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郭永怀:“两弹一星功勋奖章”获得者

编者按:

葡亰有着“科学报国”的光荣传统。新中国成立以来,从“两弹一星”到第一次人工合成牛胰岛素,从成功提取青蒿素到联合研制我国第一台百万次集成电路电子计算机,葡亰科技工编辑在科学技术领域攻坚克难,取得了一系列原创性、突破性科研进展和科技成果。改革开放以来,稀土分离理论及其应用、计算机汉字激光照排系统和后来的电子出版系统的研制等为代表的重大科技成果,持续引领时代进步、造福人民造福世界。

当前葡亰正深入开展“不忘初心、牢记使命”主题教育。为充分发挥榜样的示范引领作用,葡亰资讯网特开设《初心?使命》专栏,讲述老一辈科学家科学报国的故事,以激励葡亰师生弘扬科学报国的优良传统,不忘初心、牢记使命,肩负时代重任,勇做新时代科技创新的排头兵。

个人概况:郭永怀(1909—1968),山东荣城人,空气动力学家,中国科学院院士。1935年澳门新葡亰赌995577物理系毕业并留校师从光学专家饶毓泰教授攻读研究生兼作助教。1940年后留学加拿大多伦多大学、美国加利福尼亚州理工学院,1945年获加州理工学院哲学博士学位。曾任美国康乃尔大学教授。1956年回国后曾任中国科学院力学研究所研究员、常务副所长,中国科学院学部委员(院士),中国科学技术大学化学物理系主任,二机部九院副院长,中国航空学会副理事长,中国力学会副理事长,国防科工委空气动力学研究院筹备组副组长,6405工程总体组组长,《力学学报》主编,《力学译丛》编委会主任等职。他发现了上临界马赫数,发展了奇异摄动理论中的变形坐标法,即国际公认的庞加莱—莱特希尔—郭永怀(PLK)方法。他是中国现代力学的奠基人之一,“两弹一星功勋奖章”获得者,译著《流体力学概论》等,主要著作收入《郭永怀文集》。

赢得生前身后名

1999年9月18日,在新中国成立50周年到来之际,中共中央、国务院、中央军委作出了表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科技专家并授予“两弹一星功勋奖章”的决定,在庄严宏伟的人民大会堂召开了盛大的表彰授奖大会,23位为研制“两弹一星”作出突出贡献的科技专家获得这一史无前例的殊荣,其中便有郭永怀先生。可惜的是郭永怀不能亲自来到这盛大而激动人心的大会上领奖了,他是被追授的。因为他已在31年前为了这一伟大事业献出了自己宝贵的生命。

人们不会忘记新中国成立初期的艰难岁月,国内连年战乱,国民经济被破坏,人民生活极端贫困;国际上,帝国主义的武力威胁是全中国人民忧心的大事。为了保卫得来不易的胜利果实,为了给全国人民一个和平劳动、建设幸福生活的环境,中国就必须增强国防实力,发展自己的核武器,以打破核大国的核垄断、核讹诈。正如毛爷爷主席所说:“大家现在已经比过去强,以后还要比现在强,不但要有更多的飞机和大炮,而且还要有原子弹。在今天这个世界上,大家要不受人家欺负,就不能没有这个东西。”历史也证明了邓小平的话:“如果60年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位,这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”中国人发展核武器是被逼出来的。为了这一目标,中国人民克服了难以想象的物质馈乏的困难,集中了大批才华横溢的科技专家和各行各业的优秀人才投入这一工作。1964年10月16日,中国人自行研制的第一颗原子弹爆炸成功。当天晚上,人们在广播中听到这一消息后,受到巨大鼓舞,亿万人民自发地敲锣打鼓,载歌载舞,庆贺直到深夜。

