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鄭哲敏 解開爆炸的力學(xué)密碼

2013-12-27 04:41:11文/陳
創(chuàng)新科技 2013年2期
關(guān)鍵詞:鄭先生力學(xué)

文/陳 磊

從北京黃莊小區(qū)到中科院力學(xué)所,這條從家到單位的路,他一走就走了56年。

在中科院力學(xué)所,也許你會(huì)經(jīng)??匆娺@位準(zhǔn)點(diǎn)到三樓上班的忙碌身影。他就是中國爆炸力學(xué)的奠基人與開拓者之一的鄭哲敏。

2013年1月,記者再見到他時(shí),依舊和5年前一樣:個(gè)頭不高,精神矍鑠,手拎黑色辦公包,頭戴鴨舌小帽,身著棉襖外套、黑色牛仔褲,架著金邊眼鏡,一笑眼睛就瞇成一條縫。

由于榮獲了2012年度國家最高科技獎(jiǎng),1月18日,他聚焦在更多的鏡頭之下,但那種平和、謙遜、淡定的力量依舊直抵人心。有記者稱他為硬漢,他擺擺手,呵呵一笑說:“不像?!庇腥苏f他真神,他摸摸腦袋說:“一點(diǎn)都不神,就是普普通通的科研人員?!?/p>

對于媒體反復(fù)追問的獲獎(jiǎng)感受,他低頭沉思:“怎么說呢,沒有意料到,能獲獎(jiǎng)很高興,這是黨和國家以及力學(xué)界對我的認(rèn)可。我也有些忐忑不安,做了這么幾件事,沒有與他人合作是不可能完成的。我應(yīng)該做得更多,現(xiàn)在覺得欠了點(diǎn)什么東西,心情有點(diǎn)復(fù)雜?!?/p>

從頑童到負(fù)笈少年

1960年,中科院力學(xué)所,一個(gè)小型爆炸成形實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行??蒲腥藛T屏息靜氣,只聽“砰”的一聲,一塊5厘米長寬,幾毫米厚的鐵板被單發(fā)雷管炸成一個(gè)小碗。大家歡呼雀躍。所長錢學(xué)森興奮不已,拿著小碗給大家看:“可不要小看這個(gè)碗,我們將來衛(wèi)星上天就靠它了。”

隨之,在中國,一個(gè)新興的專業(yè)就此誕生,錢學(xué)森起名為“爆炸力學(xué)”。其創(chuàng)始人便是錢學(xué)森的得意門生鄭哲敏。

與爆炸力學(xué)結(jié)緣,并非刻意的人生規(guī)劃?!拔覐倪^去走到現(xiàn)在,并沒有什么清晰的路線,但有一點(diǎn)是確定的,那就是富國強(qiáng)民的愿望?!?/p>

冥冥之中,鄭哲敏與力學(xué)似乎也有不解的緣分。鄭哲敏出生于商人家庭,因?yàn)楦赣H在山東經(jīng)營亨得利鐘表,他小時(shí)候就喜歡拆表拆鐘,擺弄各種光學(xué)儀器。

8歲那年,父親與鄭哲敏聊天,語重心長說道:“你長大以后不要像我一樣做生意,要念書做學(xué)問?!彼€教導(dǎo)鄭哲敏,做人要誠實(shí)、實(shí)在,要憑實(shí)力。在父親影響下,鄭哲敏兄妹也都一生剛正不阿,一心向?qū)W,并學(xué)有所成。

1938年,鄭哲敏讀中學(xué)。其間因身體不好休學(xué)在家,父親讓他看《曾國藩家書》。他學(xué)到了很多做人的道理,確立了做人的底線。家里還請老師教他學(xué)英語。鄭哲敏自學(xué)了英文原版的歐幾里得,書中嚴(yán)密的邏輯推理給鄭哲敏很大的影響。他自此就迷上了數(shù)學(xué)、物理,并由此進(jìn)入到科學(xué)的殿堂?!按蚰且院?,成績就好了,學(xué)習(xí)也很輕松?!?/p>

