莊逢甘:書寫航空航天的“空動(dòng)”傳奇

肖博仁

空氣動(dòng)力學(xué)被譽(yù)為發(fā)展航空航天飛行器的“先行軍”，具有舉足輕重的作用。新中國航空航天事業(yè)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程，創(chuàng)造了以彈道導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、載人航天、月球探測(cè)、火星探測(cè)等里程碑式的成就。這些輝煌成就的背后都離不開空氣動(dòng)力學(xué)的支持，正如莊逢甘院士所說：“有空氣的地方就有空氣動(dòng)力學(xué)?！鼻f逢甘是我國航空航天事業(yè)的奠基人與開拓者之一，在大型風(fēng)洞設(shè)計(jì)與建造、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)試車臺(tái)的設(shè)計(jì)與建設(shè)、運(yùn)載工具的氣動(dòng)研究試驗(yàn)、非定常旋渦主導(dǎo)的空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算流體學(xué)研究等方面都做出了重要貢獻(xiàn)。

只有發(fā)展工業(yè)、航空業(yè)才有可能救國

莊逢甘出生于“龍興之地”江蘇常州，莊氏家族是當(dāng)?shù)赝?，?00多年歷史中先后涌現(xiàn)出百余名舉人和進(jìn)士。在“讀圣賢書，做豪杰事”等優(yōu)良家風(fēng)家訓(xùn)的傳承影響下，他自幼便被激發(fā)起強(qiáng)烈的求知欲，積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)探索。

抗日戰(zhàn)爭全面爆發(fā)后，常州危在旦夕，莊逢甘被迫輟學(xué)，直到1938年父親將他送至上海后才得以繼續(xù)完成學(xué)業(yè)。品學(xué)兼優(yōu)的莊逢甘在學(xué)習(xí)之余，對(duì)名人傳記產(chǎn)生了濃厚的興趣，書中民族英雄的事跡讓他深受震撼，加上當(dāng)時(shí)侵略者的暴虐，徹底讓民族大義和家國情懷深深植根于他的靈

高中畢業(yè)后，莊逢甘來到上海圣約翰大學(xué)醫(yī)科專業(yè)就讀，但是僅僅半年后，他便認(rèn)識(shí)到醫(yī)生只能救個(gè)體于病痛之中，卻無法救萬民于水火之中，只有發(fā)展工業(yè)、航空業(yè)才有可能救國。為此他決心遠(yuǎn)赴大西南，去當(dāng)時(shí)已經(jīng)遷至重慶的國立交通大學(xué)。1942年底，莊逢甘開始了他的求學(xué)“征程”，他經(jīng)江蘇、河南、陜西，翻秦嶺、越蜀道，一路飽經(jīng)風(fēng)霜，沿途中所見的凄慘景象，更加激起了他立志復(fù)興中華的想法。

“梁園雖好，非久居之鄉(xiāng)”

1946年，莊逢甘從國立交通大學(xué)航空工程系畢業(yè)，并于次年考取了留學(xué)名額，遠(yuǎn)赴重洋來到美國加州理工學(xué)院留學(xué)。莊逢甘將學(xué)習(xí)作為一種樂趣，如饑似渴地汲取著各種知識(shí)。入學(xué)考試時(shí)，他的工程數(shù)學(xué)拿到兩個(gè)100分，此后的成績也一直保持A+，因此還被同學(xué)們稱為“Aplusboy”。其間，他還受到過時(shí)任學(xué)校古根海姆噴氣推進(jìn)中心主任錢學(xué)森的指導(dǎo)，二人時(shí)常在一起探討中國航空事業(yè)的發(fā)展方向。

留學(xué)期間的莊逢甘時(shí)刻關(guān)注著祖國的動(dòng)態(tài)，當(dāng)新中國成立的喜訊傳到大洋彼岸后，徹底喚醒了他的歸國心，心潮澎湃之余，莊逢甘立刻著手為歸國做準(zhǔn)備。1950年6月，莊逢甘以優(yōu)異的成績獲得加州理工學(xué)院航空和數(shù)學(xué)博士學(xué)位，并被聘為研究學(xué)者，留校繼續(xù)從事研究工作。他深知“梁園雖好，非久居之鄉(xiāng)”。在這里雖然可以享受到優(yōu)渥的科研和生活條件，但卻無法為國分憂，更無法完成自己最初的“航空救國”夢(mèng)想。因此，僅兩個(gè)月后，他就毅然辭去職位，帶著多年來省吃儉用購買的各種書籍，懷著報(bào)效祖國的熱忱搭乘“威爾遜總統(tǒng)”號(hào)，與鄧稼先、葉篤正、沈善炯、羅時(shí)鈞等128名留學(xué)生一同回到了祖國。

