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近代力学事业的奠基人著名科学家 - 钱学森

发布时间:2019-11-22 09:17编辑:政治人物浏览(91)

      杰出科学家、中国“两弹一星”奠基人

    钱学森,著名科学家。我国近代力学事业的奠基人之一。在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术科学领域作出许 多开创性贡献。为我国火箭、导弹和航天事业的创建与发展作出了卓越贡献,是我国系统工程理论与应用研究的倡导人。

      钱学森(1911.12.11—2009.10.31),中国著名物理学家,世界著名火箭专家。

    钱学森,1911年12月11日出生于上海,是独生子。父亲钱均夫是浙江杭州一没落丝商第二子,少小就学于当时维新的杭州求是书院,曾到日本学教育和地理、历史。母亲章兰娟是当时杭州富商的女儿。钱学森的外祖父欣赏钱均夫的才华,把自己的女儿许配给他。民国成立后,钱均夫就职北京当时的教育部。钱学森在3岁时随父到了北京,上过蒙养院、女师大附小、师大附小和师大附中。

      浙江杭州人,生于上海,汉族,1959年8月加入中国共产党,博士学位,被誉为“中国导弹之父”,“中国火箭之父”,“导弹之王”,2007年被评为感动中国年度人物。

    在北京师大附中时,对钱学森影响最深的几位老师是:林砺儒、王鹤清、董鲁安,以及几何老师傅种孙、生物老师俞谟、博物老师李士博和美术老师高希舜(后来是著名国画大师)。林砺儒是校长,他制定了一套以启发学生智力为目标的教学方案。王鹤清是化学老师,他启发了钱学森对科学的兴趣,给他自由到化学实验室做实验的便利。董鲁安是国文老师,在课堂上常常用较长的时间讨论时事,表示厌恶北洋军阀政府,憧憬国民革命军北上。他的教学使钱学森产生对旧社会腐败的深切不满和对祖国前途、人民命运的无比关心。钱学森一次在图书馆借了一本讲相对论的小册子,书中第一句话提到20世纪有两位大师:一位是自然科学大师A.爱因斯坦,一位是社会科学大师列宁。钱学森当时对列宁这位大师还不甚了解。傅种孙那时已是师大数学讲师,在中学课堂上把道理讲得很透。钱学森后来认为,在初中三年级听傅老师的几何课,使他第一次得知什么是严谨的科学。钱学森对老师们的教诲感激不尽,他后来说;“我若能为国家为人民做点事,皆与老师教育不可分!”

      1934年毕业于交通大学机械工程系,1934年在美国麻省理工学院和加利福尼亚理工大学学习。1935年赴美国研究航空工程和空气动力学,1938年获加利福尼亚理工学院博士学位,后留在美国任讲师、副教授、教授以及超音速实验室主任和古根罕喷气推进研究中心主任,并从事火箭研究。

    1929年中学毕业后,钱学森为复兴祖国,决心学工科,考入上海交通大学机械工程系。当时上海交大专重考试分数,学期终了平均分数算到小数点以后两位,大家都为分数而奋斗。初入交大的钱学森,对这里求知空气不浓而不满,但也不甘落后,非考90分以上不可。在交大,钱学森非常感激两位倡导把严密的科学理论与工程实际结合起来的老师,一位是工程热力学教授陈石英,一位是电机工程教授钟兆琳。

      1950年开始争取回归祖国,当时美国海军次长金布尔说:“钱学森无论走到哪里,都抵得上5个师的兵力,我宁可把他击毙在美国也不能让他离开。”因此钱学森受到美国政府迫害,失去自由,历经5年于1955年才回到祖国。

    1930年暑假后期,钱学森得了伤寒病,在杭州家里卧病一月余,后因体弱休学一年。在这一年里,他第一次接触到科学的社会主义。钱学森爱好美术,在书店买了一本讲艺术史的书,不曾想这本书是一位匈牙利社会科学家用唯物史观的论点写的。他从未想到对艺术可以进行科学分析,所以对这一理论发生了莫大的兴趣。接着他读了普列汉诺夫的艺术论、布哈林的唯物论等书,又看了一些西洋哲学史,也看了胡适的《中国哲学史大纲》。读了这么多书,他感到只有唯物史观和辩证唯物主义才是有道理的,唯心主义等等没有道理;经济学也是马克思的有道理,而资产阶级经济学那一套理论,则不能自圆其说。休学期满回到学校,钱学森开始接触到共产党的外围组织,参加过多次小型讨论会,从那里他知道了红军和解放区的存在。小组的领导人乔魁贤,是当时交大数学系的学生,小组还有许邦和、袁轶群和褚应璜。后来乔魁贤被学校开除;钱学森和小组的联系也逐渐中断,仍埋头读书,每学期平均分数都超过90分,因而得到免交学费的奖励。在上海交大,好友有林津、熊大纪、郑世芬、罗沛霖、茅于恭等。假期在杭州,因与学音乐的表弟李元庆思想相投而常交往,从他那里略闻左翼文艺运动的情况。

      1955年10月,经过周恩来总理的不断努力,钱学森冲破种种阻力回国后,1959年加入中国共产党。曾任中国科学院力学研究所所长,第七机械工业部副部长,国防科工委副主任等职;现任中国科技协会名誉主席等职。

    在1934年暑假,钱学森从上海交大机械工程系铁道机械工程专业毕业。尚未派定工作,就考取了清华大学公费留学,专业是飞机设计,两位导师一是王助,一是王士倬。王助是我国早年航空工程师,设计制造了中国第一代飞机,他教导钱学森重视工程技术实践和制造工艺问题。王士倬是清华教授。依照清华关于留美学生的规定,钱学森在1934—1935年到杭州览桥飞机厂实习,又到南京、南昌空军飞机修理厂见习,最后到北京参观清华并拜访导师王士倬,也见到王士倬当时的助教张捷迁。钱学森这次来京,看到北京在没落,颇有感触。

      

    1935年8月,钱学森从上海坐美国邮船公司的船离国,同船的留美同学有徐芝纶、夏勤铎等。当时钱学森的心情是:中国混乱,豺狼当道,暂时到美国去学些技术,他日回来为国效劳。到了美国入麻省理工学院航空系,成绩不但比美国学生好,而且比同班的其他外国人都好,这使他感到作为一个中国人而自豪。因为学工程一定要到工厂去,而当时美国航空工厂不欢迎中国人,所以一年后他开始转向航空工程理论,即应用力学的学习。于是决定追随当时在加利福尼亚理工学院的力学大师T.冯·卡门(vonKármán)教授。1936年10月,钱学森转学到加州理工学院,开始了与冯·卡门教授先是师生后是亲密合作者的情谊。冯·卡门第一次见到钱学森时,看到的是一位个子不高、仪表严肃的年轻人;他异常准确地回答了教授的所有提问;他思维的敏捷和富于智慧,顿时给冯·卡门以深刻的印象。冯·卡门教授教给钱学森从工程实践提取理论研究对象的原则,也教给他如何把理论应用到工程实践中去。冯·卡门每周主持一次研究讨论会(research conference)和一次学术研讨会,这些学术活动给钱学森提供了锻炼创造性思维的良好机会。

