屠善澄：人造卫星伴随我大半生

航天 · 2016-11-22 21:16:26

屠善澄，1923年8月12日出生于嘉兴，着名自动控制技术专家。长期从事导弹、卫星、载人飞船控制系统的研究和设计工作，是我国人造卫星工程的开拓者和载人航天事业的倡导者之一，中国自动化学会的创建人之一。国家高技术研究发展计划（“863”计划）航天技术领域专家委员会首席科学家、顾问。曾担任“东方红二号”试验通信卫星控制系统主任设计师，为“东方红二号”的研制和顺利发射做出了突出贡献。1985年获得国家科技进步奖特等奖，1987年当选为国际宇航科学院院士，1994年当选为首批中国工程院院士。 　　暮春的北京，阳光带着暖意，偶尔有风吹过，清爽得很。 　　穿过中国空间研究院大院，便是屠善澄院士居住的专家楼。 　　这位90多岁的老人，身材高挑，满头银发，容光焕发，文质彬彬。他架着一副眼镜，眼镜背后是老科学家的睿智和真诚。 　　比屠老小三岁的夫人桂湘云，一起接受了我们的采访。屠老听不清时，她帮着解释，补充说明。这对携手走过超出一个甲子的夫妻，偶尔玩笑着，争论着。此时的屠善澄，像个孩子，有些调皮，有些可爱。 　　情系航天 　　流光岁月，回首往昔。对屠善澄来说，1958年是个特殊的年份。 　　1957年10月，苏联成功发射人类第一颗人造地球卫星。之后的1958年5月，中国共产党第八次全国代表大会第二次会议上，毛泽东主席一句“我们也要搞人造卫星”，令全国兴起卫星热。 　　随即，中科院组织科技力量投入卫星研究。 　　当年11月，在中科院自动化研究所工作的屠善澄接受了新任务——研究、探索人造地球卫星的控制问题。 　　在调查研究的基础上，屠善澄编写了《关于人造地球卫星的控制问题》报告，提出我国人造地球卫星的控制可采用自旋稳定的方式，配合喷气或磁控作姿态调整，为后来我国人造地球卫星控制系统提供了有价值的参考和技术依据。 　　从此，人造卫星便伴随了屠善澄的大半生。 　　即使在“文革”之中，屠善澄的研究工作也未停滞过。忆起那段特殊时期，屠老说，1968年到1984年的十几年间，是他科研生涯中最重要、最具实质性内容的阶段。 　　自1958年起的10年里，中国对人造卫星的态度，由狂热逐渐恢复理性。经过调整，1968年，我国卫星研制任务终于明确，机构组织初步建立，内外各方面的协作配合基本实现了畅通。也正是从这一年开始，屠善澄投入到了“曙光号”载人飞船控制系统的预先研究工作之中（上世纪60年代末，我国开始首次研制载人飞船，命名为曙光号，取得了不少研究成果）。 　　1970年4月，我国成功发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”。不久，屠善澄开始了我国第一颗地球同步静止轨道卫星——“东方红二号”试验通信卫星的控制系统研制工作。 　　“东方红二号”是我国第一颗长寿命同步轨道（高轨道）通信卫星，其控制分系统是卫星的关键系统，屠善澄是控制系统主任设计师，负责主持系统的方案选择、方案设计、控制系统研制及飞行试验过程。 　　控制技术，难度很大。屠善澄确定了姿态测定及控制方案，采用在实际飞行中的不同时段利用不同测量数据递推式扩展的“卡尔曼滤波法”，确保在短时间内获得较精确的姿态测定值，使卫星较快地实现机动变轨。消旋轴承是“东方红二号”卫星上的关键部件，屠善澄组织、设计的40套空间润滑系统，模拟在高真空条件下连续运转10年以上，获得了轴承的统计数据，使我国在空间润滑方面的研究顺利起步。 　　在解决“东方红二号”控制系统重大技术问题过程中，屠善澄都起到了关键作用，尤其是在试验通信卫星发射后两度遇到紧急情况之时。 　　1984年1月29日，第一颗“东方红二号”试验通信卫星发射。然而，因运载火箭故障，卫星并未能进入预定轨道。