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黄志澄:为中国航天冲锋陷阵

作者:黄志澄 2017-06-13 14:22:151777

久闻黄志澄老先生的名号,但看到他还是有点小吃惊,八旬高龄的他精神矍铄,说起航天来如数家珍、滔滔不绝,既健谈又记忆力了得。作为中国航天事业的奠基者和亲历者之一,黄志澄一肚子航天故事,看样子说上三天三夜也说不完。而且他不单单是讲过去的故事,他还密切关注着航天事业最前沿的发展,然后结合自己的经验感受,分析讲解甚至出谋划策。黄志澄开微博一年多一点,就发了11288条微博,都是关于航天的最新时效性内容,相当勤勉!

问君何能尔,心爱情自多。对于黄志澄来说,能目睹人类一步一个脚印地进入航天时代,自己还是航天人中的一员,这不仅让他感到骄傲,更让他有着涌动于血脉深处的飞天憧憬,不停歇的沸腾,让他有了无法熄灭的热情,有了永远年轻的精神面貌。

琢磨航天空气动力学

黄志澄1953年考入北京航空学院,那时他受到抗美援朝的影响,梦想为发展国家的航空事业做出贡献。黄志澄没有想到,他一生所从事的职业要比航空事业更为深远,这份幸运与责任,使他的名字永远与中国航天事业镌刻在了一起。

黄志澄大学毕业后被分配到国防部第五研究院。上班的地方就在北航大院内,行李都不用拿出校门,就完成了从北航学生到国防部科研人员的身份转变。从此之后,黄志澄的一生就和中国的航天和导弹事业结缘了。

黄志澄的第一份工作是到空气动力研究所理论研究室从事理论方面的研究。他承担了《复杂组合体的气动干扰》课题,并在工作中发现了当今非常流行的“乘波”外形,提出要将此作为自己的研究方向。

1964年初,为了促进气动工作的发展,特别是促进全国性空气动力研究中心的建设,聂荣臻元帅批准成立了国防科委空气动力专业组。黄志澄被任命为秘书,同时负责理论分组工作。

实验技术分组的任务是对全国的风洞进行统一规划,为建设我国的气动中心作准备。理论分组的主要活动是组织两次飞机气动问题研讨会,并结合飞机和导弹研制中的气动问题落实全国力学规划中有关空气动力学的研究课题。 1967年,国防科委做出了成立以钱学森为组长的空气动力研究院筹备组的决定。当时,钱学森决定在科学院力学所他的办公室内开始筹备工作。黄志澄就开始在这个办公室上班,有时候甚至住在办公室内。

1967年8月到1968年底,筹备组在钱学森、郭永怀等人的直接领导下,通过认真地调查研究,对风洞建设中出现的一系列重大问题做出了决策。

1972年到1975年,黄志澄受命在激波风洞进行风洞天平的研制。这项工作遇到了许多困难,但他从来都是迎难而上,从困难中学到许多东西,并以此为乐。由于工作需要,他后来调离了激波风洞研究室。20世纪90年代,黄志澄在中科院力学所激波风洞中进行了斜爆轰冲压发动机的试验研究。这项研究由国家自然科学基金资助,科研人员经过不懈的努力终于取得了成果。

1969年冬至1971年,我国有两个中程导弹型号的3次飞行试验都由于弹头不同部位的防热问题而以失败告终。为了攻克这项关键技术,钱学森主持组织了一场攻克再入气动防热的大会战。

在这场会战中,黄志澄担负着综合分析理论计算和风洞试验结果的重大课题。他带领风洞试验数据综合分析组加班加点,通宵达旦地分析计算。一方面去了解风洞试验的情况,另一方面,他们选择用内伏牛顿理论进行计算和分析。那时所采用的计算设备为320计算机,黄志澄和他的组员要学习计算机的编程、在纸带上穿孔、补孔、改孔和上机操作。今天的年轻人已经无法理解,那时上机计算,实际上是一种体力劳动。而且计算机在相距很远的地方,给黄志澄的计算时间都排在深夜。为此,黄志澄要带着组员乘班车去机房通程序,边计算边分析边修改,异常艰苦。