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    到加州理工学院的第二年,即1937年秋,钱学森认识了热心研究火箭技术的同学F.J.马林纳,共同具有的火箭、音乐和政治兴趣,使两位青年结成良友。由马林纳介绍,钱学森参加了当时加州理工学院的马列主义学习小组,也得识该小组的书记、化学物理助理研究员S.威因鲍姆。小组曾念过英国J.S.L.斯崔奇著的一本书,后来也学习过恩格斯的《反杜林论》;每星期例会常讨论时事,主题是反法西斯和人民阵线;小组还参加过美国共产党书记E.白劳德的几次讲演会。1938年冬,第二次世界大战爆发后,不少小组成员加入了美国共产党,也有人参加了军事研究,这个小组就无形解散了。后来,马林纳在麦卡锡(JosephR.McCarthy)主义反动浪潮席卷美国的初期,辞去了加州理工学院的喷气推进实验室主任职务,去巴黎为联合国教科文组织服务,并成为现代派画家,1981年11月9日在巴黎病逝。

    钱学森与胡锦涛总书记

    钱学森在加州理工学院的博士论文工作是在1939年6月结束的,论文为《高速气动力学问题的研究》等四篇。取得航空和数学博士学位后,任加州理工学院航空系的助理研究员,一直到1944年。在这一段时间内,先从事薄壳体稳定性的研究,1940年完成了研究课题,并撰写了论文在美航空学会年会上宣读,算是独立研究,出了师。此后钱学森成为冯·卡门的助手,帮助他指导研究生的论文。1940年,由于王助的推荐,钱学森成为成都航空研究所的通讯研究员,写了一篇题为《高速气流突变之测定》的专论(刊登在该所报告第二号)。

      钱学森为中国火箭和导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案。1958年4月起,他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,对中国火箭导弹和航天事业的发展作出了重大贡献。钱学森曾是全国政协副主席、中国科学院数理化学部委员、中国宇航学会名誉理事长、中国科技协会主席。1991年10月,国务院、中央军委授予钱学森“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英雄模范奖章。

    1941年,从加拿大来了几位庚子赔款的留学生:郭永怀、林家翘、傅承义,1942年又来了钱伟长。钱学森和他们相处得比较密切,一般是一起吃晚饭,并常常讨论各种问题。钱伟长多才多艺,傅承义专攻地球物理。钱学森和郭永怀最相知(后来在1957年初,有关方面询问谁是承担核武器爆炸力学工作最合适的人选时,钱学森毫不迟疑地推荐了郭永怀)。1943年秋冬,周培源也到加州理工学院来做研究工作,找冯·卡门教授讨论湍流统计理论等。这一群中国同学,还有张捷迁、毕德显,星期天总到周培源老师家去玩,高谈国事,也替师母王蒂澂烹制午晚餐。

      2009年10月31日早上在北京去世,享年98岁

    到1942年,钱学森的研究工作已有了成绩,并教了些学生;同时由于美国战时军事科学研究的需要,暂时放松了对外国人的限制,故得以参加机密性工作。1939年前后,美国空军开始支持火箭研究。1942年,美国军方委托加州理工学院举办喷气技术训练班,钱学森是教员之一,与陆海空三军技术人员有了接触。后来美军从事火箭导弹的军官中,有不少是他当时的学生。1944年,美国陆军得知德国研制V-2火箭的情报,遂委托冯·卡门教授领导,马林纳为副,大力研究远程火箭。美军原始型的“下士”式导弹就是他们那时开始设计的。钱学森负责理论组,把林家翘、钱伟长也请了来,进行弹道分析、燃烧室热传导、燃烧理论研究等工作。同时钱学森还当了航空喷气公司(Aerojet Company)的技术顾问,加州理工学院提升钱学森为讲师。冯·卡门对钱学森是很欣赏的,所以在1945年初他被空军聘为科学咨询团团长的时候,提名钱学森为团员。这个团为美国空军提供了一个远景发展意见,钱学森从中学到从大处和远处设想科技发展问题的方法。1945年5月,第二次世界大战结束的前夕,钱学森随科学咨询团去欧洲,考察英、德、法等国的航空研究,特别是法西斯德国的火箭技术发展情况。这时加州理工学院提升他为副教授。这一时期,他取得了在近代力学和喷气推进的科学研究方面的宝贵经验,成为当时有名望的优秀科学家。冯·卡门这样评价钱学森:“他在许多数学问题上和我一起工作。我发现他非常富有想象力,他具有天赋的数学才智,能成功地把它与准确洞察自然现象中心物理图象的非凡能力结合在一起。作为一个青年学生,他帮我提炼了我自己的某些思想,使一些很艰深的命题变得豁然开朗。”

      个人荣誉

    1946年暑期,冯·卡门教授因与加州理工学院当局有分歧而辞职,作为冯·卡门的学生,钱学森也离开加州理工学院,再到麻省理工学院任副教授,专教空气动力学专业的研究生。1947年初,36岁的钱学森进入了麻省理工学院年轻的正教授行列。同年夏季,钱学森向麻省理工学院当局请假回国探亲,9月中和蒋英结婚。蒋英是蒋百里、蒋左梅夫妇的第三女,生于1920年9月,是在维也纳和柏林受过良好的音乐教育的女高音声乐家。蒋百里是旧中国著名的军事理论家,蒋左梅是日裔友人。

      1999年,中共中央、国务院、中央军委决定,授予钱学森“两弹一星功勋奖章”;1991年获国务院、中央军委授予的“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和中央军委授予的一级英雄模范奖章;2007年荣获“感动中国年度人物”。

    1948年祖国解放事业胜利在望,钱学森开始准备归国。为此他要求退出美国空军科学咨询团,但直到1949年才得以实现。他兼任的美国海军炮火研究所顾问的职务,直到1949年秋从麻省理工学院回到加州理工学院就任喷气推进技术教授职务时才辞去。

      著作有《工程控制论》、 《物理力学讲义》 、《星际航行概论》、《论系统工程》、《关于思维科学》、《论地理科学》、《科学的艺术与艺术的科学》、《论人体科学与现代科技》、《创建系统学》、《论宏观建筑与微观建筑》、《论第六次产业革命通信集》等。

    1949年5月20日,钱学森收到美国芝加哥大学金属研究所副教授研究员、留美中国科学工作者协会美中区负责人葛庭燧写来的信,同时转来1949年5月14日曹日昌教授(中共党员,当时在香港大学任教)写给钱学森的信,转达即将解放的祖国召唤他返国服务、领导中华人民共和国航空工业建设之切切深情。这时钱学森还看到周培源给林家翘的信,得知北京西郊解放时的良好情况。也见到在加州理工学院当研究生的罗沛霖(曾经以非党技术人员身份在延安工作过),他认为钱学森回国为解放了的祖国服务的时候到了。钱学森遂加紧了回祖国的准备,以便实现他多年的夙愿。