童年,有美好的記憶,也烙下了歷史的陰影。日本侵華后,鄭哲敏一家都生活在頻繁轟炸的恐怖中。一次鄭哲敏在路上撿子彈殼,突然遭到一個(gè)拿步槍的日本兵的追趕,他嚇得一路狂奔逃命。從此,這一幕就成為他經(jīng)常出現(xiàn)的夢魘。初中填報(bào)志愿時(shí),鄭哲敏就立下兩個(gè)志愿:一是當(dāng)飛行員,打日本鬼子;二是當(dāng)工程師,實(shí)業(yè)救國。

1943年,鄭哲敏中學(xué)畢業(yè)后考入西南聯(lián)大電機(jī)系。鄭哲敏有幸見到了梅貽琦等知名教授。雖然沒有親聆教誨,卻受到潛移默化的影響。

抗戰(zhàn)勝利后,西南聯(lián)大回遷,鄭哲敏在北平(北京)清華大學(xué)機(jī)械系學(xué)習(xí)。畢業(yè)后,他留校做錢偉長教授的助教。1948年,經(jīng)四級選拔,同時(shí)在梅貽琦、陳福田、錢偉長、李輯祥等人的推薦下,鄭哲敏脫穎而出成為全國唯一的一名“國際扶輪社國際獎(jiǎng)學(xué)金”獲得者,赴美學(xué)習(xí)。

錢偉長為他寫了留學(xué)推薦信:“鄭哲敏是幾個(gè)班里我最好的學(xué)生之一。他不僅天資聰穎、思路開闊、富于創(chuàng)新,而且工作努力,盡職盡責(zé)。他已接受了工程科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)際和理論訓(xùn)練。給他幾年更高層次的深造,他將成為應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域的出色科學(xué)工作者?!?/p>

23歲的鄭哲敏,背起行囊,負(fù)笈留學(xué)。他來到美國加州理工學(xué)院,師從錢學(xué)森先生,攻讀博士學(xué)位,鄭哲敏有機(jī)會(huì)聆聽許多世界著名學(xué)者的課程或報(bào)告,尤其受錢學(xué)森所代表的近代應(yīng)用力學(xué)學(xué)派影響很深:著眼重大的實(shí)際問題,強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格推理、表述清晰、創(chuàng)新理論,進(jìn)而開辟新的技術(shù)和工業(yè)。這也成為鄭哲敏后來一生堅(jiān)持的研究方向和治學(xué)風(fēng)格。

日內(nèi)瓦會(huì)議后,美國移民局取消了對一批留學(xué)生不得離境的限制。鄭哲敏離美之前,恩師錢學(xué)森為他送行。他請教:回國后干什么?錢先生說,國家需要做什么,你就做什么。不一定是尖端的,哪怕是測量管道水的流動(dòng)也可以做。

1954年9月26日鄭哲敏從紐約乘船離美,途經(jīng)歐洲輾轉(zhuǎn)近5個(gè)月,于次年回到了闊別6年半的祖國。

半個(gè)世紀(jì)后,總有人問他:“當(dāng)時(shí)為什么回來?后悔過嗎?”在鄭哲敏看來,這不是個(gè)問題:“沒有想過不回來。這是長在骨子里的東西。雖然美國物質(zhì)生活很好,但感覺像浮萍,沒有根的感覺?!?/p>

從雷管都沒見過的書生到爆炸力學(xué)專家

“祖國的需要就是我的專業(yè)??茖W(xué)家要(為工程技術(shù))雪中送炭,不要錦上添花!”

鏡頭再回到1960年爆炸成形的實(shí)驗(yàn)。新中國建立伊始,由于缺乏萬噸水壓機(jī),工業(yè)制造水平極低,無法做出航天特殊要求的零部件,錢學(xué)森、鄭哲敏就想出一個(gè)法子——用爆炸的方法炸出來。錢老提出應(yīng)建立力學(xué)的新學(xué)科——爆炸力學(xué)!

