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軍工航天新聞

國防科大激光陀螺研究所故事集

星之球科技 來源:新華網2014-06-24 我要評論(0 )   

中國工程院院士、著名工程物理專(zhuan) 家、激光陀螺研製領軍(jun) 人物高伯龍。 三十年磨成劍 在國防科技大學,有一位耄耋之年的老人,堅持每天到辦公室進行科研工作,他就是高伯龍...

 

     中國工程院院士、著名工程物理專(zhuan) 家、激光陀螺研製領軍(jun) 人物——高伯龍。 

    在國防科技大學,有一位耄耋之年的老人,堅持每天到辦公室進行科研工作,他就是高伯龍,應用物理係教授,中國工程院院士。 在國防科技大學,提到高伯龍,大家都會(hui) 想到他研發的激光陀螺。激光陀螺能使飛機、艦艇等保持正確航向,引導火箭完成使命任務。 激光陀螺作為(wei) 一個(ge) 世界性難題,其研製工作在我國曾幾經沉浮。20世紀60年代開始,全國十幾家單位投入力量研製,因為(wei) 當時我國的工藝水平比較落後,無法達到研製要求,十幾家單位最終都放棄了。高伯龍說:“就因為(wei) 別人都下馬了,所以我們(men) 一定要堅持下去,否則中國的這一國防關(guan) 鍵技術就會(hui) 夭折。” 

    由於(yu) 經費有限,激光陀螺的實驗室是由舊食堂改造的,狹小破舊。由於(yu) 激光器檢測要求嚴(yan) 格,實驗室要封閉,夏天酷熱難當,高伯龍和團隊成員的身上都長滿了痱子。實驗室雖然條件簡陋,但高伯龍卻把這裏當成了自己第二個(ge) 家,在研製工作最艱難的時期,他每天在實驗室都超過15個(ge) 小時,幾乎每一個(ge) 春節都是在實驗室裏度過的。激光陀螺團隊成員平均每年加班1500小時,多的超過2000小時,一年幹兩(liang) 年的活。 

    高伯龍患有哮喘病,疲勞時經常發作。和高伯龍合作了38年的高級工程師丁金星對此記憶猶新:“每個(ge) 月可能都要出那麽(me) 兩(liang) 三次這樣的。很嚇人的!他一發病,喘不了氣了,就躺那裏,坐在椅子上,哈,哈,就喘氣,喘不過來。我就趕快弄杯水,喝杯水吧,可能能化解一下。過半個(ge) 小時左右,慢慢就,哎呀,好了,好了。喘過氣來,咱們(men) 繼續幹,就繼續幹,就做實驗。” 

    高伯龍帶領創新團隊30年磨一劍。1994年我國第一個(ge) 激光陀螺通過國家鑒定,使中國成為(wei) 第四個(ge) 掌握這一技術的國家。國人稱讚“長民族誌氣,提民族信心”。 近年來,國防科技大學自主創新團隊科研人員,攻克了一係列核心關(guan) 鍵技術,取得了一係列自主創新成果,一批批“世界第一”“中國第一”橫空出世。

激光陀螺的“磨刀石” 

    在上世紀70年代末、80年代初,我國激光陀螺的研究還處於(yu) 起步階段,其腔體(ti) 的機械加工顯得尤為(wei) 重要。但是在那個(ge) 時候,國內(nei) 機械加工的水平有限,同時因為(wei) 經費也有限,根本沒有條件購買(mai) 高精度的機械加工設備。但僅(jin) 憑普通的鑽床和銑床,又無法滿足激光陀螺對光學諧振腔較高的幾何尺寸要求。 

