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杨嘉墀:辉煌科技人生

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1937年杨嘉墀高中毕业


“两弹一星”是中华民族为之骄傲自豪的重大工程,它的成功研制不仅为新中国铸就了核盾牌,奠定了国防安全体系的基石,也显著提高了我国的国际地位,对我国科技、社会、经济的发展更是起到了巨大的推动作用,而“两弹一星”的23位元勋对此功不可没。在这23位元勋中,有不少人甘愿放弃国外的优渥条件,自愿回国为新中国的建设添砖加瓦,杨嘉墀便是其中一位。作为我国自动化技术奠基者之一、航天控制技术专家、应用卫星技术的重要开拓者,杨嘉墀将一生献给了祖国的科技事业,为我国国防现代化作出了不可磨灭的贡献。


战火中的青少年

杨嘉墀出生丝业世家,老家是江苏苏州吴江区的江南丝绸名镇震泽镇,祖上从事丝业,祖父曾担任震泽丝业公会会长,家族还创办了丝业小学。上世纪20年代,封建礼教仍然在中国社会占据主导地位,但由于从商,杨家的家教相比同时期的传统家庭又有所不同。杨家淡化了“士农工商”的等级排序价值观,不但严正勤俭,甚至鼓励子孙参与竞争,尊重个性的发展。杨嘉墀这一辈的兄弟姐妹数十人,都受这样相对民主的家风影响。

杨嘉墀对父母亲的感情极深。在杨嘉墀的印象中,父亲杨澄蔚不仅知识渊博,且性格宽厚朴实、待人热诚,做事谨慎谦和,对子女的教育颇有耐心,循循善诱。母亲沈慧珍出嫁前虽没有文化,但与杨嘉墀父亲成婚后便刻苦学字,性格勤俭贤惠,对子女关爱备至。杨嘉墀在晚年接受采访时,提及父母,仍然充满想念。

杨嘉墀五岁生日那天,父亲没有像其他传统家庭一样给他裁制新衣,也没有按当地风俗为他打制金银配饰,反而送给他一个小型望远镜。这可把他乐坏了,接过望远镜后,小嘉墀拿在手里翻来覆去地观察了很久,新鲜不已。有了望远镜后,他经常在晚上观赏灿烂星河,寻找各种各样的星座。这不仅培养了杨嘉墀开阔的胸襟,也让他的脑海多了很多对于天空的疑问。这也成为日后杨嘉墀从事航天技术的第一堂启蒙课。


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1949年杨嘉墀获博士学位


杨嘉墀从小就有爱观察、爱动手的习惯。在父亲的眼中,杨嘉墀是个淘气娃,尤其喜欢动手拆卸。他曾把父亲的一个时钟拆开,观察时钟内的构造;还曾把家里门把上的铜锁拆开研究,但最后两样东西都没能按原样装回去,导致父母亲只能将好多新鲜物件收起来,生怕再被小嘉墀给弄坏了。有一次,小嘉墀跟随父亲坐火车去上海,快到站时,父亲发现他人不见了,四处寻找未果,把父亲急得团团转。原来,小嘉墀在火车头附近的司机旁边,正全神贯注地观察火车驾驶室,连父亲走到他身边都浑然不知。此后,杨嘉墀每次坐火车都习惯走近火车头,似乎想研究其中的奥妙。

杨嘉墀在这样的家庭环境中成长到入学年龄。在当时的社会中依然流行的是私塾,但父母并未像当时的富裕家庭一样给他请私家塾师读私塾,而是直接将杨嘉墀送进了家族创办的丝业小学,接受新式教育。从此,杨嘉墀便在丝业小学开始学习基础西学,也知道了如地球是圆的,地球以太阳为中心转圈等最基本普遍的科学知识。杨嘉墀自幼天资聪颖,学习勤奋,从小到大,他的成绩一直在班里靠前,且兴趣广泛,喜欢实操,总爱刨根问底,力求真相。

当时的中国正处在民族资本主义发展、民主与专制激烈交锋、国内政治动荡时期,“五九国耻”、“五四运动”、“五卅运动”等纪念日的集会不断,这些爱国运动对中华民族的觉醒起到了巨大的推动作用,大大提高了中国人民的觉悟,民主与科学的思想也在潜移默化中影响着所有爱国的仁人志士,杨嘉墀也不例外。在杨嘉墀的记忆中,小学每年的5月很少上课,学生们不仅经常参加各种集会游行活动,还经常组织报告会,进行演讲比赛。杨嘉墀经常与不少志趣相投的同学在街头集会游行,发传单、贴标语、喊口号,反对帝国主义的侵略行径。进入高小后,杨嘉墀初步接触了西方的先进科学技术和政治文化思想,他的思维也随之逐渐活跃起来。在这样的家国背景下,杨嘉墀很早就种下了反帝反封建、科学救国的火种。

