“中国激波风洞第一人”俞鸿儒:在地面上造出“天空”
作者: 越女争锋敢于尝试才有可能取得突破。
2024年4月8日晚,96岁的中国科学院院士俞鸿儒获评“感动中国2023年度人物”。颁奖盛典上,“感动中国”2023年度人物组委会给予其颁奖词:“前辈布下的奇子,蛰伏深空的巨龙。做别人不敢做的,做别人做不成的,他独辟蹊径,一往无前。拨开科学的雾,荡去岁月的尘,我们看到一位科学家黄金般的心。”
风洞,即在地面造一个“天空”,模拟高空中可能会出现的情况,并且判断飞行器的气动外形设计是否合理。而将“天空”搬到地面的人正是俞鸿儒,他用智慧和汗水,为我国的航空航天事业铸就了一座座不朽的丰碑。
科研报国,“炸”出一条新路
1928年6月,俞鸿儒出生在当时江西省广丰县的一个普通家庭。读书自强的种子,早早地就种进了他的心里。
凭着勤奋好学,俞鸿儒渐渐在同龄人中脱颖而出,他还立下矢志报国的远大志向。1953年,从大连工学院机械工程系毕业后,俞鸿儒积极响应国家“向科学进军”的号召,报考了中国科学院力学研究所的研究生,师从著名力学家郭永怀。
1957年,苏联发射了第一枚洲际导弹和第一颗人造地球卫星,这一事件让郭永怀预见到中国将大力发展航天事业。郭永怀指引俞鸿儒将研究方向锁定在研制激波管、发展激波风洞上。次年,中国科学院力学研究所成立激波管组,年仅30岁的俞鸿儒被赋予组长的重任,开始踏上激波风洞研究之路。
风洞被称作地面上的“天空”、飞行器的“摇篮”,是研制航天器必不可少的实验设备。它能够人工产生可控制气流,模拟飞行器在空中飞行的复杂状态,从而发现设计缺陷并改进。一件飞行器的成功研制,往往需要经过成百上千次风洞试验。
这是一项充满挑战的工作,俞鸿儒在科研过程中遇到无数困难,首当其冲的是科研经费短缺的问题。当时,国际上风洞建造费昂贵、耗电量惊人,而新中国经济基础薄弱,电力资源紧张,他无法直接效仿国外风洞的发展模式。
如何快速建立起我们自己的风洞技术平台呢?俞鸿儒苦思冥想,选择了氢氧燃烧驱动方式。这种实验方法虽然费用低廉,但极易发生爆炸,危险程度非常高。但在当时,他没有更好的选择。郭永怀便支持他放手一搏,只是提了一个要求:绝不能有人受伤。
不出所料,俞鸿儒在试验中多次发生事故,窗户、门都被炸飞过。最严重的一次,巨大的冲击力竟把临时搭建的实验室墙壁都炸开了,整个房子陷入一片火海,幸亏他逃离及时才没有受伤。
面对这突如其来的灾难,俞鸿儒并没有退却,他深知科研的道路充满未知和风险。令他意想不到的是,当钱学森和郭永怀得知这一事件后,不但没有责怪他,反而安慰他:“房子炸掉了可以再盖,但不弄清爆炸原因,就不能更好预防。只要人不受伤,发生意外了我们担着。”
在钱学森和郭永怀的鼓励下,俞鸿儒一次次反复试错,并不断分析试验数据和过程,逐渐摸清了危险的根源——爆轰。爆轰是一种燃烧的极限形式,他决定通过改变试验条件提高氢的占比,使其超过发生爆轰的上限,从而来避免爆轰的发生。
就这样,靠着不断摸索,俞鸿儒一一克服了试验中的困难,为我国风洞研究“炸”出了一条新路,并取得突破:激波风洞的核心部件激波管研制成功、JF-4直通型激波风洞问世……这些装置的建成,为航天事业的发展提供了强有力的支撑。
开拓创新,花小钱办大事
