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用大弹弓“弹”出雷达数据:中国雷达之父毛二可
2024-11-10 17:29

北京理工大学的校园内,每天清晨人准能看到一个穿着朴素的健硕老者,骑着一辆自行车,一边哼着曲子一边悠哉游哉地骑行在校园里。看到人的们都主动让路,面目中流露出庄重的敬仰之色:看,毛院士上班啦!

用大弹弓“弹”出雷达数据:中国雷达之父毛二可

骑自行车上班,是毛二可的爱好,也是几十年坚持下来的一个习惯。现在的年轻人都开车,开车有什么好,有尾气,还有噪音,还是自行车好啊,低碳环保还节能。平常与人唠家常,每当有人提议让毛二可坐车上下班,毕竟年龄大了,骑自行车太辛苦,他总是微笑:

我精神头好着呐,不信,你找个小伙子,跟我比比骑车!

人们其实敬重的不仅是他骑车上下班,而是他坚持、自律、健康和积极的人生态度——要知道,他八十多奔九十的人了,而且,那可是中国雷达事业的开拓者,堂堂的院士啊。什么叫真正的精神富翁,什么叫“非物质高贵”?来,看看毛二可,你就知道了。

1.大学生的毕业设计填补国内空白

1954年,北京工业学院雷达系的毕业设计选题中,有一个比较高难度的选题是由苏联专家库里科夫斯基指定的:做一套完整的电视收发系统。要知道,那时候,中国国内只在专业部门内部有供学习用的黑白电视机,全部依赖进口,真正进入实用阶段的完整意义上的电视机及其收发系统,还没有。

全套的电视收发系统可粗分为四部分,摄像机,将影像转换成视频信号,发射器,将视频信号以电磁信号的方式发射出去,接收器,将电磁信号再转换成视频信号,显示器,把视频信号还原成图像。整套系统庞大而复杂,在国内是连很多六七十岁的老专家都不敢尝试的课题。

很多学生都回避了这个选题,毛二可却来劲了:不挑个硬骨头啃,大学这几年到底学了个啥,不是连自己都不知道吗?同学们开始泼冷水:国内现在根本就没有电视信号,也没有完整的发射系统,研制电视系统的零件只能从国外购买或自行制造,你一个学生怎么弄?退一万步讲,即便搞成了,没信号,怎么验证?

“犟驴”毛二可的脾气上来了。

与几个志同道合的同学干脆把自己关在了实验室,系里还派出两位老师协同,电磁线圈都自己动手绕线,电路板更是人手一把电烙铁亲自焊。难题一个接一个,第一个就是,横纵信号不同步,勉强显示出来的影像歪歪扭扭。毛二可灵机一动,从两年前在南京实习时参观美国炮瞄雷达时手抄的资料中找出了一套相位识别过滤的电路图,经过改进,实现了视频信号的横纵同步。

学校对课题组也大力支持,特地从东欧买来所需的电子管和黑白电视机供项目组使用,大半年的时间里,光图纸就画了几千张,外协工厂也大力支持,最短的时间制作出零件成品。接下来,另一个难题来了:电视系统要发射无线信号,必须向国家申请专用频道。

鉴于小伙子们干得有声有色有模有样,又肯吃苦,毅力坚定,校长魏思文当即决定由学校出面向邮电部提交申请。1956年4月6日,邮电部的红头批文拿到了手:同意北京工业学院设立实验专用无线电台,发射频率为49.75兆赫,这个数字从此成为“中国电视第一频道”,并永久落户现如今的北京理工大学。

