熊:“超声波化运动”和“亩产万斤”类似,都是违背科学的大笑话。想不到钱学森不但鼓吹后者<img src="/uploads/allimg/200604/1-20060419115OQ.png" />,对前者也是十分支持。看来,他要么是头脑发热,缺乏洞察力,被那些所谓的“新事物”给骗了;要么目光如炬,没有被骗,却选择紧跟上级。不论是何种情形,这都不是一个大科学家该有的表现。
谈:“除四害”时,钱学森也表现得像一个普通人。政治运动中,化学流体力学组和物理力学组的行政活动都归我管,钱学森虽然是所长,但作为物理力学组的一员,也归我照料。等我把其他人的任务都分配完了后,我带着他,我们两人一组去除苍蝇。我们每人带着一个火柴盒、一双筷子,到现在的科学院图书馆附近的大操场上,钻到一个简陋的厕所里去寻捡苍蝇的蛹。我们用筷子将蛹夹到火柴盒里,带回去计数交账。
当时在力学所北边的三星铅笔厂附近,有一块方形的麦地。我还和他一起,每人带一根顶端系有红布条的竹竿,到那里去轰麻雀,一人负责一块地段,务必不让麻雀飞下来休息。麻雀心脏很小,老是飞个不停,就会掉下来死掉。当时有动物学家写文章说,麻雀不但吃粮食,还吃害虫,并不是单纯的害鸟。但他们的话没有用,全民打麻雀的运动照样举行。没过多久,林子里鸟都没有啦,害虫多了起来。哎,当时就搞这些名堂,科学研究不做了。
郭永怀和他的师兄钱学森可不一样,“大跃进”时期,他很少吭声,并不争先恐后。1959年初,他已经意识到前一年忽视学科、片面强调任务的错误倾向,在全所大会上布置1959年度任务时,专门告诫大家说:理论工作及设计、加工等技术工作,要“一竿子插到底”的提法是错误的。我们和工程设计、生产部门是接力棒的关系,我们科研部门的任务是研究出规律,然后把接力棒交给他们,让他们运用我们提供的规律把东西做出来。必须搞分工协作,而不是各搞一套大而全的东西。<img src="/uploads/allimg/200604/1-20060419115OQ.png" />他的这些话是针对时弊而发,到现在仍然适用,可是在“大跃进”的年代,郭先生讲这些话是要冒风险的。
<h2>爆炸力学的诞生</h2>
谈:除“火钻”外,“大跃进”中还有一个收获——提出了爆炸力学的概念。这是钱学森提的。1958年,有个叫沈鸿<img src="/uploads/allimg/200604/1-20060419115OQ.png" />的人搞出了万吨水压机——他后来当上机械工业部副部长。钱学森知道,这个万吨水压机还不能加工出很大、很薄、精度要求很高的工件,譬如火箭、导弹中的喷管。他就交代任务给郑哲敏先生,要他利用炸药爆炸产生的冲击波的压力来进行材料加工,做出精度要求很高的形状复杂的工件来。
熊:具体怎么做?
谈:譬如说做一个钢碗,通常的做法是将薄板放在中间,用阳模去顶阴模,将其压成所需的形状。而用爆炸的办法就不需要用阳模,只需要阴模——将毛料放在水下,让水中的炸药爆炸,产生很高的压力而形成冲击波,冲击波通过水介质打到毛料上。毛料下面是空气,只有一个大气压,而上面有几千、上万个大气压的高压作用,毛料自然会被压入阴模。由爆炸而产生的压力比万吨水压机产生的要大,而且水介质可以柔顺地适应阴模的形状而变形,使毛料变成所需要的各种各样复杂形状的工件。
郑先生到了第二研究室以后,领导他的团队,不负所望,成功地研究得到了成形机理和模型律(如何将模型放大到实物的规律),并与首都机械厂合作,真的做出了产品。记得刚开始研究不久,大概在1960年初,专门在研究所的篮球场上进行了一次爆炸成形的演示,用一个雷管把一块小钢片炸成了一个其貌不扬的小碗。钱学森对爆炸成形技术非常重视,亲自主持演示会。他举着这个小碗,在观众面前环行一周,边走边说:“你们可不要小看这个小碗,将来在机械工业中要引发革命的!”