      个人成就

    但这时正值麦卡锡主义横行,美国全国掀起一股要雇员们效忠政府的歇斯底里狂热。几乎每天都发生对大学和其他机构进行审查或威胁性审查的事件。加州理工学院也被涉及,因威因鲍姆下狱,怀疑落到钱学森身上。1950年7月,美国政府决定取消钱学森参加机密研究的资格,理由是他与威因鲍姆有朋友关系,并指控钱学森是美国共产党员,非法入境。钱学森这时立即决定以探亲为名回国,准备一去不返。但当他一家将要出发的时候,钱学森被拘留起来,两星期后虽在几位美国同事好友的大力帮助下保释出来,但继续受到移民局根据麦卡锡法案进行的迫害,行动处处受到移民局的限制和联邦调查局特务的监视,被滞留5年之久。1955年6月的一天,钱学森夫妇摆脱特务监视,在一封写在一张小香烟纸上寄给在比利时亲戚的家书中,夹带了给陈叔通先生的信,请求祖国帮助他早日回国。陈叔通先生收到这封信的当天,就把它送到周恩来总理手里。1955年8月1日,中美大使级会谈在日内瓦开始,王炳南大使按照周总理的授意,以钱学森这封信为依据,与美方进行交涉和斗争,迫使美国政府不得不允许钱学森离美回国。8月5日,钱学森接到美国政府的通知,说他可以回国。但在乘坐美国邮船的归途中,他仍被当作犯人对待。

      钱学森长期担任中国火箭和航天计划的技术领导人,对航天技术、系统科学和系统工程做出了巨大的和开拓性的贡献。钱学森共发表专著7部,论文300余篇。

    在1950年到1955年这一段争取回国的时间里,钱学森因受到特务监视,感到压力很大,除了教书和做研究工作以外,学术活动和社会活动参加得很少,但仍未放弃学术研究。钱学森这个时期的主要开创性的研究成果是1954年在美国发表的《工程控制论》一书,及讲授力学工作介质物理性质的理论“物理力学”。当钱学森在回国前夕同蒋英带着幼儿钱永刚、幼女钱永真向他的老师告别时,冯·卡门充满感情地说:“你现在学术上已经超过我!”

      主要贡献表现在以下几方面:

    就在美国政府迫害钱学森的5年中,加州理工学院的许多美国朋友安慰他,千方百计地给他解决困难,表示了真诚的友情,如W.R.西尔斯教授、F.马布尔教授、M.米尔斯、登肯·兰尼(Duncan Ran-nie)等。

      ①应用力学

    钱学森后来回顾在美国的经历时说:“我从1935年去美国,1955年回国,在美国待了20年。20年中,前3—4年是学习,后十几年是工作,所有这一切都在做准备,为了回到祖国后能为人民做点事。我在美国那么长时间,从来没想过这一辈子要在那里待下去。我这么说是有根据的。因为在美国,一个人参加工作,总要把他的一部分收入存入保险公司,以备晚年退休之后用。在美国期间,有人好几次问我存了保险金没有,我说一块美元也不存,他们感到很奇怪。其实没什么奇怪的。因为我是中国人,根本不打算在美国住一辈子。”

      钱学森在应用力学的空气动力学方面和固体力学方面都做过开拓性的工作。与冯·卡门合作进行的可压缩边界层的研究,揭示了这一领域的一些温度变化情况,创立了卡门——钱学森方法。与郭永怀合作最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。

    钱学森一家1955年10月8日到达香港,同日过国境,回到了祖国。从香港上码头开始,通过与中国旅行社同志的接触,感受到了祖国的温暖。进入国境,钱学森一家见到了科学院派来接他们的朱兆祥。党和政府对他们的照顾无微不至。钱学森受到广东省委书记陶铸的接见并在广州参观。经过上海、杭州,最后到了北京。不久,领导上安排钱学森到东北去参观,看了农村和工厂,特别是飞机厂等,饱览了祖国欣欣向荣的景象。

      ②喷气推进与航天技术

    1955年11月,钱学森和钱伟长合作筹建中国科学院力学研究所。1956年1月5日,力学所正式成立,钱学森任第一任所长,直至70年代后期。在钱学森倡议下,中国应用与理论力学学会在1957年正式成立,钱学森被一致推举为第一任理事长,以后又任中国力学学会第一任理事长。1958年任中国科学技术大学近代力学系主任,讲授星际航行概论和物理力学。

      从40年代到60年代初期,钱学森在火箭与航天领域提出了若干重要的概念:在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置(JATO),使飞机跑道距离缩短;在1949年提出了火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;在1953年研究了行星际飞行理论的可能性;在1962年出版的《星际航行概论》中,提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。

    1956年春,钱学森应邀出席中国人民政治协商会议第二届全国委员会第二次全体会议,并在会上发言。2月1日晚,毛泽东主席设宴招待全体委员,并特别安排钱学森同自己坐在一起,进行了亲切的谈话。这是一个有意义的时刻,它表明了钱学森从1955年10月8日回到祖国后,已全身心地投入一项新的事业——中国共产党领导的现代化建设事业。1959年经杜润生、杨刚毅介绍,钱学森加入了中国共产党。

      ③工程控制论

    1957年,钱学森所著《工程控制论》获中国科学院自然科学奖一等奖,并被补选为中国科学院学部委员。这一年6月,中国自动化学会筹备委员会在北京成立,钱学森任主任委员。同年9月,国际自动控制联合会成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常务理事。1961年,在中国自动化学会成立大会上,全体代表一致推举钱学森为首任理事长。

      工程控制论在其形成过程中,把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象。钱学森本人就是这类研究工作的先驱者。

    在40年代试验导弹的早期日子里,钱学森就意识到导弹日益增长着的重要性,需要一种他称之为喷气式武器部的新机构,用新的军事思想和方法专门进行研究。新中国国防建设的需要,为他实现这一预见提供了历史的机遇。在哈尔滨参观中国人民解放军军事工程学院时,院长陈赓大将专程从北京赶回哈尔滨接见钱学森,他问钱学森的第一句话是:“中国人搞导弹行不行?”钱学森说:“外国人能干的,中国人为什么不能干?”陈赓大将说;“好!就要你这一句话。”这次谈话,决定了钱学森从事火箭、导弹和航天事业的生涯。1955年12月27日,万毅根据彭德怀元帅的指示,详细地听取了钱学森关于如何发展我国火箭导弹技术的意见。1956年2月17日,在周恩来总理的鼓励下,作为一个刚刚回归祖国不久的科学家,钱学森怀着对新中国国防事业强烈的责任感,给国务院写了关于《建立我国国防航空工业的意见书》(当时为保密起见,用“国防航空工业”这个词来代表火箭、导弹和后来所称的航空航天技术)。《意见书》指出:“健全的航空工业,除了制造工厂之外,还应该有一个强大的为设计服务的研究及试验单位,应该有一个作长远及基本研究的单位。自然,这几个部门应该有一个统一领导的机构,作全面规划及安排的工作。”《意见书》提出了我国“国防航空工业”的组织草案、发展计划和具体步骤,并且开列了一张可以调来做高级技术工作的21人名单,包括任新民、罗沛霖、梁守槃、胡海昌、庄逢甘、罗时钧、林同骥等。《意见书》立即引起中央的重视,周恩来总理在1956年3月14日亲自主持会议研究,决定由周恩来总理、聂荣臻元帅和钱学森等筹备组建导弹航空科学研究的领导机构——航空工业委员会,委员会下设立:设计机构;科学机构;生产机构。1956年4月13日,国务院成立了以聂荣臻元帅为主任的航空工业委员会,钱学森被任命为委员。