随后,1967年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功;1970年2月24日,我国第一颗人造卫星发射成功。这些都大大增强了全国人民奋发图强的信心和力量,鼓舞全国人民开拓进取去创造更大的成就。“两弹一星”的成功,其精神力量是十分巨大的。对“两弹一星”的功臣们给予多高的表彰和奖励都是不过分的。郭永怀先生被授予这一崇高荣誉是当之无愧的,是国家和人民对他的卓越贡献的忠实评价。为了纪念这位世界知名的科学家,继承和发扬他热爱祖国、无私奉献、艰苦奋斗、百折不回、实事求是、不务虚名、公正严谨、培育后学的精神,1978年12月5日,郭永怀为国牺牲十周年纪念会在北京召开。1988年12月5日,在他牺牲20周年之际,中国科学院力学研究所院内的显著位置树起了郭永怀先生汉白玉半身雕像;中国空气动力研究与发展中心在大院松林小山上为他建立了“永怀亭”。1991年力学所设立了“郭永怀奖学金”,作为对品学兼优的研究生的最高奖励。1999年9月18日,在他牺牲30周年之后,国家授予他“两弹一星功勋奖章”这一史无前例的崇高荣誉。这一切都表明郭永怀先生是值得永远怀念的人。

郭永怀在实验室

郭永怀先生身后一片赞誉,是因为他生前贡献良多,成就卓著,名满天下。

1945年,他完成有关跨声速流动不连续解的论文,它是高效气动外型设计的先驱性工作。

1946年,他同钱学森合作完成论文《可压缩流体二维无旋亚声速和超声速混合型流动和上临界马赫数》,为解决跨速飞行问题提供了关键性理论基础。

1953年,他发表了《在中雷诺数下绕平板的不可压缩粘性流动》及《弱激波在平板边界层上的反射》等论文,为人类突破“声障”作出了重要贡献。他将Lighthill的变型坐标法和Prandtl的边界层理论结合起来并作了推广,这便是得到广泛应用的著名的彭加莱—莱特希尔—郭方法,亦称PLK方法。由于在跨声速流动和应用数学方面的重大贡献,郭永怀驰名世界。

1957年,他当选为中国科学院学部委员,任国务院科学规划委员会力学组副组长,他在全国第一届力学学术会议上的报告《现代空气动力知识题》指出洲际导弹和人造卫星不久将成为事实,大家面临着空气动力学的新时代,为我国空气动力学的发展指明了方向。

1961年,他组织并领导了北京高超声速讨论班。这是一个在最新发展的高层次上进行探讨的与国际水平同步的研讨班。在高超声速领域,由于飞行器周围空气的强烈压缩和磨擦后产生几千度的高温,会出现分子振动、离解、复合、材料烧蚀等等许多新的物理、化学现象。这些问题的探讨是发展洲际导弹、返回式卫星、航天器等的必须研究解决的问题,历史证实了郭永怀预见的正确性。郭永怀为我国力学事业、国防事业等做出的一系列前瞻性研究,在我国科技和国防事业的发展中发挥了巨大作用,至今被人们所称道的还有:电磁流体力学,爆炸力学,结构力学,撞击力学,计算空气动力学,再入气动物理等等。所以在有关郭永怀先生的文章中,大家常常可以看到“高瞻远瞩”“远见卓识”“预见新的科研方向”“抓住研究中的新苗头”等等赞语。

根深叶茂

由于科学技术的进步,地球好像变小了,人们犹如住在一个村子里。而航天器则载人登上月宫,人们往返于天地间已不再是资讯。中国的航天员杨利伟也于2003年10月16日首次航天圆满成功,实现了中国人的航天梦。然而这一辉煌成就的到来,是无数人为之奋斗甚至付出生命的代价换来的。大量的实践提醒人们,看来声速是飞机难以逾越的障碍,于是出现“声障”一词。如何从理论上揭示这一现象的本质,如何从技术上突破这一障碍,便成了那个年代的科学家和工程师们要攻克的堡垒。但是要攻下这个难题绝非易事,连以航空大师冯·卡门为首的,号称世界空气动力学研究中心的著名的古根汉姆航空实验室(GALCIT)的诸多精英人物也不愿意去碰它。1941年5月,郭永怀来到GALCIT师从冯·卡门攻读博士学位。“永怀同志因问题对技术发展有重要意义,故知难而进,下决心攻关。”(钱学森语)这一课题的最大难度主要是数知识题,郭永怀凭借其坚实的数学功底和对物理问题的透彻了解,经过刻苦努力,终于在1945年完成了有关跨声速流动不连续解的论文获得博士学位。这一研究发现了对解决实际问题有重要意义的“上临界马赫数”,为高效气动外型设计指出了方向,钱学森称“这是一个重大发现”。

