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#中国航天日#
这是航天兔详述中国航天发展史的第四章,在这一章中,我们主要解读钱学森院士与众不同的“战略思维”,看看他是如何在众多高新技术起步之初前路未卜的情况下,正确领导新中国的航天事业及其他关键科学领域向前发展的。
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航天兔曾在前文中提到,钱学森院士非常强调在航天工作中“预先研究”的重要性;而预先研究的关键;就是要有长远的科学眼光和独特的战略性思维,这样才能正确判断未来科学技术的发展方向,而钱学森院士的战略性思维,可以说高人一等。
航天奇才
早在在二战末期,钱学森院士在执笔《迈向新高度》(TowardNewHorizons)的时候,就表现出了他超人的战略眼光。
▲《迈向新高度》是二战末期,美国国防部科学咨询考察团赴德考察的总结性报告,该报告共分13卷,钱学森院士共参与了其中的3、4、5、7、8卷共页内容,并亲自撰写了约页内容,共涉及德、瑞等国空气动力学进展、高速空气动力学原理、飞机动力科学原理、飞机燃料及推进剂、超声速导弹弹道计算等七部分内容。
钱学森院士在这份考察报告里,对高速空气动力学的现状和发展都进行了翔实的论述,内容涵盖脉冲式喷气发动机、冲压式喷气发动机、固体与液体推进剂火箭、超音速导弹、核能作为飞行动力的可能性等诸多方面,并对这些技术已有的研究成果、当时存在的问题和未来的发展前景,进行了科学和理性的评估。
钱学森院士(站立左2)出席美国国防部科学咨询团第一次全体会议()
《迈向新高度》后来受到美国国防部和军方的高度肯定,成为美国日后火箭、导弹、飞机长远发展计划的重要蓝图,为美国空军未来50年的发展指明了方向,从根本上改变了未来战争的形态,也为美国在日后取代德国,成为世界航空和火箭强国奠定了理论基础。
后来,钱学森院士又为美国航空兵主持编写了一部名为《喷气推进》(JetPropulsion)的专著。
钱学森(左3)与古根海姆空气动力学实验室的同事们()
▲这本由加州理工学院喷气推进实验室和古根海姆空气动力学实验室诸多教授撰写,钱学森院士主编的空气动力学著作,涵盖了钱学森院士及其他编写人员的讲义文件,以及年-年钱学森院士所写的论文。
在这本书里,钱学森院士对液体推进剂火箭、固体推进剂火箭、喷射辅助起飞、热动力学、气体动力学等诸多方面,都作了科学、详细的论述。
后来这部专著在年,被美国军方列为航空兵工程师必学教材,并在多年后一直都是美国喷气推进技术研究领域的最具权威性著作。
与此同时,钱学森院士还对未来航空/天新动力,提出了大胆的设想;
年,钱学森院士在美国《航空科学》杂志第13卷-页上,发表了一篇题为《原子能》(AtomicEnergy)的学术论文,主要介绍了原子能作为飞行器动力这个研究领域的基础知识和动态,并且讲解了原子能作为动力应用的工程途径。
在这篇论文里;钱学森院士计算出了原子弹释放的能量,约为火箭、飞机传统燃料的万倍。
他在文章中具体写道;
“热能如此大幅度增加后,工程实际应用上,燃料损耗将缩减到可忽视的程度,靠核能推进的飞机航程几乎是无限远。”
由此,钱学森院士提出:“如果能把核能用于喷气飞机和火箭飞行,前景将不可限量。”
在此基础上,年5月13日-15日的美国核反应堆材料应用研讨会上,钱学森院士又作了题为《使用核能的火箭和其他热喷气推进》(RocketsandOtherThermalJetsUsingNuclearEnergy)的学术报告,研究讨论了采用核动力火箭及其他喷气推进中出现的一些基本问题;相对论效应,优化设计等,估算了核动力火箭的重量和性能,对减小临界尺寸的可能性与采用多孔材料作为堆体的优点等提出了建议。
