李毓昌
(中国科学院大学,北京,100049)
早在20世纪40年代,钱学森先生和郭永怀先生共同师从冯·卡门教授从事力学研究工作。郭永怀先生获得学位以后,两位先生在学术上的切磋交流从未中断。郭永怀先生的成名之作《可压缩流体二维无旋亚声速和超声速混合型流动及上临界马赫数》是1946年和钱学森先生共同署名发表的。此后,郭永怀先生曾向钱学森先生介绍他在激波与边界层相互作用和奇异摄动法方面的研究工作。钱学森先生自称他在这些研究工作中受到很多启发。因此,郭永怀先生受到钱学森先生的高度信任,两位先生在学术见解上所见略同,有许多共同点。20世纪60年代钱学森先生在国防部五院的工作日渐繁重,每周只有一天能到力学所上班,尽管郭永怀先生在二机部九院也有兼职,他也只好临危受命接受钱学森先生的委托,把力学所的业务领导工作全部承担下来。
回顾历史,从60年代初到“文化大革命”以前力学研究所的发展是比较正常的,在液体燃料火箭发动机的燃烧和传热、高速空气动力学、板壳理论、爆炸力学、地面沉降理论等方面都取得了一些研究成果。除了一批从国外学成回国的专家外,青年研究人员经过工作锻炼逐步成长。经过长期努力先后建成了二十多个实验室,改变了实验设备一穷二白的面貌。这些成绩的取得是中央提出了比较切合实际的方针政策和全所同志努力奋斗的结果,同时也是与郭永怀先生废寝忘食对力学所的研究工作卓越的领导是密不可分的。
下面拟就三个方面叙述郭永怀先生的领导工作。
开阔的学术视野
郭永怀先生认为研究工作的重点应该是有重大探索价值及广阔应用前景的前瞻性的项目,同时还要统筹兼顾其他方面的需求。郭永怀先生1957年曾在《科学通报》上发表了题为《现代空气动力学的问题》的论文,把空气动力学的研究分为三个阶段,一是理想流体阶段,空气被视为没有粘性且密度是常量的均匀介质;二是随着飞行器速度的提高,空气的压缩性必须加以考虑,于是就有了可压缩空气动力学(流体力学要和热力学相结合);三是超高声速空气动力学,要考虑真实气体效应,考虑空气分子的解离、电离及辐射等(这时候流体力学必须和物理化学相结合)。
郭永怀先生指出高超声速空气动力学应该是力学研究的主攻方向之一,力学研究所在流体力学方面的研究正是沿着这样一条思路展开的。例如,力学所的十一室所承担的“102”任务也就是中程导弹的热防护问题,研究的具体内容是烧蚀问题或者有化学反应的边界层传热问题。继“102”任务以后十一室又承接了“640-5”任务,这个任务的目的是解决远程导弹弹头的识别问题。为此需要研究导弹弹头再入大气层时引发的各种复杂的物理现象。郭永怀先生对于完成这一任务有一个宏伟的构想,他认为已有的物理学的一些分支(如热力学、统计力学、原子分子物理)尽管对这些物理现象的研究提供了理论基础,如热力学函数和输运系数的计算方法,分子振动、转动、能级的确定,但是这个领域的研究不能满足超高声速空气动力学的需要。为此他组织了力学所的十一室、第四研究室的大部分研究人员并联合物理研究所的孙湘先生及其研究组一起联合攻关。郭永怀先生还亲自草拟了高温气体物理性能应该从事的研究项目,包括高温气体的辐射效应直至高温气体的激波结构,并且参与了相关实验内容的讨论。这个研究蓝图如果得以实现,其学术价值将是十分巨大的,可惜1966年以后,正值“文化大革命”时期,受此影响许多研究工作陷于停顿。研究队伍内部也产生了意见分歧,直到郭永怀先生因空难去世,“640-5”任务并未取得预期的结果,但是郭永怀先生生前所做的铺垫性工作为70年代后期“640-5”的后继工作打下了良好基础。
郭永怀先生十分重视有广阔应用前景的研究项目。早在60年代初他应邀参加全苏第一届理论和应用力学大会时,曾与苏联科学院的拉夫伦捷夫院士就爆炸力学的研究做了深入的学术交流,并了解苏联在这方面取得的成就,回国以后他热诚支持力学研究所开展这门新兴学科的研究。力学研究所第二研究室由郑哲敏先生领导的一支精干的研究队伍,先后开展了爆炸成型和工程爆破的研究。他们密切结合工程实际,在积累大量实验数据和严密的理论分析的基础上提出了爆炸试验中的相似律和爆炸力学中的流体-弹性-塑性模型理论,成为力学研究所建所以来取得的重要理论成果之一。
以碳氢化合物(煤炭石油)为主体的化学能源,根据专家估计在100—200年以后行将枯竭,并为新能源所取代。郭永怀先生亲自领导的专门研究电磁流体力学的第六研究室,是从事新能源应用有关的研究单位,它的主要研究方向如等离子体的不稳定性、磁流体直接发电、用电磁方法分离同位素都是利用核聚变或核裂变取得新能源的研究项目。但是郭永怀先生又清醒地认识到,类似核聚变这种研究项目,由于研究前景不确定性太多,以我国当年的研究实力不宜投入太多的人力物力,保持一支小规模的精干力量进行探索性的研究又是必要的。一旦这方面的研究获得重大突破,由于我们已有一定的技术储备,适时扩大队伍迎头赶上才有可能。
