“老科學家學術成長資料采集工程”系列報道——向往光的世界

  由胡曉菁、董佩茹共同撰寫的《追光:薛鳴球傳》今年7月由中國科學技術出版社、上海交通大學出版社出版。捧著這本還散發著油墨清香的書,薛鳴球院士為光學事業奉獻終生的學術生涯,完整呈現在了我的眼前。

  薛鳴球是我國應用光學領域內一位杰出科學家,他用一生時光鉆研了一件事——如何設計光路,才能讓儀器擁有一雙慧眼。

  從人們日常使用的望遠鏡、照相機,到天上運轉著的衛星相機,還有無數國民經濟、國防科研行業內應用廣泛的精密儀器,都需要有光學系統支撐,使這些觀測儀器不但“看得遠”,還能“看得清”。這成為薛鳴球的畢生追求。

  我國光學事業開拓者、奠基人王大珩曾如是評價薛鳴球:“有很深造詣,能獨立解決國家需要的各種實際光學系統的設計,對國家建設,特別是國防建設作出了相應的重要貢獻。他在光學設計理論及其應用上有創見。他是新中國成立后成長起來的我國第一代光學設計學科代表人物之一?!?/span>

  難忘長春,攻關路上灑熱血

  薛鳴球就讀于浙江大學,其間他從機械專業轉到新成立的光學儀器專業,加上因病休學,大學他一共念了八年,打下了機械學科和儀器制造學科的雙重堅實基礎,這也使得他在后來的學術生涯中能夠將機械專業的知識與光學設計相融合。

  1956年,薛鳴球以優異的成績畢業,王大珩看中了他的潛力,親自點將,將他招到中科院長春光學精密機械與物理研究所(以下簡稱長春光機所,時名儀器館)工作。在此后25年歷程中,薛鳴球在實踐中成長、在磨礪中成熟,從一名青年科技人員逐漸成長為一名功底扎實的科學家,成為長春光機所的業務骨干、光學設計學科的帶頭人。

  此后兩年中,薛鳴球和長春光機所的科研人員們一心拼搏,刻苦攻關,為拿下科研成果廢寢忘食,沒日沒夜守在實驗室里工作。由薛鳴球主要參與研制的高精度經緯儀,是長春光機所八項研究成果(時稱“八大件”)里具有代表性的產品之一,也是我國第一臺高精度經緯儀。這臺經緯儀是應我國大地測量不斷提高的需求而產生的,制成后在國民經濟建設事業中有廣泛應用,獲得測繪部門的好評,且經過國家有關部門檢測,已經達到當時國際同類產品的先進水平。

  1958年10月,在中科院舉辦的科技成果展覽會上,高精度經緯儀作為“八大件”之一參加了展覽,得到了毛澤東等黨和國家領導人的高度贊譽。毛澤東主席在中科院院長郭沫若和中科院副院長張勁夫的陪同下參觀該展覽會時,曾在長春光機所研制的高精度經緯儀前欣然留影。此照片已成為中科院的歷史珍藏之一。

  1959年,為應對臺海緊張局勢,為我方軍隊提供軍事保障,在王大珩和龔祖同兩位前輩專家的指導下,年輕的薛鳴球與史濟成一起接下了研制我國第一臺大口徑高倍率觀察望遠鏡的任務。幾經艱辛,他們終于研制成功。董必武同志來所視察的時候,曾在漆黑的夜晚通過這臺望遠鏡眺望過遠處的鐵北地區,并夸贊這臺望遠鏡做得好。該望遠鏡制成后長期用于臺海,這也是我軍使用過的最大望遠鏡。

  在初期工作取得較好成績后,薛鳴球并沒有驕傲,而是更加刻苦,牢牢扎根于光學設計。

  20世紀60年代,為配合“兩彈一星”研制任務,長春光機所從上到下投入了人力和物力,向國防尖端光學研究轉型。作為其中一員,薛鳴球在自己的崗位上兢兢業業,成為該所從事這項載入中華人民共和國史冊任務的一個代表人物。

  當時,為觀測核爆火球形態,上級部門向長春光機所部署了相關儀器設備的研制任務,其中一項便是由王大珩領銜,率王傳基、薛鳴球、王金堂等青年人承擔的高速攝影機任務,其密級很高,被稱為“天字一號”任務。

