屠善澄：與衛星同行

王旭君

西安工業大學

2003年,我國第一艘載人飛船——神舟五號載著中國第一位航天員楊利偉返回地球。當時已經80歲高齡的我國著名自動控制專家、中國工程院院士屠善澄,在北京的一個測控點,觀測神舟五號飛船順利著陸回家。那天,一直喜歡音樂的屠善澄找出了有將近半個世紀歷史的老唱片,在《天鵝湖》的旋律中慶祝自己和無數中國人終于圓了這個期盼已久的飛天夢。

“汪精衛的學校，我不念”

1923年,屠善澄出生在浙江省嘉興市秀洲區新塍鎮,他在這里度過了短暫的少年時光。他的父親曾經考入上海復旦大學,但由于祖父思想保守,導致父親只在復旦感受了半年的大學生活,就被迫中斷學業,從此留下遺憾,也正是因為這段遺憾,讓父親產生了強烈愿望：要讓家里每個孩子都上大學。

1937年,年少的屠善澄還在浙江省立嘉興中學念初二。在那個戰火紛飛的年代,家鄉被日軍攻占,他便跟著家人一起逃難到上海,開始了背井離鄉的動蕩生活和求學生涯?？箲稹S陷、逃難與他的少年時代緊緊聯系在一起,刻上了時代的烙印。

1941年,屠善澄考入國立交通大學（今上海交通大學）電機工程系。在本以為可以大展宏圖,靜心鉆研學術時,戰火又燒到了上海。年底,太平洋戰爭爆發,日軍迅速占領上海。不久,汪偽政府開始接管國立交通大學（上海本部）,“我在上海念書的時候,有一條‘鐵杠’,汪精衛的學校,我堅決不念！”由此可見青年屠善澄對于汪偽政府的強烈不滿和對祖國的一片赤誠。在交大陷落“汪偽”之手后,他毅然選擇從交通大學退學,選擇了當時的私立大同大學（現華東師范大學等院校的前身）。談及當年自己轉學到大同大學時,屠善澄說道：“大同的老師至少百分之七八十是原先交大的老師,他們不愿在汪偽政府的學校教書,便來到大同大學,不少學生也跟著跑到‘大同’?！?942年夏,屠善澄轉入大同大學電機工程系后,考慮就業出路,選擇了電力專業。1946年夏,屠善澄畢業,回到國立交通大學電機工程系做助教,直至1948年赴美國康奈爾大學留學。

屠善澄的兒子屠懷祖在描述父親那段曲折的求學經歷時說道：“父親的童年和少年經歷了抗戰、淪陷和逃難,在當時艱苦的條件下,父親仍堅持勤奮學習,當時沒有公費留學,他是私費公派。考試前,外祖父曾想幫他寫信給時任國民政府教育部長的朱家驊,讓其推薦一下,但父親不愿意,結果竟考了全國第一。”在動亂的條件下,屠善澄憑著這股子不服輸的韌勁,終于得以在1948年赴美國康奈爾大學學習。在康奈爾,屠善澄仍然選擇了電力系統為主專業,同時,輔修自動控制和應用數學的課程。1949年夏,他在美國尼亞加拉-莫霍克電力公司的電網繼電保護部做暑假工,接觸了電力系統的穩定性問題。從此,他對電力系統和復雜大系統的動力學分析以及它們的控制問題產生濃厚興趣,并將其作為以后的終身專業。憑著對科學鉆研的熱情和不懈的努力,屠善澄順利完成了在康奈爾大學的學業,獲得碩士、博士學位,畢業后任助理教授。

在康奈爾,屠善澄不僅收獲了自己熱愛的事業,同時也收獲了自己的終身伴侶——出生于湖南的湖北姑娘桂湘云,一個書香門第的大家閨秀,也是他留美期間數學系的學妹。屠善澄與妻子桂湘云一起攜手,不僅成了工作中的搭檔,更成為了彼此生活中互相扶持的伴侶。

“沒有什么道理，我一直想回國”