在力学所,俞鸿儒不仅获得了宽松的实验环境,还受到钱学森、郭永怀等老师严谨的科学精神和创新思维的熏陶。他坚持学术民主,主张创新,从图纸的设计、设备的安装调试以及各种数据的测量,他都熟练掌握。遇到不懂的地方,他就虚心学习。
除此之外,俞鸿儒还“习得”一项“技能”——花小钱办大事。在物资困乏的年代,许多科研项目被取消,俞鸿儒的项目虽然得以保留,但经费很少。郭永怀语重心长地对他说:“干我们这种工作,应该拥有用最省钱的方法解决困难的能力,这个才是真本领。”
俞鸿儒牢牢记住恩师的这句话,并把它付诸实践。20世纪70年代,国际风洞研究中的喷管一般都是采用不锈钢材料,一个喷管需要几十万甚至上百万元,俞鸿儒自觉“用不起”,如果想在激波风洞领域取得成绩,那就必须走出一条“物美价廉”的创新之路。
于是,在搭建JF-8激波风洞时,俞鸿儒在材料上下了很大功夫。他带领团队夜以继日地钻研,决定另辟蹊径,采用铸铁的材质,对其进行改良。他还想方设法地利用废弃设备,寻找靠谱便宜的加工厂,磨破了嘴皮子把价格压到更低。在安装环节,他更是亲自上阵,带着团队一起动手,省下一大笔人工费。
有同事看到俞鸿儒这么省着花,嘀咕道:“你这么干,到底能不能造出像样的风洞来?”可俞鸿儒还是咬牙坚持着,说:“尝试才有成功的机会,咱总不能光眼馋别人的好东西,自己也得努力创造出来啊。”
一分付出一分收获。经过几个月的努力,JF-8风洞建成了!大家围在风洞旁边,笑得合不拢嘴,俞鸿儒则直了直腰,自豪地说:“咱花8万元就造出了性能堪比国际大型激波风洞了,这钱花得值啊!”
JF-8激波风洞的建成恰逢其时。当时中国研制的导弹、火箭、人造卫星等重点型号的飞行器陆续进入攻坚阶段,急需大型风洞的检验。JF-8激波风洞不仅解决了我国航空航天领域实验装置不足的问题,淬炼出一批批航天重器,也坚定了俞鸿儒潜心钻研的意志。
科研之路永无止境,只有不断创新才能取得更大的突破。时年63岁,已当选为中国科学院院士的俞鸿儒并未满足已有的成就。当国际上再次出现发展高超声速工程的热潮,发达国家纷纷筹建费用高昂的大型自由活塞驱动高寒激波风洞时,他却颠覆性地提出了爆轰驱动的方式来产生高寒实验气流。
爆轰驱动的危险性极高,且技术难度极大,这个“疯狂”的想法遭到众人反对,但俞鸿儒坚定地说:“我不怕反对,没人反对,可能是平庸的工作,敢于尝试才有可能取得突破。”他没有选择放弃,而是继续心无旁骛地搞研究。
只相信科学,不迷信权威。历经无数次试验和闯关,俞鸿儒终于成功证明了爆轰驱动激波风洞的可行性,领导建成了国际上第一座爆轰驱动高焓激波风洞JF-10,为我国高超声速风洞的研究奠定了坚实的基础,爆轰驱动更是成了世界风洞研究的热点。
不做闲人,做年轻人的引路人
从质疑潮流,到引领潮流,俞鸿儒用自己的坚守和智慧向国家交出了一份满意的答卷,建立了属于中国人的风洞技术路线,推动了我国在该领域的高质量发展。
然而,当75岁的俞鸿儒正准备新的探索时,身体却亮起了红灯。“国家的科学事业需要我们来做铺路石。”这是郭永怀的教导,俞鸿儒铭记于心。年逾古稀的他决心做一块闲不下来的“铺路石”,为年轻科学家们引路,还给自己提出了两条约束:不要和年富力强者争适合他们干以及他们特别愿意干的项目;尽量少占资源并选择风险较大的项目。