中國空氣動(dòng)力試驗(yàn)基地的創(chuàng)建者

航空工業(yè)歷來有著“一代風(fēng)洞，一代飛行器”的說法。在空氣動(dòng)力學(xué)研究試驗(yàn)的三大手段中，風(fēng)洞始終占據(jù)著主導(dǎo)地位，通過風(fēng)洞試驗(yàn)可以在地面模擬飛行器的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，避免花費(fèi)驚人且具有很大危險(xiǎn)性的實(shí)彈試驗(yàn)。莊逢甘深知風(fēng)洞的建設(shè)決定了航空航天器研制的上限，關(guān)乎著中國航天空氣動(dòng)力學(xué)事業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的大計(jì)，因此一直十分重視相關(guān)工作。早在哈爾濱軍事工程學(xué)院期間，他就曾參與籌建過教學(xué)用風(fēng)洞的建設(shè)、施工及安裝調(diào)試，并親自設(shè)計(jì)了超聲速噴管。

1957年，年僅32歲的莊逢甘主持起草了我國第一個(gè)航天空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)基地的設(shè)備建設(shè)規(guī)劃，并作為工程負(fù)責(zé)人簽訂了中蘇空氣動(dòng)力研究所建設(shè)工程協(xié)議，開始領(lǐng)導(dǎo)代號(hào)為“8101”工程的建設(shè)。在當(dāng)時(shí)極其簡陋的條件下，莊逢甘率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)來到北京西南郊外的云崗地區(qū)，開啟了艱苦卓絕的創(chuàng)業(yè)歷程。工程實(shí)施后不久，便遭遇到巨大危機(jī)——蘇聯(lián)單方面撕毀援助協(xié)議，并撤走全部來華專家，原本要提供的圖樣和技術(shù)資料也都無法獲取了。肩負(fù)著鑄造“國之重器”重任的莊逢甘及時(shí)給團(tuán)隊(duì)作出明確指示：“我們自己設(shè)計(jì)的低速風(fēng)洞一定要滿足戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及其他航天型號(hào)氣動(dòng)試驗(yàn)的要求……外援中斷了，我們要自力更生，依靠自己的力量盡早建成?！边@一席話猶如一劑強(qiáng)心針，激發(fā)起大家的信心和動(dòng)力。為了保證風(fēng)洞及各種配套設(shè)備按期研制成功，莊逢甘充分利用自己扎實(shí)的理論知識(shí)嚴(yán)把技術(shù)關(guān)，積極協(xié)調(diào)各方力量，調(diào)動(dòng)團(tuán)隊(duì)積極性，適時(shí)作出關(guān)鍵性決策。經(jīng)過數(shù)年艱苦卓絕的努力，9座覆蓋低速到高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施設(shè)備相繼建成，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

北京基地初具規(guī)模后，莊逢甘又與錢學(xué)森、郭永懷等人組織領(lǐng)導(dǎo)了我國第二個(gè)空氣動(dòng)力研究試驗(yàn)基地的規(guī)劃和建設(shè)工作。他不顧旅途勞頓，頻繁往返于北京和綿陽之間，從踏勘選址、到先期方案論證、再到解決實(shí)際建設(shè)過程中出現(xiàn)的各類技術(shù)難題，均傾注了大量的心血和聰明才智，做了一系列艱苦細(xì)致的工作。鑒于已經(jīng)有了北京基地建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，為了使相關(guān)領(lǐng)域能盡早得到空氣動(dòng)力技術(shù)的有力支持，莊逢甘從中國空氣動(dòng)力學(xué)事業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的大局出發(fā)，高瞻遠(yuǎn)矚對(duì)綿陽基地提出了更高的要求——必須同時(shí)啟動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)工作，要同時(shí)研制配套設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，低速、高速及特種風(fēng)洞要兼顧進(jìn)行建設(shè)。莊逢甘還從701所抽調(diào)300多名技術(shù)骨干遠(yuǎn)赴綿陽，為該基地注入了新鮮的血液，加快了建設(shè)進(jìn)度和科研實(shí)力。

