人物报道 钱学森

 

“自杀俱乐部”的故事
文/戴世强
钱学森(1911—2009),应用力学、工程控制论、系统工程科学家。1939年获美国加利福尼亚理工学院航空与数学博士学位。1957年被选聘为中国科学院学部委员(院士)。1994年被选聘为中国工程院院士。在应用力学、工程控制论、系统工程等多领域取得出色研究成果,为中国航天事业的创建与发展做出了卓越贡献。 1956年获中国科学院自然科学奖一等奖,1986年获国家科技进步奖特等奖,1991年被授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号,1999年被授予“两弹一星”功勋奖章。
如果我告诉你,钱学森先生在加利福尼亚理工学院的时候,加入过一个“自杀俱乐部”,你信吗?这是载入钱学森先生的导师——美国科学家冯·卡门自传的铁板钉钉的史实。且听我慢慢道来。

创建“自杀俱乐部”的“三剑客”
1936年的一天,三个可怜兮兮的年轻人走进了冯·卡门在加利福尼亚理工学院的办公室,眼睛里流露着期待。为首的是航空系的二年级博士生马林纳,紧跟的是自学成才的年轻化学家帕森斯和火箭发动机迷福曼。他们向冯·卡门提出请求:支持他们研制探空火箭。
传说1000年前,中国人就发明了火箭燃烧弹;500年前,一个名叫万户的人为试乘自制的火箭飞行器而丧生。但在20世纪30年代,火箭对大多数人来说还是虚无缥缈的东西,因此,这三位年轻人向加利福尼亚理工学院的多位教授求助时碰了几鼻子灰。由于冯·卡门在学校里素以标新立异闻名,加上他还是一位“好好先生”,于是他们慕名而来。
冯·卡门听后眼睛一亮,因为他对火箭研究的历史和现状了如指掌,知道已有苏、美、德的先驱者在进行相关研究。他向马林纳等询问了研究计划,得知他们希望研制能推进到30~80千米高空的液体燃料火箭和固体燃料火箭。
头脑灵活的冯·卡门想,倘若让火箭带上探测仪器,就可以获取外层空间边缘的宇宙射线等信息和高空气象信息,这可是先驱性的工作啊!因此,他立即表态,认为值得一试,并痛快地答应三个小伙子在业余时间使用他主持的古根海姆空气动力学实验室的设施,还同意他们若有需要可给予指导。
“三剑客”欣喜若狂,更令马林纳喜出望外的是,冯·卡门还同意指导他做关于火箭的推进及飞行特性的博士论文。
1937年春天,又有两位年轻人加入他们的队伍,一位叫史密斯,另一位就是冯·卡门的博士生钱学森。按冯·卡门的说法:“仿佛命中注定这两个人要对火箭技术起关键作用。”这个火箭研究小组的成员就此增加到5人。
从此,加利福尼亚理工学院就成了美国第一所正式研究火箭的大学。

第一笔赞助:1000美元
万事开头难。火箭研究缺乏经费,马林纳等人就成了“捡破烂”的,专从实验室的废料堆里找宝,有的特殊器件就自己掏腰包去买。他们也向富商们拉过赞助,一直徒劳无功。
1937年,火箭研究小组获得第一笔资助1000美元,来自一位名叫阿诺德的学生,他坚信火箭研究有发展前途,要求成为他们的摄影师。不知何故,他后来离开了,过了好多年冯·卡门才知道他成了内华达大学的校董,1961年辞世。

“自杀俱乐部”名称的由来
火箭研究小组真刀真枪地干起来了。液体燃料火箭、固体燃料火箭都搞,先在实验室里小试,用氧和酒精、无烟火药做推进剂。半年下来的成果使冯·卡门确信,实验有可能成功。可是,研制出来的推进剂的威力出乎他们的意料,爆炸、燃烧等事故频频发生,他们不得不搬到户外,找个空旷的小场地。
然而,事故继续发生:接连出现两次爆炸。第二次爆炸威力巨大,炸飞了一个零件,直飞马林纳经常站立的位置。幸好那时他被冯·卡门叫去办事,正端坐在冯·卡门的家里;要是站在那个位置,早就“一命呜呼”,成了为火箭研究献身的“烈士”了。那块空地离航空系大楼不远,学生们被爆炸声吓坏了,就挖苦说,火箭研究小组是“自杀俱乐部”。
十几年前,我到了加利福尼亚理工学院,那时已读过冯·卡门自传,知道这一逸事,就在大楼周围寻寻觅觅,终于发现那个著名的“遗迹”,上面竖立着一块小小的牌子,记载着马林纳等人在那个地方试验火箭的事迹。我还在那里凭吊了好一会儿。
冯·卡门一看这样下去不行,就建议他们把火箭试验场搬到远离校园之处。几经周折,在帕萨迪纳西郊名为阿诺约塞科的地方建立了火箭试验场。这也就是后来著名的喷气推进实验室(JPL)的所在地,我也到那里探访过。

