劉年凱

(清華大學(xué)科學(xué)史系，北京 100084)

20世紀80年代以來，“物質(zhì)性”研究吸引了越來越多的歷史學(xué)家參與，科學(xué)史家也開始關(guān)注與儀器有關(guān)的科學(xué)實踐問題[1，2]。在英國科學(xué)史學(xué)會2002年 “收藏對儀器研究重要嗎” 的會議上，科學(xué)儀器史家詹姆斯·貝內(nèi)特(James A. Bennett)甚至稱科學(xué)史的儀器研究已經(jīng)是“當(dāng)前的時尚”[3]。

17世紀末，牛津大學(xué)阿希莫爾博物館開啟了大學(xué)的博物館收藏；20世紀初，一些名校開始收集本校的歷史性科學(xué)儀器，如羅伯特·岡瑟(Robert T. Gunther，1869—1940)從1915年起在牛津大學(xué)實驗室搜尋、拍攝科學(xué)儀器[4]，大衛(wèi)·惠特蘭(David Wheatland，1898—1993)在1920年代也開始了哈佛大學(xué)歷史科學(xué)儀器的收藏事業(yè)[5]。美國科學(xué)史家伯納德·科恩(I. Bernard Cohen， 1914—2003) 1950年著《美國科學(xué)的一些早期工具：哈佛大學(xué)早期科學(xué)儀器、礦物和生物學(xué)收藏記錄》專門介紹了大衛(wèi)·惠特蘭收集、展出過的儀器和標(biāo)本[6]。近年來，對大學(xué)博物館科學(xué)儀器背后的科學(xué)史研究也逐漸開展。以利茲大學(xué)為例，該校科學(xué)技術(shù)與醫(yī)學(xué)博物館館長克萊爾·瓊斯(Claire L. Jones)介紹了四件典型科學(xué)儀器(1)這四件儀器為：巴爾和斯特勞德測距儀(the Barr & Stroud rangefinder)、紐林·菲利普斯機器(The Newlyn-Philips machine)、阿特金森聽診器(Edward Atkinson’s stethoscope)和阿斯特伯里相機(William Astbury’s camera)。的歷史，并認為研究這些藏品，豐富甚至刷新了人們對利茲大學(xué)在精密工程、經(jīng)濟學(xué)、醫(yī)學(xué)以及分子生物學(xué)所做貢獻的認識，由此強調(diào)大學(xué)科學(xué)儀器遺產(chǎn)的重要性[7]。

科學(xué)儀器史視角的引入無疑可以豐富歷史的書寫方式，但目前國內(nèi)學(xué)界的此類研究尚付闕如。本文以清華大學(xué)科學(xué)博物館(籌)保存的中國第一臺自制的激光多普勒測速儀(封二圖1)為例作一嘗試。這件珍貴的藏品是1960年激光器問世[8]、1964年激光多普勒頻移效應(yīng)用于流速測量以來，中國流體力學(xué)界對激光流速測量開展研究的早期實物證明。其主要研制者，清華大學(xué)工程力學(xué)系沈熊教授(2)沈熊，1935年生，上海市人，1958年畢業(yè)于清華大學(xué)電機工程系工業(yè)企業(yè)電氣化專業(yè)，1959—1999年在清華大學(xué)工程力學(xué)系任教，長期從事激光多普勒測速的研究與應(yīng)用工作。使用、保存多年，認為它代表了一門新技術(shù)發(fā)生發(fā)展的過程，于2019年3月捐贈給清華大學(xué)科學(xué)博物館(籌)永久收藏。本文即從這臺激光多普勒測速儀出發(fā)，首先追溯1964年前后Yeh和Cummins將激光多普勒頻移應(yīng)用于流體流速測量的背景，其次敘述1970年清華大學(xué)沈熊等人確立研究方向、1973年張捷遷教授回國訪問，以及1973—1975年清華大學(xué)與寧夏銀河儀表廠聯(lián)合研制的諸多細節(jié)，最終構(gòu)建一幅由這臺科學(xué)儀器為中心連接的圖景。

1 Yeh和Cummins在1964年前后的研究

觀測者與波源之間發(fā)生相對運動時，觀測者接收波頻率與波源發(fā)射波頻率不同，該現(xiàn)象因奧地利物理學(xué)家多普勒在1842年首先提出，而被稱為多普勒效應(yīng)。顧名思義，激光多普勒測速儀是利用激光的多普勒效應(yīng)測量流體或固體運動速度的儀器。

1964年，美國哥倫比亞大學(xué)輻射實驗室的Yin Yeh 和Herman Z.Cummins在AppliedPhysicsLetters(《應(yīng)用物理快報》)上發(fā)表了論文“Localized Fluid Flow Measurement with an He-Ne Laser Spectrometer” (《利用氦氖激光光譜儀測量局部流體流動》)，該論文依憑激光多普勒效應(yīng)測量了層流管流的速度分布，在流體力學(xué)界引起了轟動，被公認為激光多普勒測速研究的奠基文章[9]。目前，激光多普勒測速已廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航天、水利、能源、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域[10—13]。