后来,钱学森院士在年出版的《星际航行概论》中,对核能火箭又作了更加详细的论述。
▲《星际航行概论》是以年9月至年1月期间,钱学森院士在中国科技大学近代力学系开设的火箭技术概论课程讲义整理而成,书中详细介绍了用于星际航行的各个技术问题。
作为中国首本高等院校航天基础教材,《星际航行概论》几乎包括了所有现代科学技术的最新成就,在这本书里,钱学森院士对星际航行所需的各类问题,都提出了相关的解决思路,其中包括核火箭、电火箭、重复利用火箭、太阳帆、天地往返系统等。
由于书中有关星际航行的设想过于超前,除了少部分内容;例如可重复利用火箭、天地往返系统外,书中的诸多设想,目前都还没能实现。
▲书中有关人造重力飞船的设计草图。
这里值得一提的是,我们如今津津乐道的钱学森弹道,只是钱学森院士在美期间,有关航空/天的众多伟大学术理论之一,远不能代表钱学森院士的学术成就。
▲曾担任过钱学森秘书的王寿云,在年受钱永刚教授的委托,组织中科院力学研究所,翻译了钱学森院士在-年期间,发表出版在各学术刊物上的英文论文共51篇,其所涉及的领域;包括空气动力学、结构力学、动力和推进、火箭导弹飞行理论等多方面,而钱学森弹道只是这些伟大理论的创造性成果之一。
远见卓识
如果以上还属于钱学森院士对航天事业的畅想的话,那么新中国在年所制定的《十二年科学技术发展规划》则让钱学森院士的战略思维,拓展到了新的高度。
年2月22日,也就是《建立我国的国防航空工业的意见书》提交不久,钱学森院士就被委任为《-年科学技术发展远景规划》的科学规划综合组组长,负责对相关规划项目进行评价、选择和推荐,并综合各方面建议,提交中央进行决策。
▲《-年科学技术发展远景规划》简称“12年科学规划”,是由毛主席提议、周恩来总理亲自主持的新中国第一个中长期综科学规划,该规划始于年1月25日的最高国务会议第六次会议,当时毛主席在会上说道:“我国人民应该有一个远大的规划,要在几十年内努力改变我国在经济上和科学文化上的落后状况,迅速达到世界的先进水平”
紧接着年1月30日,周总理在全国政协二届二次会议上,发出了“向现代科学技术大进军”的号召。随后在周总理的亲自组织下,国家计划委员会、中国科学院以及相关部门经讨论后决定:“制定从年到年的12年科学技术发展远景规划”。
年3月14日,国务院成立了“由陈毅元帅担任主任、李富春、郭沫若、薄一波、李四光任副主任,中国科学院常务副院长张劲夫任秘书长的“科学技术委员会”,以中科院各学部为基础,召集全国最著名、最杰出的多位科学家和科技工作者共同商讨制定12年科学规划。
主持12年科学发展规划的部分新中国领导人
由于这是新中国第一个大型科学发展规划,所以这个规划涉及到了新中国发展的方方面面,参与的人员也非常多,除了钱学森院士外,像钱伟长、钱三强、竺可桢、王淦昌、王大衍等这些我们所熟知的老一辈科学家,在当时几乎都有参与。
在经过数个月的激烈讨论后,与会的专家学者们共提出了新中国需缺的社会生活、经济建设、国防军事等57项重要科学任务和个中心研究课题,其中有6项被确定为新中国急需的项目。
这6个急需的项目是:原子能、导弹、电子计算机、半导体、无线电电子学和自动化技术(其中原子弹和导弹因为保密的原因,对外并未公布)
其中钱学森院士亲自参与了导弹项目的制定,并与王弼、沈元、任新民等人合作,完成了第37项《喷气和火箭技术的建立》项目书的撰写,将喷气技术和火箭导弹技术纳入了国家科学技术发展远景规划。
在《喷气和火箭技术的建立》项目的说明书中,他们明确指出;
“喷气和火箭技术是现代国防事业的两个主要方面:一方面是喷气式飞机,一方面是导弹。没有这两种技术,就没有现代的航空,就没有现代的国防。建立了喷气和火箭技术,民用航空方面的科学技术就不难解决了。”
该项目规划的目标是;
