起家,获得多项科研成果

    为什么陈星旦在没有任何参考资料的情况下,白手起家,能在短时间内研制出这样高科技的成果呢?这要归功于他所做的大量前期工作。原来在他的光冲量计中使用了多学科的综合技术,他不仅在这方面有深厚的理论基础,而且有他自己已经取得的科研成果,例如水平磁力秤、温度计量、红外分光光度计和大气光学等。如果没有这些作为基础,他不可能这么快速地、圆满地研制出光冲量计。

20世纪50年代初,我国国民经济正处在恢复时期,地质部急需探矿设备,以探明我国的矿藏储量,年仅20出头风华正茂的陈星旦承担了磁法探矿设备——水平磁力秤的研制任务。磁力秤虽说是一种小仪器,但涉及的技术问题却很多,特别是无磁性材料检测、磁钢热处理及仪器标定等。陈星旦为此解决了一系列技术难题,1954年终于研制成功并小批量生产供探矿部门使用,这是我国早期研制成功的精密仪器之一,获得了中国科学院东北分院优秀成果奖,并在1954年莱比锡国际博览会上展出。陈星旦巧妙地将这一成果应用到了光冲量的测试仪器之中,借助光强弱变化引起电流变化的原理,再引起磁通量的变化,因而解决了光冲量的自动化记录问题。

 仪器怎么会感受到光的变化呢?陈星旦以前的一项研究又帮了大忙。50年代末期,一些大型钢厂在炼钢中遇到难以测量出准确的温度问题,陈星旦接受了温度计量的研究。1957年,他在国内最早建立起0 ~1063摄氏度的国际温标,送往苏联检定合格,解决了当时国内温度计量仪器无标准的问题。由他负责研制的辐射高温计提供给鞍钢等大厂矿使用,效果良好。这一成果也成了测量核爆光冲量的光学传感器部件之一。

1959年,陈星旦提出并组织研制双光束自动记录红外分光光度计,这种精密仪器当时在国外也才刚刚问世。他研制成功的整台仪器的工作性能赶上了国际先进水平。该仪器曾参加1964年莱比锡博览会,还送到日本和法国参展,获得了相当高的赞誉。该产品获1964年中国科学院新产品一等奖,同年获国家科委、国家计委、国家经委联合颁发的新产品一等奖。陈星旦将这些早期的研究成果都加以综合运用,在此基础上再进行创新,顺利地解决了各个重大的技术难题。陈星旦在总结自己的科研经验时说:“应用科学需要知识综合,一个科学家必须有广博的知识面,才能触类旁通,左右逢源。否则就不可能解决实践中遇到的各种难题。”

 

在光学领域不断进展

陈星旦是我国最早开辟大气光学研究的工作者之一。早在20世纪60年代初,长春光机所为了研制靶场光测设备的需要,设想开展大气光学的研究。1963年,陈星旦在长春国家森林公园——净月潭筹建大气光学观测站,并开展大气透明度、大气能见度和天空亮度的研究。

 那时,陈星旦承担了飞机目标静态和动态的红外辐射测量研究项目。为完成测量任务,由他主持设计,研制出了新型的飞机红外辐射测量仪器,并对多种机型的飞机进行了测量,所测得的数据为我国第一代空对空导弹的研制提供了设计依据。研究组先后在北京、湖南、陕西一些机场进行实际测定,得到了很多具有重大意义的数据,在此基础上,提出了侧向进攻的最佳方向是尾翼的结论。这一科学结论,长期以来被有关部门遵循采用。上述工作实际上是20世纪70年代末在国际上新兴起来的遥感技术的基础。