  這項工作時間緊、任務重,王大珩想了一個辦法,那就是請求國防科委協調,調來10臺由民主德國進口的Pentazete-35型高速攝影機進行改裝。在所黨委的支持下,三位年輕人動手,用了幾天建立起一個簡易實驗室,從而具備了改裝高速攝影機需要的實驗條件。

  薛鳴球從熟悉了解原相機的參數、根據原鏡頭的像差著手,反復計算、畫圖,接著以這臺高速攝影機原裝置為基礎,根據核爆參數的需要,更新了一個中等焦距的鏡頭,再通過配置一套起爆時間信號發生器,在底片上加上計時用的時標信號……通過一系列攻關,課題組終于將能夠滿足核爆試驗需要的高速攝影機改裝出來,并通過了有關部門驗收,應用于核爆試驗中。

  “150-1”大型電影經緯儀的研制任務是長春光機所于20世紀60年代承擔的最重要的國防科研項目,所里有多達600多名研究技術人員參與了這項工作。

  薛鳴球參與了該項目的總體論證和光學系統設計階段的工作,他成功設計了長焦距光學系統,研究了校正2級光譜、減少中心遮攔、防止雜光等問題。他所采用的方法在國外尚未見報道,這一成果成功應用于中國第一臺大型靶場測量裝備,在之后的各種光學測量裝備中也多有應用。

  薛鳴球參與的“6711”工程,是有關太空攝影的一項重要任務。為完成這項工作,王大珩帶領一批技術骨干到北京攻關設計。從冬到夏,他們在北京工業學院的臨時辦公室一待就是大半年,這其中就有薛鳴球。

  為滿足高空攝影的需求,通過反復驗證,薛鳴球設計出一套高質量的光學系統,解決了高級色差校正、中心遮攔、雜光防止、工藝實現等難題。這套系統成功應用于我國第一顆返回式偵察衛星的相機中,使相機得以從太空中拍攝到珍貴圖像。

   西行創業,空間光學新探索

   1981年,薛鳴球調至中科院西安光學精密機械研究所(以下簡稱西安光機所),擔任該所副所長。他此行是為了協助老所長龔祖同先生,接過他的班,領導這個以高速攝影起家、與長春光機所有千絲萬縷聯系的研究所,在改革春風中找出一條好的發展道路。

   從副所長到所長,再到科研工作者,無論是在哪個崗位上,薛鳴球都竭盡全力——20世紀80年代,在中科院的體制改革中,他帶領西安光機所的全體職工克服困難,找項目、找任務,解決棘手的經濟難題;卸任所長職務后,他全心全意投入研究,領導團隊鉆研項目,發揮特長,解決了一系列科研上的難題。

   1988年,薛鳴球應邀去加拿大做短期訪問,其“特殊變焦系統”研究課題獲得了加拿大同行的贊賞,令外國友人認識到了中國學者在光學設計上的研究水平。

  不久,加拿大的孔慶仁博士特地找到薛鳴球,要與他合作研制加拿大軍用CID廣角電視光學系統。這個光學系統需要有大的視場,并且使用環境惡劣,對聚集點位置和彌散斑的大小以及像面照明都有非??量痰囊?,加方曾多次組織研制都失敗了。

  用了幾年時間,薛鳴球成功解決了高精度位置探測技術難題,領導西安光機所于1991年成功研制出了總價值7萬美元、共15套具有國際領先水平的光學系統產品,出口到加拿大,不僅爭取了外匯,還為國爭了光,為所爭了榮。

  20世紀90年代,隨著我國科技事業的發展需要,太空探索成為熱門。結合時代特點,薛鳴球倡議在西安光機所成立空間光學研究室,部署新的發展方向。

  空間光學研究室成立之初,人員不足,經費微薄,辦公條件簡陋,薛鳴球帶領全室人員克服重重困難,一步一個腳印,為取得現今成果奠定了基礎。

  空間光學研究室成立初期的一個響當當項目,就是參與了“載人航天相機”的模樣研制?!爸袊d人航天”工程啟動于1992年9月21日,這是我國在20世紀末期至21世紀初期規模最龐大、技術最復雜的航天工程,對我國空間科學技術發展影響深遠。