彼時,大洋彼岸新中國成立的消息傳來,屠善澄非常激動,他首先想到的就是要盡早回國。但那時,他們的第一個孩子康果才剛剛出生,要想回國,起碼還得再等一兩年。正在包括屠善澄在內的大批海外留學生期盼著將自身所學貢獻給新中國的建設中時,卻發生了一件事：1951年9月,在檀香山,當21名中國留美學生準備返回祖國時,其中學習理工和醫學的9名留學生被禁止歸國、強迫留美。當時,美國政府不準學理工農醫等技術專業的學生回國為建設社會主義出力。此前,人們就聽說過錢學森在美國被政府扣留,不許他回國的事情。

1955年,被美政府扣留的屠善澄和夫人接到了錢學森輾轉回國的消息,說可以想辦法回國,如有困難,可找大使館。收到消息的第二年,也就是1956年,剛過而立之年的屠善澄放棄了康奈爾大學的高薪,和夫人桂湘云帶著6歲的康果和1歲的懷祖,輾轉回到祖國,帶著滿腔的赤誠和報國的雄心壯志,踏上了闊別八年的故土?！啊畱炎妗馑季褪菓涯钭鎳?。為什么要回國？我一直想回國,沒有什么道理?！碑斖郎瞥伪粏柕疆敃r為什么帶上妻兒,堅定選擇回國時他這樣回答。他的小兒子懷祖在談及此事時也說：“父親總是教導我們說,要把所學的專業知識全部奉獻給祖國。他是這么說的,也一直是這么做的?！?/p>

剛回國時,上海交通大學、武漢大學及華中工學院都邀請屠善澄和夫人去任教。按照屠善澄當時的打算,是準備繼續在高校教書,把執教當成自己一生的事業的。不過,當時正值國家制定《1956-1967年科學技術發展遠景規劃》（簡稱《十二年規劃》）,非常重視科學發展,并確立了計算機、半導體、自動化和無線電四大緊急學科。在這個背景下,中科院成立了自動化研究所。屠善澄回國時,研究所正處于籌備期,由于他學的是自動控制專業,在美學習時的導師也是著名專家,所以,他一回國就進入了組織的視野,國防科工委指名請他去中科院自動化研究所。就這樣,原本打算將教學作為一生事業的屠善澄,進入中科院自動化研究所,并參與了生產過程自動化和計算技術專業兩個籌備組的工作。

在加入自動化研究所之初的兩年,屠善澄參與了電子模擬計算機研制和長江三峽水利樞紐自動化兩個課題,并擔任項目負責人。研制模擬計算機,是屠善澄歸國后做的第一個重要課題。做自動化技術,離開模擬計算機很難進行,但當時,我國計算機水平很低,無法滿足實驗項目的需要,國內又買不到比較好的模擬計算機,如果到蘇聯訂貨,兩三年內是拿不到貨的。時間,對于剛剛成立的新中國來說就是一切?！凹热晃覀冑I不到,那就自己做吧?！?956年9月起,屠善澄帶領科技人員對國產電子管及極化繼電器等元器件做了大量測試、篩選等工作,并在此基礎上先后研制出MZ-2及MZ-4模擬計算機,滿足了我國當時電子模擬計算機的需求,為后來多種電子模擬計算機包括J331型巨型機的研制奠定了技術基礎。

人到中年的重要轉折

1958年,對于國家和屠善澄個人而言,都是極為重要的轉折年。1957年10月,蘇聯發射了第一顆人造衛星,開創了人類征服宇宙的新紀元。之后的1958年5月,在中國共產黨第八次全國代表大會第二次會議上,毛澤東主席提出“我們也要搞自己的人造衛星”,全國掀起衛星熱。隨即,中科院組織科技力量投入衛星研究。當年11月,在中科院自動化研究所工作的屠善澄接受了新任務,那就是研究、探索人造地球衛星的控制問題。

時年35歲的屠善澄拋下以往的專業方向,從一本蘇聯的科普讀物開始,從頭自學衛星控制技術,并開始對人造地球衛星控制系統進行研究。后來,屠善澄編寫了《關于人造地球衛星的控制問題》,提出我國人造地球衛星的控制需采用自旋穩定的方式起步,配合噴氣或磁控作姿態調整,為后來我國發射的人造地球衛星控制系統提供了參考。

