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赵九章:中国人造卫星之父

赵九章铜像.jpg

赵九章铜像


他是翱翔于科学之海的雄鹰,他有着辉煌却又坎坷的一生,他在气象、地球物理、空间物理等多个学科领域成就斐然。他就是“两弹一星”功勋奖章获得者、被称作“中国人造卫星之父”的赵九章。


天行健,君子以自强不息

1907年10月,赵九章生于河南开封,祖籍浙江湖州,母亲钮家也是湖州人,家族在当地颇有些影响。早年因祖父到河南任职,全家随迁到开封。

赵九章自幼聪慧,幼时读私塾,熟读四书五经等传统典籍,后来读完了初小、高小六年。清末民初,各种社会思潮涌现,新文化运动后,民主与科学思潮渐渐影响到年少的赵九章,从此他把“天行健,君子以自强不息”作为人生格言,立志发奋读书,成为国家栋梁。

小学期间,赵家家道中落。1921年,赵九章高小毕业,不得不辍学,父母只好将他送到远在上海的证券物品交易所当学徒,由其姨父戴季陶照料。他白天辛苦做工,但晚上无论多累都坚持偷偷看书自学。有一天,老板娘发现了,以看书耗费灯油为由对他破口大骂,并禁止他晚上再学习。他只好忍气吞声,可不学习又怎么能做到自强不息呢?他想了一个巧妙的办法,偷偷削了竹片,做成一个上尖下圆的灯罩骨架,外面糊上不易透光的纸,做成灯罩,然后在灯罩一侧开个很小的孔。晚上等老板娘睡着后,才靠着小孔里透出来的微弱灯光看书。可即便如此,不久老板娘还是发现了他的秘密。老板娘大发脾气,把灯罩撕毁,夺走了小油灯。晚上没法读书,他干脆就把书上的定义、公式、定理剪下来藏在口袋里,一有空就掏出来学习。天道酬勤,半年多时间,他自学完成了初中物理课程。九个多月的学徒生活,让他备尝生活艰辛,也磨练了他的意志,他决心继续求学。

回到开封后,赵九章以第一名的成绩,考入河南留学欧美预备学校,这所学校是河南学生出国留学的唯一渠道,对英语和数理化特别重视,有外国教师任教,赵九章打下了坚实的英语和数理功底。五四运动爆发,对赵九章产生了深刻的影响。在学校,他喜欢阅读《少年中国》《向导》《中国青年》等进步书刊,激发了他的爱国思想。他既没有子承父业学习中医,也放弃了学习文学的初衷,而是改学自然科学,树立了科学救国的信念。参加学生运动的赵九章,不久便惹怒了开封军阀,加上家境更加败落,父亲将其送到了远在杭州的姑妈家,姑妈非常爱惜这个天资聪颖的侄子,也有能力在经济上资助他继续读书。1925年9月,他考入了位于杭州的浙江公立工业专科学校(1928年改为浙江大学)电机系。成绩优异的他数理科目特别突出,有时连老师都会让他上讲台,给同学讲解解题的方法。同学们笑称:“九章聪明在于他的头大,上帝送给他一个科学家的脑袋。”

然而家庭的苦难却接踵而至,赵九章的母亲积劳成疾,长期卧床不起,父亲边行医治病,边照顾母亲,身心疲惫。1927年1月,父亲去世,20天后母亲也离开了人世。赵九章从杭州回到开封,悲痛地送走双亲。

1927年,深受进步思想影响的他,秘密加入了中国共产主义青年团。不久,四一二反革命事变爆发,蒋介石叛变革命,大搞“白色恐怖”。赵九章被国民党当局当做共产党嫌疑犯而抓捕。在狱中身心备受摧残,浑身病痛,精神状态也很差。有一天,看守大喊一声:“赵九章,你表妹看你来了。”赵九章很是吃惊,心想自己并没有什么表妹,原来这个自称“表妹”的人叫吴岫霞,是好友给自己介绍的还未曾见过面的女朋友。吴岫霞自幼接受新思想,不裹小脚,有强烈的同情心和正义感,十四五岁就独自去杭州求学,听说了赵九章的情况后,竟生出了爱慕之情。她不畏反动派的淫威来探监,给身陷囹圄的赵九章很大的精神慰藉。此后她经常来探监,开始了两人的患难之恋,此后两个相伴一生。在姑妈的奔走求助下,姨夫戴季陶将其保释出来,此时戴季陶已在国民政府身居高位,作为国民党元老,任考试院院长。戴季陶很赏识他,将他接到南京,担心他再去参加革命活动,就对他严加管束,并为其提供了考试院院长办公室机要秘书的职位。俗话说“大树底下好乘凉”,在这样一个身居高位的亲戚手下,仕途上顺风顺水是再简单不过的事,可赵九章一心从事学术研究,认定只有科学才能使中国强大,最终选择北上。