受“大跃进”运动的影响,当时认为,科学研究如果是在实验室做,那么走的就是资产阶级的科研道路,只有下到工厂、农村去做,才算走无产阶级的道路。于是,郑先生带了人到工厂去做爆炸成形,花了一年时间,可仍做不出来产品来。原因很简单,爆炸成形的科学规律还没找到,当然也就炸不出想要的形状。1961年初,国家实行“八字方针”后,可以回实验室做研究了,他们就回到力学所。有意思的是,当年他们进工厂时被敲锣打鼓欢迎,离开工厂时冷冷清清,基本没什么人理。
这个时候,力学所要成立一个电磁流体力学研究室。我是学流体力学出身的,就要求从二室转入这个新室。郑先生请二室的党支部书记找我谈话,希望我留下来。原来的第四研究室已解散,郑先生带了一部分力量并入二室,担任二室的副主任。他总结了前一阶段去工厂对机理研究重视不够的教训,决定重新组织科研团队,成立三个研究组:水下爆炸载荷组、材料性质组(组长郑哲敏,副组长王礼立)和爆炸成形组(组长郑哲敏,副组长郭汉彦)。大概他对我做的“火钻”工作的印象很深,让我当水下爆炸载荷组的组长(没有副组长)。那时候支部书记说话是算数的,我就留了下来。这三个组密不可分,前面两个组具有基础性质——只有研究清楚了爆炸载荷和加工对象的材料特性,才能探索爆炸成形的机理,并建立指导工艺实践的模型律。此外,还在二室里面成立了测试组(组长赵双禄),研制微秒计时仪和瞬态应变仪等仪器;以及炸药工艺组(组长陈维波),为各研究组提供实验所需要的炸药。
钱学森很重视爆炸力学研究。他既是力学所所长,又是国防部第五研究院院长,就让首都机械厂专门设了一个车间,让我们到那里去做火箭喷管的成形试验,把研究出来的规律告诉该厂的工程师们。我们先做巴掌大的小模型,然后根据量纲分析原理和模型律,试着将其放大十倍、几十倍。在此之前,我们已经回到所里做了两三年的研究工作,我们做出了丰硕的成果:阐明了爆炸成形机理,给出了模型律。测试组的范良藻等研制出微秒计时仪,用于成形过程的测量,并发现了成形过程中的二次加载现象。载荷组内,我和刘良吉等研制出测量冲量的压力盒,并和第九研究室的李筱卿等合作,研制出国内第一个测量水下爆炸压力的仪器(至今还在无锡水动力学中心等单位使用);研究给出符合爆速和爆压的炸药爆炸产物的状态方程,并配合成形组推进成形机理的研究。材料组的赵士达、高举贤等研究了高速变形后材料的疲劳和腐蚀性能。成形组的郑哲敏提出了以空化的出现和消失为核心的爆炸成形过程的二次加载的机理;提出了惯性模的新工艺。在郑哲敏等指导下,成形组的成员杨振声、孙同坤、邵丙璜、陆毓均和测试组的赵双陆等进行了系统的模型实验,总结提出了爆炸成形的几何相似律和能量律。有了上述基础,我们最终和首都机械厂合作,运用成形机理和模型律,研制成功大而薄、形状复杂、精度要求高,一般工艺难以加工的火箭喷管。
钱学森很高兴,决定在当时北京最好的宾馆——友谊宾馆——组织召开由中国力学学会与中国机械工程学会联合举办的爆炸成形学术报告会,向大家系统地介绍力学所在爆炸成形模型律、成形机理、成形工艺等方面的成果。他还在会议总结时提出,现在出现了一门新的学科——爆炸力学。它是力学的一个分支学科,研究爆炸波的传播规律及其效应和应用。力学不仅要为工程设计服务,还要为工艺服务。
熊:是哪一年开的会?