然而，國內(nèi)幾代研究流體力學(xué)——尤其是實驗流體力學(xué)的學(xué)者，對Y.Yeh和H.Z.Cummins兩人卻知之甚少(3)沈熊教授已在激光測速領(lǐng)域工作研究五十余年，但2018年底我咨詢沈教授時，他認為Yeh是中文“葉”的英譯，推斷此人應(yīng)該有中國血統(tǒng)，但他并不認識Yeh和Cummins。推測Yeh和Cummins后來均沒有在流體力學(xué)領(lǐng)域發(fā)展，所以不為國內(nèi)同行所了解，帶著這個假設(shè)，我聯(lián)系到了Y.Yeh，詳細了解了他和Cummins的科研經(jīng)歷。本文所述的Yeh和Cummins在1964年前后的科研背景史料多為Yeh教授提供。，中文論文引用這篇1964年的APL文章時多寫作“Yeh和Cummins”，也有人把Yeh譯為“葉”或“楊”。單從Y.Yeh名字的拼寫來看，此人似乎具有中國血統(tǒng)。確實如此，Y.Yeh的中文名字是葉寅，而且他和清華大學(xué)還有頗深的淵源：葉寅的父親葉楷(1911—1997)在1936年獲哈佛大學(xué)博士學(xué)位，1937年至1946年任清華大學(xué)無線電研究所教授[14]，1946—1948年任清華大學(xué)電機系主任[15]。葉寅1938年在重慶北碚出生，在西南聯(lián)大附屬的小學(xué)讀完小學(xué)二年級，在杭州讀到小學(xué)四年級，1949年隨家人赴美，1960年獲得麻省理工學(xué)院的物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1965年在哥倫比亞大學(xué)獲得博士學(xué)位，之后在哥倫比亞輻射實驗室和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室做博士后研究。另一位作者赫曼·康明斯(H.Z.Cummins) 1933年生于紐約，獲俄亥俄州立大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，1963年獲得哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，其導(dǎo)師是1964年諾貝爾物理學(xué)獎得主查爾斯·湯斯(Charles Townes， 1915—2015)——激光前身受激輻射微波放大器(Maser： Microwave Amplification by Stimulation Emission of Radiation)的發(fā)明者之一。

1962至1965年，康明斯擔(dān)任葉寅在哥倫比亞輻射實驗室的實驗室導(dǎo)師，他們計劃對液體進行激光光外差實驗，將德拜-西爾斯效應(yīng)(Debye-Sears effect)實現(xiàn)布里淵散射，但受激布里淵散射(Stimulated Brillouin Scattering)的工作被別人領(lǐng)先完成。所以，葉寅和康明斯稍微改變了研究方向，搭建了光學(xué)外差系統(tǒng)研究瑞利散射的擴散加寬，實驗結(jié)果[16]發(fā)表在1964的PhysicalReviewLetters。兩人隨后想到，應(yīng)該用搭建的光學(xué)外差系統(tǒng)做些其他工作，于是他們考慮開展流速測量。葉寅讀了一些流體力學(xué)方面的文獻，在試驗箱中加入聚苯乙烯球——這些聚苯乙烯球自身的動力學(xué)特性不會干擾試驗箱中的顆粒流體測量￣——然后和康明斯利用激光多普勒效應(yīng)研究簡單的層流流動，實驗結(jié)果除了發(fā)表在上文所述的AppliedPhysicsLetters，也成為葉寅博士學(xué)位項目三分之一的內(nèi)容。

1968年，葉寅訪問在國家衛(wèi)生研究院做博士后的弟弟葉辰(Jen Yeh)時，讀到他推薦的詹姆斯·沃森(James Watson)所著的MolecularBiologyoftheGene，開始對生物學(xué)感興趣。葉寅于1972年赴加州大學(xué)戴維斯分校開始生物物理學(xué)研究，后任該校應(yīng)用科學(xué)系教授。而康明斯博士畢業(yè)后聽從導(dǎo)師湯斯的建議，沒有繼續(xù)激光器的研究，而是進入了激光光譜學(xué)領(lǐng)域，后在紐約城市大學(xué)任物理學(xué)教授，直至2010年去世。

也就是說，葉寅和康明斯1964年的激光多普勒測速研究只是他們科研生涯開始時的一段序曲(當(dāng)時葉寅26歲，康明斯31歲)，兩人后來均沒有在這個領(lǐng)域繼續(xù)發(fā)展，這也是國內(nèi)流體力學(xué)研究者引用“Yeh和Cummins”1964年APL論文已近半個世紀，但對兩位作者所知甚少的原因。實際上，在葉寅和康明斯剛完成激光多普勒流速測量的工作時，也并未意識到這項工作的重要。據(jù)葉寅回憶，當(dāng)時哥倫比亞大學(xué)專利工作人員咨詢他們要不要為實驗過程申請專利，他們認為只要學(xué)一些流體力學(xué)的知識就可以做這個小實驗，所以沒有申請(4)葉寅教授的原文為“An interesting point during the writing of this paper was that the Columbia University patent people asked if we want to patent the process first. We just laughed, saying that anyone can learn a little hydrodynamics from a book and run such a little experiment”。。