1932年,因杨嘉墀的父亲在上海一家银行就职,因此全家便移居上海,杨嘉墀也随之转学到上海中学。刚开始到上海时,杨嘉墀不会讲上海话,又是转学过来的,因为不适应,成绩一度下滑,后奋起直追,最后被保送至上海中学高中部。高中时,杨嘉墀选择学习了机械工科。多门类的工科专业、先进的教材、多种类的设备,加上老师的耐心教导,结合自身的勤奋努力,这些都为日后他从事科研工作打下了坚实的基础。

1937年7月7日,杨嘉墀参加了上海交通大学的入学考试,这一天也恰好是日军制造卢沟桥事变的日子。杨嘉墀从考场出来后便听到了这个消息,顿时心中一片愤懑。8月12日,正当杨嘉墀准备参加同济大学的考试以备待选时,日军即将进攻上海,考试被迫取消,大批上海民众需要转移。8月13日,日军发动了对上海的大规模进攻,上海随即变成了一片火海。杨嘉墀只好跟随父母亲回吴江老家避难。在战火中,杨嘉墀收到了梦寐以求的上海交通大学的录取通知,他终于考上了该校的电机工程系。由于日军的侵略,杨嘉墀的四年大学生活是伴随着炮声度过的,课也是上上停停,但这并没有影响他的求学之路。杨嘉墀不仅学习刻苦,还积极主动参加各种能够提高专业水平的活动,和同学们一起成立了电机工程学会,甚至还和同学王天一主办科普杂志《科学大众》,并担任该杂志的编辑。

毕业后,上海交通大学推荐杨嘉墀去西南联大任教,恰好他也不愿留在日寇占领区工作,父母更是深知一个中国青年知识分子留在日寇统治区不会有前途。因此,1941年夏,杨嘉墀便和几名同学一起前往昆明。在前往途中,为了解决路途生活费,杨嘉墀还在同学王安工作的桂林无线电厂做了一段时间的短暂临时工。这段工作经历虽然极短,却让杨嘉墀明白自己还欠缺很多,还需要继续深造。1942年,即将出国的西南联大机电系老主任倪俊介绍杨嘉墀到中央电工器材厂工作。在那里,他开始了单路载波电话机的试制工作。杨嘉墀呕心沥血,花了两年多时间,终于在1945年研制出了中国第一套单路载波电话样机,并在昆明工业展览会上展出。


留学期间展才华

杨嘉墀因在工作中的突出表现,获得了中央电工器材厂留美考试资格,最后成功收到了美国录取通知,但由于战时各种原因,此事一直被搁置。1945年,日军战败,整个中国沉浸在巨大的胜利喜悦中。杨嘉墀也终于在当年12月下旬得以回到阔别四年之久的父母身边。在上海,他跟父母表达了想出国继续深造的想法,父母都非常支持。当年留美的事情再次被提,经过一番周折,1947年1月杨嘉墀终于登上了去往美国的轮船,前往哈佛大学深造。到了美国,杨嘉墀再次遇到了同在哈佛读博士的王安,两人后来一同租住在租金一美元的公寓里。


1954年杨嘉墀在美国研制的快速记录吸收光谱仪.jpg

1954年杨嘉墀在美国研制的快速记录吸收光谱仪


适应了美国的新生活和学习环境后,杨嘉墀不仅可以轻松应付哈佛的课程,甚至还选修了几门麻省理工学院的课程。一年不到的时间,杨嘉墀便以优异的成绩取得了哈佛的硕士学位。他的眼界和视角更加宽广,便决定继续攻读博士学位,预备在新兴科研领域大展拳脚。杨嘉墀在博士导师Lecorbeiller的建议下,以研究一台计算傅里叶变换的模拟计算装置为题目作为博士论文选题。当时,世界上第一台电子模拟计算机刚刚在1946年研究成功,有关这一领域的研究才刚刚起步,诸多技术尚待开发。杨嘉墀将从麻省理工学院学到的频率域网络综合方法,创造性地扩展到时间域,仅在半年内就成功研制出一台傅里叶变换器,受到了导师的极佳赞许。1949年4月,杨嘉墀也因此顺利通过了哈佛大学的博士论文答辩。

博士毕业后,导师建议杨嘉墀在雷达领域深造,这个想法与杨嘉墀不谋而合。然而在美国当局的阻挠下,杨嘉墀没能如愿前往雷达公司就职。后来就职的一家光开关公司,只能让杨嘉墀做外围的光电接收线路,介入不了核心层,在感到前途无望后,杨嘉墀没过多久便辞职了。

