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「大师风范」王泽山:续写中国火炸药的辉煌

来源:《中国高新科技》期刊社    时间:2021-01-11    

  大师档案:

  王泽山,吉林省吉林市人,1935年10月出生,中共党员,我国著名火炸药专家。1960年毕业于中国人民解放军军事工程学院(哈军工),1960—1985年,担任南京理工大学的前身——炮兵工程学院、华东工程学院、华东工学院的教师。1986年任南京理工大学教授、博士生导师。1999年当选中国工程院院士。作为第一完成人,他曾获国家科学技术进步奖一等奖1项,国家技术发明奖一等奖2项,国家和省部级科学技术奖7项。2017年荣获国家最高科学技术奖。

  青春立志国防

  1935年,王泽山出生于吉林市。小时候住在吉林市远郊的桦皮厂镇。他的父亲和母亲都是中医,从小就耳濡目染“济世救人”的家训。虽然家庭处境贫困,但他父亲固执地坚持“不买房子、不买地,只供孩子上学”的原则,为了生计与供王泽山和他两个哥哥读书,父母十分勤劳和忙碌。

  他的童年生活在一个混乱、大变动的年代。父母虽然工作忙,但不忘对孩子的教育,常与孩子们聊天交流。那时的东北,大部已被日本扶植的“伪满洲国”占据,并强迫国民接受“伪满”教育,小时候他还以为自己是“满洲国”人。父亲悄悄地告诉孩子们,“我们是中国人,我们的国家是中国。”父亲的话在他幼小的心里影响很大。他父亲还经常用一些故事或道理把复杂的事物的本质表现出来,启迪孩子们的思维。父母勤奋操劳的熏陶和艰苦的环境,又潜移默化地磨练了他的刻苦精神和毅力。

  从童年到青年,他目睹了伪满统治和国民党管辖时期满目疮痍、民不聊生的社会状况。1945年日本帝国主义投降,接着国民党军队被赶出东北,迎来了东北人民当家作主的时代。年轻的王泽山感到心中十分敞亮,憧憬着美好的未来。他深有体会地说:“我们小时候上学的校长、老师有些是日本人,学校也学日本话。在日伪政权下,很多孩子都不清楚自己是中国人。但无数中国人的奋起反抗,在我们的心中埋下了救国图存的种子激起了为中国的崛起奋发图强的理想。

  进入中学后,王泽山的知识面大大扩展。在读高中期间(1951—1954年),正值抗美援朝战争,从这场战争的炮火硝烟中,王泽山理解了“强国方能御侮”这个道理,更体会到一个国家国防实力的重要性,他对自己未来的选择有了答案。

  1954年夏天,19岁的王泽山高中毕业,以第一志愿报考了哈尔滨军事工程学院(中国人民解放军军事工程学院)。在选择专业时,大多数考生填写的是与空军、海军相关的热门专业,而他却选择了陆军系统的火炸药这个冷门专业,成为班上唯一一名自愿学习火炸药的学生。有人对他说,这个专业太冷僻、太枯燥、太危险,很有可能一辈子默默无闻。但他坚信,专业无所谓冷热,三百六十行,行行出状元。只要祖国需要和自己努力,同样可以大有作为。

  夯牢学问功底

  1954年秋天,王泽山走进了哈军工,开始了紧张的军事化学习生活。从此,他的一生与火炸药研究结缘。

  哈军工十分注重基础教学。学校执行6学时一贯制,就是每天上午授课6学时,下午自己支配,每周36学时课。课程设置多、覆盖面广、学时数多,仅数学课就有400多学时,而战术课要学到师一级指挥的水准。此外,实验课、课程实习、毕业实习、毕业设计等实践内容也相当丰富。

  那时的哈军工,知名教授给学生们上课是常事,学生与教授有更多的接触机会。教授亲自为学生解疑,同时对学生提出严要求。陈伯萍教授讲授理论力学课,在一次课堂答疑时,王泽山有一些数学问题不清楚,陈教授说:“有数学问题也可以找我”。后来才知道陈教授曾是数学教研室的教授和主任。肖学忠教授是火炸药学的教授,曾在一家知名油漆厂担任过总工程师,对油漆也很有研究。在进行化工过程课的课程设计时,结合醋酐的制备,亲自指导他们设计并制造出化工的蒸馏、分馏等设备,培养他们的动手能力。有一次,王泽山做醇酸转化实验时,用了一个带孔的软木塞封存实验的中间产物,被实验员检查发现了,有机化学教授谭自烈对他说:“你的实验太不认真”,加上前一届一位同学在研究高能推进剂时发生了事故,这些都促进王泽山严谨作风的养成,以至于他在后来的每次试验前,都要对方案的可靠性进行认真的思考和检查。王泽山在完成紧张的课程学习之外,还抽出时间学习其他方面的科技知识,图书馆里常见他的身影,他的眼界和分析解答问题的能力显著提升。一次物理化学考试,著名的曾石虞教授看了他的试卷后说:“我应该给你高分,因为你对绝对零度下的物质状态与性能有着教学内容外的理解”。