整整一年时间,以毛二可为首的课题组在苏联专家和学校老师的共同努力下,终于完成了毕业设计课题的全部要求,经测试,发射系统是成功的,完全实现了电视收发系统的四大环节并成功实现了动态影像显示。受限于当时的设备实验条件,以及课题组成员的理论和技术水平,显示图像质量并不尽如人意,严格说来,这只是一台“原理性样机”,还远远不能达成普及实用,但从理论和技术层面,课题组完成了“国内大学最顶尖的毕业设计”的同时,也建成了新中国第一个真正意义上的电视发射系统,最让人惊叹的是,如此复杂得让专家们都望而却步的系统完全由只读了几年大学的本科学生自行设计制作,而其中的领头人物毛二可,从机械专业转到雷达专业才仅仅一年时间。

这一项目的成功,相对于当时国内的电信系统和无线电学术界来说,如果用“里程碑”一词显得过分,但是用“分水岭”和“填补空白”还是恰如其分的,没有这套完全由学生发明的系统,电视走进千万家这一普世目标,还不知道要过多久才能真正实现。

该系统在接受国内顶尖大学和专家的参观学习和认可之后,求才若渴的校长魏思文一拍桌子:不能放他走,留校!

2.时不时弄出个世界第一

毛二可能考入中国当时第一所国防工业大学,完全得益于乃父的言传身教。

父亲毛韶青是内蒙古赤峰市人,在素有“天津南开,保定育德”之称的育德中学毕业后顺利出洋八年主攻机械,是当时国内极稀少的有海外留学经历的高级技术人才。回国后参与了中国第一辆汽车的研发工作,民生牌汽车量产之后,毛韶青高兴劲还没过,九一八事迹爆发了,一家人辗转流离到天津,在清华大学机械工程系任讲师,在抗日战争中一家人随着战事不断搬迁,最终在重庆扎下根来,毛家的四个孩子也先后出生。

毛二可这名字“很东北”,说起来也是父亲的主意。毛韶青崇拜有“老毛奇”之称的德国将军的赫尔穆特・卡尔・毛奇,这位传奇的将军贵族出身,家道中落后入伍征战,一生中赢得过三次王朝战争的胜利,是著名的常胜将军,实现了德意志民族历史上的首次大统一,由此被尊为德意志帝国开国三元勋之一。

日本侵略时期的流离颠沛中,毛韶青亲眼目睹也亲身经历了国土蹂躏民不聊生的屈辱,作为一名有着开阔眼界的留洋知识分子,他希望自己的子女能像毛奇将军那样,在实现国家统一和民族复兴的事业中发光发热,在孩子出生时,干脆取“毛奇”将军的名字,把“奇”字拆作“大可”给了长子,从此,每出生一个孩子,这个数字便加一,毛二可当然就是次子了。毛家孩子受父亲影响甚大,无论名字还是学业方向,救国之心都体现了父亲的专长和爱好。

一没有国外技术支持,二没有实操经验,雷达做为当时世界上最高尖端的精密设备,其难度可想而知。留校当年,雷达系从仪器制造系独立出来,并开始组建雷达专业实验室,毛二可捧着厚厚一本天线架设说明书,楞是搭积木一样凭着这近千页的说明资料完成了雷达天线的架设;国内没有雷达专业教材,毛二可就自己编制,一切从零开始。到了1963年,在美苏军备竞赛愈演愈烈的国际大背景和中国核武器即将取得最终突破的大前提下,国家下决心研发自己的防御盾牌,以打破美苏等国的核论诈,为此,国防科工委对反弹道导弹系统立项,称为“640工程”,与南京14所共同研制中国的相阵控雷达,除了南京14所外,北京工业学院的雷达实验室成员也参与进来。

这是一个可以说全新的课题。以往我们勉强能生产普通的传统雷达,而现在是要开发世界上最先进的相阵控雷达,要知道,科研力量和技术水平世界第一的美国,相阵控雷达项目从1937年就开始了,直到1958年才只有两台进入实用阶段的相阵控雷达样机,而中苏关系破裂之后,仅有的一点点相关资料也被苏联专家带走,中国人对于相阵控雷达的原理都还搞不清,什么叫“相阵控”都不明白。

