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        莊逢甘:書寫航空航天的“空動”傳奇
        發布時間: 來源: 學習時報

          莊逢甘(1925.2.11—2010.11.8)江蘇常州人,空氣動力學家,中國科學院院士,國際宇航科學院院士。1950年獲得加州理工學院博士學位后歸國,先后在上海交通大學、中國科學院數學研究所、哈爾濱軍事工程學院等單位擔任教學與科研工作。1956年調赴北京參加籌建國防部第五研究院,曾任北京空氣動力研究所所長,中國空氣動力研究與發展中心副主任,航天工業部總工程師,中國航天科技集團公司科技委主任,中國力學學會理事長,中國空氣動力學會理事長。先后榮獲國家科學技術進步獎特等獎,何梁何利基金科學與技術進步獎。

          空氣動力學被譽為發展航空航天飛行器的“先行軍”,具有舉足輕重的作用。新中國航空航天事業經過半個多世紀的發展歷程,創造了以彈道導彈、人造衛星、載人航天、月球探測、火星探測等里程碑式的成就。這些輝煌成就的背后都離不開空氣動力學的支持,正如莊逢甘院士所說:“有空氣的地方就有空氣動力學”。莊逢甘是我國航空航天事業的奠基人與開拓者之一,在大型風洞設計與建造、沖壓發動機試車臺的設計與建設、運載工具的氣動研究試驗、非定常旋渦主導的空氣動力學、計算流體學研究等方面都作出了重要貢獻。

          只有發展工業、航空業才有可能救國

          莊逢甘出生于“龍興之地”江蘇常州,莊氏家族是當地望族,在400多年歷史中先后涌現出百余名舉人和進士。在“讀圣賢書,做豪杰事”等優良家風家訓的傳承影響下,他自幼便被激發起強烈的求知欲,積極主動地學習探索。

          抗日戰爭全面爆發后,常州危在旦夕,莊逢甘被迫輟學,直到1938年父親將他送至上海后才得以繼續完成學業。品學兼優的莊逢甘在學習之余,對名人傳記產生了濃厚的興趣,書中民族英雄的事跡讓他深受震撼,加上當時侵略者的暴虐,徹底讓民族大義和家國情懷深深植根于他的靈魂中。

          高中畢業后,莊逢甘來到上海圣約翰大學醫科專業就讀,但是僅僅半年后,他便認識到醫生只能救個體于病痛之中,卻無法救萬民于水火之中,只有發展工業、航空業才有可能救國。為此他決心遠赴大西南,去當時已經遷至重慶的國立交通大學。1942年底,莊逢甘開始了他的求學“征程”,他經江蘇、河南、陜西,翻秦嶺、越蜀道,一路飽經風霜,沿途中所見的凄慘景象,更加激起了他立志復興中華的想法。

          “梁園雖好,非久居之鄉”

          1946年,莊逢甘從國立交通大學航空工程系畢業,并于次年考取了留學名額,遠赴重洋來到美國加州理工學院留學。莊逢甘將學習作為一種樂趣,如饑似渴地汲取著各種知識。入學考試時,他的工程數學拿到兩個100分,此后的成績也一直保持A+,因此還被同學們稱為“Aplus boy”。其間,他還受到過時任學校古根海姆噴氣推進中心主任錢學森的指導,二人時常在一起探討中國航空事業的發展方向。

          留學期間的莊逢甘時刻關注著祖國的動態,當新中國成立的喜訊傳到大洋彼岸后,徹底喚醒了他的歸國心,心潮澎湃之余,立刻著手為歸國做準備。1950年6月,莊逢甘以優異的成績獲得加州理工學院航空和數學博士學位,并被聘為研究學者,留校繼續從事研究工作。他深知“梁園雖好,非久居之鄉?!痹谶@里雖然可以享受到優渥的科研和生活條件,但卻無法為國分憂,更無法完成自己最初的“航空救國”夢想。因此,僅兩個月后,他就毅然辭去職位,帶著多年來省吃儉用購買的各種書籍,懷著報效祖國的熱忱搭乘“威爾遜總統”號,與鄧稼先、葉篤正、沈善炯、羅時鈞等128名留學生一同回到了祖國。