理论实际结合,终获成功
冯·卡门及时地指出,由于火箭研究缺乏现成的资料,必须把试凑法与分析法结合起来。钱学森成了分析研究的主力军。
他们加紧内查外调,走访了当年美国的火箭发明家戈达德,但他只让年轻人看了发射塔和试验台,没带他们看火箭发动机。于是,钱学森和马林纳等对火箭发动机的热力学性能、探空火箭的飞行力学等问题进行了细致研究,通过发射自制的小火箭验证了理论结果;并用新材料改进了发动机燃烧室的衬壁,预测并验证了火箭飞行轨道。经过计算和调控,他们的火箭不再爆炸或乱窜了。他们的学术论文在美国航空学会的会刊上发表。
在《钱学森手稿》中摘编了钱学森关于火箭喷气推进和飞行力学的手稿7种。其中第一种是他刚加入“自杀俱乐部”时写的调研报告,汇编了戈达德的早期工作和其他重要资料。在《钱学森文集》里收录了关于火箭动力学方面的6篇论文,多半完成于他在“自杀俱乐部”的那个时段。
在先进理论的指导下,他们的火箭研制大获成功。冯·卡门又及时地争取到军方的支持,美国陆军航空兵司令阿诺德将军独具慧眼,资助了该项研究,首笔经费是1万美元,在当时是一个不小的数目。
后来,经马林纳提议,冯·卡门利用他们研制火箭喷气发动机的知识和经验,创办了航空喷气公司,实现了现在国内常说的“产学研”结合。
20世纪40年代开始,在冯·卡门的率领和多方支持下,美国的火箭事业真正开始腾飞了,其中5人火箭研究小组功不可没。20世纪50年代,钱学森回到中国,成为“中国航天之父”。
(本文作者戴世强为上海大学教授)
钱学森杯茶解难题
文/戴世强
幼时我读《三国演义》,看到“关云长温酒斩华雄”那段,对关公不禁佩服之至。这里讲一个“钱学森杯茶解难题”的故事,是我亲耳听钱先生讲述的。
1963年春天,中国科学院力学所开全所大会,听钱学森所长讲话,主要谈治学和科研。说起用力学解决实际问题时,他给大家讲了一件发生在讲话前不久的事情。
那时,我国帮助越南建造一个发电厂,制造了一个大锅炉,谁知在试运行时碰到了障碍。锅炉里的水沸腾的时候,炉体剧烈振动,声音很响。援越工程师们想了种种措施进行改进,但锅炉运行起来,依然振动、噪声强烈。他们听说中国科学院力学所有振动专家,就专门跑来求教,希望尽早帮他们解决难题。
正好那时所里有一位刚从海外归来的年轻学者,专学振动分析,所领导就让他解决这个问题。这位学者拿着锅炉图纸,反复审视锅炉的结构,关起门来进行结构振动分析,琢磨了10天仍然束手无策,把回京汇报的工程师急得像热锅上的蚂蚁。万般无奈之下,他们只好向钱学森所长求援。
钱先生把工程师们请到他的办公室,听他们讲述锅炉振动时的详细情况。钱先生不时发问,仔细了解炉内的水沸腾的状况和振动的周期及频率。也就喝一杯茶的功夫,问题就有了答案。
钱先生说,这是流-固耦合运动激发的共振。沸腾的水产生的振动,其频率正好与炉体结构的固有频率相同,必定诱发共振。他还马上开出“药方”——对锅炉的上部结构稍加改变,同时适当加厚锅炉的衬壁,问题就会迎刃而解。工程师们赶紧回去试验,锅炉改装后,振动销声匿迹。
讲完这个实例,钱先生告诉大家:解决工程实际问题就是要学会机敏地抓住问题的要害;要做到这样,就要有知识的积累和开阔的思路。
事情过去了几十年,钱学森先生讲的这一事例我始终未曾忘怀。“钱学森杯茶解难题”的小故事可以给我们不少启迪。

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