1929年8月,赵九章考上了国立清华大学物理系。在当年录取的174名男生中名列第四名。更幸运的是,他在这里遇到叶企孙、吴有训、萨本栋这样的大师。在物理系,他与傅承义、王竹溪三人被称为“物理系三杰”,备受师长的赞赏。叶企孙教授谦逊宽厚、循循善诱,不只传授科学知识,还教育学生爱国、做人。他常讲,如果我们的国家如大唐时那般强盛,这个世界上还会有人欺侮我们吗?要想国家不被凌辱,就只有靠科学。这些爱国思想深深地影响了赵九章。吴有训教授特别重视训练学生从事实验物理学研究的本领,要求对理论的理解,要建立在牢固的实验事实之上,要掌握实验技巧,提高实验精确性,而赵九章正是物理系做实验最认真的学生,这让他终身受益。大学四年,他除了上课、做实验,就是在图书馆如饥似渴地读书,他把满腔的爱国热情投入到学习科学技术上。


1933年,赵九章与同班同学傅承义(右)、王竹溪(左)在清华园.jpg

1933年,赵九章与同班同学傅承义(右)、王竹溪(左)在清华园


转学气象留学德国

清华大学毕业后,赵九章留校任助教,专职管理物理实验。在叶企孙教授的建议下,赵九章从物理学转向了气象学。叶教授很早就看到了气象学与物理学的紧密关系,更考虑到日后气象学对国防建设、航空发展的重要性。1934年,赵九章通过了清华大学“庚子赔款”公费留学考试,其中规定,考取公费留学生后,要在国内导师指导下进修一年才能出国学习。这使得赵九章有幸师从气象学大师竺可桢,在竺可桢的指导下,他写出了论文《中国东部空气团之分析》,初步研究了我国气象学的状况,也大概了解了日后在国外学习的重点。叶企孙、竺可桢等人根据掌握的信息,以及曾经在德国的学习经历,他们不顾“庚子赔款”留学必须去美国的规定,而是实事求是,改派他去气象学更强的德国留学。


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位于青岛小麦岛的海浪气象监测站


1935年,赵九章来到了德国柏林大学,指导教师是著名的气象学家费克和德芬特两位教授,在费克教授的指导下攻读动力气象学和高空气象学,在德芬特教授的指导下,攻读动力海洋学。当时,中欧和北欧是气象科学发展最快的地区,而费克正是中欧学派最具代表性的人物。严谨的德国人遇到刻苦勤奋的中国学生,导师很欣赏这个学生,而学生更是深受导师一丝不苟学风的影响。

有一段时间,戴季陶在欧洲考察,赵九章作为翻译陪同。他利用这一便利参观了荷兰、瑞典、奥地利等国的气象机关,在瑞典还有幸见到了北欧学派气象学代表的勃奇朗,这大大增长了他的见识。这次经历加上一年来在德国的学习,他体验了国外先进的教学环境,成熟的科学技术,发达的工业文明。而这些并没有让他“乐不思蜀”,反而更加增强了他的使命感,更坚定了他科学报国的决心。

在导师费克的指导下,他完成了论文《信风带主流间的热力学》并发表。这是赵九章按照自己的思路,把数学、物理和流体力学原理引入气象研究中的首次尝试,受到费克教授和德芬特教授的称赞,也引起了国际气象学界的重视,竺可桢评价:这一文章是“新中国成立以前理论气象研究方面最主要的收获”。这个时期,他特别注重以实用性为目的,后来在《气象》杂志上发表的《理论气象学之研究与天气预报》,他就指出理论气象学的最后目的,不外乎推测气象要素未来的变化,也就是说,他研究气象的目的是预报天气。

1938年8月,他完成了博士学位论文《关于湍流风落分布参量的确定》,获得博士学位。何去何从,摆在了他的面前。一边是优厚的工作待遇和导师热情地挽留,另一边是随着日本的全面侵华,大半个中国都成了抗战区。在别人看来艰难的选择,赵九章却没有半点迟疑,毅然选择报效祖国。此时的清华大学已迁到昆明,已是与国立北京大学、私立南开大学联合成立的西南联大。母校热情地欢迎学子归来,聘请他为理学院地质地理气象系和航空工程系的副教授,两年后聘为教授。在昆明极其艰苦的条件下,他与妻子和女儿相聚之后,便全身心的开始了教学和科研工作。与李宪之等教授紧密合作,培养了顾震潮、叶笃正等大批优秀人才,并发表多篇理论文章。