  薛鳴球和西安光機所的骨干力量參加了載人航天飛船上的空間載荷研制,該項目是與長春光機所等幾個單位合作完成的,其中長春光機所負責總體,西安光機所完成了模樣—光學系統中消雜散光用光攔的設計和雜光測試設備的研制。

  為確保航天員的安全,載人飛船裝載的相機重量要小于300公斤,并在離地面大約300公里高度的軌道上運行。因此在該相機光學系統設計上,薛鳴球提出使用重量輕便的共軸雙反非球面系統取代傳統使用的球面系統中的兩塊孔徑補償透鏡。時任載人航天工程評審專家組組長的王大珩也支持薛鳴球進行嘗試,在王大珩的呼吁下,非球面光學空間應用有了長足發展。

  西安光機所在薛鳴球的指導下對長焦距、高分辨、大視場折反光學系統展開了設計和檢驗的探索工作,并取得了突破性成果。在各個參與單位的通力合作下,經過一系列的設計、加工、裝校,非球面光學系統應用于“神舟五號”上的詳查相機上,在浩瀚太空中傳回無比珍貴的影像資料。

  這一技術的成功使用,對我國光學事業的發展意義非凡,擔任過中國載人航天工程空間應用系統總指揮兼總設計師的顧逸東院士評價稱:“非球面光學核心技術的掌握和延伸,在我國后續的一系列任務中開花結果,推動了我國空間光學的跨越發展?!?003年,薛鳴球獲載人航天工程總指揮頒發的“中國首次載人航天飛行任務紀念證書”。

  薛鳴球在空間光學科學上的另一思想是提出了詳查普查兩用相機,他的思路是通過光學設計的微妙辦法令詳查相機和普查相機合二為一,從而節省衛星上的空間。他這個想法得到了“863”計劃的支持,付諸實施,研制出一套高精度普查、詳查切換裝置,解決了該領域內的關鍵問題。

  此外,在空間光學研究室發展早期,薛鳴球還領導骨干人員成功研制了適用于航天器的軌道控制和高精度的姿態控制星敏感器光學鏡頭,從而使我國衛星事業的關鍵性技術不再受制于人。

  薛鳴球為西安光機所的空間光學的長遠發展積累了經驗、建立了基礎。在他的帶領下,新一代科研人員很快成長起來,能夠獨立承擔和完成國家交予的重大任務,解決國家科技發展的急需問題。

  緣來蘇州,老驥伏櫪續新篇

  1999年,年已70歲的薛鳴球越發懷念故鄉,他欣然接受了離家鄉宜興僅有兩小時車程的蘇州大學的邀請。這是他“追光”事業的又一個起點。

  自此,薛鳴球殫精竭慮為學校培養更多的優秀人才,盡其所能爭取課題,晚年把全部心血和精力都奉獻給了這所百年老校。

  初到蘇州大學,他對光學工程長遠發展的幾個建議是,建設學科、設立博士點、促進產業轉化。后來的實踐,證明薛鳴球是非常有遠見的。

  2000年5月17日,經過半年多的緊張籌建工作,蘇州大學現代光學技術研究所和江蘇省現代光學技術重點實驗室建成。該研究所主要從事前沿光學技術領域的高技術創新研究、產業化研究及高科技人才的培養,以現代光學系統設計與制造、光學自由曲面加工檢測與裝備、微納結構光子器件與制造、先進激光技術以及新型光子學材料為主要研究方向。

  借著校慶和建所的東風,薛鳴球請來了學術界的好朋友,包括母國光、金國藩、林祥棣、范滇元、姜景山、黃尚廉、姜文漢、莊松林等院士,還有許多知名教授、研究員。他們通過調研,看到了這所學校的巨大潛力,都愿意和學校建立起科研合作。

  曾擔任過蘇州大學校領導的高祖林教授回憶,薛鳴球來到蘇州大學以后,對該校光學工程學科的發展起到了巨大作用,令這一學科與中科院系統的研究所,乃至全國光學界的聯系更加緊密;借助薛鳴球的影響力,蘇州大學每年都能邀請到很多專家學者,舉辦學術報告以及開展研究合作。

  在薛鳴球的指導下,蘇州大學光學工程學科建設上,承擔了幾十項重要的科研項目,包括國家“863”項目、“973”課題、“十一五”重大課題、國家自然科學基金項目,等等。