當時,全國科學技術學會聯合會要組織各學會去宣傳人造衛星,屠善澄代表中國自動化學會參加全國科聯召開的各學會負責人會議,在會上憑借自己平時的積累,闡釋了他所理解的人造衛星。會議結束時,一位負責同志說：“這位年輕同志講得不錯,大家都能聽明白,就讓他去講吧?！睆淖詫W衛星控制技術開始,屠善澄就與人造衛星相隨大半生。

即使在“文革”之中,屠善澄的研究工作也從未停滯過。憶起那段特殊時期,屠善澄說,1968年到1984年的十幾年間,是他科研生涯中最重要、最具實質性內容的階段。

自1958年起的10年里,中國對人造衛星的態度,由狂熱逐漸恢復理性。經過調整,1968年,我國衛星研制任務終于明確,機構組織初步建立,內外各方面的協作配合基本實現了暢通。也正是從這一年開始,屠善澄投入到我國首次研制的載人飛船——“曙光號”載人飛船控制系統的預先研究工作之中。在他的帶領下,團隊取得了許多重大的技術成果,實現了載人飛船控制系統技術的全面進步。

1970年4月,我國成功發射第一顆人造地球衛星“東方紅一號”。這顆人造衛星的發射,對當時的中國來說,無疑是一個激動人心的消息,給中國人民和廣大科研工作者帶來了莫大的希望。不久,屠善澄承擔了更有挑戰性的科研任務,那就是我國第一顆地球同步靜止軌道衛星——“東方紅二號”試驗通信衛星的控制系統研制工作。

科研的道路總是充滿曲折,“東方紅二號”的研制也充滿坎坷?！皷|方紅二號”是我國第一顆長壽命同步軌道（ 高軌道）通信衛星,其控制系統是衛星的關鍵系統,屠善澄是控制系統主任設計師,負責主持系統的方案選擇、方案設計、控制系統研制及飛行試驗過程。

控制技術,難度很大。經過不斷的試驗,屠善澄首先確定了姿態測定及控制方案,采用在實際飛行中的不同時段利用不同測量數據遞推式擴展的“卡爾曼濾波法”,以確保在短時間內獲得較精確的姿態測定值,使衛星較快地實現機動變軌。消旋軸承是“東方紅二號”衛星上的關鍵部件,屠善澄組織、設計的40套空間潤滑系統,模擬在高真空條件下連續運轉10年以上,準確獲得了軸承的統計數據,使我國在空間潤滑方面的研究順利起步。

在解決“東方紅二號”控制系統重大技術問題過程中,屠善澄帶領技術團隊攻克了一個又一個的難關,起到了不可替代的關鍵作用,尤其是在試驗通信衛星發射后兩度遇到緊急情況之時。

“東方紅一號”總裝現場

1984年1月29日,第一顆“東方紅二號”試驗通信衛星發射。然而,因為運載火箭故障,衛星并未進入到預定軌道。“東方紅二號”是一顆高軌道衛星,發射之后,距離地表應為接近3.6萬公里,但故障使然,星地距離僅有數百公里。不僅如此,衛星姿態測量儀數據出現異常飽和,姿態確定軟件也無法正常工作。

作為控制系統主任設計師,屠善澄立即組織力量編制了專用軟件,向衛星發出指令,抬高了衛星軌道,使衛星遠地點發動機點火。這是我國首次進行“東方紅二號”試驗,并使衛星轉發電視信號成為可能。

在3個月后的4月8日,第二顆“東方紅二號”試驗通信衛星順利完成發射。在大家以為本次發射就要成功時,位于高空的衛星又出現了狀況：因為蓄電池持續對衛星充電,致使星體出現了“過充”發熱。這對于整個科研團隊而言,又是一項前所未有的挑戰。

為了避免衛星受損,屠善澄所在的控制系統小組對衛星做了多次超出規定工作狀況的姿態調整,改變了太陽光照與衛星的相對幾何關系。經過8天的努力,4月16日,衛星降溫,狀態恢復正常,定點于東經125度的赤道上空,這標志著我國首次成功實現同步定點試驗通信衛星的入軌控制。此后,這顆衛星連續工作超過四年,比原先僅三年的設計壽命還超出了一年。