将气象研究深深扎根于祖国大陆

1944年,在竺可桢推荐下,赵九章担任中央研究院气象研究所代理所长,担负起我国现代气象奠基的重任。因连年战争、场所搬迁,此时的研究所状况并不理想。赵九章到任后,决定在所里每两周举行一次读书报告会,每个人轮流做报告,提高研究人员科研能力。同时明确每一位研究人员的研究方向及负责模块,一段时间后,研究所的工作大有改观,观测恢复正常,气象资料出版安排就绪,研究工作走上正轨。


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1945年全家合影


抗战胜利后,气象研究所费尽周折回迁南京北极阁。此时的赵九章正在访问英美,在英国参加国际气象会议,在芝加哥大学做学术报告,特别是他提出的大气长波不稳定概念引起了气象界的重视。二战中伦敦与纽约的不同命运,让他深深感叹战争与和平的差距,深感中国战后重建与发展的任务更为艰巨。

1947年,赵九章出任所长,他努力将气象学引上数理化的轨道,用清晰的物理概念,严密的数学推导,改变了以往描述性的研究方法,推动了动力气象学的发展。1948年底,国内形势发生了根本改变,国民党当局命令中央研究院各研究所迁移至上海,为逃亡台湾做准备。在上级的一再催促下,赵九章只得组织员工将各项资料、图书、仪器、档案等分装213箱运往上海,除留5人在南京维持日常气象观测工作外,其余员工、家属于年底抵达上海。赵九章认为此时虽然还看不清今后的形势,但去台湾肯定是没有出路,不愿迁台,对上面的命令则应付和拖延。他不顾个人安危,与其他所商量后给中央研究院院长朱家骅发出电文:“八年抗战,颠沛流离,实不堪再动。”

随着南京、杭州的解放,上海情况更加危急,赵九章与恩师竺可桢经常交谈,下定决心留在大陆。那段时间枪声、炮声密集,随时可能被胁迫或被迫害,他时刻神经紧绷,担心一家四口的安全,更担心气象所和所内员工的安全。后来国民党军队溃败逃窜,自顾不暇。5月27日,上海解放,赵九章及研究所留在了祖国大陆。后来在几次科学工作会议上,他见到了周恩来、陈毅、叶剑英等领导人,了解了党的执政理念,认识到了共产党与国民党本质上的差别,看到了祖国的希望。

新中国成立后,赵九章完成的第一个任务,是绘制出我国第一幅北半球天气图,这对深入研究我国的天气过程,提高天气预报水平发挥着很大的作用。这是在南京军管当局的大力支持下干成的,在国民党时期几年无法干成的事,在新中国成立后三个月就干成了,这让他真正体会到了新中国对气象事业的支持。

他全身心地投入科学事业中,在他和涂长望的带头下成立了两个机构:一是联合天气分析预报中心,二是联合气候资料中心,这为建立我国现代天气预报业务,建立我国完整的气候资料库奠定了基础。50年代初,他建议在海南、广东等地,以种植防风林带方式改变局部小气候,为橡胶移植到亚热带地区创造了条件。50年代中期,国际上人工降水盛行,我国是一个降水分布不均的农业大国,研究人工降水意义重大。在赵九章的积极倡导下,我国的云雾物理研究开展起来,这极大的推进了我国现代气象事业的发展。


开创海浪研究

中国是一个海洋大国,有着漫长的海岸线,如何做好海洋气象研究,用好海洋资源,对国防建设和经济建设至关重要。而海浪和台风对渔业、航海、海上和登陆作战、海港和防波堤建设等都有重大影响。上世纪五十年代初期,国外海洋气象信息对我国实施了封锁,在这种情况下,赵九章利用其渊博的学识和战略眼光,在1952年组建了海浪组,开创了我国海浪及台风预报的研究。

赵九章花了很大精力,亲自讲授海浪和流体动力学等理论以及风浪、涌浪、拍岸浪的预报原理,具体指导研究工作,培训科技人员。他认为,海塘工程和海港建设,都必须先掌握各地海浪的冲击压力和由海浪而引起的海流冲刷以及泥沙搬运的规律,才能做出完善的设计,不致在建筑以后为海浪所破坏。在收集和监测数据中缺少仪器,他就与中科院等有关所合作,开展海浪观测仪、波谱仪、海浪自记仪等研制。他把理论与实践相结合,与海军多次协商沟通,之后在青岛地区一个小岛上建立了海浪观测台,进行海底和海面的波浪观测,测量未受阻碍的,由西太平洋台风引发并传到本海区的涌浪先头波。他简朴又随和,多次来到青岛观测台实地考察,到了吃饭的时候,就在海浪观测台和战士、学生们一同吃二米饭(小米、大米),聊天中学生见他头发早白而过高猜测他的年龄,他毫不介意反而开怀大笑。