“本任务的预期结果是建立并发展喷气和火箭技术,以便在12年内使我国喷气和火箭技术走上独立发展的道路,并接近世界的先进技术水平,以满足国防的需要。”“-年在本国研究工作的指导下,独立进行设计和制造国防上需要的达到当时先进性能指标的导弹。”
后来在我国导弹的具体研制过程中,证明该规划目标是合理且符合我国国情的。
时任中科院院长的郭沫若,在看到《喷气与火箭技术的建立》后十分兴奋,当即挥毫赋诗一首赠钱学森院士;
大火无心云外流,登楼几见月当头。太平洋上风涛险,西子湖中景色幽。突破藩篱归故国,参加规划献宏猷。从兹十二年间事,跨箭相期星际游。
力排众议
值得一提的是,由于当时许多人对导弹并不熟悉,更有甚者都不知道导弹具体是怎么回事,所以相对于更为熟悉的飞机,在这个项目确立时,引起了比较激烈的争论,其中争论的焦点就是:我们国家要不要搞导弹?以及导弹和飞机具体是什么关系?
对此,钱学森院士在发言中强调;
“飞机的重要性自不待言,而导弹确是一种新的有巨大威胁力的武器,其作用在第二次世界大战末期已初现端倪,希特勒德国就使用了V-1、V—2火箭。飞机与导弹各有优、缺点,在战争中是相辅相成、缺一不可的。飞机的机动性好,但导弹的优点是它的速度快,这在战争中无论是从攻击还是从防御的角度看,都是一个重要的战术技术性能指标。”
同时钱学森院士还从技术的角度分析道;
“导弹虽然是一种新型武器,但攻克火箭导弹技术并不见得比飞机更难,从一定意义上说,研制一枚导弹也许比制造一架高性能飞机更容易一些。因为导弹是无人驾驶的一次性武器,而飞机则有人驾驶,且要求多次使用,这在发动机、结构、材料和飞行安全等问题上都有许多特殊的要求。可以说,它是一个更为复杂的问题,需要更为先进的、坚实的工业基础,我们国家目前不具备这个条件。”
而钱学森院士对新中国研制导弹的部分难题上也给予了解释,尤其在关键的制导问题上,钱学森于院士专门讲解了许多制导原理,并对制导技术所涉及到的技术问题进行了剖析,并由此得出结论说道:“这个问题在短期内易于突破。所以,导弹作为一种现代武器,应及早引起重视,并列入重点项目予以突破”
后来时任“科学技术委员会”秘书长的张劲夫,对此回忆道;
“在讨论制定规划的过程中,钱学森发言很积极,他用自己的智慧,给规划出了不少好主意,特别是亲自主持制定的第三十七项任务《喷气和火箭技术的建立》,我感到既志存高远又切实可行。”
其实在当时的新中国,人们受时代的局限,对高新科学技术的争论何止于飞机与导弹,在12年科学规划的很多项目上的都有过争论,尤其是在6个国家的急需项目上,很多争论在现在看来甚至都不可思议。
高瞻远瞩
在中国科学院《院史资料与研究》的记录里,当年担任综合规划组秘书、负责会议记录的何祚麻院士是这样写的;
“通讯技术既是国防建设上的关键技术,也是经济建设中的重要技术。但是在通讯技术的发展上,当时也有争论。争论的焦点之一,是有线和无线之争。为什么会有相当一部分同志主张重点发展有线?这除了有技术上难易等问题以外,最主要的是因为有线易于保密,而保密却是军事技术上的一项很根本的要求。”
为此,钱学森同志(当然还有其他无线电电子学的专家们)提出意见说;
“保密当然是通讯技术的重要要求之一。但是有线通讯的局限性太大,不能适应现代战争的多种多样的要求,其严重的弱点是在未来的现代化战争中极易受到破坏。无线通讯将比有线通讯有更好的更广泛的适应性。至于保密问题可以通过其他办法解决。”
然而,无线电电子学的重要性还不仅在于通讯,它也是民用技术以及现代化国防技术中不可缺少的手段。现在工农业、医药卫生等部门,都离不开无线电电子学。
钱学森同志还特殊地论证了高空大面积彩色电视在现代战争中的作用,指出“高空中的彩电系统将极大地有利于军事指挥机关对现代战争的监视和指挥”
可以说,他的这一独到精辟的意见,在当时,真是令人耳目一新!