1985年,《試驗通信衛星及微波測控系統》獲國家級科技進步特等獎,屠善澄是控制系統方面唯一的獲獎者。他為“東方紅二號”試驗通信衛星研制與發射試驗作出了突出貢獻,也為促進我國自動化科學技術的交流與發展,以及國際間的友好往來作出了重要貢獻。但每每談及這些成就時,屠善澄總是一貫低調謙虛地表示：“航天是集體的智慧,我只是一個見證者和參與者?！痹诿鎸娭另硜淼挠浾卟稍L時,他甚至會找出各種看似不著邊際的理由拒絕,比如“要出去理發”,以至于廣大群眾難睹他的風采。

“863”計劃

1986年3月,王大珩、王淦昌、楊嘉墀、陳芳允四位著名科學家向中共中央建議：組織專家對中國高新技術發展戰略進行論證。同年11月,中共中央政治局擴大會議和國務院常務會議批準實施《中國高技術研究發展計劃綱要》,這就是“863”計劃。

1987年2月,屠善澄以首席科學家的身份加入“863”計劃專家組,這個專家組負責對航天未來高新技術尤其是載人航天發展的技術途徑進行重新論證。他主持“863”計劃航天技術領域的研究論證工作后,先后起草了《國外載人航天的發展道路和趨向》《我國航天事業發展的新階段》等論證報告。

1980年5月，七機部五院首屆科學技術委員會合影。前排從右至左：屠善澄、錢驥、王希季、楊嘉墀、孫家棟、吳鵬、金建中等

對于這段頂著巨大壓力和責任的艱辛往事,屠善澄回憶說：“當時在國際上要發射人進入軌道,然后在軌道上工作一段時期回來,有三個方案,一個叫作宇宙飛船,第二個方案叫作航天飛機,還有一個方案當時被媒體炒作得非常厲害,叫空天飛機?！睂＜覀優榇藸幷摬恍?作為首席科學家,屠善澄的一項重要使命就是帶領專家們在這三種方案中做出選擇。

屠善澄說：“‘863’計劃還是有個期限的,不是說是無底洞,（我們）不能只搞點預先研究,這也布點,那也布點,經過幾年后卻什么也沒有,看不見有形的東西?！边@之后整整三年,屠善澄召集所有能想到的、能找到的專家,開了無數次討論會,進行一次又一次的論證。終于在1989年,專家組成員達成共識,認為載人飛船方案的技術指標和投資要求更適合當時的中國國情。

經過充分的探討和論證,屠善澄終于提出我國載人航天分準備階段、初期試驗與配套階段、各應用試驗與開發階段的“三步走”戰略設想。“863”計劃發起人之一楊嘉墀曾評價屠善澄：“最后定下來的這個飛船方案,雖然不是他一個人定的,但是他作為專家委員會的首席科學家,最后拍板,功不可沒?！?/p>

1991年,屠善澄撰文指出：“載人與無人自動化相結合開發利用空間是今后的發展方向?！贝撕?屠善澄代表“863”計劃航天技術領域專家委員會,向中央建議“在二十世紀末建成初步配套的試驗性載人飛船工程,并實現首次載人飛行；稍后建成自己的空間站。”這為中國載人航天的技術發展、經濟可行性論證和最終確立載人飛船項目提供了極其重要的依據。也正是在這一年,他被航空航天部批準為有突出貢獻的老專家。1994年6月,中國工程院成立大會在北京舉行,時任國家科委“863”計劃航天技術領域首席科學家、國防科工委科技委副主任的屠善澄,當選為首批中國工程院院士。被評為工程院院士的三年后,屠善澄又在1997年獲得何梁何利基金科學與技術進步獎。

中國載人航天的方向一經確定,便進入了飛速的研究和發展階段,經過無數科研工作者的不懈努力,神舟一號到神舟五號飛船先后問世,屠善澄一直戰斗在科研的最前線,參與指導了許多關鍵技術的攻關。

