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钱学森对我国火箭导弹事业开创性贡献彪炳史册

www.jyb.cn 2009年10月31日  来源:科技日报

  2009年8月6日上午,中共中央政治局常委、国务院总理温家宝冒着细雨,登门先后看望了60年来为中国国科技、卫生事业做出突出贡献的朱光亚、何泽慧、钱学森、王大珩和胡亚美,向他们致以亲切的问候和良好的祝愿。图为温家宝看望著名科学家钱学森。图片来源:新华网

  编者按今年12月11日是我国著名科学家钱学森97华诞。在钱学森长达70多年的科学生涯中,他对我国火箭、导弹和航天事业的开创性贡献,彪炳史册。有评论说,他不仅是一位杰出的科学家,同时也是一位思想家。钱学森研究领域涉及科学、技术、工程、哲学等,特别是在不同学科、不同领域的相互交叉、结合和融合的综合集成研究方面,做出许多开创性的贡献。这些思想对我们落实科学发展观,建设创新型国家,深化科技体制改革也不无裨益。

  今天本报推出记者采写的长篇报道《钱学森和他的系统科学思想与方法》,介绍钱学森创建系统科学的来龙去脉,并独家揭秘许多鲜为人知的历史细节,以飨读者。

  钱学森,人们将这个名字联系最多的是中国航天之父,而钱学森为在中国创建和发展系统科学所建树的功勋,却并不为多数人了解。

  半个多世纪以来,正是他写出了享誉国际学术界的《工程控制论》,亮出了他的系统科学思想和方法,并在主导中国“两弹一星”的成功实践中,运用、发展了他的思想和方法,继而把他的系统科学理论和系统工程实践推广到社会、经济、管理等各个领域,产生了深远的影响。

  钱学森如何由科学家、工程师转换成为系统科学的思想家?系统科学又是如何在中国落地生根、枝繁叶茂的呢?本文尝试揭示一个你所知道的钱学森和你并不完全清楚的钱学森系统科学思想形成的历史脉络。

  一、在软禁中诞生的《工程控制论》

  “钱学森高超地将工程和数学两只轮子装到一辆战车上,碾出了工程控制论研究的一条新途径……”

  1954年,一本名为《工程控制论》的学术著作引起了控制领域的轰动。这本书甫一问世,就赢得了国际声誉,吸引了大批数学家和工程技术专家从事控制论的研究,并形成了控制科学在上世纪50年代和60年代的研究高潮。

  书的作者就是钱学森。在美国遭受软禁期间,他5年磨一剑,开辟了研究的全新领域,并获得了意料之外又是情理之中的成功。

  多年后,回忆《工程控制论》的写作与付梓,钱学森说:“研究工程控制论只是为了转移美国特务们的注意力,争取获准回归祖国。当时并没有想到建立一门新学科。”

  那么,工程控制论的思想是如何诞生的呢?

  还是把时光追溯到1937年,在美国加州理工大学读博的钱学森和几个同学组成了火箭技术研究小组,并得到了导师、力学大师冯·卡门教授的支持。从此,开始了他与火箭和航天技术的不解之缘。

  上个世纪的30年代,火箭技术和理论尚未成熟,倒是多在科幻小说的情节中出现,远没有被纳入传统科学研究议程。

  但是,钱学森很早就认识到自动控制技术在火箭技术中的重要作用。早在出国留学之前,他的志趣就从设计火车头逐渐转向航空,其间,他还到杭州笕桥飞机场实习。当时的飞机都是机械手动控制,控制已逐渐进入了他的思考。

  “到了上个世纪四五十年代,虽然有了电子仪器,但还存在可靠性问题,因此飞机控制仍在相当大程度上依靠纯机械方式。火箭技术的发展对控制系统提出了很高的要求。”钱学森早年的学生、《钱学森手稿》的主编郑哲敏院士说。

  后来德国成为世界上航空与火箭研究的翘首。1945年二战结束前夕,钱学森随冯·卡门率领的科学考察团赴德国考察情况,第一次见识了火箭。考察团一行带着数吨研究材料,回到了火箭研究还相对落后的美国。大家召开研讨会出版文集,展望美国空军发展战略,这其中就有专门章节谈到制导技术。

  “在他的视野中,制导是非常重要的事情”,郑哲敏回忆,二战后,钱学森对于迅速发展起来的控制与制导工程技术,作了深入的研究,并成为此类工作的先驱。

  “如果说,钱学森的早期研究主要是针对阻碍当时航空、航天技术发展一些关键力学问题,那么后来,他的视野更加广泛,前瞻性更强,着眼点已不限于个别问题,而是开辟新的学科前沿领域,以推动航空、航天技术整体与长远的发展。与此同时,他的学科领域也已不限于应用力学,而是他所倡导的更为广阔的技术科学领域。”

  《工程控制论》的诞生,就是对郑哲敏这句评价的最好注脚。

  钱学森从事空气动力学、弹性力学、喷气和火箭推进器等航天领域科学研究,而这些与美国军事国防密切相关,正如美国当局所说:“他随时都值3—5个师的兵力。”正因如此,在1950年,正当美国政府麦卡锡主义猖獗之时,钱学森被拘留两周,保释之后,又遭受美国政府长达5年之久的软禁,回国阻力重重。