1965年，美國布朗機械公司的福爾曼(J.W.Foreman)和他的同事在美國國家航空航天局(NASA)的資助下，首次測量了氣體中的局部流速[17]，隨后多位研究者提出使用一個入射透鏡的雙散射或差分多普勒系統(tǒng)。在英國，帝國理工學(xué)院的詹姆斯·亨特·懷特洛(James Hunter Whitelaw)(5)詹姆斯·亨特·懷特洛(James Hunter Whitelaw，1936—2006)，蘇格蘭人，1961年博士畢業(yè)于格拉斯哥大學(xué)，1963年進入帝國理工學(xué)院，后任該院流體力學(xué)系主任。在1968年開始與弗朗茲·杜斯特(Franz Durst)(6)弗朗茲·杜斯特(Franz Durst)，德國人，1972年博士畢業(yè)于帝國理工大學(xué)，1982年任埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)流體力學(xué)研究所所長，2006年退休后創(chuàng)辦FMP Technology GmbH公司。合作，開發(fā)了緊湊的集成光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)成為丹麥迪沙電子儀器公司(DISA Electronics Division)商用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。1971年，DISA在國際上首次推出了可量產(chǎn)的激光多普勒測速儀(Laser Doppler Anemometer)(7)https://www.dantecdynamics.com/about/history/。，國際上其他公司也開始研發(fā)產(chǎn)品。

2 清華大學(xué)的激光多普勒測速儀研制：1970—1980

2.1 清華大學(xué)相關(guān)研究方向的確立

20世紀70年代初，清華大學(xué)關(guān)于流體測量的主要研究單位是工程力學(xué)系(8)清華大學(xué)工程力學(xué)系成立于1958年7月3日，當(dāng)時稱為工程力學(xué)數(shù)學(xué)系，1970年改名為工程力學(xué)系，簡稱力學(xué)系。。工程力學(xué)系在1960年代曾承擔(dān)超音速風(fēng)洞的科研任務(wù)，因“文革”開始而中斷，直到1970年才重新開展科研工作。沈熊當(dāng)時作為一名年輕教師，讀到Y(jié)eh和Cummins在1964年發(fā)表的論文，認為利用激光多普勒效應(yīng)測量流體的瞬時速度和方向?qū)τ诹黧w實驗是重大突破，于是與潘文全和朱之墀組成了激光測速研究小組，并與清華大學(xué)水利系合作開展研究。1973年，《清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》刊登了《應(yīng)用激光量測溢流壩下游水平護坦上急流水流的流速分布》一文，這是國內(nèi)第一篇應(yīng)用激光測量流速的論文。該文署名為工程力學(xué)系與水利工程系組成的激光測速研究組，作者有工程力學(xué)系的沈熊、周作元和水利工程系的黃繼湯。沈熊和周作元寫了儀器裝置部分，黃繼湯完成實驗數(shù)據(jù)整理部分。該論文反映了清華大學(xué)激光測速研究組兩年來的成果：測量了急流水流邊界層中的流速分布，確定了邊界層厚度，證明實驗室內(nèi)用激光測明槽急流水流的點流速是可行的。該實驗中，頻差用WFG-1B型高頻微伏表直接讀出，測量的只是平均速度[18]。如果要測量脈動速度，需要引進國外設(shè)備或自制更先進的儀器。

1972年3月7日至17日，丹麥政府海外展覽委員會在北京展覽館舉辦了丹麥工業(yè)展覽會， “展出了造船工業(yè)、食品加工工業(yè)、電子儀器、機器制造工業(yè)等方面的實物、圖片和模型，展品面積共三千多平方米”[19]。其中，上文提到的迪沙電子儀器公司展出了多項供應(yīng)給科學(xué)和工業(yè)研究使用的電子儀器，包括測量氣體和液體速度的儀器。沈熊和流體力學(xué)教研組的老師參觀這次丹麥工業(yè)展覽會時，看到迪沙電子儀器公司的一維激光多普勒測速儀，大為興奮：當(dāng)時他們已經(jīng)在開展激光多普勒測速實驗研究工作，現(xiàn)場看到國外的儀器實物，堅定了自主研發(fā)激光測速儀的信心。