    激光陀螺創新團隊雖然是國內(nei) 開展此項研究最早的單位,但在當時也沒有高精度機床。當時用的是小型機床,沒有準確可靠的定位裝置,鑽孔的位置精度往往依靠人工劃線,需要操作人員的豐(feng) 富經驗作保證。所以這種鑽床難以實現高精度的鑽孔,很難加工出合格的激光陀螺腔體(ti) 。腔體(ti) 的機械加工問題不能解決(jue) ,激光陀螺的研製也就無從(cong) 談起,研究工作陷入了僵局。俗話說,“巧婦難為(wei) 無米之炊”,要在沒有高精度機械加工設備的情況下,打造出合格的腔體(ti) ,似乎是一個(ge) 不可能完成的任務。 

    麵對這一難題,團隊成員沒有退縮,他們(men) 說,沒錢買(mai) “好劍”,我們(men) 就把手裏的“鈍劍”磨利!他們(men) 主動充當起了“磨刀石”,充分發揮主觀能動性,對原有鑽床的結構和工作台進行改造並自行設計配套的數控裝置,從(cong) 而將其用於(yu) 激光陀螺腔體(ti) 機械加工。 

    磨劍的過程是複雜而又曲折的,改進設備的每一步進展都必定需要千百次的反複試驗,才能達到理想的效果。在一個(ge) 個(ge) 困難麵前,團隊成員總能創造性地找到突破口。激光陀螺創新團隊就是憑借著這份“勇為(wei) 無米之炊”的責任擔當,完成了對鑽床的數控技術改造,顯著提高了加工精度、加工效率和成品率,解決(jue) 了激光陀螺機械加工批量化生產(chan) 的難題。

丁金星高級工程師與(yu) 年輕技工交流經驗。 

    1978年,激光陀螺創新團隊研製成功了我國第一代實驗樣機。但團隊負責人高伯龍清醒地認識到,這隻是萬(wan) 裏長征的第一步,工程化的道路上還有許多技術和工藝問題擺在麵前,必須一一克服。其中,最大的瓶頸就是低損耗的反射鏡片,它直接決(jue) 定了激光器的性能。而我國的工藝水平又比較落後,要突破這道難關(guan) ,談何容易?不出所料,環形激光器的工程化,就被卡在鍍膜問題上。望著一片片報廢的膜片,回想起多少個(ge) 日日夜夜和辛勞的汗水,一些人產(chan) 生了悲觀情緒,向高伯龍說:“工藝上不去,我們(men) 幹也白幹,還是早早收場算了。” 高伯龍也意識到研製工作的確麵臨(lin) 很大的困難,但他絕不輕言放棄。要解決(jue) 鍍膜問題,首先要從(cong) 理論上完成膜係設計。隻有知道了“為(wei) 什麽(me) ”、“是什麽(me) ”,才能更好的解決(jue) “怎麽(me) 做”的問題。 

    於(yu) 是,高伯龍帶領團隊開始進行膜係設計的攻關(guan) 。當時沒有薄膜光學方麵的現成資料可以借鑒,高伯龍就從(cong) 最基礎的麥克斯韋方程組出發,針對環形激光器對薄膜的各種需求,開始了具體(ti) 膜係的計算和分析。膜係設計中涉及到諸多複雜的數學推導和計算,當時國內(nei) 計算機技術還不是還普及。高伯龍憑借著自己深厚的數學物理基礎和巧妙的設計思想,自學程序設計語言,自己動手變成,圓滿完成了膜係設計工作。

羅暉教授在陀螺測試間與(yu) 學員交流 

    激光陀螺的研製一直是工程界的一個(ge) 世界性難題。激光陀螺的本質是一種環形激光器,可看似簡單的器件其研究並不順利,從(cong) 1960年激光器出現至今,世界上隻有中、美、俄、法等國掌握該技術。所謂超光滑表麵是指利用光學加工方法、通過精密研磨加工等方式加工生產(chan) 出表麵粗糙度優(you) 於(yu) 納米量級的光學表麵。超光滑表麵加工是激光陀螺研究和工程化生產(chan) 的敲門磚,其加工水平某種意義(yi) 上決(jue) 定著陀螺的最終精度。 