电子计算机也是当时有争议的一个项目,电子计算机是那一时代划时代的发明。已知美国的电子计算机每秒能运算次。这比起手摇电动机算起来真是飞跃式的进步。
但是,有关电子计算机的发展前景却并不那么明朗。快速计算机在推进科学技术上的作用,也远不像现在人们看得那么清楚。
为此,钱学森同志举出许多实例来说明推进快速电子计算机的重要性。他还介绍了电脑的记忆功能、逻辑功能,甚至学习功能等等,表明这是极有发展前景的领域。于是,这一重大项目的决策就此确定下来了。
关于自动化技术问题,钱学森同志也作了很好的论证。他向我们解释了生产过程的机械化和生产过程的自动化在原则上的差别。“未来工业的发展必然走向自动化操作”这不仅可以节省大量劳动力,而且为保证高质量的产品所必需。
原子能不是钱学森同志的专业,但是他也预见到许多重要领域的发展。他曾指出快中子堆的重要性,因为这能增殖燃料。他也曾提倡研究受控热核反应。为此,他在规划研讨会上作过一个如何实现受控热核反应的设想的报告,指出“只有将墙壁做成多孔材料,那么通过液体在多孔介质中的渗漏,将能解决任何大量热能产生后的散热问题”
钱学森同志也热情地支持半导体研究。因为利用半导体将能制造体积小、寿命长并稳定可靠的二极管和三极管。这对发展无线电电子学、自动化技术至关重要。
但可惜的是,我国科学家未能预见到集成线路以及大规模集成块的发展,以至于我国在这方面的工作竟落后于国际水准10年。
正是钱学森院士这种前瞻性的科学思想和广阔的战略思维,为新中国的很多关键技术发展,奠定了正确的基础,对此,何祚麻院士总结道;
“他总是从现代科学可能的发展前景,向这些项目的倡议者或草拟者提出,请他们注意现代物理和化学的成就对解决这些重大科研任务的作用和影响。这就使得这些科学研究项目的制定能看到科学技术发展的未来。”
后来钱学森院士在主持我国航天事业的时候,也将这种前瞻性的科学思想和战略思维运用到了我国的导弹研制过程中。
他在我国航天工业创建的在初期,提交了《建立我国国防航空工业的意见书》,为新的中国航天事业建立给出了现实可靠的建议。
在中期,又组织制定了《-年地地导弹发展规划》,提出了“八年四弹”的研制计划,让中国的火箭、导弹研制生产工作又上了几个新台阶。
在晚期,他还解决了我国载人航天工程方案之争,推荐了主要的领导人员。
神舟五号发射成功后,钱学森院士亲笔写的祝贺信
可以明确的说,中国的航天事业能够历经数次波折,仍能取得如此辉煌的成就,很多,都离不开钱学森院士战略思维所指明的方向。
如今钱学森院士已离我们远去,愿我们都能够追随英雄的脚步,去实现先辈们那些未完成的梦想。
有关钱学森院士“战略思维”的话题,今天就聊到这里,非常感谢您的阅读,下期航天兔会写一下新中国早期的航天人才构成,看看我们的航天人,是如何在一穷二白的情况下,铸就了如今这让世人惊叹的辉煌成就。