他是这么说,也是这么做的。21世纪初,全世界都对研制高超声速超燃冲压发动机热情极高。基于国家重大科技研发的需求,俞鸿儒时刻关注着高超声速问题的研究,于2006年向中国科学院正式提出建造复现高超飞行条件的脉冲风洞的建议,并通过中国科学院“百人计划”将弟子姜宗林引进回国,为项目的开展做好准备工作。
项目正式启动时,俞鸿儒积极投入“战斗”,指导姜宗林团队在2012年建成国际首座复现高超声速飞行条件的超大型激波风洞JF-12,为我国航空航天重大任务研制提供了关键支撑。
JF-12风洞由于采用了俞鸿儒独创的爆轰驱动技术,建设费用仅花费约4600万元,比国外同类风洞降低了很多。项目组负责人姜宗林说:“如果没有这项技术创新,4个亿也未必能搞得出来。”
可在申报国家奖项时,俞鸿儒作为JF-12风洞的主要设计者,却坚持将自己的名字署在最后一位,为了让更多年轻人走向台前,确保科研工作活水涌流、基业长青。他说:“我们这代人搞风洞建设,搭了一个戏台,今后戏唱得好不好就要看年轻人了。他们做完有成就感,有威望和威信,工作就好开展了。”
严师出高徒。多年下来,俞鸿儒培养的年轻人,已有不少成为气动研究领域的骨干力量。可每当遇到难题闯不过去时,他们仍会向俞鸿儒请教。
心系“国之大者”,勇攀科技高峰。在2015年的首届中国力学大会上,87岁的气体动力学家、中国科学院院士俞鸿儒获颁“钱学森力学奖”。这个奖项是为纪念我国载人航天奠基人、中国力学学会创始人之一钱学森而设立,每4年评选1次,每次授奖1人。
获此殊荣,俞鸿儒激动地说:“我是搞实验科学的,不是研究理论的,这个奖能够颁给做实验的人,我觉得是一个重大进步。”
直到90岁时,俞鸿儒才正式退休。在家的日子,他还是雷打不动地早上7点左右就起床。洗漱后,戴上老花眼镜在一张用了40年的桌子上翻看报纸和书籍,时不时做点笔记。
每当周末,四世同堂的俞鸿儒家总是特别热闹,他享受着这份天伦之乐。偶尔,俞鸿儒还会亲自下厨,给晚辈们做几道家常菜。老伴笑道:“你的脑瓜子特别好使,干啥都行。研究风洞厉害,炒菜也厉害,大家都抢着吃。”
尽管科研成果卓著,谈起成绩俞鸿儒却十分谦逊。2019年国庆阅兵式上,一枚曾在他主导研制的JF-8激波风洞里进行过测试的东风-5弹道导弹正式亮相。有人问他,看到导弹经过天安门广场,内心是什么感受?俞鸿儒淡然回答:“我只是帮了一点小忙,主要工作还是人家做的。”
即使不在一线,俞鸿儒的科研热情依然不减,一如既往地关注着我国科学事业的发展,竭尽所能为年轻一代科学家提供指导和帮助。
2023年上半年,我国JF-22超高速风洞正式通过验收。这款风洞作为新一代飞行器的研发基石,具备模拟从40公里至90公里高空,即接近30倍声速的极端飞行条件的能力。JF-22超高速风洞的出现为飞行器设计领域带来了前所未有的可能性,而它的研制离不开俞鸿儒打下的坚实基础。
俞鸿儒一生致力于激波与激波管的理论、实验与应用研究,为我国创建了多种高性能气动实验装置,被誉为“中国激波风洞第一人”。“神舟”系列飞船、“东风”系列导弹等国之重器的模型都曾在他研制的风洞中经受考验。
在“感动中国”2023年度人物颁奖台上,鲐背之年的俞鸿儒手拄拐杖,接过奖杯和鲜花后,微笑着向观众致敬。随着荧幕上闪现的过往风云,他“深藏功与名”的一生被更多人熟知;他敢为人先、敬业奉献、科研报国的科学家精神更加熠熠生辉!