  在毕业设计阶段,王泽山受到了一次很好的综合研究能力训练,更加强了对火炸药专业的热爱。他们专业的16个同学,几乎每一个人都有一个技术前沿的研究课题,并有教师和实验人员配合工作。他们整天分散在各自的实验室中工作,同学间也难得一见。王泽山研究的课题是导弹用高能、大尺寸推进剂,属前沿研究内容。该课题研究包括制备溶质、浇注、固化、发动机试验等关键技术,期间有时还要到工厂进行实践,而且常有工厂的研究人员来访和参与实习。即使他们还是学生,教师也要求他们能胜任解答和带领的责任。

  大学毕业后他留校任教,继续进行推进剂的教学和其他方面的研究工作。虽经历了合校、迁校,但学习、上课和研究是他的主旋律,王泽山在事业上取得了较快的发展。

  在研究中,他发现创新的思路和方法非常有用和有效。他认为,《十万个为什么》这本书包罗万象,引导我们去认识绚丽的世界,面对天文、地理、物理、化学等各门类的事物,都想问个“为什么”,扩大了我的知识面。在思考中,也培养了我们的思维能力和求索的欲望。在“为什么”的基础上,王泽山逐渐运用“为什么与怎么做”的思考方法。“为什么”的思考方法主要是理解和认识型的思考方法,“为什么与怎么做”的思考方法是创造型的思考方法。王泽山后来的20多项发明专利,多数是在创造型的思考中形成的。

  一次,他得知数学家华罗庚在做报告时说:读书要把书读薄,但并未对“读薄”作说明。他想,华先生的说法有深刻的含义,可理解为:读书是取其精华的过程,读书不一定要记住全书的内容、甚至每一句话。但每读一次,要更接近其本质,理解其内涵、掌握其要领。他说,“读薄,这是可以垂之后世的至理名言。”在博采众长中,王泽山逐步形成了“追求本质”(求本)的思考习惯,提升了“求本”能力,并在“追求本质”中“拓展”、发散思考。将推理与拓宽作为“追求本质”的后续工作,从而把点上成果拓展为面上成果,进行“拓展”式的转化。

  文化大革命期间,王泽山争取到了一个参加当时一项研究任务的机会。他接触到当时较先进的计算机技术和国外科技资料。这次机会使他很幸运地摆脱了文革的政治旋涡,专心致志地做学问。他将计算机技术、诺模图设计原理引入我国火药教学、科研和火药装药学体系中,并发展了火药及其装药“解析设计”“表解设计”和“诺模图设计”的理论和设计方法。文革结束时,他撰写的著作随之出版,书中提出了一种新的装药设计计算方法,使原本复杂的问题变得清晰简单。

  1978年,中国迎来了科学的春天。刚30出头的王泽山深感遇上了好时光。这时的他,在理论基础、实践能力方面都打下了扎实的功底,加上自己的聪慧和勤奋,在创新的舞台上大显身手,科研之树花香果丰。

  创新成果丰硕

  从20世纪80年代起,作为领军人物,王泽山和他的团队,发展了火炸药理论与技术,突破了数项世界性的技术瓶颈,做出了系列发明,并应用于武器装备和生产实践,为我国火炸药从跟踪仿制到进入创新发展作出了重要贡献。

  王泽山最引以为豪的是有关废弃火炸药的处理、低温度感度发射、远程发射这三项重大科技成果的成功研制,从而他获得了“三冠王”的美誉。废弃火炸药处理的研究自20世纪80年代开始,历时10年。废弃火炸药是危害较大的污染源,由于它的燃烧、爆炸与有毒的特性,对人类社会安全和自然环境构成严重威胁,是一种世界性公害。而传统的处理方法是露天焚烧、掩埋或倒入公海,都存在环境污染和燃爆风险。