谈:1963年。北京航空学院的一位副教授,刚开始不相信可以对爆炸成形的机理进行理论分析,但他看了我们提供给爆炸成形学术报告会的研究报告,并得知首都机械厂的工程师就是运用了力学所的成形机理和模型律而做出了合格产品后,改变了看法。
熊:这是不是意味着爆炸力学诞生于1963年?
谈:在此之前,钱学森已提出“爆炸力学”的概念。1960年,中国科技大学近代力学系爆破专业改名爆炸力学专业。1958年进校的第一批学生念完两年的基础课,进入三年级。担任教研室主任的郑哲敏先生为爆炸力学专业制订了课程设置,开设了专业基础课。由解伯民讲“爆炸力学”;王礼立讲“应力波”;我讲“流体力学”和“水下爆炸”。1962年,第二研究室的骨干分别指导了该专业四年级全部学生的毕业论文。
应该说,1961年至1964年是我们做科学研究的黄金时期,也是我们所爆炸力学研究的第一个高潮时期。那段时间,国家召开了七千人大会、广州会议,反思“大跃进”的教训,政治干扰很少;而张劲夫等科学院领导也强调“出成果,出人才”,让研究人员安心和专心投入研究工作。在郑哲敏先生的统筹安排和指导下,我们全面展开文献调查,建立了材料性质实验室、测试实验室和怀柔爆炸基地,形成了每周一次的研讨会制度。为适应研究工作的发展进程,形成了良好的攻关协作,室内各组间做到良好的协调,所内与第九研究室合作,院内与计算技术研究所协作,院外则与首都机械厂建立了协作关系。
然而,好景不长,1964年,国家又开始搞“社会主义教育运动”,即“四清”运动了,知识分子被再度戴上资产阶级的帽子,研究工作再次受到政治运动的严重干扰。专家要听支部书记的话,所长要服从党委书记的领导,否则就是“反党”。材料性质组的副组长王礼立因“政治审查不合格”,被调离力学所,该组的研究实力遭到严重削弱。我被调去承担“爆破堆山技术的研究”的新任务,爆炸载荷组遭解散。我曾经专门找当时掌实权的党支部书记说,载荷组已经研制和建立了必要的测量手段,正在设计和装备光测装置,数值模拟也有了一定的经验,为今后研究水下爆炸现象做了必要的准备。我可以服从组织调度去做爆破研究,但是不要解散这个可以很好为民用和军用技术服务的研究水下爆炸的小组。书记回答说,组织上会很好安排的——不久,就解散了这个组。其后果是,直到今天,我国有关的国防科学研究仍属薄弱环节。
<h2>核爆炸波与爆破堆山</h2>
熊:为什么一定要把你们卓有成效的研究组解散呢?
谈:主要是因为政治运动的需要。我们研究室大约有一半人被派往农村参加工作队,到外地搞“四清”运动去了。
熊:大概还有一半留在所里继续做研究?
谈:唉!留在所里的也不能安心做研究。经常要开会、批判什么的,再后来干脆把科研都停了下来,全部精力投入“文化大革命”。
从1964年开始,第二研究室接受了两项国防科研任务。第一,对核爆炸波的研究。先是要求力学所对空中核爆炸时测量冲击波压力的压力传感器进行动态标定,并完成爆炸引起地面压力场的测量。为此成立了由郑哲敏指导的任务研究组。经过一年多的努力,很好地完成了任务。
随后,国防科委核防护工程组又委托力学所,采用点源强爆炸模型做地下核爆炸的模拟计算,以便通过远处地震波的测量来估计地下核爆炸的威力。郑哲敏和解伯民认为,点源强爆炸模型不适用于地下核爆炸的情况。他们认为,在强爆炸波的作用下,岩石同时兼有流体和固体的特性,并由此而提出了一种新的力学模型——流体弹塑性体模型。这个模型为有关部门所采纳,并为此成立了研究组。郑哲敏等以流体弹塑性模型为基础,以国外发表的地下核爆炸观测数据为范例进行数值模拟。经与中国科学院计算技术研究所协作,在对计算结果进行分析的基础上,郑哲敏又对所提出的基本模型做了细节上的改进(例如剪切强度随应变增加而衰减),使模拟计算结果与观测数据基本相符。于是,这些成果连同他们所建议的克服振动的措施,为委托部门所认同并采纳,为检测和预报我国第一次地下核爆炸的当量做出了贡献。