桃李不言 下自成蹊

投入到前線科研工作中的屠善澄從沒有忘記自己剛從美國歸來,踏上祖國土地時的事業規劃,那就是去大學教書,用自己的所學所獲為祖國培養出更多人才。在繁忙的科研工作之余,他還將大量時間投入到教育事業。屠善澄長期擔任北京航空航天大學、哈爾濱工業大學、中國科學技術大學等多所大學兼職教授,是國內首批博士生導師。

屠善澄（侯藝兵攝）

中國科學院院士吳宏鑫自20世紀80年代初就開始和屠善澄共事。他介紹道,北京控制工程研究所很早就討論航天器控制問題,發展方向是智能自主控制,第一步需要研究自適應控制,屠善澄就提出了招收自適應控制方向研究生。但當時吳宏鑫不能招收研究生,就以屠善澄的名義,在1985年招收了自適應控制方向碩士研究生,由屠善澄和他共同培養。第二年,他們又一起招收了第一個博士生。

吳宏鑫回憶：“我們見面有三條規定,只談學術問題,不談人事,不談其他問題?！碑敃r他們制訂了“三步走”計劃,航天器智能自主控制是一個重要發展目標,第一步做些自適應控制的基本概念、基本理論研究,第二步做航天器智能控制,第三步由基礎研究、技術研究轉入型號研究。

談到當時一起工作的經歷,吳宏鑫的話語里滿是欣賞和贊美：“他高瞻遠矚,看得遠。研究生的招收,幫我解決了自適應控制研究隊伍問題?！眳呛牿握f,從共同招收培養研究生開始,他們形成了每周五下午開討論會的習慣,直到2010年,屠善澄每周都堅持參加,風雨無阻。

在吳宏鑫看來,屠善澄對年輕學生非常關心。“他對不同的學生態度不一樣,對學習努力的學生較為寬松一些,對努力不夠的,他就抓得很緊?！眳呛牿握f,屠善澄在學術上非常嚴格、非常嚴謹。“學生寫的論文、發表的文章,一律不能寫他的名字。不是他自己寫的文章一律不寫他的名字,他很嚴謹?！币舱沁@種認真嚴謹的性格,使得他為中國培養了一批杰出青年科學家。

當年屠善澄的學生,有許多已經走上了關鍵崗位,成為重要的科研骨干力量。中國空間技術研究院北京控制工程研究所研究員、航天自動控制專家、神舟飛船副總設計師胡軍是屠善澄1986年招收的碩士研究生。胡軍說：“屠先生高瞻遠矚,他給我們的定位主要是為二十年后復雜航天任務的航天控制做準備?！?/p>

屠善澄與夫人合影

胡軍碩士研究生畢業后,又考進北京大學讀博。其間,有件事情給他留下深刻印象。一次他去看望屠善澄,屠善澄說：“大氣層內的軌跡控制是比較有挑戰性的,想讓博士生、博士后做都沒開展成,有點遺憾。”言下之意他希望胡軍在這個領域有所發展。在胡軍博士畢業后,正趕上載人航天工程立項,因缺少博士學歷人才,缺少大氣層內軌跡控制方面的人才,他決定返回北京控制工程研究所,從事載人航天工程方面的工作,不忘老師的殷殷囑托。

屠善澄這種嚴謹治學的態度和高瞻遠矚的思想,也在他的學生和同事間傳遞。國家載人航天事業一路以來雖經歷崎嶇,但總能取得我們所期盼的結果,正是因為無數科研工作者背后默默的努力。作為當年留美歸國的科學家之一,屠善澄不僅為當時新中國的科技發展披荊斬棘,貢獻自己的光和熱,也為中國的載人航天事業培養了大批后備人才。

2017年5月6日,94歲的自動控制技術專家、中國工程院院士屠善澄在京離世。現在人們可能對一些老科學家的名字感到陌生,但作為每一個中華兒女,都不該忘記,當年拖妻帶子,從萬里外的美國輾轉踏上祖國的土地,隱姓埋名,在中國科技發展這片土地上辛勤耕耘的科學家們。向屠老致敬,向千千萬萬的中國科學家們致敬！