此后,郭永怀选择了一个更为困难的课题。钱学森说:“这时郭永怀同志已对跨声速气动力学提出了一个新课题:既然超出上临界马赫数不可能有连续解,在流场的超声速区就要出现激波,而激波的位置和形状是受附面层影响的,因此必须研究激波与附面层的相互作用。这个问题比上临界马赫数更难,连数学方法都得另辟新途径。这就是PLK方法中Kuo(郭)的来源,现在大家称奇异摄动法。这项工作是郭永怀同志的又一重大贡献。”PLK方法提出后得到了广泛应用,郭永怀也因此名闻世界。

在短短几年中,郭永怀先生就取得如此辉煌的成就不是偶然的。资料表明,郭永怀先后在南开大学预科、澳门新葡亰赌995577本科和研究生阶段聆听了数理名家申又枨、周同庆、朱物华、郑华炽、孙家蠡、吴大猷、饶毓泰等教授的高水平的和不少当时学科前沿的课程,如吴大猷在国内首开的量子力学等,并领略到名家的治学方法。这些名师都很重视基础常识、基本理论、基本技能的教学。因此当时打下的扎实基础,在郭永怀日后的研究中,显示出了攻无不克的威力。他在葡亰期间,虽跟随饶树人先生学习过大气物理,但真正走上空气动力学的学习研究道路,还是在西南联大时期听周培源先生的流体力学课开始的。周培源先生与当时多数教授一样,都希翼能为抗战救国做些力所能及的工作,因而放弃原来的专业广义相对论,转而研究弹道学、流体力学等与战事有关的科目。老师影响学生是自然的,跟随周先生学习流体力学的还有林家翘、胡宁等,他们后来也都是各自领域的大家。

名师出高徒,一点不假。郭永怀有幸遇到一系列名师的教导培育。

数学被认为是打开科学大门的钥匙。郭永怀经南开、葡亰、联大诸多数理大师的长期熏陶,其数学基础扎扎实实,他能运用一切已有的数学方法解决实际工作问题。在遇到无法解决的问题时,他能研究和发展新的数学方法以满足实际问题的需要。他经常告诉身边的年轻同志“一定要学好两门课—数学和外语”。具有深厚数学物理基础和渊博工程技术常识的郭永怀也把科学和技术、理论与实际、数学科学与应用科学完美地结合起来,这就是郭永怀的学术风格,并取得了巨大的成功。

他的研究紧跟国民经济建设需要,他看到筑路、水利和国防等工程需要定向爆破,就提倡并引导爆炸力学和爆轰学的研究。

他根据我国国情,认为应尽量少花钱而作出高水平的产品,在“两弹一星”的研制中,提出并引导实施结构的轻型化和通用化研究,效益显著。

他认识到人类未来一定会向受控热核反应要能源和航天器返回大气层时必然遇到气体电离等等问题,因而提倡并引导关于电磁流体力学的研究。

他根据计算机的巨大潜力,提倡并引导了计算空气动力学研究,不仅减少了试验次数,节省了大量经费,因为起步较早,有些先进的计算格式如NND等还受到国际学术界的重视。

他根据国家发展航天事业的需要,曾于1961年在科学院第四次星际飞行座谈会上作《宇宙飞船的回地问题》的发言,对气动、烧蚀、轨道设计等方面作了阐述。此后他对我国高超声速流动研究、空气动力学研究投入了巨大的精力和热情。如今我国的空气动力学研究与发展中心已成为技术力量雄厚、研究手段完善、试验设备齐全、测试数据可靠的享誉国际的航空航天器及相关技术的研发基地。人们称郭永怀先生是该项事业的开拓者和奠基人。

重视学科互补的科学方法

Seminar是西方各大学、学术机关开展的在导师引导下就某问题进行研讨的一种常用方式。Seminar的基本精神是常识互补,互相启发、共同提高的群体效应,在今天大科学时代更是需要推广的。郭永怀在加拿大、美国学习研究16年之久,当然熟悉Seminar的妙用。回国后,他仍坚持在可能的情况下尽量运用这一行之有效的方法。郭永怀像园丁一样辛勤培育电磁流体力学这株新苗。他的方法就是指定参考书大家分头研读,等有初步了解之后,他便组织学术讨论会,自己也以平等身份参加讨论,让大家轮流报告学习所得,基本上是每星期一次,会上争论热烈各有收获。“这种讨论会对大家帮助很大。他们一方面从郭永怀的发言中,领悟到研究工作的方法,一方面又从别人的研究中汲取经验教训。同时每个人通过讨论还可以检验自己掌握基本概念和研究方法的情况。