          中國空氣動力試驗基地的創建者

          航空工業歷來有著“一代風洞,一代飛行器”的說法。在空氣動力學研究試驗的三大手段中,風洞始終占據著主導地位,通過風洞試驗可以在地面模擬飛行器的真實運行狀態,避免花費驚人且具有很大危險性的實彈試驗。莊逢甘深知風洞的建設決定了航空航天器研制方面的上限,關乎著中國航天空氣動力學事業長遠發展的大計,因此一直十分重視相關工作。早在哈爾濱軍事工程學院期間,他就曾參與籌建過教學用風洞的建設、施工及安裝調試,并親自設計了超聲速噴管。

          1957年,年僅32歲的莊逢甘主持起草了我國第一個航天空氣動力學試驗基地的設備建設規劃,并作為工程負責人簽訂了中蘇空氣動力研究所建設工程協議,開始領導代號為“8101”工程的建設。在當時極其簡陋的條件下,莊逢甘率領團隊來到北京西南郊外的云崗地區,開啟了艱苦卓絕的創業歷程。工程實施后不久,便遭遇到巨大危機——蘇聯單方面撕毀援助協議,并撤走全部來華專家,原本要提供的圖紙和技術資料也都無法獲取了。肩負著鑄造“國之重器”重任的莊逢甘及時給團隊作出明確指示:“我們自己設計的低速風洞一定要滿足戰略、戰術導彈及其他航天型號氣動試驗的要求……外援中斷了,我們要自力更生,依靠自己的力量盡早建成?!边@一席話猶如一劑強心針,激發起大家的信心和動力。為了保證風洞及各種配套設備按期研制成功,莊逢甘充分利用自己扎實的理論知識嚴把技術關,積極協調各方力量,調動團隊積極性,適時作出關鍵性決策。經過數年艱苦卓絕的努力,9座覆蓋低速到高超音速風洞試驗設施設備相繼建成,各項指標均達到預期設計要求。

          北京基地初具規模后,莊逢甘又與錢學森、郭永懷等人組織領導了我國第二個空氣動力研究試驗基地的規劃和建設工作。他不顧旅途勞頓,頻繁往返于北京和綿陽之間,從踏勘選址、到先期方案論證、再到解決實際建設過程中出現的各類技術難題,均傾注了大量的心血和聰明才智,做了一系列艱苦細致的工作。鑒于已經有了北京基地建設的經驗,為了使相關領域能盡早得到空氣動力技術的有力支持,莊逢甘從中國空氣動力學事業戰略發展的大局出發,高瞻遠矚對綿陽基地提出了更高的要求——必須同時啟動試驗技術和測試技術工作,要同時研制配套設備自動化系統與計算機控制系統,低速、高速及特種風洞要兼顧進行建設。莊逢甘還從701所抽調300多名技術骨干遠赴綿陽,為該基地注入了新鮮的血液,加快了建設進度和科研實力。

          在莊逢甘的運籌帷幄下,北京和綿陽兩個風洞試驗基地相繼建成,使我國擁有了基本完備的空氣動力研究試驗手段,奠定了我國航空航天空氣動力學發展的基礎,并在之后多種型號航空、航天以及導彈武器的氣動試驗和研究設計中發揮了重要的作用,使相關領域研制走上了一條高速通道。

          將系統工程思想應用于實際攻關工程

          20世紀60年代,中國成功地進行原子彈與氫彈爆炸,外界驚呼:“東方巨龍終于打進了世界核俱樂部!”但實際上,當時我國尚未真正具備核打擊能力,因為核武器運載工具——洲際彈道導彈還沒有研制成功。1970年前后,我國多次彈道導彈飛行試驗因彈頭再入時被燒穿導致失敗,氣動防熱技術已經成為制約我國洲際彈道導彈發展的“攔路虎”。在這一嚴峻背景下,莊逢甘作為前線指揮長,參加了為解決中國第一代戰略遠程導彈彈頭再入氣動、防熱、再入物理等多項技術難題而進行的大會戰,并在這次被錢學森稱為“淮海戰役”的科研攻關中,再次發揮了統籌和指揮大兵團作戰的帥才能力,并將系統工程思想應用于實際攻關工程中。

