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【光明日报】国家最高科技奖获得者郑哲敏:拓荒爆炸力学
发布时间:2013-01-19 来源: 【字号:  

郑哲敏

1956年,郑哲敏(右)与郭永怀亲切交流。光明图片

2002年,《三峡三期围堰爆破拆除方案设计与研究》项目验收后,郑哲敏(中)考察三峡船闸工地。 新华社发

“我从旧时代走过来,富国强民是梦想,总想为国家做点实实在在的事,这是很简单的想法。我是个普通的科研人员,这个奖颁给我,感谢,也惶恐,因为有荣誉就有很大的责任,我觉得像欠了什么,完不成的感觉。”

郑哲敏简介

1924年出生。

1947年于清华大学机械系毕业后,曾担任钱伟长教授的助教。

1948年获准入学美国加州理工学院。一年后,成为钱学森的博士研究生。

1952年6月获得加州理工学院应用力学与数学博士学位,并在热弹性力学、流固耦合力学等新的学科方向上取得了重要进展。

1980年,当选中国科学院院士。

1993年,当选美国工程院外籍院士。

1994年,郑哲敏选聘为中国工程院院士。

曾任中科院力学所弹性力学组组长、第四研究室副主任、第二研究室副主任、中国科学院力学研究所所长、中国力学学会常务副理事长、中国科学院海洋工程科学技术研究中心主任、中国科学院技术科学部主任和中国科学院学部主席团成员、国际理论与应用力学联盟(IUTAM)执委等职。

郑哲敏是我国爆炸力学学科的奠基人,他提出的流体弹塑性体力学模型,是强动载荷力学效应领域标志性的进展,是爆炸与冲击动力学的基石,被广泛应用于地下核爆炸,坦克与反坦克武器,空间反导以及钻地核爆弹等重要军事应用。郑哲敏还在核爆效应、穿破甲机理、防护工程、爆炸加工、爆炸安全、爆炸处理水下软基、瓦斯突出机理等爆炸力学主要应用领域取得了一系列有重要影响的成果。郑哲敏是继钱学森之后,我国力学学科建设与发展的组织者和领导者,在总体把握我国力学学科发展方向的同时,他积极倡导、组织和参与诸如热弹性力学、水弹性力学、材料力学行为、环境力学、海洋工程、灾害力学、非线性力学等多个力学分支学科或领域的建立和发展。

50多年前,郑哲敏找到了爆炸中能量释放的科学规律,他“驯服”了炸药,并利用这种威力巨大的能量,解决了很多工程难题,在爆炸领域开创了广泛的应用空间。核爆炸、瓦斯爆炸、炮弹爆炸……他总能用简洁的数学公式概括形形色色的爆炸中蕴含的规律,再用这些规律去解决新的问题。由于他对爆炸能量释放过程的娴熟掌握,中国诞生了世界上从未有过的新学科——爆炸力学。从此,郑哲敏的人生,与“爆炸”和“力学”再不能分割。

1月18日,由于对“爆炸”的精准掌控和对力学学科的突出贡献,89岁的中国科学院院士、中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士郑哲敏获得了2012年国家最高科技奖。

“只要跟爆炸有关,他都能掌控”

中国科学院院士白以龙是郑哲敏的学生,如今也已年过古稀,他认为郑老高出别人的地方,就在于他善于从工程实践中寻找普遍规律。

“他总能发现问题,发现了又再深入研究,掌握普遍规律,规律弄明白了,就再拿去解决实际问题。”郑哲敏的学生,中科院院士白以龙总结了郑哲敏一生科研的“三部曲”。

依循着这“三部曲”的节奏,郑哲敏开创了极为广泛的力学应用。

在郑哲敏的故事中,总有一个“小碗”被中科院力学所众人津津乐道,大家也总要一再强调,当年钱学森都很重视这个“小碗”,举着它说“不要小瞧它。”

忆及这个“小碗”,郑哲敏也会乐不可支,他将两手的食指和拇指团起,比划出一个约莫三、四寸大小的圆圈,这是那个“小碗”的尺寸,“黑乎乎的,形状很规整”。

这个“小碗”究竟有什么特殊之处?