由于这项工作被上级定为绝密性质,所以在最初两年没有受到政治运动的太多干扰。1966年,“文化大革命”席卷全国,力学所也不例外,郑哲敏只能独自一人整理和分析计算数据,终于在被关进“牛棚”之前,完成了上面说到的对所提出的基本模型做细节修改的研究报告。
熊:流体弹塑性体模型……这个名字有点怪哦。
谈:力学分两大门类,一个叫流体力学,一个叫固体力学。换句话说,世界上的东西,要么被看成流体,要么被看成固体。物质有气、液、固三相,气相、液相属于流体,固相属于固体。问题是,在有的情况下,物体既不能当成是固体,也不能当成是流体。刚开始时,郑先生等受委托研究空中核爆炸的冲击波。很快,我们国家就受到国际上的压力,不能再做污染严重的空中核试验。国家就决定改做地下核试验。地下核试验是靠爆炸以后在岩石中传播的地震波的强度来反推爆炸的当量。怎么算呢?需要一个理论。工程部门认为可以采用点源强爆炸理论,但郑先生等人认为,这个理论在此不适用。考虑到(1)核爆炸源附近压力最少有几千万个大气压,而花岗岩只能承受不到一万个大气压的压力,几千万比一万,岩石的强度可以忽略不计,可把岩石看作有质量有惯性的流体;(2)冲击波离开爆炸源以后,越走越弱,冲击波的压力会降到一万个大气压以下,此时岩石的强度就起了作用,又该把岩石看成固体。他们提出,应该把岩石当成流体和固体的统一体。他们称其为流体弹塑性体——弹塑性是固体的性状——后来国际通行的名词也是流体弹塑性体。这个新模型,美国人比郑、解两位早一年提出来,但郑、解的创造是独立的。这个创造不仅导致了打通流体力学和固体力学的界限,创造了新的力学分支学科,还在后来成为研究导弹核武器和常规武器效应的重要模型。它本该得到广泛而重要的应用,可它刚一产生,便因发生了“文化大革命”运动而被抛在一边。
二室接受的第二项国防任务是对爆破堆山技术的研究。1965年,国防科委主任聂荣臻元帅约见郭永怀副所长。聂帅说:苏修和我们关系紧张,在边境屯兵百万。我们的北京以北地区是一马平川,所以,他们的摩托化部队一天一夜就能到北京。形势紧急啊!我找你来,是要跟你商量,可否在他们进军的路上,预埋一些炸药包,当他们进犯时,马上放炮堆出几座山来加以阻挡?郭所长略加思索后,回答说:这在技术上有可能。聂帅大喜,马上下命令说,这项工作,技术上由力学所负责,我们派部队负责后勤保障。
郭所长回所后交代郑哲敏主任,要他选派一位理论上比较强的助理研究员负责定向爆破堆山技术的研究。二室党支部随即组成研究组,任命许连坡为组长,金星男为政工组长,我为副组长,赶赴工程兵试验场,与306部队的研究人员合编为任务研究组,由306部队的研究室主任邢培芝统一协调。
协作一段时间后,邢培芝决定成立统一的技术组,由我任组长,负责实验方案的设计、实验和总结。我坚持采用模型实验的方法,提出了多排延期群药包的平地定向爆破方案。经系统实验优化药量分布后,取得了比较理想的定向抛掷效果。进而,我又采用量纲分析的方法,将过程分为爆—破和抛—堆两个阶段,得到了便于工程设计的估算单位土体耗药量的公式。上述方案被应用于一次野外中型工程。在这项研究工作中,我们还发展了爆破测试技术,创造了测量抛掷距离的埋块技术和测量抛掷轨迹和速度的烟火剂技术等新技术,以替代昂贵而低效的高速摄影技术。我还与306部队的杨天鳌一起,用小质量的高频振子,改造成功能测量爆破地震波的测震仪。1967年,我们完成了此项任务的总结报告,呈送国防科委。郑哲敏先生在他撰写的《力学所在爆炸力学研究方面的发展状况》中,对我们所做的这项研究做过介绍。
熊:爆破堆山……真是富有想象力啊。做的过程中,可有什么困难?
