国家最高科技奖得主王泽山:一甲子书写火炸药传奇
2018年01月22日15时12分
供稿单位 / 党委宣传部

■张晔/科技日报

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数九寒冬的南京,凌晨气温已接近零度。东郊紫金山下,是南京理工大学的校园。


每天这个时候,教师宿舍的一间窗户就会透出一缕暖暖的光,老伴从灯光和起床的动静中就能判断,王泽山醒了。

即便已是82岁的高龄,王泽山依然保持这个作息规律,“这个时候很安静,我才能静下心来思考问题。”

作为我国含能材料(火炸药)学科带头人,中国工程院院士、南京理工大学博士生导师王泽山所面对的火炸药科研事业,是高温高能的“热”学问,但他却一直保持着稳重冷静的性格和坚忍不拔的精神甘坐“冷”板凳。在青年求学时代,他没有追逐航天、物理等热门专业,与火炸药研究一结缘就相伴了六十二载;在六十多年的科研中,他选定一个课题就要做出成果,力求“每一口井都挖出水”,为国防事业和相关产业发展作出了巨大贡献。

从率先攻克废弃火炸药再利用、发现低温感含能材料、提高发射药能量利用率,到发明高能量密度装填方法、提高发射装药输出功率,再到发明装药技术、解决国际军械难题……王泽山围绕着“火炸药”一个靶心,在世界前沿的重大课题中不断突破,三次获得了国家科技大奖。今年,他又摘得国家最高科学技术奖。

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中国工程院院士、南京理工大学博士生导师王泽山


峥嵘岁月,矢志不忘强国梦


王泽山出生于1935年。小时候住在吉林市远郊的桦皮厂镇。他的童年生活处在一个混乱、大变动的年代,先后经历了伪满统治时期、国民党管辖时期和解放初期。

王泽山的父亲和母亲都是中医,家里还有两个哥哥。虽然他的家庭处境贫困,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。为了供三个孩子读书,父母必须勤奋地操劳和忙碌。母亲为了生计,还兼着帮人接生。就连王泽山自己自小也学着帮做家务事。

“他有一种对问题有一针见血的认识方法。”王泽山至今不忘父母从小对我的教导,特别是他的父亲总能把一个复杂的事物,用几句话道出它的本质或要害。父亲敏锐活跃的思想和深邃的洞察力,给了他思维方法的启蒙教育。童年、少年的生活和环境,影响到他的性格养成:父母给予了他没有遗传缺陷的体质,造就他健康的体魄;父母的宽容让他享受了旷野的恩惠并养成了活跃的思维;父辈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。

他的父亲思想活跃,对时局多有评论,常有独到的见解。王泽山很小的时候,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,因此他开始甚至以为自己是“满洲国”人。但从小父亲经常悄悄地教育他,“你是中国人,你的国家是中国。”父亲的话深深地镌刻在他幼小的心里。不做亡国奴,就必须有强大的国防。从此,他就暗下决心:“绝不做亡国奴”,立志为繁荣祖国、壮大国防学习成才,贡献才智。

1954年,19岁的王泽山高中毕业了。这时,抗美援朝的硝烟中才刚刚散尽,每一个中国人都明白,强国方能御辱、强国先强军,血气方刚的王泽山也不例外。

“我们任何人都不希望有战争,愿世界充满和平,但中国的近代史告诉我们,落后就要挨打,没有自己强大的国防,就相当于没有自己的国门。” 带着这样的理想,王泽山义无反顾地报考了哈尔滨军事工程学院,走进了这所被称作共和国军事科技的黄埔军校。

当大多数考生在蓝天大海的召唤下填写了与空军、海军相关的专业时,他却出人意料地选择了一个冷门专业——陆军系统的火炸药专业,他是班上唯一一名自愿学习火炸药的学生。这个19岁的青年坚信:专业无所谓冷热,只要祖国需要,任何专业都一样可以光焰四射。

从此,火炸药研究就成了他的毕生使命。

哈军工注重宽广而深厚的基础教学,执行6学时一贯制,就是每天上午6学时授课,下午自己支配;每周6天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。战术课要学到师一级指挥的水准。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。