在莊逢甘的運(yùn)籌帷幄下，北京和綿陽兩個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)基地相繼建成，使我國擁有了基本完備的空氣動(dòng)力研究試驗(yàn)手段，奠定了我國航空航天空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，并在之后多種型號(hào)航空、航天以及導(dǎo)彈武器的氣動(dòng)試驗(yàn)和研究設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用，使相關(guān)領(lǐng)域研制走上了一條高速通道。

將系統(tǒng)工程思想應(yīng)用于實(shí)際攻關(guān)工程

20世紀(jì)60年代，中國成功地進(jìn)行原子彈與氫彈爆炸，外界驚呼：“東方巨龍終于打進(jìn)了世界核俱樂部！”但實(shí)際上，當(dāng)時(shí)我國尚未真正具備核打擊能力，因?yàn)楹宋淦鬟\(yùn)載工具——洲際彈道導(dǎo)彈還沒有研制成功。1970年前后，我國多次彈道導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)因彈頭再入時(shí)被燒穿導(dǎo)致失敗，氣動(dòng)防熱技術(shù)已經(jīng)成為制約我國洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)展的“攔路虎”。在這一嚴(yán)峻背景下，莊逢甘作為前線指揮長，參加了為解決中國第一代戰(zhàn)略遠(yuǎn)程導(dǎo)彈彈頭再入氣動(dòng)、防熱、再入物理等多項(xiàng)技術(shù)難題而進(jìn)行的大會(huì)戰(zhàn)，并在這次被錢學(xué)森稱為“淮海戰(zhàn)役”的科研攻關(guān)中，再次發(fā)揮了統(tǒng)籌和指揮大兵團(tuán)作戰(zhàn)的帥才能力，并將系統(tǒng)工程思想應(yīng)用于實(shí)際攻關(guān)工程中。

針對(duì)彈頭氣動(dòng)防熱問題，莊逢甘將其細(xì)分為10個(gè)子項(xiàng)，然后迅速組建起一個(gè)多部門、多學(xué)科、多領(lǐng)域協(xié)同攻關(guān)的研究體系。他親力親為參與到研究工作的全部階段，經(jīng)常深入課題組研究討論試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析算法，極大地促進(jìn)了研究的進(jìn)展。為了保證工程設(shè)計(jì)的可靠性，莊逢甘開創(chuàng)性地采用工程計(jì)算、數(shù)值計(jì)算和半數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的辦法進(jìn)行理論計(jì)算，同時(shí)結(jié)合地面試驗(yàn)來增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性。其間，他還參與了防熱材料的設(shè)計(jì)，并研制成功符合設(shè)計(jì)要求的碳／石英端頭防熱復(fù)合材料。

在完成彈頭防熱性能研究后，莊逢甘面對(duì)的是另一個(gè)同樣棘手的問題，彈頭空氣動(dòng)力學(xué)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)及燒灼后造成的氣動(dòng)特性變化。他在“自力更生，艱苦奮斗”精神的指引下，集結(jié)了多個(gè)部門的研究力量，在理論結(jié)合試驗(yàn)的模式基礎(chǔ)上，針對(duì)多種彈頭外形開展了系統(tǒng)性的風(fēng)洞試驗(yàn)，通過不斷地計(jì)算、對(duì)比、分析大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)彈頭再入大氣層過程中的外形燒灼對(duì)氣動(dòng)穩(wěn)定性影響有了較為清晰的認(rèn)識(shí)，有效地提高了彈頭設(shè)計(jì)水平，順利解決了“不燒穿”和“飛得穩(wěn)”兩個(gè)難關(guān)。

1978年10月5日，“東風(fēng)五號(hào)”第一枚遙測(cè)彈成功完成低彈道飛行試驗(yàn)。1980年5月18日，全程飛行試驗(yàn)開始，“東風(fēng)五號(hào)”經(jīng)受住了高溫?zé)坪头€(wěn)定性的考驗(yàn)，精準(zhǔn)地落在9000公里外的預(yù)定海域，誤差僅300多米。這標(biāo)志著我國成為世界上第三個(gè)擁有遠(yuǎn)程洲際彈道導(dǎo)彈的國家，成功打破了超級(jí)大國對(duì)洲際戰(zhàn)略核武器的長期壟斷。