  研究伊始,王泽山从系统工程方法入手,针对不同类型的废弃火炸药,提出了资源化利用的技术途径。研究了有关状态和价值评估、处理过程的优化、安全分离和粉碎、改型或改性以及组分分离提取等过程和技术,获得了各类民用炸药、烟火药剂和化工材料等产品和装置。研究结果对废弃火炸药无公害处理和再利用、促进国家火炸药储备正常运行、消除安全隐患和对环境的污染发挥了重要作用。1993年,王泽山作为这项成果的第一完成人获得国家科技进步奖一等奖。

  王泽山引以为豪的第二项成果是发明了低温度感度发射技术,并在多种型号武器装备中应用。

  环境温度影响火药燃速,致使身管武器的膛压、初速等弹道性能在较大范围内变化。

  一般情况下,当环境温度从15℃上升到50℃时,膛压增量达15%~30%。这严重影响了身管武器发射威力、精度、安全性和环境适应性。这是国际军械领域共性的技术难题。

  为突破这个瓶颈,王泽山率先组织研究团队进行攻关。他们冥思苦想,找到一种独创性的思路:在原结构中引入一种补偿结构,其燃烧性能与温度关系的规律与原结构相似,但弹道表现呈负向效应。这样,原结构和补偿结构的综合弹道性能就不再随环境温度的变化而变化。称之为“燃面和燃速等效补偿”的低温度感度发射技术。经历数年的努力,创新思路变成现实。适用于燃面与燃速互补的新型含能材料的研制获得成功,采用局部阻燃的变燃速组合结构取得了突破。这样,新材料作为局部阻燃材料,解决了低温感火药组分的迁移、老化和长贮稳定性的技术瓶颈。采用局部阻燃的变燃速组合结构这一技术,消除环境温度对身管武器初速、膛压的影响,在不改变原武器结构的情况下,保持各温度下身管武器弹道性能稳定一致,显著地提高炮口动能。采用这种普适性、低污染、高效能、长储稳定的低温感发射技术,使武器膛压的温度感度由原有的15%~30%降低到3%以下,大幅度的提升发射威力。1996年,王泽山作为第一发明人获得了国家技术发明奖一等奖。直到现在,其材料工艺、弹道和长储等性能仍优于国外技术。

  接着,年逾花甲的王泽山马不停蹄,开始新的征程。第三项重大发明“远射程发射技术”这一成果,使身管武器的射程、最大发射过载、炮口动能等核心指标位居前列。

  身管武器主要追求目标有“远射程”“等模块”和“低过载”。过去,加长身管和提高膛压是增加炮弹射程的主要途径,但也存在安全和机动性等问题,其最大发射过载也制约了炮射导弹等精确弹药的应用与发展。等模块装药是火炮自动装填、提高射速的理想装药。完全解决其燃尽性、最高膛压及射程覆盖量的协调,一直是研究人员急需解决的难题。解决这些难题的基本思路在20世纪90年代王泽山就已提出,但实现却何其难也。经过20年的不懈攻关,解决了如下理论和技术难点:一是通过研究高初速、低膛压下模块装药的燃烧过程,揭示其燃烧机制和燃气释放规律;二是建立了“最大膛压低、作功能力高”的弹道过程,成为发明的理论基础;三是发明了增加燃烧压力的补偿装药,降低燃烧极限压力和提高燃速的技术方法,解决了远程超压和近程燃不尽的技术瓶颈。依据他建立的“最大膛压低、作功能力高”的弹道过程,运用超多孔、高气体释放速率的火药,更高能量密度装药和变燃速、局部阻燃装药的三种方法,提高了装药的作功能力和燃尽性,解决了武器膛压与初速相互制约的问题。研制的装药,在膛压不变的条件下明显提高射程和降低最大发射过载。突破了长期未解决的瓶颈技术,为实现我国身管武器可持续发展奠定了重要技术基础,作为第一完成人,该成果获2016年国家技术发明奖一等奖。

  除了以上三大国家科技奖外,王泽山还获国家和省部级科学技术奖7项,出版著作15部。有关著作分别获得国家优秀教材二等奖、国家级优秀教学成果奖二等奖等奖励。

  专家们评价:“他将中国人发明的火药在文明的基础上,用现代技术将其效能、工艺推进了一大步。”通过不断创新,王泽山使中国四大发明之一的火药重新绽放出新的活力。

  崇高人格魅力

  王泽山践行“一辈子专注做好一件事”的“匠心精神”,从事火炸药研究60多年来,用执著与坚韧,在学术研究、学科建设、人才培养、成果转化等方面为国家和社会做出了卓越贡献。在他身上,充分体现了当代中国知识分子浓厚的家国情怀、强烈的社会责任感以及重道义、勇担当的优秀品格,他是我国自己培养的火炸药领域的一代大师,被火炸药界誉为近在身边的“当代中国知识分子的楷模”。