在台风预报方面,在利用海上岛屿、船舶的气象记载及用飞机出海探测等常规方法外,他开始利用沿海海浪的观测和分析,预测风暴的中心及其移动路径。他选定青岛地区小麦岛海面宽阔的海域,在海底几十米深处安装海浪自记仪,测量涌浪的先头波,这种先头波比风暴产生的涌浪波幅低很多,是周期很大的长波,用目测看不见,但传播速度比涌浪快2倍,它的传播在风暴所产生的波峰前面,利用海浪自记仪观测的资料和波谱仪分析的结果,就可在台风产生的涌浪到达海岸前约一昼夜时间内,预报出风暴中心,这是海上台风预报的一次重要探索。

1956年,赵九章任国务院《十二年科学规划》委员会气象组组长、海洋组组长,他组织海洋学家拟定了海洋科学规划以及1956年和1957年同步观测计划,他担任同步观测组组长,实施了组织领导,对我国海洋科学的发展起了先导作用。到1958年,我国的海浪研究工作在相关仪器研制、观测台的建立、台风预报新方法、专业人才培养等多个方面取得了重大成就,开创了我国海洋研究的一个新领域。


奠基地球物理学

中国科学院成立后,在气象所的基础上成立了地球物理研究所,赵九章任第一任所长。

地球物理学,简单地说就是用物理学的方法定量研究地球,研究领域极其广阔,涉及宇宙空间、地球大气、海洋、陆地、直到地球内部,当时很多方面我国还处在空白状态。在赵九章的力促下,他将原属其他所的地震部分、地磁部分、物理探矿部分等,加上原有的气象部分,组成了地球物理研究所最初的框架,并将从事相关研究的重要科学家团结在了一起。

为充实人才队伍,赵九章利用自己的威望,亲自写信动员在国外留学或工作的朋友、学生们回国,顾震潮当时就读于瑞典斯德哥尔摩大学气象系,本来再有几个月就可以论文答辩,取得博士学位,在接到老师赵九章回祖国参加建设的信件后,放弃了即将获得的博士学位和已经获得的赴美深造的奖学金,毅然决定马上归国,他的导师罗斯贝教授感到很意外,也很惋惜,但也很尊重他的决定。在赵九章的召唤下,先后响应回国的还有叶笃正、谢义炳、顾均禧、朱和周等一大批学者。

赵九章治学严谨,对青年学者公开发表的论文要求很严格,送刊前他都要亲自审阅,也特别重视通过教学实践推动青年人知识体系的系统化。对工作上的事情,要求做到的事必须按时做好。有一次,他为了写一篇会议报告,让徐荣栏为他准备相关模拟实验的实验结果,要求写好材料后当天晚上送到他家里。徐荣栏写完材料,时间已是晚上11点,担心这么晚送过去会打扰赵先生,于是打算第二天一早再送到赵老师的办公室去。正当他准备上床睡觉时,突然听见有敲门声,打开门一看,竟然是赵九章所长在女儿陪伴下来取材料。徐荣栏很是吃惊,他赶紧不好意思地解释,可赵九章并不批评,拿了材料就走,望着他的背影,心头不禁涌起无限的感叹和敬意。

赵九章也充分发扬学术民主。他有两句名言,一是“做学问是不能垄断的”,二是“搞研究一个人不行,要发挥集体的力量才有可能避免个人认识上的局限性”。他非常注意采用集体的方法开展科研和培养人才,在他的带领下,地球物理研究所的学术氛围空前浓厚,人才济济。


1970年4月24日,我国发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”.jpg

1970年4月24日,我国发射的第一颗人造地球卫星“东方红一号”


为推进地球物理学的发展,他提出了“三化”方针,即“数理化、新技术化、工程化”。数理化就是大力发展动力学研究,使地球物理学建立在坚实的数学物理基础上,推动地球物理学从描述性科学向数理化、逻辑化转变;新技术化就是积极将新技术应用于地球物理学的研究;工程化则一方面反映现代化科学研究“大科学”的特点,另一方面反映将科研成果转化成生产力的需要。在赵九章等所领导的带领下,地球物理研究在大气物理、海浪、地震、地磁、电力层、物探等各领域均取得了很大成就,赵九章被誉为我国地球物理学的奠基人。