这样脚踏实地勤奋工作一段时间后,通过大量的计算和分析,并在仔细研究各种物理现象之后,他们的团队认定常规风洞试验结果是正确的。后来,黄志澄将重点放在将风洞试验结果外推到飞行条件上,研究了风洞条件对试验结果的影响,特别是计算了激波风洞锥形喷管对试验结果的影响,并建议今后激波风洞要采用型面喷管。在这个基础上,他完成了上述课题的总结报告,导弹再入气动防热问题被顺利解决了。

经过多年的探索与研究,黄志澄成为空气动力学方面的专家。1984年,他受邀参加《中国大百科全书》(航空航天卷)有关空气动力学部分的编写工作。在编写过程中,他读到国际宇航联合会年会上的一篇报告,讨论太空是人类第四环境的文章。这篇报告给了他很大的启发。他开始思考人类活动范围的问题,意识到人类为了扩大社会生产活动,必然要不断开拓新的天地。人类活动范围经历了从陆地到海洋,从海洋到大气层,再从大气层到宇宙空间的逐渐扩展的过程。人类活动范围的每一次飞跃,都大大增强了认识和改造自然的能力,促进了生产力的发展和社会的进步。

1987年10月,黄志澄(右)与航天总师屠守锷在巴黎

这样的思想认知,可以说是黄志澄对航天哲学思考的起步。

那一年,黄志澄得到了一个航天飞机空气动力学的课题,要求第一年进行全面调研,第二年提供一套气动力和气动热的工程计算方法。经过两年的艰苦努力,他带领团队终于完成了任务。1986年秋天,黄志澄出席由宇航学会召开的天地往返运输系统的学术研讨会。这次会议上,科学家建议国家发展航天飞机,黄志澄欣然开始了对航天飞机的气动问题研究。

中国载人航天的幕后推手

黄志澄没有想到,国家会安排他担任国家“863计划”航天领域专家委员会委员,参与我国发展载人航天的论证工作。这一论证,实际是为我国载人航天事业进行顶层设计,决定载人航天的发展方向和发展过程。

当时,中国载人航天有发展飞船还是航天飞机之争。专家的主导意见是:空天飞机和火箭飞机虽然是未来天地往返运输系统可能的发展方向,但我国目前还不具备相应的技术基础和投资力度,尚不宜将其作为21世纪初的跟踪目标;带主动力的航天飞机要解决火箭发动机的重复使用问题,难度比较大;可供进一步研究比较的是多用途飞船方案和不带主动力的小型航天飞机方案。黄志澄受专家委员会首席科学家的委托,在北京召开了对两个方案的系列对比分析会。

1989年5月,专家委员会最终确定了“投资较小,风险较小,把握较大”的飞船方案,即利用我国现有的长征2E运载火箭发射一次性使用的载人飞船,作为我国载人航天突破式进展的第一步。

黄志澄随专家委员会调研了我国数十家航空航天科研单位,发现我国的航空和航天科研单位不同于西方国家航空和航天技术已经融合的公司,他们的技术优势和文化各不相同。1987年,黄志澄随顾诵芬院士出席了法国的“赫尔墨斯”小型航天飞机方案研讨会,深感我国若要研制航天飞机,必须综合我国航空和航天单位的优势。回国以后,黄志澄就积极向钱振业组长建议,邀请成都飞机设计所对“赫尔墨斯”进行详细的综合分析。通过分析,大家认识到在飞船到先进天地往返运输系统之间,还必须发展用运载火箭发射的有翼轨道器,其理由是,两级空天飞机的上面级的研制必须基于有翼轨道器的技术,而跳过这一步直接研制空天飞机,技术风险太大。同时,有翼轨道器比飞船有较大轨道机动能力和较大再入横向机动距离,因而具有较大的军用价值。这些建议都得到了专家委员会和有关部门的认可。

今天看来,我国的载人航天以飞船起步的决策是符合国情的。当时航空部门正集中力量突破自制研发各类飞机的关键技术,不大可能有太大精力投入航天飞机的研发。在短期内要将航空和航天技术结合起来,困难也很大。正是黄志澄等一批科研人员的务实精神与高瞻远瞩,才使我国载人航天事业从无到有,顺利发展。

经过黄志澄等科研人员的认真论证后,发展飞船还是航天飞机的争论终于结束。1992年9月21日,中国政府批准载人航天工程正式上马,这就是著名的“921工程”。黄志澄又马不停蹄地加入到国防科工委组织的“921工程”的技术经济可行性论证中,担任论证组办公室主任和总体组副组长,并具体负责论证报告的起草工作。论证提出了载人航天的总体方案以及后续任务的衔接安排。经过24年的实践,“921工程”终于证明了当时的论证工作是非常成功的。在工程实施中,除了着落场的位置有所变化外,其余各系统的方案与论证报告提出的方案基本一致,变化很小。