谈:这项研究我做了三年,非常艰苦。苦在哪里呢?主要还不在专业方面。过去有一种说法,叫“白专”,“白”相对于红,意思是反革命,“专”是精通专业。过去精通专业的人往往被怀疑是反革命。我也常被当作“白专”典型。当年我在野外工作时,两种人对我不怎么友好。第一种是党团领导人,他们居然告诫新来的大学毕业生,说我有严重的名利思想,要注意和我这样的“资产阶级知识分子”划清界限。第二种人是做过多年爆破工作的“老兵”,看不起我这个爆破“新兵”。我对工程兵研究所派来的邢培芝主任心怀感激,因为他在工作开始不久,就发现并支持了我。他指定我担任技术组组长,负责实验计划。但我对爆破“老兵”很客气,每次讨论方案,都会说:明天做实验,你们设计的方案先上,我的方案后上,不过我会在讨论会上,从基本原理上对双方的设计方案进行评析。一次,郑哲敏先生来野外检查我们的工作,“老兵”告我的状说:“谈庆明非要做什么小模型试验。他过去做的爆炸成形,模型只有巴掌大;我们的工作对象是大地、大自然!怎么可以做小模型试验?”意思是我在开玩笑。可是,郑先生却支持我说,平面定向爆破谈何容易!不做小模型试验、不把规律研究出来能行么?结果,正如我所预料的那样,按他们的方案炸,四面八方开花,土体不能按照所需要的方向抛掷出去。而按照我设计的多排序贯爆破方案,真做到了定向抛掷。这个方案要分三、四排实现序贯爆破:前后两排之间,用延期雷管造成延时爆破。所有雷管同时按键通电点火,后面一排的雷管虽然已经通电,但是还在燃烧,直到指定的延期时间才炸响。序贯爆破的好处在于:前一排爆破把土体抛掷出去以后,为地面创造出一段斜坡面,这样就为后一排爆破创造了比较有利的地形,而使后排爆破时土体的抛掷更符合所需要的方向。所以按我的方案实现的爆破,并不是在水平地形条件下的爆破——真正爆炸时的地面已经有一大半是斜坡面了。这种多排分期爆破需要用很多炸药包。此前的工程爆破每次只用几个药包,或者几十个药包,而我们的爆破一次需要用几百、上千个药包——而这样的群药包的空间和时间设置是有理论和小型实验支持的。
熊:一次爆炸几百个药包?
谈:是的。一般的爆破,每方土只需用不到一公斤炸药;而要堆山,每方土起码得用四公斤,才能够堆那么高、那么远。因为需要抛掷百米的距离,而不是几米、几十米的距离,才能堆出几十米高的山。否则,你做个小土丘,对人家的坦克,又能构成什么障碍?
除炸药需要量大得不切实际外,把炸药埋在地底下也太危险——将来可能要炸死我们自己的农牧民的!所以,堆山这个设想,在技术上确实是可能的,但综合各方面考虑,不切实际。这个工作做了三年,到1967年才完成。然后,回到所里,造反派他们夺权,抓革命、促生产。而我,则成为了“革命对象”——当时全所共有五六个大字报批判专栏,给我贴了一个半专栏的大字报。
“文革”结束后,重新开始评职称。在评定会前夕,我去看郑先生。我对他说:“我撤回申请,因为我没有成果。”他说:“你的申请书上不是有关于爆破堆山的成果吗?”我说:“它已被别人发表出来了。文章不但没有署我的名字,连致谢词中都没提到。我没有成果,还提什么副研究员啊?”郑先生很生气,说:“你干吗不报告?你申请的是副研究员,他们申请的是助理研究员,你的报告排在前面。你先在台上报告这个工作,让他们在下面听。看到时候他们还能说些什么?你干吗要受委屈啊!”郑先生对我非常支持,认为这项工作是爆破方面的一个重要进展,我也就因为这项工作而被提为副研究员。当时,职称评定已停了十几年,开创爆炸力学的郑先生也是在那个时候才由副研究员提为研究员的。
总结一下,从“八字方针”到“文革”,这一阶段力学所爆炸力学研究的主要研究成果有:
(1)提出爆炸成形的理论和指导生产的模型律,为此得到国家经委、国家计委、国家科委联合颁发的一等奖;
(2)提出流体弹塑性体模型,给出预报地下核爆炸当量的计算方案,因为这项成果以及后来用此模型解决了穿甲、破甲机理而得到国家科委颁发的自然科学二等奖;
(3)运用量纲分析,提出平面定向抛掷爆破的多排延期群药包的爆破方案。
本文初发于《中国科技史杂志》2013年第1期,第78—93页。