      ④物理力学

    1956年春,周恩来总理亲自领导数百名科学技术专家,制订新中国第一个远大的规划——《1956至1967年科学技术发展远景规划纲要》,确定了57项国家重要科学技术任务。由钱学森主持,在王弼、沈元、任新民等的合作下完成了第37项(《喷气和火箭技术的建立》)的规划。钱学森等在这项重要科学技术任务的说明书中指出:“喷气和火箭技术是现代国防事业的两个主要方面:一方面是喷气式的飞机,一方面是导弹。没有这两种技术,就没有现代的航空,就没有现代的国防。建立了喷气和导弹的技术,民用航空方面的科学技术问题也就不难解决”;“本任务的预期结果是建立并发展喷气和火箭技术,以便在12年内使我国喷气和火箭技术走上独立发展的道路并接近世界先进的科学技术水平,以满足国防的需要”;解决本任务的途径:“必须尽先建立包括研究、设计和试制的综合性的导弹研究机构,并逐步建立飞机方面的各个研究机构”;解决本任务的大体进度:“1963—1967年,在本国研究工作的指导下,独立进行设计和制造国防上需要的、达到当时先进性能指标的导弹”;组织措施是:“在国防部的航空委员会下成立导弹研究院,该院自1956年起开始建设,1960年建成”。1956年5月10日,聂荣臻元帅提出《关于建立我国导弹研究工作的初步意见》,并且建议:在航空工业委员会下设立导弹管理局,钱学森任总工程师;建立导弹研究院,钱学森任院长。钱学森很快受命负责组建我国第一个火箭、导弹研究院——国防部第五研究院。1956年10月8日,恰好是钱学森回归祖国一周年的日子,聂荣臻元帅亲自主持五院成立仪式。这一天也是对新中国156名大学毕业生进行导弹专业教育训练班的开课纪念日。钱学森主讲《导弹概论》。在1942年加州理工学院喷气技术训练班授课14年之后,钱学森为能在自己的国家培养我国第一批火箭、导弹技术人才,感到无比激动。这批受训的大学生,后来成为我国火箭、导弹与航天技术队伍的骨干。1957年2月18日,周恩来总理签署国务院命令,任命钱学森为国防部第五研究院第一任院长。从此,在周恩来总理、聂荣臻元帅直接领导下,钱学森开始了作为新中国火箭、导弹和航天事业技术领导人的长期经历。1957年11月16日,周恩来总理任命钱学森兼任国防部第五研究院一分院院长。1958年5月29日,聂荣臻元帅同黄克诚、钱学森一起部署了我国第一枚近程导弹的制造工作。1960年11月5日,在聂荣臻元帅现场亲自指导下,以张爱萍将军为主任,孙继先、钱学森、王诤为副主任的试验委员会,在我国酒泉发射场成功地组织了我国制造的第一枚近程导弹的飞行试验。正如聂荣臻元帅在庆祝宴会的祝酒词中所说,在祖国的地平线上,飞起了我国自己制造的第一枚导弹,这是我国军事装备史上一个重要的转折点。1964年6月29日,我国第一个自行设计的中近程导弹进行飞行试验获得成功。1966年10月27日,遵照周恩来总理“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的指示,钱学森协助聂荣臻元帅,在酒泉发射场直接领导了用中近程导弹运载原子弹的“两弹结合”飞行试验,导弹飞行正常,原子弹在预定的距离和高度实现核爆炸。这次史无前例的试验标志着中国开始有了用于自卫的导弹核武器,也标志着《1956至1967年科学技术发展远景规划纲要》规定的“1963—1967年在本国研究工作的指导下,独立进行设计和制造国防上需要的、达到当时先进性能指标的导弹”这一任务的提前完成。第二天,即1966年10月28日,《纽约时报》用这样的文字报道了这一重大事件:“一位15年中在美国接受教育、培养、鼓励并成为科学名流的人,负责了这项试验,这是对冷战历史的嘲弄。1950—1955年的5年中,美国政府成为这位科学家的迫害者,将他视为异己的共产党分子予以拘捕,并试图改变他的思想,违背他的意愿滞留他,最后才放逐他出境回到自己的祖国。”

      钱学森在1946年将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来的研究,是先驱性的工作。1953年,他正式提出物理力学概念,主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性,改变过去只靠实验测定力学性质的方法,大大节约了人力物力,并开拓了高温高压的新领域。1961年他编著的《物理力学讲义》正式出版。现在这门科学的带头人是苟清泉教授,1984年钱学森向苟清泉建议,把物理力学扩展到原子分子设计的工程技术上。

