國家需要就是動力!


——毛二可院士的雷達人生

【中通國際香港】學百年黨史、知紅色校史。為慶祝建黨百年,推動廣大黨員幹部師生深入開展黨史學習教育,北京理工大學黨委宣傳部精心策劃,組織力量,聚焦為黨和國家事業做出重要貢獻的師生校友,推出“足跡”系列專題報道,通過學習身邊的榜樣楷模,教育師生學史明理、學史增信、學史崇德、學史力行。

本期推出信息與電子學院教授、中國工程院院士毛二可的專題報道。毛二可院士始終將國家的需求作為自己的研究動力,深耕雷達領域、矢志報國,在教書育人和科學研究中樹立了光輝的典範。8月19日《北京日報》“領創”欄目整版報道了毛二可院士的事蹟。

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北京理工大學的校園裏,一位瘦削的老人操作着電動輪椅,每天往返於家和研究所之間。已經87歲高齡的他,雖然腿部做過手術,但依然堅持按時上班。

更早之前,他每天騎車上班成了校園一道獨特的風景線,被師生們親切地稱為“自行車院士”。

他是全國優秀共產黨員毛二可,從他樸素的衣着、謙和的態度中,你可能很難想象到他的一生創造過怎樣的“寶藏”。

22歲,設計出“新中國第一個電視頻道”;30歲,參與設計中國第一台相控陣雷達;61歲,當選中國工程院院士;75歲,“下海”創立學科性公司,讓國家重大需求科技領域的前沿技術得到廣泛應用……

在他走了幾十年的上班路上,寫滿了理想、激情和科研精神。

白手起家建起頂配研究室

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毛二可出生在北京,兒時隨着父親工作的變動,一家人輾轉於廣州、重慶、北京多地。在重慶,毛二可度過了大半少年時光。在重慶私立南開中學,從小受父兄影響而深深被無線電知識吸引的毛二可,加入了中國無線電學會南開分會。抗戰時期,許多工廠搬到“陪都”重慶,這也為愛好無線電的少年們提供了更多“創作”的機會。他們各處搜尋零配件,從電子廢件中搗騰自己能用得上的東西,“土電話”“收音機”“校園廣播”……一個個拼裝出來的無線電作品給了少年毛二可極大的樂趣和滿足。

1951年,即將從南開中學畢業的毛二可聽説了華北大學工學院(北京理工大學前身)將招生的消息。瞭解到這所學校設有電機制造專業,一門心思想學習“跟電有關”知識的他很想抓住這個機會。在學校的組織下,他與四位有志於此的同學北上參加了報名和考試。

順利通過考試的毛二可進入電機制造專業,開始學習發電機、電動機設計。1953年,根據當時的國內外形勢,國家重工業部決定在學校設立雷達專業,為國家培養急需的科技工業人才。“就這樣,我搞上了雷達,這條路一走就是一輩子。”回顧往事,毛二可感慨地説。

當時,國內的雷達研究尚處在萌芽狀態。

1954年,系裏請來了蘇聯專家加強專業建設。兩年後,正是在蘇聯專家的指導下,毛二可與幾位同學完成了自己的畢業設計——中國第一個電視試驗發射中心的研究設計。

這個作品曾於1957年在北京市勞動人民文化宮展出,雖然只是一個原理性、實驗性的作品,卻讓觀眾真實地從屏幕上看到了從北京工業學院(北京理工大學前身)主樓上發出的視頻信號。這個被稱為“新中國第一個電視頻道”的研究成果,在當時引起了不小的轟動。

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毛二可與雷達所師生在一起

畢業後,毛二可留校任教。1957年,在主管部門的建議下,學校開始籌建雷達研究室。1958年,當時的校長魏思文向上級提出申請,希望能批給學校一些新型雷達,用於建設試驗場地。“當時學校裏實驗使用的都是小型雷達,沒有大型號的。上級非常支持,一口氣批下了三台大雷達。這太令人驚喜了,我們的雷達實驗室成了當時國內高校裏最大的。”毛二可回憶説。這三台從蘇聯進口的大型雷達是當時中國使用的最主要的雷達設備。

這麼複雜的雷達,如何在學校的實驗場地架設起來呢?毛二可與上級派來的專家一起承擔了組裝架設雷達的任務。他們對照操作指南,不斷試驗和摸索,時常一干就是一整天。為了省掉上下班路上的時間,他乾脆不回宿舍就睡在雷達車裏。經過不懈努力,毛二可和同事終於完成了雷達實驗場的建設,從此學生們不僅可以在課堂上學到關於雷達的理論知識,也擁有了上手操作的實踐場所。

“這樣的實驗條件,在當時國內高校的教學中可以説是最高級的配置了,連清華大學的高年級學生都到我們這兒來實習,做畢業設計。”