1950年5月,经曾经兼职的哈佛大学化学系实验室同事的介绍,杨嘉墀去了宾夕法尼亚大学生物物理系工作,该系系主任是当时在学术界颇有名望的B·Chance教授。杨嘉墀与他会面后,双方对彼此都很满意。杨嘉墀入职后的第一项任务是解决高速电子模拟机问题。他创造性地采用一个抛物线函数发生器,完成了四分之一平方乘法器。经过几年的运行,这台高速电子模拟机被证明设计可靠,处于领先地位。1955 年,杨嘉墀在纽约科学院召开的仪器学讨论会上向专家、同行介绍了这台高速电子模拟机,受到了大家的高度评价。

杨嘉墀承担的一项探索性更强的任务,是研制用来测量酶化学反应动力学过程的仪器。在跨学科学习了生物化学、数理等基础理论后,采用了电子学、光学、生物学等先进技术,进行了系统的研究、分析与设计后,杨嘉墀终于按期成功研制了一台快速记录吸收光谱仪,工作范围可从紫外光到可见光。这一研究成果结束了光谱仪手动的历史,仪器也被专家命名为“杨氏仪器”。杨嘉墀的研究成果不仅在《科学仪器评论》上发表,也获得了美国专利授权。


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杨嘉墀


杨嘉墀的才华很快被急于建立医学电子学研究室的洛克菲勒医学研究所(现为洛克菲勒大学)看中。该研究所与B·Chance教授多次沟通后,聘请杨嘉墀为该所高级工程师,每周在该所工作三天。不久,杨嘉墀就成功研制出了生物化学的二色光谱仪、视网膜仿真仪,成为生物医学电子学的创始人。杨嘉墀还帮助了该所的H·K·Hartline教授。在建立侧抑制公式的过程中,杨嘉墀为其试验室构造了第一个模拟计算机,在这计算机上验证了侧抑制的可加性,即模拟几个互相作用的感受器群的反映所产生的抑制性影响,从而为建立Hartline公式提供了方便的工具。后来,由于H·K·Hartline教授在视觉研究中发现了侧抑制和感受野这两个重要概念,荣获诺贝尔医学与生理学奖,可以说杨嘉墀对此也有一份贡献。

当时在纽约工作期间,杨嘉墀和几位从事医学电子学工作的朋友们共同发起成立了医学电子学专业委员会(属美国无线电工程师学会),编辑出版了医学电子学杂志。他在洛克菲勒研究所做的微电极放大器,研究成果在他回国后的 1958 年还在该杂志上发表。正因为他在医学电子仪器及仿真计算机方面的开拓和贡献,才有了医学电子学这门学科的建立。

在美国工作期间,杨嘉墀认识了热情大方的徐斐,两人自然而然地走进了婚姻的殿堂。徐斐原籍为江苏常州,1922年在上海出生,1947年前往美国,后毕业于波士顿音乐学院。徐斐气质高雅,颇具艺术造诣,钢琴弹得尤其好。杨嘉墀与徐斐两人虽然所学专业不同,但彼此却很契合,形成了科学与艺术的完美结合。

在美国求学、工作、生活的杨嘉墀此时婚姻美满、收入稳定、生活舒适、名声渐起,可谓春风得意。然而,他却并没有想在美国长期呆下去,故土的一切始终在他心上,杨嘉墀一直在留意着、关注着新中国的一切。


回国助力国家科技

早在新中国成立之时,杨嘉墀就积极参加了旅美爱国学生组织的活动,迫切想了解新中国的情况和回国的渠道。但美国却制定了阻止华人回国的“麦卡锡法案”,不允许学习医学、理科、工科的中国留学生回国。杨嘉墀也被迫先留在美国等待时机。

1954年4月,周恩来总理在日内瓦举行的国际会议上,提出以在朝鲜战场上被俘的美军飞行员为交换,让美国准许中国留学生回国。同年6月,美国迫于各方压力,准予自愿回国的中国留学生离境。此后,杨嘉墀和徐斐的父亲几次写信给他们夫妇介绍新中国的面貌,并希望他们及时回国,为国家做贡献。先行回国的同学林秉南也写信向他们介绍回国应该办理的手续。祖国的热情召唤,使得早就想回国的杨嘉墀夫妇激动不已。在此期间,还有其他同学、同事给他介绍台湾、南美洲等地区的工作,都被杨嘉墀拒绝了,他说要回祖国工作。

杨嘉墀加紧处理回国事宜,夫妇二人变卖了家具家电、汽车、心爱的钢琴,换成了示波器、真空管等当时国内欠缺的各类科学设备仪器。当杨嘉墀夫妇到移民局领取离境证件时,工作人员问他们是否是自愿回国时,他们大声说:“是自愿的!”