在这样紧张的环境中,王泽山仍有序地安排自己活动的空间。常在图书馆看数学、物理、化学等学报和各类杂志,扩充知识。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”。这些经历告诉他,学知博览对能力的提升是很有帮助的。

那时的哈军工,知名教授给学生们上课,并亲自答疑。由于学生人数少,他们与教授有更多的接触机会。陈伯萍教授是理论力学的教师。在一次答疑时,王泽山还有一些数学问题不清楚,陈老师说:“有数学问题也可以去找我”。后来才知道陈教授曾是数学教研室的教授和主任。

有机化学教授谭自烈在一次课前对他说:“你的实验太不认真”。原来在做醇酸转化实验时,他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。另外,他们前一期的一位同学,在研究高能推进剂时发生了事故,献出了宝贵的生命,他们很怀念他。这两件事对他严谨作风的养成有重要的影响,也渐渐地形成了一种习惯,就是在每次试验前,都要对方案的可靠性进行认真的思考和检查。

大学毕业后王泽山留校任教,继续进行推进剂的教学和研究工作。

文化大革命开始不久,王泽山争取到了一个机会参加当时一项特殊而又紧迫的研究任务。借此,他接触到当时较先进的计算机技术和国外科技资料。几乎有3年的时间摆脱了文化大革命的政治旋涡,能够专心致志地搞学问,并将计算机技术、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。他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。文化大革命刚结束,他的学术著作就问世了。其有关“发射药应用理论”的著作,提出了一种新的装药技术和新的设计计算方法,使原本复杂的问题变得清晰简单。

党的十一届三中全会的召开,迎来了祖国的春天。此时,王泽山也到了而立之年。伴随各类“运动”和宝贵青春时光的流失,他走过了人生的前半程,但他感到仍很充实。从做学问的角度,那时他已经成熟了,研究目标也更具体。理论基础、知识面,毅力、责任感,能力、思维方法和身体条件等综合素质,已具备从事国际前沿课题研究对知识、技能和创造力的要求。从这个时候开始,他也迎来了自己科学研究的大“爆发”时代。


攻坚廿年,装药技术冲鼎世界极


王泽山说:“在科研上不要使巧劲,不要追求短平快的项目,科学要实在,不要浮夸。选定目标不要轻易放弃,遇到问题不轻易放弃。”

正是这种不断解决问题、追求精美的科学精神,使得王泽山对待科学的态度始终是“追求完美”。

2017年初,王泽山凭借火炮装药技术第三次问鼎国家科技大奖,这是他历时多年再次攻克了世界军械领域的一项技术难题。而这背后是上百次实验的累积,每一次都凝聚着他对完美的坚持,对自我的超越。

火炮曾被称为“战争之神”。世界各个军事强国都争相投入大量的经费用于高性能火炮的研发。

然而决定这个“战争之神”威力与射程的一项重要因素在于它使用的火炸药的性能。长期以来,可广泛应用于大口径火炮发射的全等式模块装药技术困扰着世界军械领域。目前各国火炮使用的主要是两种单元模块组合的双模块装药。通常情况下,为了满足火炮远近不同的射程要求,模块装药在发射前需要在不同的单元模块间进行更换,如此操作既繁琐又费时。如果能够使用同一种单元模块,通过模块数量的不同组合,来实现火炮对于远近不同目标的打击,一直成为国际军械领域梦寐以求想实现的技术。

王泽山一生追求的,就是如何最大限度地提升火炸药的含能性能,为中国的“战争之神”傲立世界插上技术的坚强翅膀。

然而,要想研发出这种全等式模块装药技术绝非易事。国外联合开展的155火炮等模块装药研究,历时多年,终因无法突破技术瓶颈,研究被迫中断。

令人自豪的是,这项看似不可能解决的难题却被中国人成功攻克了。

当他还是一名学生时,王泽山就从华罗庚的读书法——“书由薄读到厚,再由厚读到薄”中有所领悟,“书由薄读到厚很好理解,是在书的基础上查证细节,在书中没展开的节点上找其他知识扩充。那么为什么再由厚转薄呢?是把脉络理顺,联系各方面知识,对整个结构有清晰的认识,找出其中的关键和本质”。