第一颗人造卫星总设计师

1957年10月,苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星,人类社会从此迈入太空时代。这件事深深触动了赵九章,他积极倡导我国也要开展人造卫星研究工作,而毛泽东主席在中共八届二次会议上指出:“我们也要搞人造卫星。”这更坚定了他的想法。为此中科院成立了“581”组,当上级问他:“交给你一项新任务,要隐姓埋名,要中断所有科研,不能再发表任何文章,你能不能做到?”赵九章不假思索,只说了一句:“只要是国家需要,我就去做!”从此,他担任“581”组副组长,全身心地投入了人造卫星事业。

没有技术没有资料,如此复杂而综合的科学工程,在当时的困难是我们所无法想象的。他首先带队去苏联学习访问,却只看到了一眼卫星外壳构造,苏联一行促使他冷静而果断的决定:“靠天靠地靠不住,我们要靠自己的力量,必须有自己的卫星。”他提出了我国空间探测事业要由小到大,由低到高,由初级到高级逐步发展的建议。受当时国内情况的限制,卫星事业并未在国家层面立项,但这丝毫没有影响他开展工作的热情。在科学院任务调整的指示精神下,他开始了长达七年的卫星预研工作,以火箭探空练兵,为高空物理探测打基础,不断探索卫星发展方向,筹建空间环境模拟实验室,研究地面跟踪接收设备,为我国卫星上天做了方方面面的准备。几年时间里,小到仪器舱内各种仪器,大到各种系统,赵九章与同事们一点点摸索,一点点研发。累了就趴在资料上睡一会儿,饿了啃馒头就白开水,有时心绞痛犯了,他也还是坚持工作。

1964年秋,赵九章去基地观看了“东风二号”导弹的发射,心情很激动。10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功,更是让他振奋不已。他内心更坚定的认为,由国家立项卫星研制工作的时机已经成熟。思索再三,他将报告直接呈给周恩来总理,周总理接到信后,很快批准聂荣臻副总理组织有关人员研究论证。

接下来一段时间,赵九章一直在筹划研制卫星的方案。中国科学院成立了“651”任务组,此时的核心,一是轨道攻关,他与数学研究所副所长关肇直研究卫星轨道攻关问题,这关系到测轨定轨手段、地面跟踪台站布局等重大问题,经过努力,都一一得到解决。第二个就是我国第一颗人造卫星本体方案,大家提出叫“东方红一号”,为直径一米的近球形七十二面体。之所以选取这个形状,除结构上的考虑外,是便于贴布太阳能电池片并使其在任何姿态下输出的能源较为均匀,同时又利于根据其轨道变化更精确地推算高层大气密度。“651”卫星方案论证会开了42天,对涉及“东方红一号”总体和卫星本体的多个问题都进行了深入而广泛的探讨。最后归结的目标是1970年发射,要“上得去、抓得住、听得到、看得见”。“东方红一号”的命名、结构外形、主要指标以及播放《东方红》音乐等都得到了大会的肯定,会议取得很大成功。在此基础上,中科院卫星设计研究院成立,赵九章任院长,各项工作全面展开。


1964年12月27日,赵九章写给周总理的亲笔签名信.jpg

1964年12月27日,赵九章写给周总理的亲笔签名信


然而,历史在这一刻留下了巨大的遗憾。1968年,赵九章去世。周恩来听到这个消息后,不禁潸然泪下。在接替者经过攻坚克难后,1970年4月24日,我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射,举国上下欢欣鼓舞。这一年,赵九章虽已离开人世,未能亲眼见证,但那划破清冷夜空的火箭和卫星,已带着他毕生夙愿,一飞冲天,永载史册。

赵九章在我国第一颗人造卫星的研制过程中付出了极大的心血,同时对我国卫星系列发展规划的制定也做出了重大贡献。半个多世纪后的今天,我国的探月工程、北斗卫星导航系统、载人航天工程都取得了举世瞩目的成就,沿着当初的规划一步步前进着。

历史没有忘记他,祖国和人民也没有忘记他。1997年,赵九章诞辰90周年之际,在王淦昌等44位著名科学家的联名倡导下,赵九章铜像铸造完成。1999年9月,赵九章被追授“两弹一星”功勋奖章。2007年赵九章诞辰100周年之际,由中国科学院紫金山天文台发现的一颗国际编号为“7811”的小行星,被命名为“赵九章星”,愿他如那颗以自己名字命名的小行星一样,遨游于浩瀚的宇宙。他的卓越功绩永载史册,永远值得每一个国人去缅怀和铭记。

(辛松,军事科学院战争研究院副研究员;李进,青岛市军事历史研究者;贾明,任职中央广播电视台环球节目中心)