1956年8月,杨嘉墀夫妇带着四岁的女儿杨西终于登上了回中国的轮船,结束了近十年的海外漂泊生活,回到了祖国的怀抱。轮船抵达香港,在罗湖桥的另一端,中国教育部的代表早已等候多时,祖国的热情让杨嘉墀一家激动不已。教育部批准杨嘉墀一家先回上海探亲。阔别近十年,杨嘉墀和徐斐的父母终于得见儿女归来,一家人也终于得以共聚天伦,所有亲人都感慨不已。在上海期间,杨嘉墀还应邀参观了中科院上海生理生化研究所,并给该研究所的研究员们做了《生物医学仪器发展》的报告。

杨嘉墀一家到了北京后,在等待安排工作期间,多家单位盛情邀请他前去。当时在中科院大连化学物理研究所工作的妻妹徐晓,受中科院技术科学部主任严济慈的委托,特地从大连赶过来,极力期盼杨嘉墀能够前往中科院工作,钱学森也建议杨嘉墀可以先去中科院工作。接着,杨嘉墀被安排去中科院长春光学精密机械研究所参观。根据自己已取得的成果,结合所学专业和国内考察、参观,经过分析、考虑,杨嘉墀最终选择了中科院自动化及远距离操纵研究所。

杨嘉墀到中科院安置下来后,立刻就投入到自动化研究所的筹建工作中。他以身作则,对所里的年轻人言传身教,对科研工作严格要求,鼓励年轻人积极学习科技、外语。在杨嘉墀的带领下,很快就培养了一支既能相互协作又能独立进行科研活动的队伍。杨嘉墀在做好所里工作的同时,还积极参加国际学术活动,学习交流最新的国际学术经验并向外扩大我国的国际影响,促进我自动化界的对外交往。

杨嘉墀除了在自动化方面的成就,在原子弹测试、返回式人造卫星、863计划中同样成绩显著,承担重要任务。

1963年1月,国防科委领导向有关部门传达了毛主席、党中央关于要进行我国首次核试验的决定。当年初,理论物理研究员们就拿出了第一颗原子弹正式的理论设计方案。当时,杨嘉墀已是中科院自动化研究所的副所长,作为关心世界局势、国家发展的科学家,他深知这项工作的巨大意义,也为能参与这项工作感到莫大的荣幸。在核弹试验用测试仪器研制工作中,自动化所具体承担着三项任务:火球温度亮度测量仪、冲击波压力测量仪、现场地面振动测量仪。在研制火球温度亮度测量仪的过程中,杨嘉墀凭借深厚的知识功底和创造性思维模式,提出了采用反馈式光电倍增管线路的大量程温度计方案和采用变磁阻式压力传感器的方案,为整个研究工作开辟了道路。

1966年,杨嘉墀受上级指示,开始我国第一颗返回式卫星姿态控制系统的研制工作。通过反复进行各类试验,团队发现了诸多实际问题,验证了控制系统的正确性、可靠性。1975年11月,杨嘉墀参加了我国返回式人造卫星的发射。他提前四天就到达了渭南测控中心,每天都和酒泉发射基地通两三次电话,了解相关数据。当时所有的专家都认为卫星不可能在三天后返回,但如果卫星运行一天就返回,将会落在人口稠密的河南西部,损失将会无法估计。杨嘉墀经过精密的计算,认为卫星在三天后返回是没有问题的。虽然最终决定依然是三天后卫星返回,但杨嘉墀的压力也很大,毕竟航天技术的风险巨大。最后,卫星在运行三天后成功地落在了祖国大地上,我国的航天技术也因此取得了重大突破。

1986年初,杨嘉墀与王大珩、王淦昌、陈芳允四位著名科学家联名给党中央写了一封《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》。党中央对此高度重视,很快对此事作出回应,并组织了几百名专家进行调研论证。随后,国务院主持制定了《我国高技术研究发展纲要》,即“863”计划,整个计划描绘了我国7个大项目、15个主题项目的发展蓝图。在这一项目中,杨嘉墀努力探索我国高技术产业化的道路,为我国高技术的发展作出了重大贡献。

作为归国两弹一星元勋,杨嘉墀的一生为我国科技发展做出了特殊贡献。2001年,国家天文台将一颗小行星命名为杨嘉墀星,以此铭记杨嘉墀院士。在漫漫太空中,杨嘉墀星也许是一颗普通的星,并不明亮,也不吸引眼球,但他会永远看着我们、关注我们,而我们也应当永远记住这颗明星。