  他关注我国国防科技事业的发展和工程应用。为加速我国火炸药技术进入世界先进水平,参加了制订了近、中、远期相应发展规划,推动了我国火炸药事业的快速发展;他重视成果转化,与山东、四川等多地的研究所、企业建立了联合研究机构,协助企业改进生产工艺、提高产品质量、开发新品,助力企业转型升级,推进技术的工程化应用和促进科技成果的转化,让学问接地气。如与山东一些企业合作时,他为获取第一手数据,多次到工厂指导做试验,其发明的技术使退役的火炸药在民用炸药等产品里得到了广泛的应用。

  他重视学科发展和人才培养。学科发展他精心布局,行业发展注重顶层设计。作为博士生导师,他先后培养了90余名博士研究生。他善于发现年轻人身上的优点,尤其是学术思维上的“新亮点”,及时引导他们在学术上独立思考,鼓励他们勇于创新,他的学生中不少人已成为我国火炸药学科、技术研究或生产管理等领域的首席专家、领军人才和学术带头人。他的人格魅力无形地影响着曾经与他一起工作过的校内外同仁、身边的教师和学生,赢得了学界对他的敬仰和尊重,也使他的学术科研团队具有强大的凝聚力和战斗力。

  他一生都忙忙碌碌。从毕业后到留校哈尔滨军事工程学院,到1960年随成立的炮兵工程学院搬到武汉,1962年又搬到南京,工作地方变了,但王泽山的研究目标不变,唯一变化的是更加忙碌。初到南京时,在南方潮湿的兵营建实验室,他面临的最头疼的是实验仪器防潮,他带领20多人亲自参与设计电路、水路,做试验台的支架等,成功建成了合格的实验室。

  他不畏艰难困苦。几十年来,他一直奋战在科研一线,一年中近半年在外地和试验场地进行研究。一次在塞外靶场,冬天寒风刺骨,气温低至零下二三十摄氏度,高速摄像机都“罢工”了,年届8旬的他与大家在外一待就是一天,晚上还要核对和验证白天取得的各类数据。有年夏天,他去铁矿做新配方炸药试验,当地刚下过雨,拉满混装炸药测试仪器的卡车陷入了泥坑,打转的轮子溅得他全身都是泥,他笑着对同事说,“要是拍电影都不用化妆了”。

  他争分夺秒惜时如金。王泽山说自己拥有三倍于正常人工作的时间,原因是他善于抠抢时间,包括文化大革命期间和退休后的时间。他几乎不参加一般的社交活动,会议后聚餐一般不参加,总是打个招呼先走,甚至连去理发的时间也抠,他认为“到理发店受人摆布太浪费时间”。抠出来的时间全用于思考和解决研究中的问题,甚至走路、休息、吃饭时满脑子都在想,以至于闹出过不少进错楼、跑错房间、错乘火车铺位的笑话。有时,他的夫人为他倒好了咖啡,他却因为入神思考而忘记喝掉,夫人不得不把咖啡热了一次又一次。他说,多想多思是我创新的“秘籍”。

  他朴实无华保持本色。科研上他敢于“拼命”,生活上却很“将就”。二十世纪八九十年代到北京出差,王泽山常住在一家科研单位简陋的地下室招待所。饮食一般很简单,一次在野外就餐忘带筷子,就用树枝吃饭。有次因急需到山东做实验,他直接上了公共汽车,经过10几个小时夜间的长途颠簸赶到实验地点。

  他学习新知追赶时代。科研上他走在前沿,生活中他喜欢接触和追求新事物。心灵手巧的他,为工作需要,69岁学会了开车,一辆10万出头的别克凯越一开就是10多年;他能熟练操作各种数码产品,做电脑flash,做出很有美感PPT课件等;他自己用手机买车票、订宾馆、叫出租;80多岁的他活出了“80后”的精气神。

  “天花无数月中开,五采祥云绕绛台”(唐·苏味道《正月十五日》)。60多年来,王泽山创新发展了系列火炸药技术,不断续写了中国四大发明的新篇章。如今年届85岁的他,身体如同蕴藏巨大能量的“含能材料”,精力充沛,目光如炬,健步行走在火炸药研究的前沿……

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第15期
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