屠善澄,1923年8月12日出生于嘉興,著名自動控制技術專家。長期從事導彈、衛(wèi)星、載人飛船控制系統(tǒng)的研究和設計工作,是我國人造衛(wèi)星工程的開拓者和載人航天事業(yè)的倡導者之一,中國自動化學會的創(chuàng)建人之一。國家高技術研究發(fā)展計劃(“863”計劃)航天技術領域專家委員會首席科學家、顧問。曾擔任“東方紅二號”試驗通信衛(wèi)星控制系統(tǒng)主任設計師,為“東方紅二號”的研制和順利發(fā)射做出了突出貢獻。1985年獲得國家科技進步獎特等獎,1987年當選為國際宇航科學院院士,1994年當選為首批中國工程院院士。
暮春的北京,陽光帶著暖意,偶爾有風吹過,清爽得很。
穿過中國空間研究院大院,便是屠善澄院士居住的專家樓。
這位90多歲的老人,身材高挑,滿頭銀發(fā),容光煥發(fā),文質彬彬。他架著一副眼鏡,眼鏡背后是老科學家的睿智和真誠。
比屠老小三歲的夫人桂湘云,一起接受了我們的采訪。屠老聽不清時,她幫著解釋,補充說明。這對攜手走過超出一個甲子的夫妻,偶爾玩笑著,爭論著。此時的屠善澄,像個孩子,有些調皮,有些可愛。
情系航天
流光歲月,回首往昔。對屠善澄來說,1958年是個特殊的年份。
1957年10月,蘇聯(lián)成功發(fā)射人類第一顆人造地球衛(wèi)星。之后的1958年5月,中國共產黨第八次全國代表大會第二次會議上,毛澤東主席一句“我們也要搞人造衛(wèi)星”,令全國興起衛(wèi)星熱。
隨即,中科院組織科技力量投入衛(wèi)星研究。
當年11月,在中科院自動化研究所工作的屠善澄接受了新任務——研究、探索人造地球衛(wèi)星的控制問題。
在調查研究的基礎上,屠善澄編寫了《關于人造地球衛(wèi)星的控制問題》報告,提出我國人造地球衛(wèi)星的控制可采用自旋穩(wěn)定的方式,配合噴氣或磁控作姿態(tài)調整,為后來我國人造地球衛(wèi)星控制系統(tǒng)提供了有價值的參考和技術依據。
從此,人造衛(wèi)星便伴隨了屠善澄的大半生。
即使在“文革”之中,屠善澄的研究工作也未停滯過。憶起那段特殊時期,屠老說,1968年到1984年的十幾年間,是他科研生涯中最重要、最具實質性內容的階段。
自1958年起的10年里,中國對人造衛(wèi)星的態(tài)度,由狂熱逐漸恢復理性。經過調整,1968年,我國衛(wèi)星研制任務終于明確,機構組織初步建立,內外各方面的協(xié)作配合基本實現(xiàn)了暢通。也正是從這一年開始,屠善澄投入到了“曙光號”載人飛船控制系統(tǒng)的預先研究工作之中(上世紀60年代末,我國開始首次研制載人飛船,命名為曙光號,取得了不少研究成果)。
1970年4月,我國成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”。不久,屠善澄開始了我國第一顆地球同步靜止軌道衛(wèi)星——“東方紅二號”試驗通信衛(wèi)星的控制系統(tǒng)研制工作。
“東方紅二號”是我國第一顆長壽命同步軌道(高軌道)通信衛(wèi)星,其控制分系統(tǒng)是衛(wèi)星的關鍵系統(tǒng),屠善澄是控制系統(tǒng)主任設計師,負責主持系統(tǒng)的方案選擇、方案設計、控制系統(tǒng)研制及飛行試驗過程。
控制技術,難度很大。屠善澄確定了姿態(tài)測定及控制方案,采用在實際飛行中的不同時段利用不同測量數(shù)據遞推式擴展的“卡爾曼濾波法”,確保在短時間內獲得較精確的姿態(tài)測定值,使衛(wèi)星較快地實現(xiàn)機動變軌。消旋軸承是“東方紅二號”衛(wèi)星上的關鍵部件,屠善澄組織、設計的40套空間潤滑系統(tǒng),模擬在高真空條件下連續(xù)運轉10年以上,獲得了軸承的統(tǒng)計數(shù)據,使我國在空間潤滑方面的研究順利起步。