大概没有人能想到这个规整的“小碗”是用一个单发雷管炸出来的。

这也就是它的特殊之处——我国第一次在精确计算炸药爆炸时能量释放的方向和力度的情况下,成功将一块金属平板炸成事先预期的形状。这种对炸药的精确掌控,用在制作导弹和火箭的喷管中,就是爆炸成形技术。

而让郑哲敏费尽功夫研究这种技术的原因,正是为了解决我国刚刚起步的航天事业面临的大难题——没有可用的工艺技术来制造导弹和火箭所急需的喷管。

这个实验的成功,也验证了郑哲敏提出的“爆炸成形的机理和模型律”,爆炸力学学科从此开端。

由此,郑哲敏也引出了爆炸力学极为广泛的应用空间。

新中国首次地下核试验,需要预测核爆炸究竟有多大威力,郑哲敏就寻找预报核爆炸当量的方法,最终他将核爆炸极为复杂的过程浓缩在数学方程式中,提出了“流体弹塑性模型”,地下核爆炸成功后,有科学家评价郑哲敏的方程式说“计算与实测波形惊人的相似”。“流体弹塑性模型”也成为爆炸力学学科的标志,至今仍是教科书中的经典理论。

“有时候你会觉得不可思议。”白以龙说,“从研究核爆炸到制作一个小零件,只要跟爆炸有关,他都能掌控。”而这正是因为郑哲敏将爆炸研究得太透彻了,所有跟爆炸有关的应用,对他而言都能触类旁通。

“搞应用科学就得能发现工程里不完美的地方,提炼出问题,然后解决关键问题,共性问题,规律性问题。”这是郑哲敏对自己科研经历的概括,他说:“我只对有缺陷的方面感兴趣。”

“只是想为国家做点实实在在的事”

“他总强调要解决工程中遇到的实际问题,”中科院力学所现任所长樊菁说,“他做科研也是只雪中送炭,不锦上添花。”

针对我国常规武器落后的问题,郑哲敏研究穿破甲弹爆炸的力学机理,得到了比国际流行的Tate公式更为有效的穿甲模型,获得了比国际公认的Eichelberger公式更符合实际的计算公式,从武器设计的角度解决了这个问题;潜艇上需要焊接铜板和钢板,由于熔点不同,焊接工人束手无策,郑哲敏开创爆炸焊接,两块金属板成功被粘合……

上世纪七十年代,郑哲敏从新闻报道中了解到,煤矿里经常会发生爆炸事故,不仅影响煤矿的生产作业,更威胁工人的生命安全。发现了这个问题,郑哲敏立即开始着手组织相关研究,很快就发表了《从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理》一文,从力学角度对我国发生的多起瓦斯突出爆炸事故进行分析,之后,他又多次进行实验,为判断煤矿里的瓦斯是否突出提供了实用的方法。

当他偶然获知我国修筑海岸堤坝,淤泥无法排除的难题时,他又坐不住了,带领着研究团队做了无数次用炸药排除淤泥的实验,最终创造出的爆炸排淤填实法、爆炸夯实法、爆炸挤淤泥法等水下软基处理方法,又解决了一个难题。

对此,郑哲敏一言以蔽之:“就是想为国家做点实实在在的事。”

他曾写道:“一个人如果不是为群众的利益工作,那么生活便失去了意义。”

在郑哲敏心里,科研是件必须实实在在,马虎不得的事——要用到的资料必定要“消化”在脑子里;别人发表过的成果,即便自己也独立完成了,但必须承认是别人的首创;对数据和研究结果要诚实,否则“会影响你在这个行当里的名誉。”

郑哲敏实实在在,也不愿看到学生沉不下心。他曾说:“急于求成,沉不下心坐冷板凳的人,最多只能做出中等的成绩,很难有重大影响。”

在郑哲敏看来,科研工作与庞杂的数据相伴,枯燥,也辛苦,需要经得起寂寞,耐得住性子,但如果某些刹那,灵感出现了,找出了规律,“就会是最幸福的事”。

这些年,郑哲敏获得了无数的荣誉,国家自然科学奖、国家科技进步奖、国家“新产品、新技术、新材料、新工艺”奖、陈嘉庚技术奖、何梁何利基金科学与技术奖……可提到这次获国家最高科技奖,他却直说自己很惶恐,如今年纪大了,怕做不出更多实实在在的事,“像欠着什么,还不清了似的。”

“科学的繁荣在于自由交流和碰撞”