    早在1953年,钱学森就研究了星际航行理论的可行性。1958年,中国科学院成立以钱学森为组长、赵九章和卫一清为副组长的领导小组,负责筹建人造卫星、运载火箭以及卫星探测仪器和空间物理的设计、研究机构。1961年6月,在钱学森、赵九章等的倡导下,中国科学院开始举办了持续12次的星际航行座谈会,钱学森在第一次座谈会上发表了题为《今天苏联及美国星际航行火箭动力及其展望》的讲演。1963年,中国科学院成立了由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章领导的星际航行委员会,负责组织制订星际航行发展规划,安排预先研究课题。1965年1月8日,钱学森正式向国家提出报告,建议早日制订我国人造卫星的研究计划并列入国家任务。钱学森指出:“自从苏联在1957年10月4日发射第一颗人造地球卫星以来,中国科学院及原第五研究院对这项新技术就有些考虑,但未作为研制任务。现在看来,人造卫星有以下几种已经明确的用途:测地卫星、通讯及广播卫星、预警卫星、气象卫星、导航卫星、侦察卫星。重量更大的载人卫星在国际上的应用,现在虽然还不十分明确,也得有所准备。现在我国弹道式导弹已有一定的基础,现有型号进一步发展,即能发射100公斤左右重量的仪器卫星。这些工作是复杂艰巨的,必须及早开展有关的研究、研制工作,才能到时拿出东西。因此建议国家早日制订我国人造卫星的研究计划,列入国家任务,促进这项重大的国防科学技术的发展。”聂荣臻元帅很重视钱学森的建议,指出:“只要力量上有可能,就要积极去搞。”1965年4月29日,国防科委向中央专门委员会报告了邀请张劲夫、钱学森、孙俊人及国家科委、国防工办专业局的负责同志和专家进行研究的结果,提出了在1970年或1971年发射我国重量为100公斤左右的第一颗人造地球卫星的设想。中央专门委员会于1965年5月4日、5日召开的第12次会议和8月9日、10日召开的第13次会议,原则批准了我国第一颗人造卫星的规划方案,以及争取在1970年左右发射我国第一颗人造卫星的设想。钱学森为解决人造卫星研制中的许多关键技术问题贡献了智慧。譬如,在1966年6月下旬,第一颗人造卫星的运载火箭“长征一号”,为解决滑行段喷管控制问题而进行的滑行段晃动半实物仿真试验,出现了晃动幅值达几十米的异常现象。钱学森亲临现场,在讨论中认定:此现象在近于失重状态下产生,原晃动模型已不成立,此时流体已呈粉末状态,晃动力很小,不影响飞行。后来多次飞行试验证明,这个结论是正确的。在“文化大革命”的日子里,钱学森协助周恩来总理,为领导人造卫星研制计划的正常进行,发挥了特殊的作用,譬如,由于“文化大革命”,“长征一号”运载火箭试车无法进行,1969年7月17日、18日、19日和25日,周恩来总理连续4次召开会议,解决二级和三级地面试车问题,委派钱学森协同七机部军管会副主任杨国宇全权处理有关试车事宜,从而得以在8月22日取得试车成功。1970年,在周恩来总理的直接关怀下,钱学森、李福泽、杨国宇、任新民、戚发韧等在酒泉卫星发射场组织实施了第一颗人造卫星的发射工作。1970年4月24日,重量为173公斤的我国第一颗人造卫星发射成功。钱学森和发射基地的领导人及试验队的代表在现场发表了热情洋溢的讲话。“五一”国际劳动节晚上,毛泽东主席、周恩来总理在天安门城楼上接见了钱学森、任新民等参加第一颗卫星工程研制的代表。这颗卫星向全世界播送的《东方红》乐曲,宣告了新中国迎来了航天时代的黎明。

      ⑤系统工程

    周恩来总理和聂荣臻元帅是钱学森最崇敬的我国科技事业领导人。他说过:“按照我的体会,周总理、聂老总就是把他们过去在解放战争中组织大规模作战的那套办法,有效地用到科技工作中来,把成千上万的科技大军组织起来了。”

      钱学森不仅将中国航天系统工程的实践提炼成航天系统工程理论,并且在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,还坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设,并从社会形态和开放复杂巨系统的高度,论述了社会系统。任何一个社会的社会形态都有三个侧面:经济的社会形态,政治的社会形态和意识的社会形态。钱学森从而提出把社会系统划分为社会经济系统、社会政治系统和社会意识系统三个组成部分。相应于三种社会形态应有三种文明建设,即物质文明建设(经济形态)、政治文明建设(政治形态)和精神文明建设(意识形态)。社会主义文明建设应是这三种文明建设的协调发展。从实践角度来看,保证这三种文明建设协调发展的就是社会系统工程。从改革和开放的现实来看,不仅需要经济系统工程,更需要社会系统工程。

    钱学森1965年2月15日任第七机械工业部副部长,1968年兼任中国空间研究院第一任院长,1970年6月12日任国防科学技术委员会副主任,1982年任国防科学技术工业委员会科学技术委员会副主任(1987年7月任高级顾问)。钱学森是中国共产党第九、第十、第十一、第十二届全国代表大会代表和中央委员会候补委员。

      ⑥系统科学

    1979年,钱学森荣获加州理工学院“杰出校友奖”(TheDistinguished AlumniA Ward)。

      钱学森对系统科学最重要的贡献,是他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。

    1985年,钱学森因对我国战略导弹技术的贡献,作为第一获奖人和屠守锷、姚桐斌、郝复俭,梁思礼、庄逢甘、李绪鄂等获全国科技进步特等奖。

      ⑦思维科学

    1986年4月11日,中国人民政治协商会议六届四次全国委员会增选钱学森为副主席。两个月后,中国科协第三次全国代表大会在1986年6月27日一致选举钱学森为中国科协主席。

      人工智能已成为国际上的一大热门,但学术思想却处于混乱状态。在这样的背景下,钱学森站在科技发展的前沿,提出创建思维科学(noeticscience)这一科学技术部门,把30年代中国哲学界曾议论过,有所争论,但在当时条件下没法讲清楚的主张,科学地概括成为思维科学。比较突出的贡献为:

    1989年6月29日,在美国纽约召开的1989年国际技术与技术交流大会授予钱学森“威拉德W.F.小罗克韦尔(Rockwell,Jr.)奖章”和“世界级科学与工程名人”、“国际理工研究所名誉成员”的称号,表彰他对火箭导弹技术、航天技术和系统工程理论作出的重大开拓性贡献,称他“作为加州理工学院学生时,冯·卡门教授就因他在喷气推进和超声速飞机设计方面的才智而对他特别宠爱。在有关火箭设计的研究工作中,为发展喷气推进,他引入了钱学森公式。钱学森长期担任中国先驱的火箭和航天计划的技术领导人。他对航天技术、系统科学和系统工程做出了巨大的和开拓性的贡献。”

      (1)钱学森在80年代初提出创建思维科学技术部门,认为思维科学是处理意识与大脑、精神与物质、主观与客观的科学,是现代科学技术的一个大部门。推动思维科学研究的是计算机技术革命的需要。

    开创性的科学贡献

      (2)钱学森主张发展思维科学要同人工智能、智能计算机的工作结合起来。他以自己亲身参予应用力学发展的深刻体会,指明研究人工智能、智能计算机应以应用力学为借鉴,走理论联系实际,实际要理论指导的道路。人工智能的理论基础就是思维科学中的基础科学思维学。研究思维学的途径是从哲学的成果中去寻找,思维学实际上是从哲学中演化出来的。他还认为形象思维学的建立是当前思维科学研究的突破口,也是人工智能、智能计算机的核心问题。

    钱学森共发表专著7部、论文300余篇。以下将其主要贡献作一概述。

      (3)钱学森把系统科学方法应用到思维科学的研究中,提出思维的系统观,即首先以逻辑单元思维过程为微观基础,逐步构筑单一思维类型的一阶思维系统,也就是构筑抽象思维、形象(直感)思维、社会思维以及特异思维(灵感思维)等;其次是解决二阶思维开放大系统的课题;最后是决策咨询高阶思维开放巨系统。