在解決“東方紅二號”控制系統(tǒng)重大技術問題過程中,屠善澄都起到了關鍵作用,尤其是在試驗通信衛(wèi)星發(fā)射后兩度遇到緊急情況之時。
1984年1月29日,第一顆“東方紅二號”試驗通信衛(wèi)星發(fā)射。然而,因運載火箭故障,衛(wèi)星并未能進入預定軌道?!皷|方紅二號”是一顆高軌道衛(wèi)星,發(fā)射之后,距離地表應為接近3.6萬公里,但故障使然,星地距離僅有數(shù)百公里。不僅如此,衛(wèi)星姿態(tài)測量儀數(shù)據出現(xiàn)異常飽和,姿態(tài)確定軟件也無法正常工作。
作為控制系統(tǒng)主任設計師,屠善澄立即組織力量編制了專用軟件,向衛(wèi)星發(fā)出指令,抬高了衛(wèi)星軌道,使衛(wèi)星遠地點發(fā)動機點火。這是我國首次進行“東方紅二號”試驗,并使衛(wèi)星轉發(fā)電視信號成為可能。
數(shù)個月后的4月8日,第二顆“東方紅二號”試驗通信衛(wèi)星順利完成發(fā)射。但是,位于高空的衛(wèi)星隨后出現(xiàn)了狀況:因蓄電池持續(xù)對衛(wèi)星充電,致使星體出現(xiàn)了“過充”發(fā)熱。
為了避免衛(wèi)星受損,屠善澄所在的控制系統(tǒng)小組對衛(wèi)星作了多次超出規(guī)定工作狀況的姿態(tài)調整,改變了太陽光照與衛(wèi)星的相對幾何關系。經過8天的努力,4月16日,衛(wèi)星降溫,狀態(tài)恢復正常,定點于東經125度的赤道上空。這顆衛(wèi)星隨后連續(xù)工作超過四年,超出了原先僅三年的設計壽命。
1985年,《試驗通信衛(wèi)星及微波測控系統(tǒng)》獲國家級科技進步特等獎,屠善澄是控制系統(tǒng)方面唯一的獲獎者。
1986年3月,王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允等四位著名科學家向中共中央建議:組織專家對中國高新技術發(fā)展戰(zhàn)略進行論證。同年11月,中共中央政治局擴大會議和國務院常務會議批準實施《中國高技術研究發(fā)展計劃綱要》,這就是“863計劃”。屠善澄被調去參與高科技發(fā)展規(guī)劃的論證工作,1987年2月,他被任命為“863計劃”航天技術領域專家委員會首席科學家。
屠善澄主持“863計劃”航天技術領域的研究論證工作后,起草了《國外載人航天的發(fā)展道路和趨向》《我國航天事業(yè)發(fā)展的新階段》等論證報告。在討論研究中國航天技術領域的發(fā)展戰(zhàn)略和總體發(fā)展藍圖時,屠善澄根據調查研究,提出載人航天分準備階段、初期試驗與配套階段、各應用試驗與開發(fā)階段的“三步走”戰(zhàn)略設想。
“兩彈一星”元勛楊嘉墀曾評價屠善澄道:“最后定下來的這個飛船方案,當然不是他(屠善澄)一個人定的。但是他作為專家委員會的首席科學家,最后拍板,功不可沒?!?nbsp;
艱辛求學
屠善澄出生于秀洲區(qū)新塍鎮(zhèn)一個地主家庭。他的父親曾考入復旦大學,但因祖父思想守舊,父親只在復旦讀了半個學期就被迫放棄了學業(yè)?!拔腋赣H每次講起來,都要掉眼淚。”錯過了大學深造的巨大遺憾,讓屠善澄的父親心中早早地萌生了一個強烈愿望:要讓自己的每個孩子都上大學!