“东方红二号”是一颗高轨道卫星，发射之后，距离地表应为接近3.6万公里，但故障使然，星地距离仅有数百公里。不仅如此，卫星姿态测量仪数据出现异常饱和，姿态确定软件也无法正常工作。 　　作为控制系统主任设计师，屠善澄立即组织力量编制了专用软件，向卫星发出指令，抬高了卫星轨道，使卫星远地点发动机点火。这是我国首次进行“东方红二号”试验，并使卫星转发电视信号成为可能。 　　数个月后的4月8日，第二颗“东方红二号”试验通信卫星顺利完成发射。但是，位于高空的卫星随后出现了状况：因蓄电池持续对卫星充电，致使星体出现了“过充”发热。 　　为了避免卫星受损，屠善澄所在的控制系统小组对卫星作了多次超出规定工作状况的姿态调整，改变了太阳光照与卫星的相对几何关系。经过8天的努力，4月16日，卫星降温，状态恢复正常，定点于东经125度的赤道上空。这颗卫星随后连续工作超过四年，超出了原先仅三年的设计寿命。 　　1985年，《试验通信卫星及微波测控系统》获国家级科技进步特等奖，屠善澄是控制系统方面唯一的获奖者。 　　1986年3月，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允等四位着名科学家向中共中央建议：组织专家对中国高新技术发展战略进行论证。同年11月，中共中央政治局扩大会议和国务院常务会议批准实施《中国高技术研究发展计划纲要》，这就是“863计划”。屠善澄被调去参与高科技发展规划的论证工作，1987年2月，他被任命为“863计划”航天技术领域专家委员会首席科学家。 　　屠善澄主持“863计划”航天技术领域的研究论证工作后，起草了《国外载人航天的发展道路和趋向》《我国航天事业发展的新阶段》等论证报告。在讨论研究中国航天技术领域的发展战略和总体发展蓝图时，屠善澄根据调查研究，提出载人航天分准备阶段、初期试验与配套阶段、各应用试验与开发阶段的“三步走”战略设想。 　　“两弹一星”元勋杨嘉墀曾评价屠善澄道：“最后定下来的这个飞船方案，当然不是他（屠善澄）一个人定的。但是他作为专家委员会的首席科学家，最后拍板，功不可没。” 　　艰辛求学 　　屠善澄出生于秀洲区新塍镇一个地主家庭。他的父亲曾考入复旦大学，但因祖父思想守旧，父亲只在复旦读了半个学期就被迫放弃了学业。“我父亲每次讲起来，都要掉眼泪。”错过了大学深造的巨大遗憾，让屠善澄的父亲心中早早地萌生了一个强烈愿望：要让自己的每个孩子都上大学！ 　　1937年，抗战全面爆发。年底，嘉兴沦陷。当时，屠善澄正在浙江省立嘉兴中学（嘉兴一中前身）读初二。次年春，屠善澄和家人逃难到上海租界，在这里度过了近10年的动荡岁月。 　　躲避战乱来到上海之后的第一个夏天，屠善澄考入了江苏省立上海中学高中理科班。之前，他在嘉兴只读了两年初中，又因战乱失学一年，他起初跟不上进度，尤其是英语。 　　“嘉兴离上海虽近，但好多东西都是土头土脑的。我能从嘉兴顺利跨进上海学校的门槛，多亏姚志英老师，这是我终生难忘的。”屠善澄说，起初，姚老师曾劝他先退级回初三，但他不甘心，表示希望老师能指点自己。姚志英老师看这个学生挺有志气，就给屠善澄传授了一套自学方法。“我问他：我还有希望吗？他说，每个人都有希望。” 　　几个月后，屠善澄不仅跟上了学习进度，还在上海英文作文竞赛中获得了全市第一名。 　　1941年，屠善澄考入交通大学电机工程系。是年底，太平洋战争爆发，日军占领上海租界。不久，“汪伪政府”接管了交通大学（上海本部）。 　　“我在上海念书的时候，给自己一条‘铁杠’：汪精卫的学校，我决不念！”交大陷落“汪伪”之手后，屠善澄只能另外再找大学念。1942年夏，屠善澄离开交大，转入私立大同大学电机工程系。他说：“大同大学的老师，至少百分之七八十是原来的交大老师。他们不愿在汪伪政府的学校教书，就到了大同大学，不少学生也跟着跑到了‘大同’。” 　　