没想到北京工业学院率先拿出了两份报告,最终确立了该项目的具体原理和阶段性实施办法,并与14所共同确立了中国相阵控雷达的设计方案。

1969年,毛二可针对项目中的相位测试难点攻关的论文发表,为该项目攻克了最大的一个难题,中国第一部自主设计完成的相阵控雷达7010雷达1972年开始铺设,1976年完成调试,1978年投入使用,使中国成为世界上除美苏外第三个掌握相阵控雷达技术的国家,中国终于有了真正属于自己的“先敌发现、先敌打击、先敌摧毁、先敌制胜”的国防千里眼。

在随后的雷达部件由电子管全面转向晶体管的“大换血”中,在雷达捕捉动目标的“小806雷达”动目标显示技术创新中,毛二可都多次解决关键问题,使得原来只能打击静止目标的地面火炮开始有了对移动目标精确打击的能力。这期间他钻到雷达下边刷油漆的活干过,被上千伏电压打得血肉模糊有过,但这一切都不在话下,让他欣慰的是,“小806雷达”已经可以自动过滤金属箔条的干扰,在其中发现动目标并成功捕捉——普通雷达照射下,如果飞机投放干扰箔条,雷达上就会被箔条的信号干扰而失去飞机踪影,但是在“小806雷达”的显示屏上,系统可以自动将箔条的干扰去除掉,只剩下一架被雷达照射的飞机,纤毫毕现!

此套系统被称做是我国动目标显示技术的里程碑。该项技术后来被应用到预警机上,并获得1978年全国科学大会奖。

“小806雷达”技术已经接近国际水平,但还有一个弱项是,动态显示的核心部件熔石英延时线虽然是毛二可为核心研发出来的,但其结构是模拟电路,存在显示延迟,受温度影响稳定性欠佳的缺陷且无法从技术层面上改进,必须另寻出路。

当时的微电脑刚刚起步,美国已经开始用数字信号处理相关雷达信息了,但是微处理器成本太高,在美国也没有普遍使用。毛二可又从柯达公司的资料中剔选出CCD半导体器件,体积小,重量轻,成本低,更主要的是,该元件不是军工管控产品而是民用摄影器材。这意味着,中国可以向美国直接购买。拿到器件后毛二可第一时间改进,并与熔石英延时线相比,性能更出色。毛二可又成了世界上首个将CCD运用于雷达动显技术领域的人。

“时不时弄出个世界第一”,毛二可终于凭借自己的不懈努力,成为中国雷达界动目标体系的中流砥柱。

但是,每一次攻关克难都是一个新的重头开始。晶体管技术方兴未艾,数字化全面来袭。而处于军工科技最前沿的雷达技术领域,谁抢先完成了数字化改造,就意味着谁第一个抢占了科技至高点。这一次他面对的是另一个世界级难题:脱靶量测量。

3.用土制弹弓完成脱靶量测量

脱靶量测量是用来检测导弹偏差和方向并进行数据修正的最关键的技术,是评价导弹精度的控制导弹命中率的关键,在国际上也是公认的难题。

1989年,海军方面提出急需一种可以安装在靶船或靶机上,能快速测量脱靶量的电子系统,在竞标会上,各科研机构都摩拳擦掌,但是当看到标书中有“精度要超过通用的军用多普勒雷达”后,当时都不吱声了:当时国内掌握的相关技术,没有一个符合要求,而且,这个要求,在世界范围内也没有成功的范例。

还是毛二可扬了扬标书:“我们来吧。”语调不高,却斩钉截铁。

从此,毛二可得了个“二可专家”的绰号:只要国家需要,“这也可,那也可,没条件讲。”