2.2 張捷遷回國交流的影響

1972年2月，尼克松訪華。在此背景下，同年6月，美籍中國學(xué)者參觀團來訪，并在7月14日受到周恩來等人會見(9)據(jù)1972年7月15日《人民日報》報道：“國務(wù)院總理周恩來，外交部副部長喬冠華，國務(wù)院科教組組長劉西堯，中國科學(xué)院副院長竺可楨、吳有訓(xùn)，中華全國科學(xué)技術(shù)協(xié)會副主席周培源，今天晚上會見了正在中國參觀、探親的美籍中國學(xué)者參觀團和美籍中國學(xué)者訪問團全體人員，同他們進行了親切友好的談話?！?，美籍中國學(xué)者參觀團團長是著名物理學(xué)家任之恭教授，副團長為林家翹教授，成員有戴振鐸、張明覺、王浩、易家訓(xùn)、葉楷(10)中科院外事組曾在1972年4月6日向竺可楨咨詢代表團主要人員的歷史、政治態(tài)度及國內(nèi)親屬和相識。竺可楨4月18日回函中寫道：“這十人中我只認識林家翹、任之恭、戴振鐸、葉楷和郭曉嵐，而且二十年來都沒有通過信……葉楷是浙江大學(xué)1931年電機系畢業(yè)生，他是中山大學(xué)數(shù)學(xué)系教授姜立夫的(侄)女婿(其愛人學(xué)數(shù)學(xué)，也在美國，原為立夫侄女)，葉有一個同班浙大畢業(yè)同學(xué)陳蔭谷，是北京某某電工研究所所長(原地下黨員)，與葉最為要好。”、王憲鐘、張捷遷、劉子健、沈元壤、李祖安及家眷共27人[20]。其中，葉楷即為上文所提到的葉寅的父親，而參觀團中的張捷遷(1908—2004)，對國內(nèi)激光多普勒測速研究工作有較大推動。

張捷遷1934年就開始在清華大學(xué)任教，曾參與建造中國第一座風(fēng)洞[21]。他1940年赴加州理工學(xué)院讀博，師從馮·卡門教授，后任美國天主教大學(xué)教授，長期從事空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、氣象學(xué)等方面的研究。在結(jié)束參觀團在北京的活動后，1972年7月20日，張捷遷回到家鄉(xiāng)遼源，29日去廣州，30日在廣州給竺可楨寫信，提到“遼源小山溝能有這樣大變化……天氣預(yù)報要預(yù)報臺風(fēng)，國內(nèi)應(yīng)造10cm Radar，應(yīng)發(fā)展Geostationary人造衛(wèi)星”等([22]，頁161)。1973年2月10日，張捷遷再次致信竺可楨，推薦美國氣象學(xué)會的Reed教授和Kellogg(11)Richard J. Reed (1922—2008), William W. Kellogg(1917—2007)，兩人在20世紀70年代均擔(dān)任過美國氣象學(xué)會主席。教授來中國訪問，自己也希望再次回祖國交流。1973年3月，竺可楨回復(fù)張捷遷，寫道“中國科學(xué)院已決定請你在今夏回祖國工作若干時間，屆時你將和國內(nèi)同行共同探討彼此所感興趣的課題。這對于促進科學(xué)的發(fā)展和加強彼此聯(lián)系是有益的”([22]，頁743)。張捷遷1973年夏來到北京，在中國科學(xué)院大氣物理研究所和力學(xué)研究所開展研究。

張捷遷在中科院力學(xué)所的科研方向是減阻問題，提出需要用激光測速儀測量非牛頓流體的減阻效應(yīng)。當(dāng)時清華大學(xué)請張捷遷講授“粘性流體力學(xué)”這門課(12)地點在清華大學(xué)舊電機館211教室，聽課人員主要為工程力學(xué)系和水利系的教師。，他得知清華大學(xué)研發(fā)的儀器已有測量結(jié)果(即上節(jié)提到的1973年《清華大學(xué)學(xué)報》刊登的論文)，就邀請清華大學(xué)工程力學(xué)系與中科院力學(xué)所合作。當(dāng)時力學(xué)所九室也在研發(fā)激光測速儀，但還不能實測流速。沈熊、周作元和白洪生把實驗儀器搬到力學(xué)所開展實驗，該研究組的楊大錚(13)楊大錚，1939年出生，北京市人，1962年畢業(yè)于天津大學(xué)機械制造專業(yè)，后任中科院力學(xué)研究所工程師。、楊家壽和李廣達三位研究人員前來觀看，并改進其設(shè)備，實驗合作在1973年底前結(jié)束。“進行的試驗在很短期間內(nèi)……逐步趕上國外工作”(14)關(guān)于這段經(jīng)歷，張捷遷曾這樣回憶：“我們在力學(xué)所的研究工作，跟大氣物理所稍有不同。在力學(xué)所對綜合物減阻問題，原準備在一九七四年上馬，因為我加入那里，把計劃提前了。我們做了三種試驗：……第二種試驗是用激光來測流場。這種試驗近五、六年在中國發(fā)展得很快，我們進行的試驗在很短期間內(nèi)，跟清華大學(xué)工作者合作，逐步趕上國外工作?！贝颂幰?974年1月6日香港《新晚報》。。