1946年夏，屠善澄回到交大电机工程系任助教，直至1948年1月赴美留学。 　　那一年，并没有公费留学项目，屠善澄留学是私费公派。资格考试前，外祖父曾提出帮他写封信给时任国民政府教育部长的朱家骅，但屠善澄并不同意。最终，他考了全国第一。 　　进入康奈尔大学，屠善澄读的是直博，且仍然选择了电力为主专业，以自动控制和应用数学为副专业。1949年夏，他在美国尼亚加拉-莫霍克电力公司的电网继电保护部做暑假工，接触了电力系统的稳定性问题。从此，他对电力系统和复杂大系统的动力学分析及其控制问题产生了浓厚兴趣。此后，这成为他终身研究的专业。 　　在康奈尔，屠善澄不仅找到了自己热爱的事业，也遇到了自己的终身伴侣——出生于湖南的湖北姑娘桂湘云，一个书香门第的大家闺秀，也是他留美期间数学系的学妹。 　　归国奉献 　　屠善澄的小儿子叫“怀祖”。怀祖出生时，屠善澄和夫人还在美国，正在为回国做准备。“怀祖，意思就是怀念祖国。为什么要回国？我一直想回国，没有什么道理，如果要唱高调，那就是爱国吧……” 　　当年，大洋彼岸新中国成立的消息传来，屠善澄非常激动，他首先想到的就是要尽早回国。但是，那时，他们的第一个孩子“康果”刚刚出生，得再等一两年。此期间，发生了一件事：1951年9月，21名中国留美学生准备返回祖国，在檀香山，其中学习理工和医学的9名留学生被禁止归国、强迫留美。“当时，美国政府不准学理工农医等技术专业的学生回国为建设社会主义出力。” 　　类似事件，最有名的是钱学森被扣留。1955年，钱学森辗转回国后，屠善澄接到了通知，说可以想办法回国，如有困难，可找印度大使馆。 　　1956年，屠善澄放弃了康奈尔大学的高薪，和夫人桂湘云带着6岁的康果和1岁的怀祖，经香港转道回到祖国。回国时，上海交通大学专门派人到广州去接他，非常隆重。 　　随即，上海交通大学、武汉大学及华中工学院都邀请屠善澄和夫人去任教——按屠善澄最早的打算，正是回国后继续任教于高校。 　　不过，当时，我国中央政府刚开完科学规划会议，非常重视科学发展，确立了计算机、半导体、自动化和无线电四大紧急学科。在这个背景下，中科院成立了自动化研究所。屠善澄回国时，研究所正处于筹备期，由于他学的是自动控制专业，留美时的导师也是美国着名专家，所以，甫一回国，就进入了组织的视野，国防科工委指名请他去中科院自动化研究所。 　　加入自动化研究所之初的两年，屠善澄参与了电子模拟计算机研制和长江三峡水利枢纽自动化两个课题，并担任了负责人。研制模拟计算机，是屠善澄归国后做的第一个重要课题。做自动化技术，离开模拟计算机很难搞，但当时，国内买不到比较好的模拟计算机，如果到苏联订货，两三年内是拿不到货的。1956年9月起，屠善澄带领科技人员，先后研制出MZ-2和MZ-4模拟计算机，为后来多种电子模拟计算机包括J331型巨型机的研制奠定了技术基础。 　　从事卫星控制研究后的1961年至1966年，屠善澄还曾参与了“红外寻的”制导导弹控制系统的研制工作。他对导引头调制盘作出最佳的设计，并开展了对空目标各方向辐射特性的测试工作，研制出能探测典型空中目标（轰炸机、战斗机等）各个部位、各种飞行姿态下目标辐射特性的红外辐射物特性测试仪，并在空军基地顺利完成典型目标辐射特性及空间背景辐射特性的测试，这在当时为国内首创，为后来研制肩射式超低空防空导弹提供了依据。 　　在仿真试验方面，屠善澄和科研人员研制了能真实反映导引过程中目标成像的地面目标模拟器以及舵机加载模拟器，并在对全系统过程分析的基础上，建立了“整个制导过程中，导弹与目标的相对运动、目标在导弹导引头上的成像特性，作用于导弹舵机上的气动力矩加载特性”的半物理仿真系统，并与J331电子模拟机组合，进行了全控制系统的闭路仿真试验。 　　