论证工作之所以取得如此成功,黄志澄认为首先是由于中央专委和“921工程”论证领导小组的正确领导,但在具体的论证工作实践中,他也颇有一些自己的体会。

首先要全面正确地理解“在确保安全可靠的前提下,从总体上体现中国特色和技术进步,完成基本任务”这一指导原则。特别要从中国国情出发,全面且辩证地处理好安全可靠、完成基本任务、研制经费和研制进度之间的关系。载人飞船工程必须把安全性、可靠性放在首位。

其次应用系统工程原理,力求总体性能优化。总体方案致力于使载人飞船工程及其主要系统的总体技术指标与性能要体现出中国特色与技术进步,而不是片面地追求单项技术的先进。为此,各系统的发展既要有重点,又要相互配套、协调。在完成基本任务的前提下,充分发挥载人飞船工程的综合效益。在整个论证过程中,他强调了局部服从全局,分系统服从总体这一思路,提倡总体组的同志秉持敢于讲话、敢于协调、敢于综合平衡、不怕得罪人的原则。从而保证了在较短时间内制订出总体性能较优化的方案。

再次在确定技术方案时,一方面,要充分采用现有的成熟技术及其延伸技术;另一方面,要注意兼顾后续任务。论证中对那些无法回避的不成熟技术和新技术,要对其难度、研制周期、涉及面大小及其对整个工程的作用等进行实事求是的论证,从而防止出现某项关键技术久攻不下而影响整个工程的局面。

另外,还要充分发挥评审组的作用。评审组的严格把关是“921工程”取得成功的一个重要原因,这值得在我国今后的大型工程中推广采用。

最后还要十分重视经费的论证工作。对经费可行性的论证,能较好地处理需要与可能两者之间的关系。

黄志澄的这些论证经验很快就在我国空间站发展论证中得到了应用。

1993年初,“863计划”航天领域成立了由闵桂荣院士为首席科学家的第二届专家委员会,黄志澄被任命为综合专题专家组组长。综合组的主要任务是完成“新形势下我国载人航天的发展战略”的课题研究,重点论证空间站的发展蓝图。在论证中,黄志澄要与空间站专题组和大型运载火箭专题组等进行协调。

“863计划”航天领域第一届专家委员会的论证报告提出了发展飞船和突破出舱活动、交会对接技术之后,再建成载人空间站。在论证中没有将空间实验室和空间站区分开来,所以报告没有明确提出先建设空间实验室这一步,而是将空间实验室视为空间站的前期工程。“921工程”论证组在论证过程中提出了分三步走的蓝图,因为建设空间站要有一个试验过程,而当时我国使用的长征2F火箭低轨道运载能力只有8吨多。

最终,我国决定发展载人航天的路线要分三步走:第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程;第二步,突破载人飞船和空间飞行器的交会对接技术,并研制一个8吨级的空间实验室;第三步,建立20吨级的空间站。

1984年4月,黄志澄(左一)和庄逢甘等中国空气动力学专家在一起

这是黄志澄和论证组对提出的方案反复修改了六稿后得出的最优结果。为此,论证组还请北京航空航天大学管理学院进行了“空间站工程大系统费用与进度及其风险的仿真研究”。

而今,我国已经有14名航天员上天飞行,空间站试验进行顺利,在不久的将来即将开始正式组装,这一切都来自当年论证所产生的载人航天和空间站发展的正确路线图。

黄志澄和参与中国载人航天论证的专家大都默默无闻,但他们是中国载人航天鲜为人知的幕后推手,没有他们所做的符合中国国情的顶层设计,中国载人航天事业就不会进展得那么迅速和顺利。

为未来搭建通天路

研究航天发展战略,高瞻远瞩的眼光固然是必须的,务实与稳健的态度也不能少,既要能给出方向,又要能给出切实可行且行之有效的操作方法。

1991年,黄志澄协助屠善澄完成了专家委关于我国发展载人航天工程的认证报告。1992年1月至9月,黄志澄协助王永志完成了“921工程”的论证。“921工程”上马之后,黄志澄又奉命对之后我国载人航天的下一步发展进行论证。这就是“863计划”航天领域专家委员会给黄志澄单位下达的《我国航天领域发展战略支撑研究》的课题。