陈星旦个性宽容忠厚,是光机所人人称道的典范。可是在那极“左”路线横行的动乱岁月,他绝不附和某些人高喊“革命”口号,今天批斗这个,明天批斗那个,因而他被认为是缺乏“阶级斗争观念”,是“右倾机会主义”,故他在历次政治运动中都受到批判。特别是在“文化大革命”中,有些人颠倒是非,把陈星旦诬陷为“反革命”和“反动权威”,在所内被看押审查一年多,后又把他全家遣送去吉林长岭插队落户,实际是去劳动改造。他下面的科研人员也被调离了长春,分散去了几个城市。可是他无论遇到多大的挫折和打击,一心想的还是他的光学研究事业。

19677月底,就在造反派武斗期间,他还到净月潭野外实验室去做大气传输试验。满载着仪器的汽车半路上翻倒在农田里,差点车毁人亡。

      70年代中期,在农村种了3年地的陈星旦又回到了光机所。下放农村期间,他的实验室被拆散了,由他开创的科研项目下马了,多么令人心痛!可是他并没有灰心,没有泄气,仍是那么认真地查阅资料,积极参加各种学术会议,细心了解国家和科学院的会议精神,设法恢复七零八散的实验室。1984年便由他主持成功地研制出了中国第一台真空紫外光谱仪。后来,他在负责国家“同步辐射光束线光学预先研究”的工作中,提出《同步辐射光束线的光学元件及单色仪》、《利用同步辐射建立紫外及真空紫外光谱辐射标准》等技术报告,并依此由他主持首次成功研制超高真空紫外单色器。90年代以来,他又深入开展短波光学研究,研制出系列新的光源和光学元件,为我国短波光学方面建立了技术基础,先后获得中国科学院一、二等奖,国家科技进步二等奖。

 

艰难而不平凡的人生

陈星旦在光学领域锲而不舍地进行了50余年的研究,可谓硕果累累。他自幼的家庭环境和坎坷的成长经历,对于塑造他顽强进取的个性是有影响的。

    陈星旦192756日出生于湖南省湘乡市虞唐镇郭门村。他的童年很不幸,母亲就因生他而难产死了。他1岁时,父亲因参加大革命,被反动派杀害了。

    他失去父母以后,是靠慈祥的祖母抚养大的。他4岁多就发愤读书,9岁就到离家七八里外的邓氏渡敦化小学读寄宿,日常生活都得自己料理,较早地培养了他独立生活能力。他在湘乡一中读完初中后,因家境困窘,无钱读高中。恰逢国民党政府在离他家不远的永丰镇办了一所名叫中央技术科的学校。该校相当于中专,免交学费和住宿费,报考者自然人山人海。陈星旦以优异成绩考取了该校电机科。

19446月,日本鬼子打来了,陈星旦含泪告别了学校和家园,开始逃难,这年他才17岁。他匆忙地和几个同学沿着湘桂铁路疾行,昼夜兼程,风雨无阻。他们在前面走,鬼子就在屁股后面追。走走停停,由永丰到零陵,由零陵到桂林,正遇上了桂林第三次强迫疏散。陈星旦挤不上南去的火车,且同学都分散了,幸好跟随一个私营橡胶厂的十几个工人,步行去湘西,辗转到贵阳,好不容易在一家汽车修理厂找了点事做,直到抗战胜利。他从这次逃难的经历中,深刻体会到了自己的国家不强,其根本原因是科学技术落后,政府腐败无能。他觉得国家要强盛,就得以国家兴亡为己任,勤奋学习,造就本领,努力建设好自己的国家。

 19458月,日本投降了,陈星旦高兴地回到了家乡,在农村教了一年小学。19467月,他考入了国立师范学院(今湖南师范大学前身)攻读物理专业。

1950年初,东北招聘团来湖南招人。陈星旦便和一批同学提前几个月毕业,来到了东北科学研究所物理研究室工作,后来又调到光学权威王大珩先生所领导的仪器馆(今长春光机所),在这里一干就是半个多世纪。

  陈星旦带了好几个博士研究生,积极培养光学专业人才,同时他还想把自己的一些最新成果产业化。他认为,搞技术科学的其科研成果不能转化为生产力,为社会所用,所谓成果也就没有多大意义了。