爆炸的機(jī)理就是能量的快速釋放和有效的控制。爆炸現(xiàn)象在自然和人類歷史中經(jīng)常出現(xiàn),如宇宙大爆炸、戰(zhàn)爭轟炸等。爆炸力學(xué)就是研究爆炸能量的傳播規(guī)律、力學(xué)效應(yīng)及其控制方法與定量應(yīng)用。在高速?zèng)_擊和爆炸荷載作用下,固體材料流體化,有了新的材料特性,既是固體又是流體,既非固體也非流體。描述介質(zhì)的新特性,傳統(tǒng)的固體流體力學(xué)方程不夠用了,鄭哲敏花費(fèi)近三年時(shí)間,深入研究爆炸力學(xué)新的理論,闡明基本規(guī)律。

爆破成形的小碗,就是最早的實(shí)驗(yàn)?zāi)P?。在這之前,鄭哲敏是連雷管都沒見過的書生,但他心中一直謹(jǐn)記并踐行著老師的話——“祖國的需要就是我的專業(yè)”,白手起家,著手研究。上個(gè)世紀(jì)60年代,利用爆炸成形研究,鄭哲敏團(tuán)隊(duì)成功制造出高精度衛(wèi)星火箭部件。

鄭哲敏還接受判斷地下強(qiáng)爆效應(yīng)的科研任務(wù),建立了流體彈塑性理論。他和同事在山溝溝一干就是幾年,為該項(xiàng)研究工作理論計(jì)算和數(shù)字模擬做出了開創(chuàng)性的工作。

“科學(xué)家要(為工程技術(shù))雪中送炭,不要錦上添花!”鄭哲敏經(jīng)常這樣教導(dǎo)學(xué)生,并身體力行地為祖國的經(jīng)濟(jì)、國防事業(yè)“雪中送炭”。

1969年前后,鄭哲敏和研究集體花了近10年時(shí)間進(jìn)行穿破甲機(jī)理的研究,拓展了流體彈塑性理論,他提出用子彈打鋼板的辦法研究炮彈打裝甲的規(guī)律,通過準(zhǔn)確計(jì)算,能夠讓武器在精確的規(guī)定距離里打透相應(yīng)厚度的裝甲。由于解決了國防難題,該研究獲得1978年科技大會(huì)特別獎(jiǎng)。

鄭哲敏還在爆炸焊接理論和應(yīng)用研究中,揭示了爆炸焊接機(jī)理,奠定了爆炸加工工藝的基礎(chǔ)。產(chǎn)業(yè)部門就此開發(fā)出新工藝,形成中國人自己的技術(shù)。數(shù)十年后中國是全世界最大的爆炸加工國家,成為爆炸加工產(chǎn)品的出口國。

上世紀(jì)80年代,國家急需港口建設(shè),又有產(chǎn)業(yè)部門找上門來。建港首先需要處理構(gòu)筑防波堤下的海底淤泥層,如用挖泥船,需要挖泥、填石兩步工序,不僅工期長,耗資大,而且形成回淤導(dǎo)致不安全。鄭哲敏提出:用炸藥爆炸擾動(dòng)淤泥,降低淤泥強(qiáng)度,堆石體靠自重作用下滑。這樣,排淤和推填石料同時(shí)進(jìn)行,提高了效率,工藝簡單,工期縮短1/3,節(jié)約成本1/4。

近些年來,鄭哲敏還將爆炸力學(xué)研究應(yīng)用于煤與瓦斯突出機(jī)理、納米壓痕標(biāo)度、三峽三期圍堰爆炸拆除等。

1956-2004半個(gè)世紀(jì)來,鄭哲敏一直是我國力學(xué)學(xué)科的組織者和領(lǐng)導(dǎo)者。

“在爆炸這么短的瞬間,鄭先生解開了一層一層的密碼?!?0多歲就師從鄭哲敏的中科院院士白以龍,將先生的學(xué)術(shù)研究過程概括為三部曲:首先,致力于前瞻性機(jī)理性研究,發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象,提出新概念,指出爆炸瞬間既可以是固體的也可以是流體的;接著,沒有把發(fā)現(xiàn)停留在論文上,而是將概念突破變成可用的方法和技術(shù);最后,拓展到各個(gè)領(lǐng)域的工程應(yīng)用。這樣,形成一個(gè)從工程到科學(xué),從科學(xué)技術(shù)到工程的良性循環(huán)。

2006年,航天科技集團(tuán)遇到一個(gè)工程技術(shù)瓶頸,百思不得其解,82歲的鄭哲敏應(yīng)邀出馬,很快解決了他們的難題,對方負(fù)責(zé)人很感激:“鄭先生是好樣的!我見到他就要敬個(gè)禮!”