1977年10月,毛二可向空军领导汇报成果

通过一些数据对比就知道当时国内和国际的差距了:1980年代,美国的脱靶量精度误差小于1%,测距精度0.61米,而国内的最先进的设备,精度误达到了15%,测距精度是15-60米之间,小于15米的脱靶量要靠后期数据处理才能得到,换句话说,15米之内,导弹都打偏了,我们还不知道偏到哪里去了。而这种技术资料是军事保密,“连最高级的间谍都拿不到”,接到任务的毛二可团队,连从何处着手进行脱靶量测量的思路都没有,当时手里的资料只有干巴巴的几个数据:“1%,0.61米……”

没二话,干就完了。

用技术手段追导弹,还要同步计算出导弹的误差、偏离速度,时事几千公里的导弹在显示屏幕上几乎是一闪而过的,想追踪和计算,谈何容易?西方人得知中国人要通过数字技术完成脱靶量测量,都感觉不可思议,“你们连什么是数字技术都还门径不通呢,这种脱靶量测量,是等同于从干草堆里找一根针,你们不可能完成!”

从已知和已掌握的方法入手。毛二可确定了科研思路,先是用雷达系统已知的相位法测量法,通过计算不同时间间隔目标的相位坐标来确定,成功研制出测量雷达,在实验室分析问题,修改电路程序,到靶场打实弹,再到海上进行模拟海上战场测试,好多问题都是十几个博士专家一起搞,常常也是几个月下来毫无进展,或者是发现了一种方法,测试失败后再从头开始。又在此基础上发明了“多普勒频率——相位差历程法”,发现效果十分理想。

脱靶量项目从原理论证到实践应用阶段,最主要的修正手段就是不断的大量的实验,但当时国内的条件根本不允许每改一行代码就动用军舰跑到海上打实弹,迫不得已,毛二可想了很多办法,千方百计把实验留在课题组所在的校园里进行。

为测试运动目标的多普勒效果,最初他们用人骑自行车来做靶标,经过测试,自行车的速度太慢,就想到了摩托车,毛二可特批了一笔经经费买来一辆摩托车,食堂还误以为是买给他们买菜用的,结题空欢喜一场。

全所上下无论年长年幼,没几天就都学会了骑摩托当靶子。每到周末,学校的操场空下来了,毛二可总是第一个跨上摩托车当靶子,突突突地很是引人注目。

随着试验精度的不断提高,要求靶子的速度也越来越快,摩托车还是跟不上,与真实情况相关太远。但是一发炮弹几百块钱,又不可能在普通场地试射,必要到专用靶场甚至是海上,课题组根本就掏不出那么多经费。

毛二可想到了弹弓。小时候,哥哥毛大可就是每天放学带着弟弟妹妹跑出去用弹弓打鸟的。

他找来角钢、弹簧,又跑去学校卫生所要来输液用的橡胶软管,自己动手焊了一个大号的弹弓,弹丸就去五金店里买来鸡蛋大小的钢珠,用钢珠代替炮弹进行雷达跟踪测试。

别小瞧这么不起眼的完全没有技术含量的弹弓,简单和复杂其实只在一念之间,但这“一念”才是灵魂。时至今日,仍然有人不相信在研究最高科技水平的雷达的科研单位里,曾经用这么笨的土 办法完成试验。因为钢珠飞行速度快,体积大,平时试验有可能会误伤校园里的行人,毛二可就把试验全安排在节假日。常常是周末或十一元旦春节,整个学校都要放假了,课题组的工作提示板就会多出一行熟悉的字:明日放假,我们不放,操场大弹弓旁边集合。

如此这般之后,连到课题组里帮忙的女学生最后都成了打弹弓的高手。

回忆起这段经历,毛二可总是会心一笑:“设备最后研发成功,大弹弓可谓功不可没。现在,这种设备已在部队批量应用,采购方还把大弹弓作为设备的必备配套设施,列在设备配件清单的标配附件目录中呢。”