王泽山在平时的科研过程中,时常坦言自己不喜欢走别人走过的老路,而是喜欢独辟蹊径,从一个全新的角度闯出一条前所未有的新路来。

这种不走寻常路的创新精神也帮助他再次攻克世界级难题。

1998年至今,王泽山另辟蹊径创立了装药新技术和相应的弹道理论,包括:“火炸药的能力积聚和定向释放规律”“等模块装药”和“远程、低膛压装药”等,与有关工厂联合突破了技术关键。

这样一来,无需延长炮管和增加膛压,通过有效提高火药能量的利用效率就能提升火炮射程。使炮口动能和射击参数全面超越当时世界上最先进的高膛压火炮,发射威力达到了等同于型号更新一代的火炮威力水平,并且只需一种操作模块即可覆盖全射程。

我国火炮在采用这项技术后,射程提高20%以上,或最大发射过载有效降低25%以上,弹道性能全面超过其他国家的同类火炮。

然而,这项世界级的成果却是在王泽山退休后取得的。

早在哈军工学习期间,王泽山就明白了这样一个道理:每个人的思考和行动都有一个可以掌控或管辖的范围,一旦超出范围就会力不从心,失去调控的能力。为此,他在确立研究方向、选择学术课题,进行科学研究的时候,都注重把自己的实际状况和“能力与范围”联系起来。

“选题”是一个重要的科学问题,也是做学问的要点。王泽山院士的选题原则:“客观需要、国际前沿、有能力解决”。即在选题之初,就将课题置于自己可以掌控的“能力与范围”之内。

曾有一段时期,王泽山院士同时研究含能材料设计与装药设计两个方向,他说,“含能材料设计的理论内容多,很时尚,而装药设计偏重于应用,当时很多研究者也都热衷于前者。我在含能材料设计研究中已有基础和重要成果,也热爱这个方向。”

然而同时进行两个方向的研究,牵扯的精力太多。最终出于‘能力与范围’的考虑,王泽山院士最终舍弃了材料设计,而是以装药设计作为自己的主体研究方向。这样的改变也成就了他后来在装药设计领域的学术地位。

1996年,已经62岁的王泽山院士,凭借着低温感含能技术摘得了国家技术发明一等奖,填补了这一奖项空缺多年的空白。在很多人看来,有着国内双冠王称号的王泽山已经 “功成名就”,完全可以待在家里颐养天年,或者在社会上做一些轻松的指导类工作。但这可不是他的个性。王泽山院士的目光又瞄准了新的方向。因为他觉得自己的身体和精力都还足以支撑自己攀登新的研究高峰。这一次,为了解决这个新的世界难题,他整整花费了20年的时间。

在退休后“赚回来”的这20年时间里,一次次验证结果的反复失败伴随着矢志不移地艰辛探究与精确繁杂地计算,王泽山利用自己另辟蹊径创立的装药新技术和相应的弹道理论,终于研发出了具有普遍的适用性的全等式模块装药技术。


科学匠心,一生只愿做好一件事


“自己这一辈子,除了还能做火炸药研究这一件事,别的都不擅长。我的生活已经跟科研分不开了。一旦离开,就会感觉自己好像失去了生活的重心。”王泽山这样说。

他撰写的14部学术著作、百余篇研究论文,为我国发射装药学从相对单一的学科体系向火炮、弹丸、火药和弹道学等多学科交叉发展奠定了坚实的学术基础。

回顾与火炸药“以身相许”的60年光阴,王泽山院士对于自己当初的选择始终无怨无悔。他说,“这是一个社会需要、个人前途更加灿烂,有能力胜任的最佳选择。”

“国家有难题,我们不能当旁观者”,王泽山告诉科技日报记者,他的选题原则就是“客观需要、国际前沿、有能力解决”。

王泽山在学术研究上时常谆谆教导研究团队的成员们:“凡是从事工程技术研究的人员,一定要有超越意识,不能一味地跟踪国外的研究,简单地仿制研究,要做出真正有水平的研究成果。”他还说,仅仅关注学科发展的重点和热点还不够,还应该具备坚持不懈、永不服输的拼搏精神。