    為(wei) 徹底解決(jue) 這一問題,激光陀螺創新團隊毅然決(jue) 定投入優(you) 勢力量進行攻關(guan) ,從(cong) 兩(liang) 方麵入手:一是對現有工藝進行深入研究和剖析,找出影響生產(chan) 效率和成品率的主要因素,並針對這些因素開展深入係統研究,提出切實可行的方案;二是對高精密光學加工技術進行全麵調研,了解超光滑表麵加工現狀和發展趨勢,重點掌握近些年來出現的新方法、新技術。在艱難曲折的攻堅過程中,團隊成員夜以繼日工作,最終探索出多套高效、切實可行的工藝技術方案。團隊人員把電腦從(cong) 書(shu) 桌前搬到機床前,從(cong) 辦公室搬到加工間,沉下心來搞研究。金教授原本從(cong) 事光學理論研究,毅然舍棄專(zhuan) 業(ye) 所學,來到加工生產(chan) 第一線,從(cong) 普通工藝入手、拜一線工人為(wei) 師,潛心研究十餘(yu) 年。工程師李曉紅長期在一線工作,基於(yu) 對傳(chuan) 統工藝的認識和研究,加班加點動手驗證,為(wei) 工藝改進和技術創新獻計獻策。 

    全體(ti) 人員潛心研究、集思廣益、團結協作,最終將超光滑表麵加工技術問題完美解決(jue) ,不僅(jin) 解決(jue) 了批量化生產(chan) 問題,而且所加工出的光學表麵質量遠優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統工藝。激光陀螺研究團隊的科技工作者繼往開來,依靠創新創造出了自己的輝煌,他們(men) 用自己粗糙的大手“撫摸”光學世界,為(wei) 人類了解和利用激光探索道路。

張斌教授在工作。

    除了推遲的午餐外,高伯龍院士的另類故事還有很多,都被大家津津樂(le) 道。 高院士的衣服很少,多少年都看到他穿在身上的就那麽(me) 幾套衣服。人們(men) 說長沙的天氣隻有冬夏兩(liang) 季,高院士在秋冬不太冷時,就裹上了一套棉大衣,到了春天暖和了,還“舍不得”脫下來。熟悉高院士的人都知道原因,一是老是換衣服穿耽誤時間,但更重要的原因是高院士患有嚴(yan) 重的哮喘。對冷空氣特別敏感,一犯病特別恐怖,喘氣就喘不起來。 再一個(ge) 就是他那幹起工作來是“拚命三郎”,在早些時候,夏天沒有風扇、空調,他就穿件背心,一身是汗的反複做實驗,搞研究,冬天就裹著大衣守在實驗機器旁,就這樣紮在一個(ge) 項目裏三十多年,這在學校乃至全國都是少有的。

黃雲(yun) 教授在檢測膜片。

    長沙的夏天有些悶熱,35度以上的高溫是常有的事情,午間休息避暑是大多數長沙人的生活習(xi) 慣。學校的夏季作息時間表上也清楚的寫(xie) 著下午15:00上班。而在激光陀螺研究所的門口,卻張貼者這樣一張不同尋常的作息時間表:下午上班時間是13:30。14:00,豔陽高照,大多數人安心午睡的時刻,激光陀螺研究所各個(ge) 實驗室裏卻熱鬧非凡:機械加工實驗室裏機床在正常運轉,團隊成員在觀察實驗結果,研究改進工藝;光學加工實驗室裏磨床在有規律的運行,總有幾個(ge) 穿著軍(jun) 裝的人在連續觀察、監控和調試實驗參數,把握微妙的變化,洞悉微觀世界,捧著盒飯盯儀(yi) 表是常有的事情;電路實驗室,也有不少人在加班加點忙於(yu) 電路板的設計和製作。 