時隔60年,説起當年自己參與創辦的雷達研究室,毛二可臉上還是會微微流露出自豪的神色。

國家需求就是搞研究的動力

在雷達研究領域,毛二可是個高產的發明家。搞了多少發明,得了多少獎項,他自己也數不清。

不過,有一項發明讓他和學生都記憶猶新,那就是1977年問世的新型雷達“動目標顯示裝置”。什麼叫“動目標顯示”?毛二可解釋,要想利用雷達監測移動的飛行物,需要區分接收到的監測物體雷達回波的多普勒頻率。移動目標的多普勒頻率較高,而且移動越快頻率越高。“接收到回波後,通過濾波器的處理,將物體以移動速度進行區分,排除掉固定物體等干擾物,就能‘看到’目標飛行物了。”

原理説起來不難,但誰能在實際操作中將它實現,各國的科學家都在較着勁兒。

在雷達顯示的反饋中,固定目標的回波更強,運動目標的回波反而較弱。“一座巋然不動的大山和一架移動中的飛機,它們反饋的回波強弱差距可達上萬倍都不止。”如何在固定物體強雜波的干擾中,提取出更小的運動目標,並檢測出它的移動速度,用於提取運動目標的延遲線是關鍵器件。

為了找到合適的延遲線材料,從上世紀50年代末到70年代,毛二可和同事們反覆試驗。從當時國外用過的水銀延遲線,到磁質伸縮延遲線,再到熔石英延遲線……經過十餘載的努力,最終攻克了延遲線這一難題。

1977年,新型雷達“動目標顯示裝置”參加了國家組織的電子對抗測試,展現出優越的性能,大大加強了我國空中探測能力。在此基礎上,團隊的項目“模數混合動目標顯示系統”獲得了1987年國家發明二等獎。這在當年,是該領域的國家級最高獎項。

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毛二可在脱靶量實驗現場

“國家的需求,就是我們搞研究的動力。”用新技術解決實際問題,讓技術成果在國家重大需求領域做貢獻,這是毛二可在數十載科研道路上一直身體力行的原則。而研製“矢量脱靶量檢測系統”,成功解決脱靶量檢測這一重大難題,正是他踐行這一原則最有代表性的成果。

什麼是脱靶量?毛二可通俗解釋:高速飛行物體在碰撞目標的時候,可能撞到目標上,也可能擦着邊兒飛過。如果飛過了,需要知道它偏了多少角度,偏離時的速度是多少,以便在後續設計中予以改進。“這個偏離的距離就是脱靶量,加上偏離的角度就是矢量脱靶量。”

時速幾千公里的飛行物與固定目標,交匯過程可以用“一閃而過”來形容。怎樣在特定的瞬間監測到它們之間的“偏差”,這是一個世界級的難題。西方曾對脱靶量檢測做過一個形象的比喻,形容它是“從乾草堆上找一根針”,或者説就是在茫茫天空中鎖定一根“繡花針”。

20世紀90年代初,國內某實驗基地提出研究矢量脱靶量測量系統的需求,要求做出一個空間上幾乎全方位的測量雷達,能夠測量出高速運動物體與目標交匯的方向和距離。毛二可勇擔重任,帶領團隊全力投入攻堅。

“實驗遇到的一大關鍵性難題在於,解決高速運動物體與目標交匯實驗的成本問題。”受客觀條件限制,在前期實驗場景中使用實物是不可能實現的。

怎麼解決實驗條件受限的問題呢?頭腦靈活的毛二可在當時創造性地想出了不少“土辦法”。比如,用“打彈弓”的方式進行模擬實驗。他們製作出一米多寬的大型彈弓,發射大鋼珠作為運動目標,進行雷達跟蹤實驗。彈珠的大小類似老年人的手部健身球,速度可達每秒數十米,既能保證實驗效果,又降低了實驗成本,讓項目順利進行。

後期為了模擬實驗數據更真實可信,團隊使用移動速度每秒數百米的實驗火箭作為移動目標進行監測。

“那時候老師已經年過六十,還堅持親力親為,跟我們一起到郊外做實驗,一干就是一天。”毛二可的一名學生回憶,每當實驗進入瓶頸,研究進展困難時,毛老師總是鼓勵大家:我們的原理沒問題,堅持下去肯定能成功。“那種對待科研的從容和篤定,給我們每個人都吃了‘定心丸’。”

經過8年的不懈努力,課題組突破了層層烏雲,終於完成了雷達定型。如今,這個項目已被髮展為國家重點領域的系列設備,為國家科技事業發展注入新的力量。

學人“下海”反哺科研

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毛二可與雷達所年輕師生在實驗室

隨着研究項目的增多,雷達所的規模越來越大。物資採購、機電設備加工、質量管理等一系列職能需要投入更多的人力和物力。“大量的科研任務讓團隊人手日漸緊張,大家像‘救火隊員’一樣,一個項目還沒驗收,另一個項目又立項了。”怎麼解決雷達所的運行問題?毛二可想到了創立公司——用掙來的錢去招聘急需的人才,反哺科研項目的運轉。