3 清華大學(xué)與寧夏銀河儀表廠的合作

清華大學(xué)與寧夏銀河儀表廠的合作始于1973年[23]。當(dāng)時，寧夏回族自治區(qū)銀川市銀河儀表廠領(lǐng)導(dǎo)來清華大學(xué)參觀，決定與清華大學(xué)力學(xué)系合作研發(fā)激光多普勒測速儀。為何寧夏銀河儀表廠主動與清華大學(xué)合作？據(jù)《銀河儀表廠廠志》記載，“1973年，根據(jù)國家激光技術(shù)發(fā)展的重點項目和寧夏區(qū)重工業(yè)局1974—1975年重大科學(xué)研究項目(743302)的安排，1973年12月銀河儀表廠和清華大學(xué)力學(xué)系簽訂聯(lián)合研制激光流速計的協(xié)議”([24]，頁70)。這些可看作銀河儀表廠與清華大學(xué)合作的時代背景，如要找到廠校合作的直接原因，可能還需要對銀河儀表廠的歷史做一番考察。

在1964年中國周邊環(huán)境惡化的形勢下，毛澤東在1964年5—6月提出把全國分為一、二、三線的戰(zhàn)略布局[25，26]。西南、西北內(nèi)陸地區(qū)屬于三線，也稱為“大三線”，沿海和沿邊地區(qū)為一線，一線和三線之間的地區(qū)為二線。寧夏工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，三線建設(shè)的項目大部分源于沿海地區(qū)，如沈陽、大連、青島等地的企業(yè)[27]。

大連儀表廠即是計劃遷建至寧夏的一線工廠。據(jù)一機部1965年(65)機密計字4號，“將大連儀表廠部分設(shè)備和人員遷往寧夏銀川，建立銀河流量儀表廠生產(chǎn)差壓流量計”([24]，頁39—40)。1965年1月，大連儀表廠副廠長孫保堂等十余人組成首批籌建隊伍赴銀川，在銀川拖拉機修理站的廠址建設(shè)銀河流量儀表廠(1966年4月改名為銀河儀表廠)，1965年10月該廠開始人員和設(shè)備的搬遷，1966年11月全廠人員的搬遷工作結(jié)束([24]，頁39—40)。

然而“文革”的爆發(fā)使得工廠的各項工作不再正常，1967年8月駐寧8119部隊進駐銀河儀表廠，全權(quán)掌管了工廠的生產(chǎn)、技術(shù)和經(jīng)營管理，1968年銀河儀表廠革命委員會成立，由軍代表和群眾代表組成，此后經(jīng)歷了多次人事變動。原副廠長孫保堂受到?jīng)_擊，沒有任職，直至1970年7月調(diào)任青山材料試驗機廠任革委會副主任，后于1972年11月調(diào)回銀河儀表廠任革委會副主任，并從當(dāng)年12月任黨委書記至1983年([24]，頁14—16)。銀河儀表廠1973年與清華大學(xué)接洽，應(yīng)可看作孫保堂1972年底開始主持工廠各項業(yè)務(wù)的最初舉措之一，但究竟為何選擇清華大學(xué)力學(xué)系，還需要進一步考證(15)沈熊對銀河儀表廠為何主動與清華大學(xué)力學(xué)系合作也感到疑惑，他認為可能是因為該廠有人讀到了他們發(fā)表在《清華大學(xué)學(xué)報》上的論文，或許是因為他們在1973年和力學(xué)所合作的消息被該廠得知。。

總之，1973年12月，寧夏銀河儀表廠與清華大學(xué)力學(xué)系簽署協(xié)議后，雙方即成立了聯(lián)合研發(fā)小組，1974年初正式開始研制。小組成員有清華大學(xué)的沈熊、周作元、白洪生和銀河儀表廠的張業(yè)連、苗華義、陳加興以及一位八級鉗工師傅，其中張業(yè)連是清華大學(xué)無線電系1966屆畢業(yè)生。沈熊擔(dān)任研發(fā)小組組長[23]。

沈熊的夫人夏雪湔的姐姐夏似萍(16)夏似萍(1917—1992)，江蘇無錫人，1938年攜其三妹夏雪芬和四弟夏鑒淵赴延安，中華人民共和國成立后，任國家計委綜合計劃局副局長，1958年調(diào)入寧夏回族自治區(qū)，曾任計劃委員會副主任、主任，寧夏回族自治區(qū)人民政府副主席、顧問，第三屆全國人大代表。1970年代在寧夏計劃委員會就職，夏似萍的丈夫李春和(17)李春和(1919—1991)，山東棗莊人，回族，1939年赴延安，1953年任第一機械工業(yè)部二局生產(chǎn)處副處長，1958年調(diào)入寧夏回族自治區(qū)，歷任寧夏機械局副局長，重工業(yè)局副局長，工業(yè)廳副廳長，寧夏國防科工辦黨組書記、主任等。其時在寧夏重工業(yè)局任副局長。在代表銀河儀表廠簽署了協(xié)議后，孫保堂聽說沈熊有親戚在銀川，且任職于與工廠業(yè)務(wù)關(guān)系密切的重工業(yè)局和計委，就主動聯(lián)系了夏似萍與李春和。沈熊并沒有先聯(lián)系夏似萍夫婦，他有自己的顧慮：夏似萍在“文革”前期曾被當(dāng)做走資派打倒，批斗期間還來北京躲在沈熊家避難兩月。雖然她在“文革”后期的1974年已復(fù)職，但沈熊認為，若他貿(mào)然聯(lián)系夏似萍或仍使對方為難。