    激光陀螺技術創新團隊常年奮鬥在研製生產(chan) 一線,他們(men) 每天都是如此忙碌,隻為(wei) 滿足國家和軍(jun) 隊的迫切需要。他們(men) 的科研任務實在是太繁忙了,加班加點、爭(zheng) 分奪秒已經成為(wei) 團隊的習(xi) 慣,怪不得有人稱呼他們(men) 為(wei) “陀螺人”,不光研製激光陀螺,自身也像陀螺一樣轉個(ge) 不停。

 

高伯龍院士指導學員撰寫(xie) 論文 

    2011年6月,地方大學畢業(ye) 的曲博士來到激光陀螺研究所報到。跟想象的不一樣,這裏既沒有歡迎儀(yi) 式,也沒有寒暄客套。麵試和介紹環節都在實驗室裏自然開始,給他一種既耳目一新又踏實苦幹的感覺。一位教授在大型轉台前忙碌完,放下手中的實驗工具直接用沾有機油的手拿起曲博士的簡曆看了起來,不時問一些學術問題。來到另一位教授的辦公室,桌子上滿滿的擺放著儀(yi) 器設備,一看竟分不出是辦公室還是實驗室,談話一開始,教授就說:“我們(men) 這兒(er) 就是這樣的,你可要有思想準備啊”。這嚴(yan) 謹務實的作風深深的吸引了曲博士。 

    第二天,曲博士就“入鄉(xiang) 隨俗”,加入到了科研一線。他先是被分配到總成實驗室,從(cong) 裝盒、旋螺釘、塗膠密封等小事做起,後來又負責激光陀螺測試、信號檢測。“工程無小事!”這些看似瑣碎的環節,都是激光陀螺研製生產(chan) 不可或缺的。在這裏工作半年後,曲博士掌握了激光陀螺的整體(ti) 結構和工作原理,更加深了對工程技術的深刻認識。下半年,他又加入到激光陀螺鍍膜實驗室,開始了學習(xi) 鍍膜工藝,從(cong) 真空技術到材料科學再到薄膜光學,每個(ge) 學科都涉及到了,每個(ge) 工藝環節都反複細致的摸索,年輕的曲博士快速成長了起來。

    《環形激光講義(yi) 》,這個(ge) 以單行本的形式發行的小冊(ce) 子,對於(yu) 國內(nei) 涉足激光陀螺研究的人來說並不陌生。1976年5月出版後,即成為(wei) 國內(nei) 所有激光陀螺研製單位開展工作的重要而基本的理論依據,至今仍然是從(cong) 事激光陀螺基礎研究不可缺少的文獻資料。這個(ge) 小冊(ce) 子的作者就是剛剛涉足這個(ge) 領域不滿兩(liang) 年的高伯龍。 

    1975年11月,中國計量科學研究院在長沙召開全國激光陀螺學術交流會(hui) ,高伯龍當時因病沒有出席,但會(hui) 議遇到了如何繼續研製的難題,我校激光教研室的同誌建議讓高伯龍發表意見,於(yu) 是他就在醫護人員的保護下,去做了半天報告,會(hui) 上向推薦了某型激光陀螺的方案,引起與(yu) 會(hui) 人員的極大興(xing) 趣。會(hui) 後,全體(ti) 人員又來到學校與(yu) 高伯龍交流了半天。 

    到了1976年1月,中國計量科學研究院再次邀請高伯龍給上次開會(hui) 的全體(ti) 人員做報告,6天的會(hui) 議,他做了4天的報告,讓參加會(hui) 議的人員都非常的解渴。最後在大家的提議下,高伯龍把報告的講稿補充整理,由中國計量科學研究院出版發行了出來。這本《環形激光講義(yi) 》在國內(nei) 的影響特別大,對激光陀螺的研究指明了基本的理論方向,成了當時我國激光陀螺研究的奠基之作。

丁金星高級工程師在裝配激光陀螺 

 

 全內(nei) 腔氦氖綠光激光器

 

 

 

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