  為壯大光學工程學科的實力,薛鳴球拉來了他的摯友、光學工藝方面唯一的院士潘君驊加盟。兩人不顧年事已高,在寶貴的十多年里一起為學科發展和實驗室建設出謀劃策,為培養學生費盡心血,從而使學校建立起完整、完善的光學工程學科的研究方向。

  不僅如此,像余景池研究員、王欽華教授、韓森教授等,這些在我國光學界里頗有名氣的領軍研究人才,也是薛鳴球主張引進的——他們有的擔任過蘇州大學現代光學技術研究所的領導職務,有的在學科建設、成果轉化上產出過重大成果,他們以實際行動實現了薛鳴球引進人才的初衷。

  在促進成果轉化上,有兩個突出的案例。

  一個是蘇州蘇大明世光學有限公司2002年9月3日在蘇州工業園區成立。這是一家長期致力于眼視光學高端模具設計和制造的高新技術企業,名字也是由薛鳴球取的,是將蘇州大學現代光學研究所余景池課題組在非球面和自由曲面光學設計和數控加工方面的科研成果產業化。

  另一個案例是在2002年,薛鳴球主持蘇州大學現代光學技術研究所承接并完成了蘇州六六視覺公司新型YZ20T6手術顯微鏡的光學系統設計,這一產品后來發展成為該公司的定型產品,為公司創造了效益,也樹立了品牌口碑。

  此外,薛鳴球在蘇州大學期間促進了一系列具有建設性的工作:2002年,蘇州大學光學工程學科獲評江蘇省重點學科;2003年,學校獲得了光學工程一級學科博士點的授權;2003年年底,蘇州大學與航天科技集團公司一研究所聯合建立了空間精密光學工程中心;2003年,教育部現代光學技術重點實驗室建立、江蘇省數碼激光圖像及新型印刷技術工程中心建立;2005年,江蘇省國家重點實驗室建設培育點建立;2007年,江蘇省先進光學制造技術重點實驗室獲批建設。2011年,發改委批準立項成立“數碼激光成像與顯示國家地方聯合工程研究中心”,這也是蘇州工業園區內企業為主的首個國家級平臺……

  薛鳴球在蘇州大學工作期間的成果,總結起來就是實現了“四個一”:發展了一個學科,創建了一個平臺,建立了一支團隊,形成了一個支撐。

  立德立言,光學代代有新人

  在科研工作之外,薛鳴球把很大一部分精力放在了編講義和教學生上,他在三尺講臺上培養了一代又一代的光學人才。

  薛鳴球最著名的一份講義是他在長春光學精密機械學院(現長春理工大學)授課時形成的《儀器光學》講義。這部講義是他多年做學問的心得,盡管沒有正式出版,卻涵蓋了他對儀器光學這門課的授課精華。

  多年來,他花了很大功夫完善這份講義,以實際案例來教學生解決問題。講義深入淺出,即令光學設計的初學者也能輕易看懂這本書,從而對光學設計這門學科產生興趣。這部講義后來在西安光機所、蘇州大學都使用過,許多光學設計領域的學者都因此受益。

  在薛鳴球教授過的學生中,早期有他幫助王大珩帶過的研究生蔣筑英。當時,王大珩認為薛鳴球在光學傳遞函數領域有深入的研究,提出過多種光學系統的傳遞函數評價標準,蔣筑英是攻讀這個方向的研究生,由薛鳴球來指導他十分合適。蔣筑英后來成為了光學設計研究室的科研骨干。他與薛鳴球既有師生之情,也有朋友之誼,他們常常在一起談科研、工作、人生。薛鳴球尤其欣賞蔣筑英的才干和克己奉公的精神,把自己所知告訴蔣筑英,蔣筑英也十分感激這位老師。由于蔣筑英把全部精力都投入到科研工作上,過度勞累,不幸犧牲在工作崗位上。

  1978年薛鳴球獲批為研究生導師后,許多人慕名來報考他的研究生。姜會林是薛鳴球正式招收的第一位碩士研究生,他于1982年以《長焦距光學系統設計的研究》為題,通過論文答辯畢業,王大珩夸獎這一成果為中國光學設計四項主要進展之一。姜會林后來擔任了長春理工大學副院長、院長、校長,并于2015年當選為中國工程院院士。