    应用力学

      ⑧人体科学

    钱学森在应用力学的几个领域都做过开拓性的工作。

      钱学森是中国人体科学的倡导者。

    空气动力学方面在20年代末期,力学工作者对飞机机翼理论的阐明和对流体物体在表面产生的摩擦阻力的理解,导致了流线型单翼飞机的设计概念的形成,推动了当时航空技术的发展。到30年代中期,终于因全金属薄壳结构的出现而变成事实,完成了飞机设计中的一次革命。后来飞机的速度逐渐增加了,出现的问题是采用老式气动力设计的飞机飞到接近声速时产生冲击波,飞机的阻力很快加大。于是出现一种不正确的说法,即声速就是“声障”,是突不破的。30年代开始大力发展的气动力学,或者叫可压缩流体力学,陆续产生了后掠翼概念、有效等截面概念、超临界翼概念,以及计算发动机功率要求的方法。这就为跨过声速的飞行奠定了理论基础,指出了发展超声速航空器的方向。航空技术的这一进展,是通过整整一代理论科学家和实践工程师的思考和奋斗而取得的。钱学森对空气动力学的贡献,就是在这样的历史背景下作出的。比较突出的贡献有:

      钱学森提出用“人体功能态”理论来描述人体这一开放的复杂巨系统,研究系统的结构、功能和行为。他认为气功、特异功能是一种功能态,这样就把气功、特异功能、中医系统理论的研究置于先进的科学框架之内,对气功、特异功能的研究起了重大作用。在钱学森指导下,北京航天医学工程研究所的研究人员于1984年开始对人体功能态进行研究,他们利用多维数据分析的方法,把对人体所测得的多项生理指标变量,综合成可以代表人体整个系统的变化点,以及它在各变量组成的多维相空间中的位置,运动到相对稳定,即目标点、目标环的位置。他们发现了人体的醒觉、睡眠、警觉和气功等功能态的各自的目标点和目标环。这样,就把系统科学的理论在人体系统上体现出来了,开始使人体科学研究有了客观指标和科学理论。

    1.1938年,钱学森与冯·卡门合作进行的可压缩流动边界层研究,揭示了即使一个运动的热体与外界冷空气在某一飞行马赫数时有相当的温度差,对物体的冷却仍逆变为加热。这是由于空气受压缩,温度升高和边界层传热率增加的结果。钱学森和冯·卡门给出了发生这种逆变的马赫数计算公式。他们当时在考虑此问题时,还只有理论上的兴趣,后来证明,这显然是一个实际问题。例如,垂直起飞火箭就与它有关。

      ⑨科学技术体系与马克思主义哲学

    2.在30年代末,这一研究有实际意义:当时试验飞机模型的风洞风速一般都不高,与声速比即马赫数不到0.2,不能测定飞机在高马赫数飞行时表面受到的压力,因此极需一个从低马赫数风洞实验结果修正到高马赫数的方法。计算压缩性影响的第一个近似理论,是由L.普朗特和H.葛劳渥提出的,该理论基于扰动很小的假设,在亚声速情况能导出一种适用于估算压缩性影响的简单修正法,但不够完善。钱学森在1939年发表了关于可压缩流体二维亚声速流动的研究结果,冯·卡门在1941年发表了关于空气动力学中压缩效应的研究成果。他们对翼上的压缩作用,共同提出了一个更普遍一些的修正,不用扰动很小这一假设,而是基于经过他们修正的流动方程的另一种线性化,使它能应用于高速流动,特别是应用于计算作用在翼型上的诸力。卡门-钱学森方法能给出某一速度范围内的满意结果。

      钱学森认为,马克思主义哲学是人类对客观世界认识的最高概括,也是现代科学技术(包括科学的社会科学)的最高概括,钱学森将当代科学技术发展状况,归纳为十个紧密相联的科学技术部门。这十大科学技术部门的划分方法,正是钱学森运用马克思主义哲学,特别是系统论对科学分类方法的又一创新。

    3.钱学森与郭永怀合作,最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。他们发现,对某一给定外形,在均匀的可压缩理想气体来流中,当来流马赫数达到一定值时,物体附近的最大流速达到局部声速,这时的来流马赫数即为下临界马赫数;当来流马赫数再高时,物体附近出现超声速流场,这时数学解仍然存在,但当来流马赫数再增加时,数学解突然不可能,即没有连续解,这就是上临界马赫数。所以真正有实际意义的是上临界马赫数,而不是以前大家所注意的下临界马赫数,这是一个重大发现。

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    固体力学方面 早年薄壳结构理论有一个谜,如圆柱形薄壳受轴向负载时,其理论失稳值远大于实测数,差3至4倍。为解决这个问题,从1940年开始,钱学森与冯·卡门合作,对飞机金属薄壳结构非线性屈曲理论的研究取得了一系列成果,包括外部压力所产生的球壳的屈曲,结构的曲率对于屈曲特性的影响,受轴向压缩的柱面薄壳的屈曲,有侧向非线性支撑的柱子的屈曲,以及曲度对薄壳屈曲载荷的影响等。结果说明过去理论的缺点在于忽视了大挠度非线性影响。

    喷气推进与航天技术加州理工学院古根海姆航空实验室的火箭研究,是马林纳、钱学森和其他热心于火箭的人于30年代后期开始的。实验装置起初安置在古根海姆大楼里,后来需要大一点、偏僻一点的地方,于是就移到帕萨迪纳北边的阿洛约·塞科,最后成为加州理工学院著名的喷气推进实验室。在古根海姆航空实验室火箭研究的所有方面,冯·卡门都起了极其关键的作用。从马林纳、钱学森规模不大的实验和计算开始,冯·卡门就深信火箭推进的重要性,为他们提供资金和场地,帮助他们把喷气助推起飞的概念推销给空军和海军。与其他早期火箭热心者脱离实际的工作〔如R.H.戈达德的工作〕不同,古根海姆实验室的这一工作对以后的火箭技术直接作出了贡献,而且对这门技术产生过巨大的影响,这就是钱学森对喷气推进技术贡献的背景。

    1936年,钱学森参加马林纳领导的火箭研究小组,在冯·卡门指导下,与马林纳等一起研究火箭发动机的热力学问题、探空火箭问题和远程火箭问题等,并参与了美国早期用可储存液体推进剂的几种试验性火箭,如1945年“女兵下士”探空火箭和后来的“下士”导弹研制工作。

    1949年,钱学森担任加州理工学院新设的古根海姆喷气推进中心主任及“戈达德”教授,专授火箭技术及喷气推进技术课。

    从40年代到60年代初期,钱学森在火箭与航天领域提出了若干重要的概念:在40年代,提出并实现了火箭助推起飞装置,使飞机跑道距离缩短;在1949年,提出了火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;在1953年,研究了行星际飞行理论的可能性;在1962年出版的《星际航行概论》中,提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。