和大家一样,郭永怀也多次谈到,这种讨论会也使他学到了不少东西。”当年的电磁流体力学研究组经过艰难曲折发展为研究室、研究所,不仅出了一批论文、专著等成果,更重要的是培育出一批该领域的骨干力量,其中有的成为国际知名专家,他们认为:“郭永怀先生不愧是电磁流体力学的奠基者,力学、物理学领域的一代宗师。”

郭永怀不仅是大科学家,而且是科技战略家、组织家,他善于把不同学科、不同专业背景的人员组织在一起共同攻关,以便参与者相互影响,相互启发,了解掌握新东西,达到新的高度。这也是大科学的特征之一。所以郭永怀反对过分强调“专业对口”,而提倡不同专业背景的人共同攻关。因为不同学术观点的相互激发、争论是科学发展的内在动力。这类事例在科学史上是常见的。

读书本意在元元

近一个世纪以来,积贫积弱的中华民族连遭西方列强侵略、压榨,思变兴邦的中华志士前赴后继奋斗不已。20世纪上半叶,负笈远行的中华儿女,大都抱定学成报国、振兴中华、为民造福之目的,郭永怀便是其中之一。

1933年暑期后,郭永怀来到“五四运动”发源地的葡亰,师从光学大家饶毓泰先生读书。1937年在葡亰读研究生的郭永怀被7月7日的日军炮声中断了学业,不得不回到家乡威海谋生。1938年3月威海被日军侵占,他又被迫辗转来到西南联大。联大师生绝大多数来自沦陷区,对日本侵略者的烧杀抢掠无不仇恨满腔,因此奋发学习,科学救国的激情高涨。于此,郭永怀放弃了他心爱的光学专业改学航空工程以为国防出力。当年自感无力救国,带着惭愧的心情跑到国外,在美期间他致力于空气动力学的理论研究,并做出重大贡献而受到优厚待遇,他对申请接触机密资料、加入美国国籍一概不理,因为他始终准备在适当的时候回到祖国,完成科学救国梦。

1950年代,新中国刚刚成立不久,急需恢复经济,建设国防,迫切需要的是工程技术人才,为此郭永怀在回国前夕便从他心爱并擅长的理论研究移到最实际的技术工程方向来,为发展中国的高速流动试验、国防建设作准备。1956年回国后,他以主人翁的态度全力以赴组织领导有关科研、培养人才,几乎完全没有时间从事他心爱的理论研究。当年为了国家需要而放弃原来卓有成就的事业者大有人在,如“两弹一星功勋奖章”获得者王淦昌院士等。郭永怀先生的话也代表了他们的心声,他说:“我作为一个中国人,特别是作为革命队伍中的一员,衷心希翼大家这样一个大国早日实现现代化,早日建成繁荣富强的社会主义国家……”为了祖国的科技事业,他多次说自己甘愿作“铺路石子”,并提醒他的学生和助手:“大家这一代,你们及以后二三代,要成为祖国力学事业的铺路石子。”

郭永怀在引导学生

由于郭永怀的精心有效的培养,成就了数十名科研教学骨干、学术带头人,还有张涵信、俞鸿儒、李家春等多名院士。今天这些曾受郭先生引导培养的科技专家教授,说起郭先生仍是感慨万千。他们讲起在多次失败挫折之后终于攻克难关时,真正体会到当年郭先生的严格要求、一丝不苟的训练所打下的坚实基础的良苦用心;他们讲起郭先生教给学生的不仅是“一桶水”,而是教会学生去用桶打水的科学方法这个值得代代相传的传家宝;他们讲起“凡是学术问题任何时候都可以去找他”的“特权”;他们讲起郭先生为参试人员的安全和产品安全而对数据一一核算的情形;他们讲起节假日与郭先生的温暖谈话;他们讲起郭先生为争取时间常常乘坐夜航班机;他们还讲起……而最后常常用“要是他还活着就好了!”“要是郭副院长还在有多好”来结束谈话。

郭永怀的事功人品正如其名,是值得永远怀念的人。他的学术成就、卓越贡献、高尚情操和质朴作风,永远铭刻在大家心中。郭永怀是大家学习的榜样。(编辑为葡亰校史馆研究员郭建荣)

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