1937年,抗戰(zhàn)全面爆發(fā)。年底,嘉興淪陷。當時,屠善澄正在浙江省立嘉興中學(嘉興一中前身)讀初二。次年春,屠善澄和家人逃難到上海租界,在這里度過了近10年的動蕩歲月。
躲避戰(zhàn)亂來到上海之后的第一個夏天,屠善澄考入了江蘇省立上海中學高中理科班。之前,他在嘉興只讀了兩年初中,又因戰(zhàn)亂失學一年,他起初跟不上進度,尤其是英語。
“嘉興離上海雖近,但好多東西都是土頭土腦的。我能從嘉興順利跨進上海學校的門檻,多虧姚志英老師,這是我終生難忘的?!蓖郎瞥握f,起初,姚老師曾勸他先退級回初三,但他不甘心,表示希望老師能指點自己。姚志英老師看這個學生挺有志氣,就給屠善澄傳授了一套自學方法?!拔覇査何疫€有希望嗎?他說,每個人都有希望?!?nbsp;
幾個月后,屠善澄不僅跟上了學習進度,還在上海英文作文競賽中獲得了全市第一名。
1941年,屠善澄考入交通大學電機工程系。是年底,太平洋戰(zhàn)爭爆發(fā),日軍占領上海租界。不久,“汪偽政府”接管了交通大學(上海本部)。
“我在上海念書的時候,給自己一條‘鐵杠’:汪精衛(wèi)的學校,我決不念!”交大陷落“汪偽”之手后,屠善澄只能另外再找大學念。1942年夏,屠善澄離開交大,轉入私立大同大學電機工程系。他說:“大同大學的老師,至少百分之七八十是原來的交大老師。他們不愿在汪偽政府的學校教書,就到了大同大學,不少學生也跟著跑到了‘大同’?!?nbsp;
1946年夏,屠善澄回到交大電機工程系任助教,直至1948年1月赴美留學。
那一年,并沒有公費留學項目,屠善澄留學是私費公派。資格考試前,外祖父曾提出幫他寫封信給時任國民政府教育部長的朱家驊,但屠善澄并不同意。最終,他考了全國第一。
進入康奈爾大學,屠善澄讀的是直博,且仍然選擇了電力為主專業(yè),以自動控制和應用數(shù)學為副專業(yè)。1949年夏,他在美國尼亞加拉-莫霍克電力公司的電網繼電保護部做暑假工,接觸了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。從此,他對電力系統(tǒng)和復雜大系統(tǒng)的動力學分析及其控制問題產生了濃厚興趣。此后,這成為他終身研究的專業(yè)。
在康奈爾,屠善澄不僅找到了自己熱愛的事業(yè),也遇到了自己的終身伴侶——出生于湖南的湖北姑娘桂湘云,一個書香門第的大家閨秀,也是他留美期間數(shù)學系的學妹。
歸國奉獻
屠善澄的小兒子叫“懷祖”。懷祖出生時,屠善澄和夫人還在美國,正在為回國做準備?!皯炎妫馑季褪菓涯钭鎳?。為什么要回國?我一直想回國,沒有什么道理,如果要唱高調,那就是愛國吧……”
當年,大洋彼岸新中國成立的消息傳來,屠善澄非常激動,他首先想到的就是要盡早回國。但是,那時,他們的第一個孩子“康果”剛剛出生,得再等一兩年。此期間,發(fā)生了一件事:1951年9月,21名中國留美學生準備返回祖國,在檀香山,其中學習理工和醫(yī)學的9名留學生被禁止歸國、強迫留美?!爱敃r,美國政府不準學理工農醫(yī)等技術專業(yè)的學生回國為建設社會主義出力?!?nbsp;
類似事件,最有名的是錢學森被扣留。1955年,錢學森輾轉回國后,屠善澄接到了通知,說可以想辦法回國,如有困難,可找印度大使館。
1956年,屠善澄放棄了康奈爾大學的高薪,和夫人桂湘云帶著6歲的康果和1歲的懷祖,經香港轉道回到祖國?;貒鴷r,上海交通大學專門派人到廣州去接他,非常隆重。
隨即,上海交通大學、武漢大學及華中工學院都邀請屠善澄和夫人去任教——按屠善澄最早的打算,正是回國后繼續(xù)任教于高校。