    工程控制论

    钱学森亲身经历了流体力学作为一门技术科学,怎样从空气动力工程师、水力工程师、气象工程师以及其他有关领域工程师的工程技术实践中分离出来的过程。由于有了流体力学提供的理论与方法,上述领域的工程师们才能在他们日常的工程技术实践中分享流体力学研究成果。至少可以说,如果没有流体力学提供的理论与方法,那么对超声速流动的了解与利用肯定会大大延迟。站在这样的科学思想和方法论高度,钱学森在40年代末、50年代初对第二次世界大战后迅速发展的控制与制导工程技术实践进行全面观察时,具有比旁人更敏锐的眼光去发现、提炼出指导控制与制导系统设计的普遍性概念、原理、理论和方法,从而创建了作为一门技术科学的《工程控制论》,就是十分自然的事了。

    工程控制论在其形成的过程中,把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象。钱学森本人就是这类研究工作的先驱者。1951年,钱学森研究了一种探空火箭的最优推进的设计,即求探空火箭的最优弹道问题,要求提出一条理想弹道,在相同的燃料消耗条件下,使火箭达到的高度最大。由于这种弹道很长,而弹体上控制系统的动作速度相对于这条最优弹道来说是足够大的,钱学森在考虑最优弹道的选择时,把弹体看成是其重心的运动,而略去刚体运动及弹上控制设备的运动规律,成功地实现了古典变分法对这类问题的应用。钱学森从这里提炼出一种普遍性的看法:针对在整个运动过程中受控对象本身的特性并不重要,重要的是运动规律全局情况,即可以不考虑受控对象的运动方程式的情况下,古典变分法给控制系统设计提供了一种理论与方法。

    在1952年,钱学森研究过有时滞的线性系统的一个特例。这个特例就是利用反馈控制的方法使火箭发动机中的燃烧过程稳定。钱学森在“火箭喷管的传递函数”的研究工作中,为了使计算简单起见,假设了只使用一种液体燃料的情形。如果燃烧室中可能发生的振荡频率相当低,就可以把燃烧室内的压力看作是均匀的,而且钱学森作了第一次近似,把流过喷口的气流看作是似稳的,即在任何一段不太长的时间间隔内都可以看作是平稳的。钱学森引入了L.克洛科的压力与时滞相关的概念,以及明确地引进离开均匀稳定状态的微小扰动概念,成功地建立了描述燃烧室压力变化规律的方程,并进而研究了时滞系统的运动规律。

    弹道摄动理论在变系数线性控制系统设计中的应用,也是钱学森的早期研究成果。应用弹道摄动理论的本来目的,只是计算飞行器弹道相对于标准弹道的微小修正量(这种修正是由于飞行器的重量与标准值之间的误差、大气状态的改变、风的扰动作用等因素引起的)。由于现代大型快速电子计算机的出现,完全可以分别地直接计算每一条受扰的弹道,所以弹道摄动理论在弹道计算上的用处也就随之消失了。然而,变系数线性控制系统的设计问题却恰好可以应用弹道摄动理论。R.德瑞尼克在1951年研究过这种理论对远程火箭控制问题的应用。但是,钱学森在1952年发表的《长射程火箭飞行器的自动导航》研究结果,不仅比德瑞尼克的结果更完善,而且包含了自动导航的内容。

    第一版《工程控制论》原是用英文写的,1954年由麦克劳·希尔(McGraw-H出)图书公司在美国出版。此后,俄文版于1956年,德文版于1957年,中文版于1958年相继出版。书中所阐明的基本理论和观点,一方面奠定了工程控制论的基础,另一方面指出了进一步研究的方向,对自动化科学技术理论的进展起了重要作用。原书中、英、德、俄等各种文版不断为世界各国科学技术工作者所引证和参考。到1982年,意大利数学家G.P.斯蔡格在美国学术出版社出版的《经济分析中的量化新技术》一书中,还对钱学森在《工程控制论》中建立的理论方法有很高的评价。宋健和其他几位中青年控制论理论科学家根据钱学森的委托而完成的《工程控制论》于1980年出版。工程控制论从深度与广度上推动了电子计算机技术革命、核能技术革命、航天技术革命和光子技术革命的发展。

    物理力学

    钱学森在1946年将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来的研究,是先驱性的工作。1953年,他正式提出物理力学概念,主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性,改变过去只靠实验测定力学性质的方法,大大节约了人力物力,并开拓了高温高压的新领域。1961年他编著的《物理力学讲义》正式出版。现在这门学科的带头人是芶清泉。1984年,钱学森向芶清泉建议,把物理力学扩展到原子分子设计的工程技术上。

    系统工程

    钱学森以他在总体、动力、制导、气动力、结构、计算机、质量控制等领域的丰富知识,为组织领导我国火箭、导弹和航天器的研究发展工作发挥了巨大作用,他对中国火箭导弹和航天事业的迅速发展作出了卓越贡献。学术上最重要的贡献是发展了航天系统工程。

    航天系统工程的起源,可以追溯到20世纪40年代。在40年代,喷气推进实验室通过研究火箭助推飞机起飞装置开始,逐步从加州理工学院的一个工程研究小组演化成为航天工程研究组织。钱学森运用并发展了他在喷气推进工作中获得的经验,从50年代后期中国航天计划开始实施的时候起,他就和广大干部、科技人员在周恩来总理和聂荣臻主任领导下,把当时苏联航空技术发展中的总体设计部和我国行政组织管理的实际结合起来,这也就是今天称为航天系统工程的组织管理。现在,中国的航天系统工程已发展到成熟阶段,它包括:

    由总体设计部对航天工程进行科学的技术管理。总体设计部由熟悉大系统各方面专业的技术人员组成,在总设计师的领导下,根据任务的要求,用系统分析的方法进行大系统指标论证、总体方案(包括技术途径、经济性和可行性)论证、流程设计和系统环境分析,选择总体参数和构形,以确定系统体系结构的组成、功能;从整个大系统的要求出发,提出各组成系统的设计参数和技术要求,将各组成系统结合成一个有机的整体,进行系统试验和系统使用方法的总体设计,提出各种试验和使用设施的技术要求,或对现有试验和使用设施提出采用或改造的建议。

    在整个航天系统工程过程中,采用建模与仿真技术。包括数字仿真和半实物仿真,以实现系统方案的整体优化、系统功能和结构的协调一致。

    计划管理机关用管理信息系统对航天工程实行科学的计划管理。这种有电子计算机的信息系统能够形成一高效的数据库,不断将各项工作的历史情况和最新进度显示出来,对经常变动的计划进展情况进行快速处理,使计划管理人员及时掌握整体计划的全面动态,发现薄弱环节,对拟采取的计划协调措施用网络模型和电子计算机进行模拟,预测措施的效果,为决策提供依据,选择人力、物力和财力的最佳调度方案。航天工程系统的总体设计机构和计划管理机关,形成航天工程计划领导人的参谋机构的整体,前者是航天工程系统总体概念、总体方案、总体设计技术协调措施科学性的体现者;后者是航天工程系统计划协调措施中科学性和人、财、物调度权力的体现者。