“我們的初衷不是掙錢,是為了解決迫在眉睫的人才問題。”毛二可説,讓做學問的人開公司,這個想法在研究所內部引起了巨大的震動。有人支持,有人反對,還有人打“中立牌”。大家各執一詞,莫衷一是,事情一討論就是好幾年。

“這個事不下決心,就辦不起來,人才問題就解決不了。”平素謙和的毛二可在開公司這件事上展現出了過人的魄力,他力排眾議,“拍板兒”決定牽頭成立一家產學研一體化的企業——理工雷科。研究所負責基礎研究、原理性試驗,公司實現工程化,做出正式產品。

如今,產學研一體化的企業體制已在全國眾多高校普及推廣,並日益成熟。但在當時,“下海”辦公司的人在全國高校裏尚屬“敢吃螃蟹”的勇者。而毛二可帶隊創辦的這家企業,不僅成功解決了科研人才短缺、配置不合理的問題,還成為中關村乃至全國知名的高校科技成果轉化典型案例。

走進位於北京理工大學國防科技園雷科公司的展廳,一個個不同領域的科技項目展現着前沿科學技術轉化、落地的傲人成果。機場鳥情探測預警雷達、機場跑道異物檢測系統、邊坡變形監測雷達……眾多基於毛二可團隊國家重點領域科技研究成果轉化而成的產品找到了更多的應用領域,成了與人們生活息息相關的重要應用。

劉峯是理工雷科的董事長,也是毛二可的學生,曾獲國家發明二等獎。他從2009年12月公司成立,就扛起公司的領導重任,至今已11年了。

“眼前這個機場鳥情探測預警雷達,不僅應用了毛老師團隊的科研技術,它的各個部分也都由毛老師參與設計。”劉峯介紹,在沒有這項技術之前,機場普遍採取人工或物理的手段驅趕飛鳥,“不僅浪費人力,而且不夠周全,畢竟以人的視力最多隻能看到二三百米遠處。”而這款以雷達探測的鳥情預警系統,不僅能識別飛鳥的距離、方位、高度、速度等信息,還能對飛鳥的大小、種類、到達時間、威脅程度進行警報,從而降低飛機被鳥擊的風險。“鴿子大小的鳥類,在十公里內都能‘看’得清清楚楚。”

在這款探測雷達系統的設計過程中,毛二可對團隊的指導起到了重要作用。“2019年,我陪同毛老師出差。坐飛機的兩個多小時裏,我將這款鳥情探測雷達的設計思路向毛老師詳細彙報了一遍。當時,毛老師聽得非常認真。”劉峯迴憶,出差回京後,毛二可專門把他叫到了辦公室。“他説,聽了我的方案,他認真地思考了兩天時間,將許多地方進行了調整和優化。然後,拿出了全套的優化方案。”

劉峯説,如今這款雷達系統,從外形到內容,都深刻體現着毛二可的設計理念。比如,根據毛二可的建議,系統採用他近年來深入研究的合成寬帶多普勒原理,來識別微動的特性。“這種微動的特性體現在鳥類的身上就是它們振翅的頻率。”劉峯進一步解釋,對於高速運行的飛行器來説,鳥類的運動是微小的,一般的雷達很難識別。而採用合成寬帶多普勒原理,則可以通過振翅的頻率和特點來識別飛鳥的類型。該系統即將在全國各大機場推廣應用。

另一項邊坡變形監測雷達則可以實時監測山體、礦山堆料的位移情況,及時發現坍塌、滑坡風險的苗頭,提高安全保障。“在這個項目試驗的過程中,年過八旬的毛老師曾多次親自到地處偏遠、條件艱苦的內蒙古錫林浩特露天礦區、重慶三峽壩區等地考察指導。”劉峯介紹,如今,該系統已廣泛應用於我國多個礦山、水庫、橋樑隧道、鐵路和城市建築,曾多地多次成功預警滑坡現象,還應用於九寨溝景區生態修復長期監測項目中。

2019年8月,85歲的毛二可在騎自行車上班途中不慎摔傷,並進行了股骨關節置換手術。但這位高齡院士並沒有因此停下科研的腳步。理工大學的師生依然能夠看到這位瘦削的老人,每天駕駛電動輪椅準時來到研究所上班。

“毛老師對科研的這股子堅持勁兒,鼓舞了我們幾代‘雷達人’。”劉峯説。

而毛二可卻説,認認真真做好科研工作,這是每一名科技工作者的職責所在。



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