除了看似不能再笨的大弹弓试验法,毛二可还大胆的前无古人的又来了一次“一念之间”:脱靶量测量设备大,不适合飞机装备,是因为其计算量大,无法在保证计算量的同时大幅度缩小设备体积,而且直接测量脱靶量技术复杂,设备成本高,制造周期长,对于长期大量装备难度更大。既然直接测量难关太多,可否用间接进行测量的思路尝试一下?这种全新的测量理论,在此之前世界范围内也没有人尝试过。

间接测量的原理太过复杂,我们只需要知道,最终的成品雷达不仅适合舰艇使用,体积小巧到甚至在普通战斗机和靶机上都可以使用。立项八年之后,最终成果的测量精度完全超出预定指标,最大测量范围指标上,英国为30米,美国为30.5米,中国比其高了整整一个数量级;脱靶点测量精度,英国为5%,美国为10%,中国为1.6%;速度测量精度,英国和美国为1%,中国超过英美足足一倍,这一发明成功地解决国防建设中的难题,填补了国家一项科研空白,并于2000年正式批量投入使用。

20岁研发电视接收系统,到29岁带研究生,再到70岁应国家“推进产学研用一体化试验”、“科研成果产业化”要求下海经商,毛二可把一辈子过成了无数个传奇。他带头成立的北京理工雷得电子信息技术有限公司,军工产品,接,民用产品,也接,山体监测、矿山位移、动物迁徙、机场跑道异物检测,但凡与雷达相关的活,全接。2010年公司初创时只有100万投资,纯利润就达400多万元,学校领导窃喜:“学校财务的科研经费同比增长了55%。”公司成立三年产值破亿元,五年上市,理工雷科公司成为技术学科型院校市场转型中第一个吃螃蟹还吃得挺有滋味的人,毛二可,果然是“这也可,那也可”,放在哪,都是人才。

仅在毛二可名下带出的博士生就达几十人,而且每一个都不是只会坐实验室的书虫,而是跟导师一样放在哪里都发光发热的高端人才。

这位中国工程院院士住了二十多年单位发的十二平米的筒子楼,几家人合用一个厨房,学校给他颁发的“第二届懋恂终身成就奖”。获奖后,他将100万元奖金捐给了学校。他说:“我就是一名普通教师,希望这笔奖金能为支持我成长、工作一辈子的地方,培养出更多更好的人才。我只是个普通的科技工作者,只做了本职工作中应该做的那一部分,虽然有点成绩,但是国家却给了这么大的荣誉,自己还是以一颗平常心来对待。希望社会不要对院士过于追捧。一个搞科研的人,只要有一般的生活条件,能安心地做学问,也就满足了。”

他只穿宽松的布衣,学校给他的大办公室他让给学生做试验室,他的学生都已经“按着滴滴滴上下班”了,他还是用他的“千层底儿”,走他的人行道。

但就是这个貌不惊人甚至有些弱不禁风的瘦弱老者不容分说的团队里,却诞生了8位博士生导师、33名教师、300多个硕士博士,6个国家级科技成果奖、仅核心论文就达800多篇,他是这个团队的核心、是羽扇纶巾的“摇扇人”。

4.走,爬山去

毛二可在雷达所干了一辈子,收获最大的除了雷达就是爱情。

老伴熊如眉也是雷达专家。南京人,是在抗战的枪炮声中降生的。父亲做邮电工作,虽然不直接接触无线电,但是对那种凭空传播的看不到摸不着的信号很着迷,她受父亲影响,也对无线电十分感兴趣,1953年被保送到华东第一工业学校(现南京信息职业技术学院)学习无线电,三年后毕业时正巧北京工业学院从该校招聘了十多个人,其中就有熊如眉。也就是在那一年,毛二可毕业留校,就这样,两个人一同被分配到了雷达所。

虽然专业相近,但无线电远没有雷达那么高深,无线电是能发出去能接收就可以了,雷达还要后续复杂的分析和对信息的挑拣。与毛二可在工作上的接触机会更多了,熊如眉发现毛二可业务熟练,对雷达的理解和技术远远高过自己,心生敬佩,碰到不懂的问题就过去请教毛二可,他总是热心地解答。有了师兄相助,熊如眉的技术在同批人里很快冒尖,再加上毛二可在生活上很照顾这个独身在外的小学妹,两个人的关系也逐渐密切起来。