撐起中國航空航天空氣動(dòng)力事業(yè)的一片天

這次不尋常的“大會(huì)戰(zhàn)”讓莊逢甘的學(xué)術(shù)水平進(jìn)一步提高，成為我國燒蝕防熱氣動(dòng)理論、燒蝕實(shí)驗(yàn)和測(cè)試技術(shù)的開拓者，并據(jù)此形成了具有特色的中國氣動(dòng)研究和發(fā)展模式。此后他繼續(xù)活躍在這一領(lǐng)域，不斷為中國航空航天事業(yè)嘔心瀝血、發(fā)光發(fā)熱。

1989年，莊逢甘緊跟國際前沿，組織10余所高校院所成立“旋渦、激波和非平衡起主導(dǎo)作用的復(fù)雜流動(dòng)”研究項(xiàng)目組，這是國際上十分重視且極具應(yīng)用潛力的一個(gè)新的方向。這一重大項(xiàng)目經(jīng)歷多年研究，取得了一批具有很大應(yīng)用價(jià)值和廣闊發(fā)展前途的研究成果。1992年，莊逢甘受邀出席第18屆國際航空科學(xué)大會(huì)（ICAS）．他以該課題研究的初期成果為基礎(chǔ)作了“渦流控制技術(shù)”專題報(bào)告，引起巨大的反響，獲得國際同行的一致認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)，為提高我國空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域在國際學(xué)術(shù)界的話語權(quán)和影響力起到了重要作用。

作為中國發(fā)展載人航天技術(shù)最早的倡導(dǎo)者之一，莊逢甘早在20世紀(jì)80年代中期就積極投入到中國空間計(jì)劃發(fā)展藍(lán)圖的規(guī)劃和制定中，他多次主持和參加立項(xiàng)及論證會(huì)議，并在論證期間就以極具前瞻性的思維領(lǐng)導(dǎo)開展了載人飛船氣動(dòng)力、熱環(huán)境及熱防護(hù)等研究，并研制成功相關(guān)的計(jì)算軟件，為之后載人航天工程的氣動(dòng)研究奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。1993年，莊逢甘基于之前的研究成果，歸納出載人航天所涉及的10大氣動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，并指出解決途徑和方法，提出“要從系統(tǒng)的層面，從多學(xué)科、多目標(biāo)的角度開展氣動(dòng)設(shè)計(jì)”。他再一次集結(jié)全國氣動(dòng)設(shè)計(jì)和研究人員，利用國內(nèi)主要?dú)鈩?dòng)試驗(yàn)設(shè)備，以一絲不茍的科學(xué)精神進(jìn)行深入的研究，從空氣動(dòng)力學(xué)方面為我國成為世界上第三個(gè)掌握載人航天技術(shù)的國家提供了可靠的技術(shù)支撐，做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。

莊逢甘一生治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)術(shù)思想活躍，經(jīng)常強(qiáng)調(diào)“空氣動(dòng)力學(xué)研究沒有創(chuàng)新，也就不會(huì)有發(fā)展”。步入古稀之年后，他依然密切注視世界航空航天技術(shù)的日新月異．不放松對(duì)科學(xué)前沿的跟蹤和探索，積極為學(xué)科的發(fā)展謀篇布局。2010年11月8日，這位飲譽(yù)世界的空氣動(dòng)力學(xué)專家與世長辭。他始終以國家需要為前行方向，將畢生心血全部傾注于我國航空航天事業(yè)中，殫精竭慮，奉獻(xiàn)終身，奠定了我國航空航天空氣動(dòng)力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)并做出多方面的開拓性貢獻(xiàn)，對(duì)各種飛行器的研究設(shè)計(jì)起到了重要的支撐作用，書寫了一名愛國科學(xué)家的“空動(dòng)”傳奇。他一生踐行并始終倡導(dǎo)的“求真務(wù)實(shí)，自主創(chuàng)新”至今仍深深鐫刻在中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院大門內(nèi)的巨石上，熠熠生輝！