1996年12月,由航天领域专家委员会主持的在长缨宾馆召开的“21世纪初我国航天高技术发展研讨会”上,黄志澄代表课题组作了《21世纪初我国航天发展的任务需求和发展战略研究》报告。

会议结束后,黄志澄吸收了许多不同意见,对报告初稿进行了修改。其可公开的内容以《对21世纪初我国航天发展的思考》为题,发表在《中国软科学》1998年第4期上。

文章指出,当今世界航天发展正处在关键时期。总的趋势是空间竞赛的势头已大大减弱,航天在军用和民用领域的应用更加广泛和有效。21世纪初,我国国民经济和国防建设对航天领域发展提出了更加迫切和广泛的要求,我国航天的发展要从国情出发,制订正确的发展战略和处理好各方面的关系,突出重点,加大技术发展的跨度,争取在具有较大综合效益的领域尽可能缩短与世界先进水平的差距。21世纪初我国航天发展要保持低投入、高效益,必须正确处理好卫星、载人航天和深空探测三方面的发展目标、有效载荷、配套工程和关键技术的统一规划,才能避免不必要的重复,避免资金和人力的浪费。

文章建议我国航天领域在21世纪初的发展战略是:以效益为中心、以应用卫星和卫星应用为重点,在应用卫星和卫星应用取得重大突破的基础上,将中国航天的发展逐步拓展到载人航天和深空探测等领域,以保障我国航天领域平衡、协调、可持续地发展。

在航天管理方面,为了提高效益,也必须区分政府、研究院和公司的职能,对有经济效益的产品要引入市场机制,鼓励竞争,并增加企业对研究与开发的投入,形成效益与技术发展的良性循环。

现在看来,由于21世纪初我国经济和国家财政收入的高速增长,国家对航天的投入高于当时的预期,为保证我国航天在应用卫星、载人航天和深空探测等三条战线中都取得丰收提供了有利条件。

这次航天发展战略讨论中对发展应用卫星重要性的共识,为确保21世纪初我国卫星事业的蓬勃发展和整个航天的均衡发展带来了深刻的影响,为今后我国经济发展进入新常态后的航天创新发展提供了许多启示。

2015年11月,黄志澄(右)在《空天大视野新书交流会上

在“921工程”上马之后,黄志澄撰写了《发展载人航天的经验教训》一文,作为论证工作的一点心得体会。这些经验教训是:人与自动化系统的结合是开发空间资源的必由之路;发展载人航天既要考虑国家的威望,又要有明确的科学试验、技术发展和应用目的;必须高度重视载人航天系统的可靠性和安全性;降低空间运输系统的运输费用、提高其使用性能,已成为有效地开发空间资源的重要前提;国际合作已成为载人航天发展的必然趋势;必须发展先进的大型工程管理技术。

现在,我国航天事业的发展说明,这些经验教训总结得非常到位,执行得亦十分有效!

永不停息的思考

2016年,黄志澄已经退休多年。然而,对航天事业的关注和热爱却让他无法安坐家中,享受悠闲的退休生活。他走出书斋,用笔和嘴宣讲航天故事,发表对科技与社会的看法。他的科学哲学思想都反映到了其著作《航天科技与社会第四次浪潮》和《空天大视野》之中。黄志澄用笔名“安慧”在中国青年报《思想者副刊》发表了评论数十篇,引起了众多媒体的广泛转载和评论。评论内容不仅有对航天技术的哲学思考,如《移民外星能拯救人类吗?》《由“霍金警告”想到的——探索外星人到底有什么意义》《理性对待探月热》等,还有对科技与社会的评论,对我国社会发展和国际时事热点的看法等。细心的读者发现,黄志澄在《求是》《中国软科学》《中国工程科学》《中国青年报》《科技导报》《解放军报》《科技日报》《国际技术经济研究》《太空探索》等报纸杂志发表了150余篇软科学和社会科学报告,内容涉及航天航空技术、导弹技术、信息化战争、国家安全、国际关系、科学技术哲学等。黄志澄的激情与效率真是令后辈折服。他指点太空,挥斥方遒,虽然年近八旬,仍然走在时代的前沿。

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