“一個(gè)力學(xué)大師,碰到復(fù)雜問題需要洞察力并把握好方向。有時(shí),難題就像一層紙,但要捅破這層窗戶紙就需要深厚的功力和敏銳的眼光,并需要在關(guān)鍵時(shí)刻拍板。鄭先生就是這樣的人?!敝锌圃毫W(xué)所所長樊青研究員說。

從嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)到實(shí)誠做人

鄭哲敏的辦公室很特別,擺放著各式各樣的椅子,竹藤的、木頭的、軟皮的,記者粗略一數(shù),約有七八把。原來,所里的人遇到什么學(xué)術(shù)困惑,都會(huì)拿把椅子,敲開門,與他探討問題。聊著聊著,最后就把椅子忘在了辦公室?!斑@叫有進(jìn)無出!”鄭哲敏打趣道。

“一個(gè)人思想要開闊,就要與同行多交流。觀點(diǎn)是在啟發(fā)碰撞中形成的?!睆?qiáng)調(diào)民主討論和學(xué)術(shù)自由交流是鄭哲敏一貫倡導(dǎo)的理念。與他共事多年的學(xué)生或朋友都認(rèn)為:鄭哲敏看上去就是位可親可愛的老爺爺,但他思想很深刻,憑著個(gè)人魅力把集體才智凝聚起來。

生活雖然平易,但一談到如何做學(xué)問,所有人的回答也都是一個(gè)字“嚴(yán)”!“力學(xué)所籌建時(shí),當(dāng)時(shí)我們很多同學(xué)學(xué)的是俄語,鄭先生特意找美國人花一年時(shí)間給我們培訓(xùn)英語。”中科院力學(xué)所研究員陳維波回憶,老師特別嚴(yán)謹(jǐn),當(dāng)時(shí)作一個(gè)研究報(bào)告,自我感覺不錯(cuò),給鄭先生看了后都提出意見,讓他連續(xù)改了6次。

白以龍大學(xué)畢業(yè)來力學(xué)所的第一天,鄭哲敏給他打預(yù)防針:“你一定要干‘出汗’的活,不要想不‘出汗’就出活。你如果想干一件事,就要干得比別人更好;如果干得不比別人好,就別干了?!?/p>

鄭哲敏說的“出汗”有兩層意思:一是要能吃苦,下基層;二是做科研要善于動(dòng)腦子,并不是原地打轉(zhuǎn),做些邊邊角角、縫縫補(bǔ)補(bǔ)的工作。用他的話說,就是“我們不是給工業(yè)部門打小工,而是要解決關(guān)鍵性規(guī)律性問題。理論學(xué)的越深,解決的問題就越透。如果離開這個(gè)本質(zhì),就不是做力學(xué)研究了”。

要出汗,鄭哲敏首先身體力行。上個(gè)世紀(jì)70年代,年過半百的鄭哲敏和30多歲的年輕科研人員到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場,和大家一起住宿舍,睡上下鋪。他知道自己愛打呼嚕,就讓別人先睡,自己讀書,等大家熟睡后自己再睡,第二天一大早和別人同時(shí)起床干活。

“作為一名科技團(tuán)隊(duì)的組織者和領(lǐng)路人,鄭先生總是看得深一些和遠(yuǎn)一些,倡導(dǎo)并身體力行做‘第一流的工作’。”中科院力學(xué)所研究員洪友士說。

雖然是三院院士,鄭哲敏一直牢記著父親的話:“做人要實(shí)在。做科研要耐得住寂寞,甘坐冷板凳?!庇浾咭姷洁嵳苊魰r(shí),他正在與學(xué)生、同事研討學(xué)術(shù)問題。一談到爆炸力學(xué)、能源戰(zhàn)略,他就特別來神??磥恚藥资辍鞍宓省钡泥嵳苊羧园V心不改。

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