    钱学森不仅将我国航天系统工程的实践提炼成航天系统工程理论,并且在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,还坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设中,并从社会形态和开放复杂巨系统的高度,论述了社会系统。任何一个社会的社会形态都有三个侧面:经济的社会形态、政治的社会形态和意识的社会形态。钱学森从而提出把社会系统划分为社会经济系统、社会政治系统和社会意识系统三个组成部分。相应于三种社会形态应有三种文明建设,即物质文明建设、政治文明建设和精神文明建设。社会主义文明建设应是这三种文明建设的协调发展。从实践角度来看,保证这三种建设协调发展的就是社会系统工程。从改革和开放的现实来看,不仅需要经济系统工程,更需要社会系统工程。

    系统科学

    钱学森对系统科学的工作可以追溯到1955年。这一年秋天,钱学森和许国志一同把运筹学的“种子”从它的发源地美国带回了祖国。1956年,钱学森创建了我国第一个运筹学研究组,并把这个研究组作为他负责组建的中国科学院力学研究所的组成部分。钱学森和许国志通过这个研究组开辟了运筹学面向我国社会主义经济建设的发展方向。作为一个有远见的科学家,他在当时已预见到运筹学不单要研究现有武器装备的运用,而且更要研究未来武器装备的规划与运用。因此,他在国防部第五研究院创建了我国第一个军事运筹学研究机构——“作战研究处”,开辟了运筹学面向我国武器装备规划、论证的一个发展方向。这可以说是我国国防系统分析研究工作的起源。

    从1978年春天开始,钱学森为促进运筹学、系统工程、系统分析在我国的发展,作出了重要的贡献。他先后在北京、成都、昆明、长沙发表了一系列学术讲演。这些讲演的主要见解,后来集中表达在1978年9月27日公开发表的论文《组织管理的技术——系统工程》中。这篇论文对运筹学、系统工程和系统分析科学活动在中国的繁荣,产生了十分积极的影响。1979年7月24日,钱学森应邀在中国人民解放军总部机关领导同志学习会上向数千名听众发表了与王寿云、柴本良合写的题为《军事系统工程》的长篇讲演,把计算机作战模拟技术推荐给中国人民解放军。他指出:“战术模拟技术,实质上提供了一个‘作战实验室’,在这个实验室里,利用模拟的作战环境,可以进行策略和计划的实验,可以检验策略和计划的缺陷,可以预测策略和计划的效果,可以评估武器系统的效能,可以启发新的作战思想。”“在模拟的可控制的作战条件下进行作战实验,能够对有关兵力与武器装备使用之间的复杂关系获得数量上的深刻了解。作战实验,是军事科学研究方法划时代的革新。”钱学森的这篇讲演,对国防系统分析在我国的发展产生了很大的推动作用。1979年10月,钱学森在北京主持召开了“北京系统工程学术讨论会”。这次会议促成了中国系统工程学会及其所属专门从事国防系统分析研究的群众性学术团体——军事系统工程专业委员会于1980年正式成立。钱学森等著的《论系统工程》在1982年11月出版,增订版在1988年10月出版。

    有了系统分析、系统工程、控制论、运筹学和作战模拟,从现代科学技术体系的认识考虑,系统科学的概念就形成了。

    钱学森对系统科学最重要的贡献,是他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。钱学森对这一问题的兴趣起源于80年代初对军事对阵模拟的研究。1981年5月25日,他在与方福康的通信中说:“40年前,J.冯·诺伊曼(von Neu-mann)同O.莫根施特恩(Morgenstern)建立了博弈论,后来因为计算理论太繁,实际应用时,往往用Monte-Carlo数值法上电子计算机,求得结果。近来,在计算机下棋和简单的军事战斗集体的行动已经实现了。但如何把理论用于结构复杂、成员众多的对阵集团,问题太复杂,就连电子计算机也不行了。这是军事系统工程中的一个大问题,也是微观经济过渡到宏观经济的根本问题。能不能把博弈论和系统学结合起来,以解决此难题?”从1981年夏天到1982年10月,在为指导王寿云编著《现代作战模拟》一书而进行的几次讨论中,钱学森从F.W.兰彻斯特(Lanchester)的工作提炼出半经验半理论的处理复杂对阵问题的方法论(见《现代作战模拟》第三章)。在后来的研究工作中,钱学森赋予这一方法论更广泛的含义(参见《论系统工程》增订版说明):处理复杂行为系统的定量方法学,是科学理论、经验和专家判断力的结合。这种定量方法学,是半经验半理论的。提出经验性假设,是建立复杂行为系统数学模型的出发点。这些经验性假设不能用严谨的科学方式证明,但需用经验性数据对其确实性进行检测。从经验性假设出发,通过定量方法途径获得的结论,仍然具有半经验、半理论的属性。当人们寻求用定量方法学处理复杂行为系统时,容易注重于数学模型的逻辑处理,而忽视数学模型微妙的经验含义或解释。要知道,这样的数学模型看来“理论性”很强,其实不免牵强附会,从而脱离真实。与其如此,反不如从建模一开始就老老实实承认理论的不足,而求援于经验判断,让定性的方法与定量的方法结合起来,最后定量。这样的系统建模方法是建模者判断力的增强与扩充,是很重要的。钱学森并没有把研究工作停止在这一水平上,他同于景元、戴汝为合作,深入到一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论(参见《自然杂志》13卷1期)。开放的复杂巨系统目标还没有形成从微观到宏观的理论,没有从子系统相互作用出发,构筑出来的统计力学理论。那么有没有研究方法呢?有些人想得比较简单,硬要把处理简单系统或简单巨系统的方法用来处理开放的复杂巨系统。他们没有看到这些理论方法的局限性和应用范围,生搬硬套,结果适得其反。例如,运筹学中的对策论,就其理论框架而言,是研究社会系统的很好工具,但对策论今天所达到的水平和取得的成就,远不能处理社会系统的复杂问题,原因在于对策论中已把人的社会性、复杂性、人的心理和行为的不确定性过于简化了,以致于把复杂巨系统问题变成了简单巨系统或简单系统的问题了。同样,把系统动力学、自组织理论用到开放的复杂巨系统研究之中,之所以不能成功,其原因也在于此。系统动力学创始人J.福雷斯特(Forrester)就提出,对他的方法要慎重,要研究模型的可信度。钱学森在1989年指出,实践已经证明,现在能用的、唯一能有效处理开放的复杂巨系统的方法,就是从定性到定量的综合集成方法,这个方法是在复杂巨系统研究实践的基础上,提炼、概括和抽象出来的。除去复杂军事对阵系统外,各类复杂巨系统的研究实践还包括:

    在社会系统中,由几百个或上千个变量所描述的定性定量相结合的系统工程技术对社会经济系统的研究和应用。

    在人体系统中,把生理学、心理学、西医学、传统医学以及气功、人体特异功能等综合起来的研究。

    在地理系统中,用生态系统和环境保护以及区域规划等综合探讨地理科学的工作。

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