  就在1950年至1955年受特务监视时期,为了使美国政府放心,钱学森决定从事远离军事和国防问题的科学研究。当然,他也不可能有以往的实验研究条件,因此,他选择了需要数学手段的理论研究问题。

  作为世界级的导弹和火箭专家,钱学森很自然地把关注目光转移到一门新兴学科———控制论。

  1948年,美国科学家维纳的《控制论》出版。这本书的副题是《关于在动物和机器中控制和通讯的科学》,从书名就可以看出,《控制论》是关于既是机器中又是动物中的控制和通讯理论的一门学科,它研究的是一个系统的各个不同部分之间相互作用的定性性质以及整个系统的运动状态。

  《控制论》中晦涩的哲学思想难于被人理解。人们更难于透过《控制论》发现其与科学技术的联系。前苏联对于《控制论》更是采取了批判的立场,并将该书定性为“反动的伪科学”。另外,维纳在《控制论》中将动物与机器相提并论,引起了宗教人士的抗议,认为这冒犯了造物主和人的尊严。

  然而,就是这样一本书,却引起了钱学森的浓厚兴趣。凭着具备火箭技术的丰富经验,他敏锐地认识到维纳《控制论》的价值,迅速意识到其与火箭制导工程问题的相通性,立即运用控制论原理研究解决了一批喷气技术中的问题。

  他很快发现,不仅在火箭技术领域,在整个工程技术的范围内,几乎到处存在着被控制的系统或被操纵的系统;而且事实上,有关系统控制的技术已经有了多方面的发展。

  摆在钱学森面前的任务是:要以更广阔的眼界,用更系统的方法来观察有关问题。也就是说,用一种统观全局的方法,来充分了解和发挥导航技术和控制技术等新技术的潜在力量,从而可以更有效地用新方法解决旧问题,并且可以解释前所未见的新的前景。

  1953年底,钱学森在加州理工大学开设了一门新课程《工程控制论》。当时对于像郑哲敏这样的博士生来说,老师讲是全新的领域。力学,电子,通讯等各类学科融会贯通,还有“正/负反馈”“用不完全可靠的元件组成高可靠性系统”等新鲜的概念让学生们耳目一新。

  在麦卡锡主义的阴影笼罩之下,钱学森蛰伏五年,潜心撰写了一本著作《工程控制论》,并于1954年在美国正式出版。

  这本书以系统为对象,以火箭为应用背景谈自动控制,系统地揭示了控制论对自动化、航空、航天、电子通讯等科学技术的意义和影响,充分体现并拓展了维纳《控制论》的思想,是继该书之后,对控制与制导方面进行创造性论述的又一经典专著。

  就这样,在软禁期间,钱学森从导弹制导控制慢慢进入到控制范畴,从一个空气动力学家转变成一个控制论学家。而《工程控制论》的出版,则标志钱学森已从力学跨界到系统学界。

  于是,一门新的技术科学———工程控制论诞生了。

  《工程控制论》迅速引起了美国科学界乃至世界科学界的关注,并相继被译为俄文、德文、中文等多种文字。

  该书澄清了国际控制学界的混乱局面。当时苏联哲学界由于该书的问世,才从原来对控制论的批判转为后来加以赞扬。1956年,前苏联发行了俄文版的《工程控制论》,并将辞书中的“控制论”定义为:“研究信息和控制一般规律的新兴学科”。

  一位美国专栏作家这样评论《工程控制论》:“工程师偏重于实践,解决具体问题,不善于上升到理论高度;数学家则擅长理论分析,却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中两个优势于一身,高超地将两只轮子装到一辆战车上,碾出了工程控制论研究的一条新途径……”

  “工程控制论已不完全属于自然科学领域,而属于系统科学范畴。自然科学是从物质在时空中运动的角度来研究客观世界的。而工程控制论要研究的并不是物质运动本身,而是研究代表物质运动的事物之间的关系,即这些关系的系统性质。因此,系统和系统控制是工程控制论所要研究的基本问题。”原航天部710所副所长于景元认为。

  1955年,在钱学森即将离开美国返回中国时,他将《工程控制论》送给自己的导师冯·卡门。冯·卡门对钱学森说:“我为你感到骄傲,你创立的工程控制论学说,对现代科学事业发展是巨大的贡献。你在学术上已经超过了我。”

  这年冬季,钱学森返回祖国后,任刚刚建立的中国科学院力学所所长。他在中关村化学所礼堂,讲授了一门全新的课程———工程控制论。《工程控制论》(中文版)翻译者之一戴汝为院士回忆道,以前很少听过讲得这么好的课。

  1957年,《工程控制论》获得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月,国际自动控制联合会(IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常务理事。他也成为该组织第一届理事会中唯一的中国人。

  在《工程控制论》的第18章阐述了一个很重要的观点———“通过工程控制协调的方法,即使用不太可靠的元器件也可以组成一个可靠的系统。”

  这个思想已远远超出了自动控制领域,进入到系统科学的范畴。 



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