          針對彈頭氣動防熱問題,莊逢甘將其細分為10個子項,然后迅速組建起一個多部門、多學科、多領域協同攻關的研究體系。他親力親為參與到研究工作的全部階段,經常深入課題組研究討論試驗數據,分析算法,極大地促進了研究的進展。為了保證工程設計的可靠性,莊逢甘開創性地采用工程計算、數值計算和半數值計算相結合的辦法進行理論計算,同時結合地面試驗來增強數據的可靠性。其間,他還參與了防熱材料的設計,并研制成功符合設計要求的碳/石英端頭防熱復合材料。

          在完成彈頭防熱性能研究后,莊逢甘面對的是另一個同樣棘手的問題,彈頭空氣動力學外形優化設計及燒灼后造成的氣動特性變化。他在“自力更生,艱苦奮斗”精神的指引下,集結了多個部門的研究力量,在理論結合試驗的模式基礎上,針對多種彈頭外形開展了系統性的風洞試驗,通過不斷地計算、對比、分析大量試驗數據,對彈頭再入大氣層過程中的外形燒灼對氣動穩定性影響有了較為清晰的認識,有效地提高了彈頭設計水平,順利解決了“不燒穿”和“飛得穩”兩個難關。

          1978年10月5日,“東風五號”第一枚遙測彈成功完成低彈道飛行試驗。1980年5月18日,全程飛行試驗開始,“東風五號”經受住了高溫燒灼和穩定性的考驗,精準地落在9000公里外的預定海域,誤差僅300多米。這標志著我國成為世界上第三個擁有遠程洲際彈道導彈的國家,成功打破了超級大國對洲際戰略核武器的長期壟斷。

          撐起中國航空航天空氣動力事業的一片天

          這次不尋常的“大會戰”讓莊逢甘的學術水平進一步提高,成為我國燒蝕防熱氣動理論、燒蝕實驗和測試技術的開拓者,并據此形成了具有特色的中國氣動研究和發展模式。此后他繼續活躍在這一領域,不斷為中國航空航天事業嘔心瀝血、發光發熱。

          1989年,莊逢甘緊跟國際前沿,組織10余所高校院所成立“旋渦、激波和非平衡起主導作用的復雜流動”研究項目組,這是國際上十分重視且極具應用潛力的一個新的方向。這一重大項目經歷多年研究,取得了一批具有很大應用價值和廣闊發展前途的研究成果。1992年,莊逢甘受邀出席第18屆國際航空科學大會(ICAS),他以該課題研究的初期成果為基礎作了“渦流控制技術”專題報告,引起巨大的反響,獲得國際同行的一致認可和高度評價,為提高我國空氣動力學領域在國際學術界的話語權和影響力起到了重要作用。

          作為中國發展載人航天技術最早的倡導者之一,莊逢甘早在20世紀80年代中期就積極投入到中國空間計劃發展藍圖的規劃和制定中,他多次主持和參加立項及論證會議,并在論證期間就以極具前瞻性的思維領導開展了載人飛船氣動力、熱環境及熱防護等研究,并研制成功相關的計算軟件,為之后載人航天工程的氣動研究奠定了扎實的基礎。1993年,莊逢甘基于之前的研究成果,歸納出載人航天所涉及的10大氣動關鍵技術難點,并指出解決途徑和方法,提出“要從系統的層面,從多學科、多目標的角度開展氣動設計”。他再一次集結全國氣動設計和研究人員,利用國內主要氣動試驗設備,以一絲不茍的科學精神進行深入的研究,從空氣動力學方面為我國成為世界上第三個掌握載人航天技術的國家提供了可靠的技術支撐,作出了不可磨滅的貢獻。

          莊逢甘一生治學嚴謹,學術思想活躍,經常強調“空氣動力學研究沒有創新,也就不會有發展”。步入古稀之年后,他依然密切注視世界航空航天技術的日新月異,不放松對科學前沿的跟蹤和探索,積極為學科的發展謀篇布局。2010年11月8日,這位飲譽世界的空氣動力學專家與世長辭。他始終以國家需要為前行方向,將畢生心血全部傾注于我國航空航天事業中,殫精竭慮,奉獻終身,奠定了我國航空航天空氣動力學發展的基礎并作出多方面的開拓性貢獻,對各種飛行器的研究設計起到了重要的支撐作用,書寫了一名愛國科學家的“空動”傳奇。他一生踐行并始終倡導的“求真務實,自主創新”至今仍深深鐫刻在中國航天空氣動力技術研究院大門內的巨石上,熠熠生輝!


        責任編輯:劉曉璇

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