不過，在孫保堂的聯(lián)絡(luò)與溝通后，夏似萍所在的寧夏計委專撥外匯，引進了一臺丹麥迪沙電子儀器公司生產(chǎn)的 55L型一維激光測速儀，供聯(lián)合研發(fā)小組參考。1970年代初，國際上激光多普勒測速儀的第一代市場產(chǎn)品，光路系統(tǒng)為離散的光學(xué)元件， 處理器為模擬輸出的跟蹤型信號處理器[28]，具體說來，由激光器、入射光學(xué)單元、接收光學(xué)單元、多普勒信號處理器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5部分組成。激光器提供單色相干光的光源；入射光學(xué)單元將激光束分成多束互相平行的光束；接收光學(xué)單元收集運動微粒發(fā)出的散射光，經(jīng)過光學(xué)外差和光電轉(zhuǎn)換得到多普勒頻移的信號；多普勒信號處理器對頻率進行分析；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集和處理數(shù)據(jù)[10]。沈熊等人在光學(xué)系統(tǒng)的研制上已有成功經(jīng)驗，因此研發(fā)小組前期主要任務(wù)是在清華大學(xué)研制信號處理器，即采用模擬技術(shù)的頻率跟蹤器。

在研制頻率跟蹤器原型機的過程中，為了加深對國外電子線路的理解，研發(fā)小組邀請清華大學(xué)自動化系常迥(18)常迥(1917—1991)，1935年考入北京大學(xué)物理系，1936年轉(zhuǎn)入清華大學(xué)電機系，1940年畢業(yè)于西南聯(lián)大電機系，1947年獲哈佛大學(xué)博士學(xué)位，是清華大學(xué)無線電工程系1952年建系時的兩位教授之一，另一位是孟昭英教授(1906—1995)。常迥1980年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士(學(xué)部委員)。教授前來指導(dǎo)。常迥透徹分析了頻率跟蹤器的電子線路，對研究小組幫助很大。理解了電路之后，研究人員分工制造5塊電路主板、底板和電源板，沈熊負責(zé)兩塊主板及底板，周作元、張業(yè)連和陳加興各負責(zé)一塊主板，白洪生負責(zé)電源板。初樣機沒有底板(正式樣機才設(shè)計底板)，而是用軟線連接各主板，然后手工繪制電路板線路圖，用藥水溶掉多余的銅皮，所以制得的電路板不甚美觀，但足堪使用。當(dāng)時西方國家對我國實行禁運，而中國的半導(dǎo)體工業(yè)也剛剛起步，集成電路方面的研究更是幾乎空白，所以研發(fā)小組不得不用國產(chǎn)元器件替代國外元器件，采用晶體管電路替代集成電路——因此制造的儀器比國外的大許多[23]。原型機的外殼機械部分由八級鉗工師傅手工制作(19)遺憾的是，這臺原型機現(xiàn)已不可尋。。

聯(lián)合研發(fā)小組在清華大學(xué)的工作結(jié)束時，第三機械工業(yè)部304所的兩位研究人員程元中(20)程元中，1940年2月生于安徽績溪，1957年考入清華大學(xué)動力機械系，1963年1月從熱工量測及自動控制專業(yè)畢業(yè)，分配到三機部和國防科委雙重領(lǐng)導(dǎo)的六院六所，在報到前不久六院六所按照國防科委規(guī)定從軍隊編制分離，改為304所。和諸國林也加入了研制工作。程元中1972年底從湖北襄樊的“五七干?！狈祷?04所，參與了該所激光脈沖流量儀的課題，負責(zé)信號處理系統(tǒng)[29]，該課題需要借助激光多普勒測速儀開展流速測量。聽說了清華大學(xué)與銀河儀表廠正在合作的消息后，程元中向304所上級匯報，希望也參與到該項目中。在獲批后，程元中、諸國林與研發(fā)小組成員一起從北京坐火車到銀川(21)此處史料來自對程元中先生的訪談，在此致謝。。后期研發(fā)工作在寧夏銀河儀表廠進行，主要任務(wù)是研制正式樣機。