1958年熊如眉做手术住院,毛二可跑前跑后非常热心,下了班就拎着水果去医院去陪护。出院后,彼此之间就更加亲密了。当时国内很重视科研人员的家庭出身问题,毛二可因此受到一些限制,同事都劝熊如眉谨慎选择,毕竟这可是关系到一生的大事。但熊如眉不在乎,毛二可的常识渊博人品好,又懂得体贴,两个人在一起,其他问题就都不是问题。虽然父母也持反对意见,但是架不住熊如眉固执已见,最终也同意了这门亲事。相识六年之后,在1962年春节前两个人领了证,从此几十年相濡以沫。

婚礼很简单,宿舍楼一间12平方米的房间里,除了毛二可的数百本专业书,只能放下一张床,就这样,这12平米他们一住就是好几年。

毛二可金婚

随后的动荡生活中,儿子出生、宿舍被改成办公室,他们被半夜里告之立即搬家,临行时只来得及带上几件换洗衣服,等再回到这12平米时已经是一年之后了,家里连吃饭的碗都没有。后来毛二可母亲病重卧床、妹妹毛四可精神失常不能自理、父亲年迈需要照料,常年跟着毛二可一起生活,但毛二可工作忙,这一切就都交给熊如眉。

毛二可知道妻子辛苦,下了班第一件事肯定是拎着脏衣服去那个公用的洗衣间,那时候没有洗衣机,全是手搓,在宿舍的筒子楼里一住二十多年,几乎每天晚上都能看到毛二可在昏暗的白炽灯下洗衣服,有时半夜下班也不例外,熊如眉担心他太劳累,有几次趁他不在家时偷偷洗了,被他严辞批评。

宿舍楼里4户人家共用一个小厨房,但是煤气罐各家用各家的。家里换煤气罐的任务也是毛二可义不容辞。他自制了一个挂钩,在自己的自行车后面挂着煤气罐骑去几公里外换煤气。煤气罐很重,又挂在自行车的一侧,骑起来歪歪斜斜很是可笑。儿子熊宇红初中之后学会了骑自行车,换煤气的工作就移交给了儿子。

平淡的生活里其实都是由这些琐碎的小幸福累积的,毛二可的生活里没有太多的跌宕。早上,毛二可和所有的父亲一样,把儿子放在自行车上驮去幼儿园,晚上他时常加班,就只能熊如眉接了。所幸两个儿子都健康快乐,毛二可不是书呆子,虽然身材偏瘦,但却十分注重锻炼,更对家人极是用心。他时常带着儿子游泳跑步,周末抽时间带家人到公园玩,孩子喜欢看电视,他就动用自己的雷达技术DIY了一台九寸的黑白电视,儿子想学计算机,他花了好几个月工资买了一台,要知道,那是上世纪八十年代,全中国也没几个人家里有电脑的。后来两个儿子都成了研究生。

国防科工委表彰大会上的毛二可

2015年10月,北京举办文化老人金婚庆典,毛二可夫妇受邀参加,发言的时候,毛二可只说一句“如果说中国雷达事业有我毛二可的贡献的话,我的荣誉里有她的一半。”说这话的时候,他紧紧地搂着老伴。

老骥伏枥,现在的北京理工大学的校园内,人们还是每天都能看耄耋之年的院士,骑着自行车穿行在校园里,而他的学生开着车经过他身边时,都会降低速度默默地跟行一段距离,以示对恩师的敬重。

毛二可在指导学生开展户外实验

整幢办公楼里,毛二可办公室的灯总是第一个亮,最后一个灭——“毛院士总是比我们来得早。”毛二可说,不早不行啊,我现在的年龄,得分秒必争了。

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