火炸药轮储是国家国防战略的需要,由此国库每年都会有万吨以上的退役火炸药。过去,我国的报废弹药基本采用“火烧、炸毁为主”,存在着严重的资源浪费和环境污染。世界各大国也都在努力研究报废弹药处理的难题,但是弹药种类多、剂型复杂、风险极大,使得这项研究进展缓慢。

上世纪80年代,王泽山立足军民融合,针对不同类型的废弃火炸药,从系统工程方法入手,提出了资源化利用的技术途径。包括:对废弃火炸药状态和价值评估分析,处理过程的优化;火炸药从弹药中的安全分离和粉碎、改型或改性以及组分分离提取,以供军事上再利用、制造民用火炸药或化工产品等技术,并发展了有关理论。

王泽山所进行的基础研究包括对废弃含能材料的物化、弹道、力学以及安全等性质的评估及其变化规律的研究、再利用过程的系统优化和改性、改型再生过程工艺规程的制定等。此外,还包括对再加工过程和最终产品的安全性、感度和毒性的研究;安全粉碎技术以及组分分离技术的研究等。

利用废弃火炸药制备民用炸药,成为资源化治理的一条基本途径。其治理量可与产出量相当,能及时处理掉废弃火炸药,不留隐患。利用火炸药的燃烧、爆炸和高速成气特性,用于驱动、抛射和爆破场合。此类产品包括含火药的民用炸药、粉状炸药与灌注式凝胶炸药。还有起爆具、石油勘探震源弹、压裂弹、驱动器以及无烟烟花用药剂等产品。利用分离和精制技术,还可以获得多种工业用原料。而对于因武器退役而报废、但性能经评估分析并没有失效的火炸药,经过改性与改型处理,可以再利用于军事,发挥其最大价值。

他引领了我国废弃火炸药无公害处理、再利用的研究方向,为保证国家火炸药战略轮储机制的正常运行,消除对社会的安全隐患和对环境的污染源提供了理论与技术基础。该项成果获1993年国家科技进步奖一等奖,成为第一完成人。

谈及自己在学术上取得成功的原因,王泽山认为:“我能在专业研究上有所成就,与恰当地估价自我、摆正位置、专注学问、舍得丢弃不无关系。” 在课题研究中,王院士懂得舍弃,不是什么社会活动都参加,他尽量减少和限制各种非学术活动,而是尽可能多地抽出时间专注于研究。

在王泽山的生活里,从来就没有节假日的概念。即使是现在80多岁了,他一年之中,依然还有二分之一的时间是工作在试验场地,他的足迹遍及全国兵工企事业单位和科研院所。

从事火炸药技术研究的人都清楚,火药燃烧的过程相当短,只有大约几十毫秒的时间,但其所形成的压力却很大,有时候能够达到几百兆帕。正因为如此,实验过程中很多稍纵即逝的细微现象很难及时捕捉和准确把握。要想获得准确的测试数据,需要依靠先进的设备和平时大量的实验经验的积累。由于火药的易燃易爆性,因此,很多实验尤其是弹药性能的验证过程都必须在人烟稀少的野外进行,这就注定了实验环境条件都是艰苦的。

尽管环境条件很艰苦,但王泽山从来不是呆在办公室内坐等实验数据和结果出来,而是不顾年事已高,经常深入一线亲自参加相关实验。

让团队成员印象深刻的是,有一次团队去内蒙古靶场做试验,当时室外的温度已经是零下26度--27度,就连做实验用的高速摄像机都因环境条件太恶劣而“罢工”了。可80岁的王泽山却和大家一样,在外面一呆就是一整天。

他常说,火炸药性能参数的验证中有很多的不确定因素,实验过程中也颇具危险性。因此,为了能准确收集到一手数据,同时也为了确保整个实验过程的安全有效,“只有亲临现场,指导实验我才能够放心。”


创新不老,院士活得像个“80后”


在生活里,王泽山院士同样喜欢追求新事物、不服老,80多岁的他活出了“80后”的精气神。

他精力充沛,每天开车上下班,走路爬楼健步如飞;他头脑灵活,能熟练操作各种数码产品,做电脑flash,做漂亮的PPT,通过手机APP买车票、订宾馆、叫出租,用微信和学生交流;他思维敏捷,很多军工科研单位和企业需要解决的技术难题,他总能提出一些思路,协助解决。