在經(jīng)歷了約4個月的研發(fā)后，1975年6月，正式樣機研制成功。該初樣機使用小功率氦氖激光器作為激光光源，功率為5毫瓦，光學(xué)系統(tǒng)采用一維雙光束光路和光電倍增管收集光系統(tǒng)。頻率跟蹤器型號為LJP- 01，正面板上有電平調(diào)節(jié)、手動調(diào)節(jié)、中頻電平調(diào)節(jié)、門限調(diào)節(jié)、頻率范圍、中頻帶寬的旋鈕，還有輸入、監(jiān)視以及模擬輸出的接口，右上方有多普勒頻率表盤，背面板刻寫“銀河儀表廠制造”字樣，儀器的測速范圍可從3毫米/秒至220米/秒[30]。清華大學(xué)力學(xué)系無償?shù)玫竭@臺樣機——即清華大學(xué)科學(xué)博物館(籌)在2019年得到的這件藏品，至今仍可運行。304所則以5萬元的價格提前預(yù)定了一臺。

研發(fā)結(jié)束后，沈熊、周作元、白洪生、程元中和諸國林回到北京。清華大學(xué)力學(xué)系使用該樣機開展應(yīng)用實驗，并對激光流速計繼續(xù)研發(fā)改進，封二圖2即展示了沈熊、周作元和白洪生在上世紀70年代后期利用這臺激光多普勒測速儀開展研發(fā)的實驗場景。到1976年4月，銀河儀表廠又試制出3臺激光測速儀，型號為SXJ- 01(22)此處數(shù)據(jù)引自《銀河儀表廠志》第70頁。但據(jù)該廠志第五章“歷年產(chǎn)品品種、產(chǎn)量、產(chǎn)值表”記載，1976年生產(chǎn)了1臺產(chǎn)品，1979年生產(chǎn)了2臺。兩處數(shù)據(jù)有矛盾，但可以肯定，1976年至少生產(chǎn)出1臺產(chǎn)品，且被304所購買。，304所將測速儀應(yīng)用到了激光脈沖流量儀課題中，進行信號處理與數(shù)字顯示系統(tǒng)的研制與調(diào)試。

在三方合作的情況下，經(jīng)費如何分配？銀河儀表廠和清華大學(xué)力學(xué)系簽訂合同時，即明確規(guī)定甲方即銀河儀表廠負擔(dān)一切費用，銀河儀表廠為該項目撥款3萬元，研制過程中的元器件按需購買，若清華大學(xué)有該材料，則不再購買而直接使用。差旅與生活費則實報實銷。1974年初，廠方所派的4位研究人員到清華大學(xué)，其差旅費及生活費均從3萬元中支付，清華大學(xué)3名研究人員去銀川的花費也從中報銷，項目結(jié)束后的余款及剩余元器件返回廠方。304所的2位研究人員則由本單位承擔(dān)差旅費及生活費。

在1976年之后，“1977年至1979年廠除整頓圖紙、編寫技術(shù)文件外，重點解決樣機存在的技術(shù)問題，以提高基本誤差限和穩(wěn)定性”([24]，頁70)。沈熊1976年被派到清華大學(xué)團河農(nóng)村分校擔(dān)任農(nóng)機61 班班主任，1978年回到清華大學(xué)申報獎項，并準備技術(shù)鑒定[23]?！凹す饬魉儆嫛痹?978年獲國家科學(xué)大會獎狀(23)1978年全國科學(xué)大會上，清華大學(xué)工程力學(xué)系為受獎?wù)咧唬幪?009058，完成的成果有激光全息測振，合作完成的成果有：管板式熱交換器管板強度分析、固定式換熱器強度設(shè)計、激光流速計、200噸船臺門式吊車以及沖擊波動壓測量系統(tǒng)。。1980年6月30日至7月2日，在清華大學(xué)召開激光流速計科技成果鑒定會，代表們認為“SXJ- 01型激光流速計設(shè)計合理，性能良好，具有國內(nèi)先進水平”(24)寧夏科委副主任田丕基擔(dān)任鑒定委員會主任，副主任有寧夏機械局副局長張國禎、清華大學(xué)科研處副處長高正翔、工程力學(xué)系副主任杜慶華等6人，委員有重慶自動化所工程師毛新業(yè)等64人。此處史料來自激光流速計科技成果鑒定會文件。。同年7月22日，《寧夏日報》在頭版以“銀河儀表廠和清華大學(xué)經(jīng)過長期密切合作研制成功我國第一臺激光流速計”為題做了報道。