在之后的肩射式超低空地空导弹型号研制中，他任副总设计师，负责制导及控制系统的研制，设计研制了导引头。1966年的两次飞行试验显示，其设计达到了预期效果。 　　1957年，中国自动化学会筹备委员会第一次全体会议，推选了九人常委会，钱学森是主任委员，屠善澄是秘书。自1961年中国自动化学会成立起，他连续担任两届理事会秘书长、常务理事。 　　1958年3月，国际自动控制联合会（IFAC）筹委会会议在瑞士举行，屠善澄代表钱学森出席。他还作为中国自动化学会代表团成员出席了IFAC世界大会，被推选为理论专业委员会委员。此后很长时间内，他负责处理了大多数中国自动化学会与IFAC的联络工作和相关事务。 　　1988年1月之后，屠善澄任中国空间技术研究院科技委主任、国防科工委科技委兼职副主任。他多次主持、参与了自动控制工程技术重大问题的讨论和决定，是中国工程院院士、国际宇航科学院院士、国际自动控制联合会（IFAC）理论专业委员会和空间专业委员会委员。 　　屠善澄还长期担任中国科学技术大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学兼职教授，是国内首批博士生导师，深得学生爱戴。 　　1990年起，屠善澄享受政府特殊津贴；1991年被航空航天部授予“有突出贡献的老专家”；1997年，获何梁何利基金科学与技术进步奖。 　　科学更需要认真 　　对话 　　科学更需要认真 　　记者：您在专业上最引以为豪的成就是不是“东方红二号”？ 　　屠善澄：不一定。从专业的角度讲，中国搞空间控制，我是最初的科技人员之一。其中，我师兄陆元九，他是自动控制和航天工程专家，资格比我老，但我做的具体工作比较多一些。 　　记者：您专业领域的能力是怎么培养的？ 　　屠善澄：首先，我喜欢这个领域，从技术上，我喜欢它，就想把它弄懂，这是最主要的。我自己一点点去啃，是下了功夫的。 　　记者：除了科研之外，您还有什么爱好吗？ 　　屠善澄：我是书呆子，喜欢看书、听音乐、看报纸。我对专业一直有兴趣。空间技术研究这件事，既是我的专业，又是我的爱好。现在，工作日的上班时间，每天还要让老伴陪着我在办公室待一上午，看看资料，学习学习。 　　记者：做科学工作最重要的是什么？ 　　屠善澄：做任何工作，都需要“认真”二字，科学更需要认真。不仅要认真认识所处理问题的方方面面，更要弄懂道理，真正吃透道理，能真正掌握事物变化的规律。 　　记者：为什么国家在“文革”时期还可以涌现出那么多人才？ 　　屠善澄：“两弹一星”的科研工作从没停止，该干什么还干什么。中国的知识分子，你说他很柔弱，也许。但是，他脑子很清醒，还是顾国家利益的，并不是上头说一句，好的坏的都听。这很不容易，所以，那么乱的时候，还涌现出那么多人才来。 　　记者：小时候，在新塍的生活，您还有印象吗？这几年回过家乡吗？ 　　屠善澄：我老家在新塍。屠姓在新塍是大姓，我家是地主。父亲在杭州的银行做财务。他大部分时间在杭州，我在嘉兴读书时，他有时来看我，就带我去吃一顿。 　　当时，省立二中（即嘉兴一中前身）是浙江除杭州中学外最好的中学，马路北边是文庙，可惜后来拆了。那时，嘉兴还有个嘉兴女中，在浙江省很有名，培养了很多人才，现在也没有了，很可惜。 　　抗战时，我们全家坐船逃难到上海租界，就没有再回过新塍。2002年，嘉兴一中百年校庆请我们回去，回了一次新塍。我家老宅子还在，在西南大街25号（注：后经当地相关部门核实，为西南大街42-48号）。 　　记者：听说您经常看《浙江日报》和《嘉兴日报》？最关心什么内容？ 　　屠善澄：现在还都看。嘉兴的事儿，我都蛮关心的，尤其是教育。这几年，听说嘉兴建了几所大学，这个，我比较关心。

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