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光机电材料篇
论文发表在蓝天

  为配合我国导弹、卫星的研制,1958年9月李薰所长和张沛霖教授宣布成立高温测试和高温热源研究室,由我负责。不久调来了四位同志;第一批辅助人员是一名初中生和一名转业军人,都是些二三十岁的年轻人。从此,我们便开始了为祖国航天事业埋头奋战的历程。任务是建立全国第一批高温热源和测试设备,测出材料温度近3000K时的热物性数据。

  当时我们两手空空,既无设备又无经验,国外保密,资料不多。但大家凭着一股爱国热忱和奋发图强的攻坚精神开始创业。20年间,由于任务保密,很多成果不能公开发表。直到1978年中共十一届三中全会以后,一些可以公开的内容才以基础研究的形式发表,而另一些当时已达到国际先进水平的内容现在已经过时,不值得再发表了。这虽然影响我们的知名度,但每当我们听到××卫星上天,××导弹发射成功时,都感到由衷的快慰。回首往事,我们走过的历程是:数理深处寻创见,修废利旧抢时间,隐姓埋名二十载,论文发表在蓝天。

  数理深处寻创见

  大学毕业后以为自己的物理、数学知识挺不错,谁知一碰到实际问题就不行了。为了搞清动态传热问题,查阅了不少文献都看不懂,于是去抠传热学基础和热传导理论,仍然看不懂。不得已回过头来补数学,一直回溯到复习解析几何和高等数学。困难时期,晚上实验大楼灯光很少,走廊一片漆黑,解题饿了,喝点水再挺着干。经过几年努力,终于能自如地处理比较复杂的热传导理论问题了。在高温测试过程中,要用到热辐射的有关知识,为此把普通物理有关章节反复念了多少遍,直到运用自如才算罢休。当基础知识掌握得比较扎实后,再去查阅有关文献,可以说不怎么太费力气就能抓住要点。当时的任务十分紧迫,不允许我们学懂了再干。多年来在实践中养成了“双轨式”的学习习惯,一方面每晚坚持不懈地系统学习基础知识,一步不拉,另一方面学习新领域的科普书籍,比如中专课本和小册子以及文献上的有关知识,先照搬后消化,一旦系统学习和文献接上了头,就会产生一个飞跃,这时我们就有了创造的能力。例如测定材料的高温弹性模量,国外文献一般都是采用节点悬挂法,虽然精度很高,但因试样高温内耗大,难以激发,测试温度提不上去。我在学懂了铁木申科的弹性杆理论后,提出端点悬挂法。虽然误差达到3%,牺牲了一些精度,但克服了难以激发的困难,一下子将测温提高到2700K,达到了国际先进水平。这种方法至今为冶金界所沿用,并被定为部颁标准。

  周熙宁同志根据物理基础知识,提出在比长仪上安装长焦距显微镜,直接测定材料温度高达3000K时的膨胀系数。方法虽简单,但测出了国外花很多钱都没有测出的数据,关键是抓住了问题的实质。这种原理和设备后来在测定高温热应变时进一步发挥了作用。

  修废利旧抢时间

  60年代初,高温测试任务紧迫,为了缩短加工周期,争取时间,每次接到任务后,我们都先到机械厂废品堆里去拣别人丢弃的设备和零件。例如研制高温热导仪时,就是拣了高温持久强度组丢弃的真空腔,稍加改装加几个观测窗,便开始试验,初步效果很好,节约了半年左右的加工时间。不久,在提出微小交流电压的测定方法和测定高温时的误差修正方法后,原理性实验就过了关,能够同时测出石墨材料温度高达3000K的热导率、电导率和发射率。何冠虎同志在此基础上进一步精心设计,由所机械厂加工成全套设备,少走了不少弯路。这套设备和高温弹性模量仪一起于1966年在北京、重庆两地的全国新产品展览会展出,受到好评。后来由航天部验收并向吉林碳素厂推广。

  70年代初,为配合返回式卫星和水下发射导弹的研制,我们承担了钼蒙皮表面发射率等全套热物性数据和金属合金天线的数据测定,任务十分紧迫。我们采取同样的方法,大大节约了研制时间。例如为了测定蒙皮表面的发射率,林均衡等同志在拣来设备的基础上进行研制,不仅赶上了卫星表面蒙皮质量监控的进程,而且后来还发展成为一项成果,向航天部门推广。

  我们的热物性测试研究总是和材料研制同时起步,先以代用材料进行模拟,边创边建,往往都走在材料研制进度的前面,几乎从未拖过材料研制的后腿。

  隐姓埋名二十载

  1961年、1963年和1966年曾举行3届全国高温测试基地年会,同行之间坦诚交流,但对外保密。经过十年动乱,会议的论文集几乎丢失殆尽,因此外界很少知道我们交流的内容。很多同学都不知道我们20年间干了些什么工作。例如返回式卫星的超短波天线的高温防热层在卫星再入时会因烧蚀而变薄,同时产生结构变化。要测出其热导率即使用最精确的常规仪器也无济于事,只有在烧蚀过程中测定热导才能反映材料的真实情况,供设计师选定恰当的防热层厚度。我们和兄弟室一起在等离子体加热过程中用光学方法测定了材料内外表面的温升和厚度变化。在此基础上我用等效模型法求出了移动边界条件下动态传热的解析解,从而得到了高达2500℃时材料在烧蚀过程中不断变化的热导率数据,及时提供给设计部门。卫星回收后证明数据可靠。这项成果一直没有公开发表,直到1980年才以基础研究的形式,在国内学报上发表。后来又和其他同志一起提出了几种处理移动边界问题的数学方法,在国外学术会议上发表,受到同行好评。

  1981年我们在高温测试的基础上,接受了航天部提出的洲际导弹端头帽碳复合材料热应力损毁机理的研究。于1986年提前一年半超额完成了原订指标,并有一系列达到国际先进水平的创新。但是由于保密不能公开发表,只能一鳞半爪地发表其部分内容,或以数学处理形式,或以测试方法形式发表不完整的内容,影响了论文的学术水平,但由于保密需要,我们只能如此。

  论文发表在蓝天

  1958~1978年,我们隐姓埋名整整20年,其后虽然以基础研究形式发表了部分内容,但仍处于半埋名状态。直到近年来我们开始从理论和实验上研究热膨胀动态过程等固体的非平衡性质的基础性课题时,才能公开发表全部研究成果。不过每当我们看到祖国的航天事业取得新的进展时,总会感到出自内心的喜悦,因为在天上飞行的航天器里凝聚着我们30多年的诚挚奉献,我们以此为荣,以此为乐,并经常自豪地相互勉励:“我们的论文首先发表在蓝天”。

  (1990年7月)