然而，在這之后，銀河儀表廠并沒有持續(xù)生產(chǎn)該產(chǎn)品。據(jù)記載，1981年只小批量生產(chǎn)9臺(25)此處數(shù)據(jù)引自《銀河儀表廠志》第70頁，而據(jù)該廠志第五章“歷年產(chǎn)品品種、產(chǎn)量、產(chǎn)值表”記載，1980年生產(chǎn)產(chǎn)品5臺，1981年生產(chǎn)4臺，總數(shù)為9臺。，產(chǎn)值31.5萬元，平均每臺產(chǎn)值3.5萬元([24]，頁70)，而銀河儀表廠當(dāng)年的工業(yè)總產(chǎn)值 503.8萬，即激光多普勒測速儀的總產(chǎn)值僅占1981年該廠工業(yè)總產(chǎn)值的6.25%。由于“銷售量少、產(chǎn)品復(fù)雜、生產(chǎn)組織困難，故1982年以后再未投產(chǎn)”([24]，頁70)。這自然體現(xiàn)了廠方領(lǐng)導(dǎo)對于工廠整體經(jīng)濟效益的考量：1981年，銀河儀表廠有職工902人，當(dāng)年生產(chǎn)補償式微壓計產(chǎn)量100臺，雙波紋管差壓計產(chǎn)量2269臺，節(jié)流裝置1137套，硅兩瓦電臺200部(26)此處數(shù)據(jù)來自《銀河儀表廠志》第五章“歷年產(chǎn)品品種、產(chǎn)量、產(chǎn)值表”。，這些產(chǎn)品貢獻了當(dāng)年產(chǎn)值的絕大部分。作為職工數(shù)目接近千人的廠子，必須依靠這些優(yōu)勢產(chǎn)品保持效益(27)事實上，到了1990年代這些產(chǎn)品仍然是該廠的“吃飯產(chǎn)品”：1994年，張業(yè)連寫給沈熊的信中，提到“現(xiàn)在廠里的吃飯產(chǎn)品除了渦街流量計，還是老產(chǎn)品雙波紋管差壓計、節(jié)流裝置、電容式物位計”。，如果集中工廠最好的技術(shù)力量研發(fā)難度很高的激光流速計，那么在1980年之后國有企業(yè)由“生產(chǎn)型”轉(zhuǎn)變成“生產(chǎn)經(jīng)營型”的時代背景下，顯然不利于工廠的發(fā)展。

4 總結(jié)

作為清華大學(xué)科學(xué)博物館(籌)的珍貴藏品，中國首臺自制的激光多普勒測速儀與清華大學(xué)的淵源頗深。它可被看作這所大學(xué)厚重的科學(xué)底蘊的一個具體而微的落腳點，對其研究可以在某種程度上描繪出一幅即使親歷者也不能窺全貌的歷史圖景。這也與近幾十年科學(xué)史界興起的“物質(zhì)轉(zhuǎn)向”相呼應(yīng)：典型的科學(xué)儀器背后往往潛藏著互相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜歷史，對科學(xué)儀器(物質(zhì))的研究，可以更深刻、全面地理解科學(xué)實踐。

從收藏史的角度看，中國第一臺自制的激光多普勒測速儀存世至今，并非無緣無故，而是其來有自：它誕生于近半個世紀之前的銀川，運至北京，隨著科技的革新而迅速過時，但在時代氛圍的巨變中，它的研制者兼保存者始終在其基礎(chǔ)上不斷改進，希冀與國際同類產(chǎn)品競技——它也因此避免了因過時而被丟棄的命運。

更進一步，以激光多普勒測速儀為代表，這些“過時”的科學(xué)儀器其實不僅僅是科學(xué)研究、科學(xué)史與科學(xué)博物館的遺產(chǎn)，在更大的層面上，它們還是文化史、外交史、工業(yè)史與經(jīng)濟史的實物證據(jù)。激光多普勒測速儀的研制得以順利完成，工業(yè)展覽會的展出、中美科學(xué)家的交流以及清華大學(xué)與銀河儀表廠的校企合作，甚至個人的人際關(guān)系，它們的貢獻和影響不容忽視——在這臺激光多普勒測速儀的背后，有一片宏大無比的科學(xué)遺產(chǎn)之“地礦”尚待發(fā)掘，這對于科學(xué)史研究和科學(xué)博物館建設(shè)是深有啟發(fā)的：當(dāng)觀眾行經(jīng)博物館陳列的科技藏品時，我們的使命絕不僅于告知相關(guān)展品的科學(xué)用途與原理，更要讓觀眾在一瞥之間，窺得科技、政治、經(jīng)濟和社會交織的歷史復(fù)雜性。某種程度上，這種復(fù)雜性也觸及科學(xué)問題的本質(zhì)。

致謝感謝清華大學(xué)沈熊教授和加州大學(xué)戴維斯分校葉寅教授對本項研究的大力支持。感謝中山大學(xué)肖鵬副教授給予的啟發(fā)。本刊匿名評審人提出了細致而中肯的修改意見，在此謹致謝忱。本文曾于2020年12月在清華大學(xué)科學(xué)史系吳國盛教授的組會上宣讀，吳國盛教授、馬璽博士、司宏偉博士和王澤宇、楊嘯、徐軍等同學(xué)提出了修改建議，在此一并致謝。