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林鸿荪(1925—1968),化学流体力学专家。1947年,从美国特拉华(Delaware)大学化工系获工学学士学位;1949年,从美国布朗大学获数学硕士学位。1950年夏,正当他紧张撰写博士论文时,朝鲜战争爆发,他毅然放弃不久即可获得博士学位的机会,日夜兼程回国。他先协助钱伟长建立中国科学院数学研究所力学研究室,后协助钱学森和钱伟长建立中国科学院力学研究所。1958年起任力学所二部业务负责人,肩负众多重任。他于1960年11月加入中国共产党。“文化大革命”爆发后,他因莫须有的罪名被“隔离审查”,并受到人身侮辱和精神上的严重折磨,终于在1968年12月15日含冤投水自尽。据中国科学技术协会编《中国科学技术专家传略·工程技术编·力学卷2》,福建教育出版社1997年版,第189—206页。
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欧阳绛,1925年生,1950年毕业于北京大学数学系,同年加入中国共产党,到中央机要局任业余文化教员。1957年在力学所被打成右派,不久被改派到山西大学图书馆工作。从1980年起,在山西大学讲授世界数学史等课程,后任山西大学科技与社会研究所副教授、教授。著有《数学的艺术》、《解决问题的技巧》、《思维是一种能量》等,译有《数学史》、《数学史概论》等。
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力学所最“大”的右派当为副所长钱伟长,不过他是被清华大学定下的右派分子。建所有功的朱兆祥也因钱案在不久后被打成“反党分子”。
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中国科学院整风领导小组办公室曾于1958年6月编印过两本《中国科学院右派分子言论材料汇集》,内有两页关于欧阳绛的材料。他的“反动言论”包括:“党的干部政策太考虑资格和汗马功劳了”;“衮衮诸公,不乏尸位素餐之士”;“我们国家里除了有公文旅行,还有官僚旅行,就是说有的干部在某单位官僚主义严重,于是把他调到另一个单位,还是做领导,而官僚主义依然如故。这样的旅行必须制止”;对老干部“酬谢利禄”即可,不必让他做领导工作,也不一定要党员做具体领导,只要有党的政策就可以去影响大家来实现领导,主张开辟干部分配的自由市场;主张“专政应当缩小,民主应当扩大”;对右派分子鲍诚光、刘治平的反动纲领“争取自由民主的社会主义”“大部同意”……他因此而被判犯有“攻击党的干部政策,丑化领导干部”、“攻击党的人事政策”、“支持右派分子积极为之辩护”、“否定肃反成绩”、“企图变革社会主义制度”等“罪行”。
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力学所二部对外称为北京矿冶学校。
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钱寿易(1917—1991),土力学家、工程师。1939年毕业于上海交通大学土木系,1946年在美国麻省理工学院土木系获得博士学位,1958年应钱学森之邀归国,任中国科学院力学研究所研究员。1979-1984年,兼任中国科学院武汉岩土力学研究所研究员、副所长。
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熊卫民:《1958年,中国科学家的选择与遭遇》,《社会科学论坛》2010年第12期,第136—147页。
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郭永怀:《研究工作与工程技术工作如何衔接》,见郑哲敏主编《郭永怀先生诞辰九十周年纪念文集》,气象出版社1999年版,第214页。
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沈鸿(1906—1998),学徒出身的机械工程专家,中国科学院院士(1980年)。我国第一台12000吨水压机的总设计师,1961—1979年任第一机械工业部副部长。
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