不過,當時,我國中央政府剛開完科學規(guī)劃會議,非常重視科學發(fā)展,確立了計算機、半導體、自動化和無線電四大緊急學科。在這個背景下,中科院成立了自動化研究所。屠善澄回國時,研究所正處于籌備期,由于他學的是自動控制專業(yè),留美時的導師也是美國著名專家,所以,甫一回國,就進入了組織的視野,國防科工委指名請他去中科院自動化研究所。
加入自動化研究所之初的兩年,屠善澄參與了電子模擬計算機研制和長江三峽水利樞紐自動化兩個課題,并擔任了負責人。研制模擬計算機,是屠善澄歸國后做的第一個重要課題。做自動化技術,離開模擬計算機很難搞,但當時,國內買不到比較好的模擬計算機,如果到蘇聯(lián)訂貨,兩三年內是拿不到貨的。1956年9月起,屠善澄帶領科技人員,先后研制出MZ-2和MZ-4模擬計算機,為后來多種電子模擬計算機包括J331型巨型機的研制奠定了技術基礎。
從事衛(wèi)星控制研究后的1961年至1966年,屠善澄還曾參與了“紅外尋的”制導導彈控制系統(tǒng)的研制工作。他對導引頭調制盤作出最佳的設計,并開展了對空目標各方向輻射特性的測試工作,研制出能探測典型空中目標(轟炸機、戰(zhàn)斗機等)各個部位、各種飛行姿態(tài)下目標輻射特性的紅外輻射物特性測試儀,并在空軍基地順利完成典型目標輻射特性及空間背景輻射特性的測試,這在當時為國內首創(chuàng),為后來研制肩射式超低空防空導彈提供了依據。
在仿真試驗方面,屠善澄和科研人員研制了能真實反映導引過程中目標成像的地面目標模擬器以及舵機加載模擬器,并在對全系統(tǒng)過程分析的基礎上,建立了“整個制導過程中,導彈與目標的相對運動、目標在導彈導引頭上的成像特性,作用于導彈舵機上的氣動力矩加載特性”的半物理仿真系統(tǒng),并與J331電子模擬機組合,進行了全控制系統(tǒng)的閉路仿真試驗。
在之后的肩射式超低空地空導彈型號研制中,他任副總設計師,負責制導及控制系統(tǒng)的研制,設計研制了導引頭。1966年的兩次飛行試驗顯示,其設計達到了預期效果。
1957年,中國自動化學會籌備委員會第一次全體會議,推選了九人常委會,錢學森是主任委員,屠善澄是秘書。自1961年中國自動化學會成立起,他連續(xù)擔任兩屆理事會秘書長、常務理事。
1958年3月,國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)籌委會會議在瑞士舉行,屠善澄代表錢學森出席。他還作為中國自動化學會代表團成員出席了IFAC世界大會,被推選為理論專業(yè)委員會委員。此后很長時間內,他負責處理了大多數(shù)中國自動化學會與IFAC的聯(lián)絡工作和相關事務。
1988年1月之后,屠善澄任中國空間技術研究院科技委主任、國防科工委科技委兼職副主任。他多次主持、參與了自動控制工程技術重大問題的討論和決定,是中國工程院院士、國際宇航科學院院士、國際自動控制聯(lián)合會(IFAC)理論專業(yè)委員會和空間專業(yè)委員會委員。
屠善澄還長期擔任中國科學技術大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學兼職教授,是國內首批博士生導師,深得學生愛戴。
1990年起,屠善澄享受政府特殊津貼;1991年被航空航天部授予“有突出貢獻的老專家”;1997年,獲何梁何利基金科學與技術進步獎。
科學更需要認真
對話
科學更需要認真
記者:您在專業(yè)上最引以為豪的成就是不是“東方紅二號”?
屠善澄:不一定。從專業(yè)的角度講,中國搞空間控制,我是最初的科技人員之一。其中,我?guī)熜株懺牛亲詣涌刂坪秃教旃こ虒<?,資格比我老,但我做的具體工作比較多一些。
記者:您專業(yè)領域的能力是怎么培養(yǎng)的?
屠