郭永怀先生还认为对国家急需解决的力学问题,不管它是否具有前瞻性,我们应该努力去完成。如60年代我国国防研究的中心是一机二弹。所谓一机指的是以米格19为原型的六二式歼击机,二弹指的是原子弹及红外自寻的空空导弹。为此六院曾向力学所提出了不少协作项目,包括空气动力学和航空发动机在高空中的燃烧传热问题,力学所安排了钱福星先生及其研究组和一、三、五研究室去完成这些协作任务。但是钱学森先生和郭永怀先生同时又指出,随着我国科研力量的壮大,各产业部门都建立了自己的研究单位(如五、六、七研究院等),它们的工作是直接为当前产品设计定型服务,在这方面力学研究所可以发挥作用的空间将日益缩小。1964年以后我们得知国家将为六院在三线建设高空航空发动机试车台,这些设备投资巨大,结构复杂,建成以后力学所在理论分析和实验手段上的优势将不复存在。钱学森先生还建议一、三、五室的研究方向,以转为民用为宜。
坚持科学精神
我国从清朝末年开始向西方学习科学技术,在早期提出的口号是“师夷之长技以制夷”,到后来的“中学为体西学为用”都只是在技术层面上学习西方。“五四”运动以后,一些目光远大的科学家如丁文江、任鸿隽才提出学习西方的科学精神。20世纪50年代我国的各种政治运动对科学精神的传播造成了极大的破坏,表现为很多人因言获罪,扼杀了学术研究中的自由讨论。在“大跃进”中,无视客观规律片面夸大人的主观能动性的作用,为了宣传目的从事夸大渲染不实的报道,使严谨学风荡然无存。郭永怀先生对此深感痛心,出于科学家的良知,他在宣扬和坚持科学精神方面做了一系列工作。
1959年在全所总结会上,他清醒地向大家指出我们不要沉湎于这段期间,我们造出了什么设备而忘记了科学研究的终极目的是寻找发现自然规律,在这方面过去的工作收效甚微。这与当时的主流声音是尖锐对立的,但是确实起到了使大家从糊涂的认识中清醒起来的作用。
对于研究成果的评估,郭永怀先生采取了严肃认真一丝不苟的态度。F-2风洞是在很短时间内完成设计,参加设计建造的同志为此付出辛勤的劳动。但是由于缺乏经验时间仓促考虑不周,风洞的质量也存在一些问题,其中主要是试验段和喷管中间存在接缝从而引起反射激波,造成了流场的不均匀,最后不得不重新设计把喷管和试验段连成一体。这些排查和重新设计工作都是在郭永怀先生关心下完成的。
郭永怀先生在流体力学方面取得了很大的成就,但是他一直十分谦虚。他曾对青年同志讲自己比青年人懂得的不会太多,他对自己指导能力评估得十分有分寸。例如对力学研究所十二室的研究工作,他就出言谨慎,当我们向他请示时常让我们直接找钱学森先生求得解答。
郭永怀先生坚持在真理面前人人平等,他当《力学学报》主编时,投稿人即使是名校教授。或是郭永怀先生的熟人,只要审稿人对稿件提出质疑,就一律扣押不发,从不照顾情面和关系。
60年代初郭永怀先生几次建议十一室风洞测试组进行流场涨落的试验,但是这一建议迟迟未付诸实现。我从测试组得知:当时测试组采用的是电真空器件,这些电子真空器件从二极管到多级管是靠加热丝极蒸发电子来实现检波、放大和震荡作用,这就不可避免的产生热噪声,最后在示波器上显示的将是流场涨落和热噪音的叠加,由于二者量级基本相同,在当时的技术条件下无法把它们区分开来。力学研究所测试工作起步较晚,从事这项工作的全部是刚从大学毕业的青年人。郭永怀先生认为他们言之有理,心平气和地接受了他们的意见。
敬业乐业,不懈追求
郭永怀先生对科学研究工作有一种十分可贵的敬业乐业精神,他分管的面很广,但从不高高在上。有些研究项目如中程导弹的热防护问题,如“640-5”项目,如六室的电磁流体力学问题,他不仅深入到研究工作的细节,还对整个项目的发展蓝图、研究工作遇到的困难都认真思考并给予切实具体的指导。
在研究工作的起步阶段郭永怀先生曾对这些项目的发展提出一些预见,如在“640-5”项目中,他认为,高温气体中会出现十分复杂的现象如解离、电离、辐射,这些现象的过程、机理没有弄清楚以前不要急于建立方程,进行定量计算。在建立实验设备上,他主张建立小功率的、比较单纯的小型电弧加热器,反对建立大功率的电弧风洞。实践表明郭永怀先生的预见是完全正确的,对全局工作有良好的指导作用。反之,在建立实验设备上一度违背了他的预见,研究工作由此走了弯路,直到后来才得到纠正。到了60年代,郭先生已年过五十,已经不是从事科研工作的最佳年龄。青年研究人员对他平日表现的思维敏捷、记忆超强和独到的见解都有深刻的感受同,这与郭永怀先生常年奋战在研究工作的第一线,有丰富的学术积累,勤于工作和思考是密不可分的。