崔季平
(中国科学院力学研究所，北京，100190)
中国科学院高温气体动力学重点实验室(LHD)是在20世纪50年代末由钱学森、郭永怀先生初创，并在中国科学院力学研究所气动研究力量的基础上逐步发展起来的。起初，于1958年由俞鸿儒先生带领一个小组研制了我国第一台激波管，由康寿万带领一个小组研制了我国第一台等离子体射流发生器，以此作为起点。到后来，能够发展成为有规模的理论、实验、数模为一体的科学院乃至国家的一个重要的开放研究基地，是历经了半个世纪的许多人坚持不懈的努力工作得来的。钱学森、郭永怀先生的科研理念一直鼓励着这支队伍。
在这里，我要讲的是钱学森、郭永怀先生从一开始就把高温气体性质的研究作为高温气体动力学的一个组成部分。他们认识到，当气体进入到高温高速极端条件之时，气体内部的动理学问题是不能回避的，也不能用经验去替代的，必须求诸于“物理力学”的研究，才能实现动力学(dynamics)与动理学(kinetics)相结合的发展。现如今，LHD仍然坚持把“气体物理力学”明确定为它的4个研究领域之一，而被外界认为是LHD的一个特色。
高温气体性质的研究小组是于1958年建立的。当时，郭永怀先生将钱学森指导的物理力学研究组与他自己指导的流体力学激波管实验组进行重组融合而成。其目标是通过激波管来获得高温气体，并结合气体的微观动理学理论，以喷气推进与高超声速气流中的高温现象和气体性质为对象进行实验研究。郭永怀先生进一步明确，这个组是为未来的工程发展提供基础性的动理学概念、物理规律和基本数据。他说过，这种研究针对的目标是未来高技术发展。如果说目前设定工程目标是“粗活”的话，那么，未来“粗活”总是要“细化”的。这就需要你们对这类研究做出先行的探索，并做好研究工作。
高温气体研究组初创之时，郭永怀先生是通过俞鸿儒来向我传达他的详尽的激波管实验基本技术要点的指导。在选题上，让我们先做激波管初始不同状态的测量以获得不同激波速度的数据，为以后的研究工作先打下一个基础。同时，俞鸿儒先生还向我转达了他的以激波管实验方法为手段，对几个重要的物理与气动问题进行研究的设想。这个意见一直引导着我们实验室的发展和开创新的研究内容。开始做激波速度测量工作并不顺利，起初选用Duff与Knight电探针的测量方法，它看似简单合理，但实验中出现的现象却令人困惑不解，困难重重。因此，决定改为采用热敏金膜法，实验工作便从溅射镀膜开始，直到1959年秋天，激波速度的测量工作才得以最终顺利成功。此后不久，郭永怀先生赴莫斯科访问，他在苏联科学院物理研究所了解到苏联科学家在激波管实验工作中也遇到同样的困难和问题。他们在激波管上使用了电探针和纹影仪同步进行细致的观测，最终研究发现产生反常现象的根源是由激波过程中的光发射引起了激波的前驱效应所致。为此，郭永怀先生回国后立即将此信息告诉我们，解决了我们的困惑。我体会到郭所长除了方向性的指导之外，他对研究工作中的技术细节也是非常重视的。这一指导使我们以后在低密度激波管上能够顺利地采用电探针测量激波速度，以及后来我们对激波的前驱效应的系统研究起到了重要作用。
郭永怀先生为高温气体研究组做出的另一个重大决策，就是为 “640-5”任务建造国内第一个直径为800 mm的低密度激波管。自60年代初，郭所长根据国家需求关注于高层大气再入时的非平衡流动的问题，特别是高温气体的电离动力学和气体的辐射现象。拟通过低密度激波管对气体的电离机制与辐射机制进行研究，来测定相应的动理学参数。在郭所长主持下，邀请了物理所孙湘研究员和本所谈镐生研究员做指导进行了论证。由1965年末至1968年完成建造。测试表明获得的激波速度可以达到8 km/s，起始密度可低至1/100 mmHg的强激波，激波管运行性能稳定可靠。为实验室开展高温气体的电离与辐射现象研究提供了一个强有力的实验平台。
郭所长指导研究工作的风格常常是以启发诱导方式进行的，给被指导者留着很宽的思考空间。1958年的一天，郭所长来实验室要我了解一下Montroll所做的关于主方程方面的工作。在查看几篇资料之后，我只是一知半解，感到没有多少用处。过了一段时间以后，有了更多的分子的离解与分子内部振动之间的耦合效应的实验事实之后，我才意识到，Montroll理论中包含着对高温下分子运动的更深层次的理解，显示出主方程的理论方法的重要性。有了郭所长的这一指导，实验室后来才进行了一项理论分析工作，我们完成了对Wray关于氧在高温下非平衡解离激波管实验并进行了完整的理论解释。
又如在1964年，郭所长要我到物理所孙湘研究员那里去访问学习。孙湘研究员正在进行的是等离子体筛缩实验，他们用氢的Balmer线的Stark变宽诊断等离子体性质。这次访问启发了我们在以后的激波管研究中开展的氢谱线的Stark变宽的研究。显然，激波管中由于获得气体有良好可确定的平衡状态，开展这样的研究更为有利。
郭永怀先生指导高温气体的物理力学的研究工作，前后有10年之久，他对我们实验室的建设作出了巨大贡献。回顾当年郭所长希望高温气体性质研究要做“细活”的期望，我们这些后来人，多年来朝着把研究工作做深、做细、做透的目标已经做了很多工作。但是，还有很长的路要走，因此，我们一定要把他的科学理念更加发扬光大。