中科院力学所副所长戴兰宏说,郑老最重视学术交流。他回忆说,力学所“非线性连续介质开放实验室”成立以后,郑哲敏担任第一任室主任,他费尽心思在这个实验室里营造出活跃的学术交流氛围,他每年都会有计划地邀请各领域的“大家”来实验室举办学术报告,定期组织各种相关学术会议。“他喜欢‘短兵相接’的学术讨论,把这看作是最能开动和启发创造性思维的手段。”

郑哲敏曾在一篇文章里写到:“科学的繁荣孕育于自由交流和碰撞之中。”

上世纪八十年代,郑哲敏意识到有必要让中国的力学思想与其他国家交流和碰撞,他开始着手申办在国际上极具影响力的世界力学大会。1988年,已经64岁的郑哲敏登上去澳大利亚的飞机,开始为中国举办世界力学大会奔波。到2008年,84岁的郑哲敏带着氧气机上飞机时,他已经坚持了20年。在他的不懈努力下,2012年,世界力学大会在北京举办,这也是这个力学界的世界盛会首次在发展中国家举办。

郑哲敏始终认为科学是世界性的,他提倡把工作放在世界大图片里,看一看究竟处于什么样的位置。提到如今中国的国际学术交流,郑哲敏说:“科学是在交流中前进的,虽然现在交流很频繁,大家都有点懒得去了,可我觉得其实很不够,因为缺乏更深层次的交流,应该到一些‘大家’那里住一段时间,建立更深刻的联系。”

用自然科学和数学的理论手段来解决工程面临的实际问题,这是郑哲敏数十年科研工作最大的特点,因而,他看重与同行专家的交流,更看重与工程师和工人的交流。他说自己进了工厂,总喜欢与工人和工程师聊天,仔细询问他们具体实践中遇到的困难,“有时候会有意想不到的收获”,因为“工程师虽然有感觉和体会,但他提炼不出科学问题,这就该考验科学家了。”

郑哲敏将读书视作另一种思想交流和碰撞的方式,耄耋之年,他的阅读兴趣转向了史学、哲学读物,“最近在看自然哲学史,中科院的《科学文化评论》也比较喜欢看。”他对问题的思考也多了一抹哲学色彩。

在他看来,我国科技创新能力不足,与自身的历史发展和文化传承相关,根源在于探索精神相对薄弱,因“探索”引发的质变相对不足。他认为,欧洲的文艺复兴和现代科学的发展都是在“自由探索”精神的影响下发生“质变”的结果,而这种自古希腊传承下来的精神,正是我国科学界的不足之处。

他建议青年学者和学生至少每年读一本书,“一定会获益良多。”

“郑老心态好,乐观”

中科院力学所研究员陈维波与郑哲敏共事多年,他说自己最佩服郑哲敏乐观的心态。

“文革”时,陈维波与郑哲敏一起被下放,郑哲敏很快就适应了艰苦的生活,还能苦中作乐。“他看到匠人砌墙,揣摩了几天,就敢动手砌了,没几天,他抹上泥巴,瓦刀劈砖,一放一个准。叫他去厨房做大锅饭,他又围着灶台动脑筋,观察风力对火苗的作用,琢磨怎么用流体力学的原理去改造,没几天,他又钻到炉膛里去了。”

上世纪七十年代时,陈维波经常同郑哲敏坐着没棚子的大卡车,去北京郊区的雁西湖边做实验,“夏天晒呀,他还挺乐呵,总在雁西湖里游泳,游好几千米都没问题。”

岁月对每个人都是公平的,当年意气风发的青年如今已成了一个满脸皱纹的老人。

有人问,您保持健康的窍门是什么?郑哲敏乐了,“我真有窍门,不发胖,多走路,睡觉正常,看病勤快,有时候也算一些小题目,防止糊涂。”

有人问郑哲敏还有什么打算?郑哲敏笑称,“做好随时走人的打算了”。

如今,郑哲敏依然每天很早起床,步行到自己的办公室,用那台“时髦”的苹果笔记本电脑查资料,“我只看真实的材料,真实的材料一定是有缺陷的材料。”他搜集这些材料,是想要从更宏观的角度审视自己以往的研究,希望能将这些研究归入一个更系统的框架之中。有时候他也会给在美国的孙子和孙女发邮件,在邮件里“教育教育他们”。

(原载于《光明日报》 2013-01-19 06版)

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