  在調到西安光機所后,薛鳴球特別重視研究生培養,常常參加在各地舉辦的招生咨詢會,為光學事業多招好苗子。其間,他招收的優秀學生有后來擔任過西安光機所所長、中國科學院副院長,現為科技部副部長的光學專家相里斌(國家科技進步獎特等獎獲得者、2019年當選中國科學院院士),有現為西安光機所空間光學的學術帶頭人楊建峰……

  到蘇州大學后,薛鳴球最高興的就是看到那些求知若渴的年輕面龐。他不顧年事已高,給研究生和青年教師上課。他在蘇州大學培養的人才,包括現在已經是蘇州大學應用光學學科骨干、學術帶頭人、擔任過蘇州大學現代光學技術研究所副所長的沈為民教授,蘇州科技學院數理學院書記、學科帶頭人吳泉英教授……他們大多數都投身光學事業,許多人接過了老師的教鞭,以教書育人為終身職業。

  讀了這部《追光:薛鳴球傳》后發現,薛鳴球院士的學術人生囊括于我國光學發展史上的許多重大事件中,他的學術生涯也成為我國光學事業發展的一個縮影。更重要的是,讀者從中看到了老一輩科學家為科學事業奉獻終生的拓荒牛精神,看到了他們無視個人待遇、只為國家和民族的富強而拼搏的精神。

 “成功屬于探索者,成功屬于拼搏者,成功屬于勇往直前者!”薛鳴球用實際行動,踐行了自己追光的誓言。

(作者單位:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)

薛鳴球與其父薛湛周

薛鳴球全家福

▲1956年光學設計組成員合影(前排左起:陳澤水、王之江、黃營生、杜效良、劉光亞;后排左起:王樹惠、譚維翰、薛鳴球、卓勵)

▲薛鳴球1964年在日本考察

▲王大珩(左八)、薛鳴球(左六)等在長春光機所與研究生合影

▲薛鳴球在西安光機所


《追光:薛鳴球傳》寫作過程和心得談

■胡曉菁 董佩茹

筆者接下《追光:薛鳴球傳》的寫作任務是在2017年11月,當時在蘇州大學召開了一場“薛鳴球院士學術思想研討會”,來自長春理工大學、長春光機所、西安光機所、蘇州大學、浙江大學、中國光學學會的數十名代表參加了會議。

會議追溯了薛鳴球的學術人生,與會同仁們紛紛講述與薛院士交往的點點滴滴。老同志們的回憶充滿了感情,在他們的講述中,筆者心中想的是:薛鳴球到底是一個什么樣的人?他去世已有四年,為何仍有那么多人真心實意地懷念著他?

會議中,由長春理工大學姜會林院士牽頭、各單位代表提出,寫一部反映薛鳴球學術人生的傳記,并決定向中國科協申請“薛鳴球學術成長資料采集工程”。

2018年,在緊張籌備中,薛鳴球的傳記寫作和資料采集事宜提上了我們的工作日程。在大量的檔案調研和實地走訪后,筆者對薛鳴球的學術人生有了一定的了解,通過許多當事人的講述,薛鳴球的形象在我們心中也漸漸成型。

動筆之前,筆者希望寫出來的薛鳴球生動豐滿,在筆者心目中,他既是一位溫厚和藹的長者,又是一名不忘初心、堅守信念的科學家。他的人生,設定在中國光學事業從無到有、從弱到強的大框架中;他的人生,也定格在“兩彈一星”背后無數的科研工作者中;他的人生,更見證了我國科學事業新時代欣欣向榮的春天。

經歷了一年多的緊張寫作,《追光:薛鳴球傳》終于成型。在經過各單位傳閱,多位院士、專家的審稿后,筆者接受了修改意見。又經過數月修改,經由出版社三審三校,書稿終于付梓,與讀者見面。

薛鳴球,這位終身追求光之事業的人,為我國光學事業立下了汗馬功勞。希望讀者在了解科學家學術成長經歷、感悟科學家精神的同時,也能從側面了解我國的光學發展史。

(作者單位分別為中國科學院大學、中國科學院長春光學精密機械與物理研究所)

《中國科學報》 (2020-11-12 第8版 印刻)

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