就是这样一个时刻想着别人的人,对待自己的生活,却是一切从简。比如出去参加完会议,或者是做完学术报告后,等主办单位四处找他吃饭时,他已经悄然离开了会场。王院士说,自己的时间很紧,不想浪费太多的时间在应酬和吃饭上面。

身为院士,按理说,很多事情完全可以让秘书来安排和照顾自己。可是这么多年来,王院士从来没有为自己的生活和出行麻烦过秘书,更没有向学校提出过任何的要求。由于需要频繁地出差,他的手机里存了很多出租车司机的电话,在他看来,“要求学校派车,别人就要多跑一趟,有时还会遇到晚点等各种状况,还不如自己叫车来得方便。”

“为了工作方便,不给学校增添麻烦,他年近70时学习了开车,并买了一辆10万出头的经济型轿车,一直到现在都没换。”作为王泽山团队成员,在原南京理工大学校长徐复铭眼中,这个亦师亦友的老搭档从不讲究。

王泽山院士,在别人眼里是个受人敬重的学术大家,但他在生活上却是异常简单的人。他的很多想法和做法,让人既钦佩又有些“不大理解”。

有一次,王泽山和徐复铭一同去北京出差,因为招待所没有预留房间,他们就在门房睡了一夜。做了院士之后,王泽山也没有架子,他到北京出差,经常住在某单位地下室招待所里,就是因为这里去办事的单位很近。

而在王泽山的生活中,经常会出现一些“闹笑话”的事:他会一边想着问题一边走路,经常从前门走进去又从后门走出来,却发现什么事都没办;在火车卧铺中,上厕所时思考问题,回来就睡错了铺位……

但是王泽山却对此不以为然:“我把生活中省下的时间投入到工作中,基本不参加其它活动,空闲时间都用来思考问题,时间利用率就高,加上利用文革期间进行研究,算起来那段工作时间几乎增加到3倍。”

有时,一天的实验做下来,年轻人都感觉疲惫不堪,可是80岁的王泽山院士,晚上还要核对和验证白天取得的各类实验数据,反复查找实验过程有无疏漏之处。“他好像根本不知道疲倦似的。不管头天睡得多晚,第二天他照常会精神焕发地和我们一起出现在实验现场上。”

有这样充沛的体力和精神,王泽山院士经常被别人问起,你是怎么保养自己的?王泽山夫人笑言:“我们家很多时候一天只开两顿饭,多少年都这样,虽然作为一名医生,我知道这样对健康不利,但我实在拿他没办法。他经常晚上搞研究到次日凌晨两三点,一天只睡五六个小时,有时甚至是两三天不睡。所以,我退休后,作息时间就完全跟着他走:早饭不吃,下午1点多吃第一顿饭,晚上11点吃第二顿。”

在王泽山看来,这些都没有任何问题,也不觉得累。“只要是在工作,即使只是简单地吃个盒饭,这也是一种幸福。”

六十年来,王泽山培养了100多名学生,很多人已经成为科研中坚力量。而王泽山的这些精神也深深影响到他的每一位学生。在60多年的教学和科研生涯中,他一直注重培养他们在学习过程中发现潜在学术前沿的能力,寻找和发现感觉及时和解决难题的能力,以及对学术的坚守和工科学术难关的坚定意思。

“他反复叮嘱我做科研一定要透过‘现象’追求‘本质’,遇到问题要多问几个‘为什么’?思考并解决了问题之后,还要追问‘还存在什么问题’?‘能否做得更好’?‘怎样才能做得更好’?做研究不仅要做出真正有水平的成果、并且还要能解决国家的实际需求、要接地气。”

1986年,孙金华投师王泽山门下。他至今清楚地记得在王泽山的指导下开展的第一个科研项目时,王泽山用简明的语言给我交代了项目的历史背景、重大意义、肩负的责任、以及目标和任务,同时一对一地给他上了一堂关于科研方法论的课程。

孙金华毕业后出国,后又入选中科院“百人计划”后回到中国科学技术大学工作,虽然离开了南京理工大学,但王泽山始终在背后默默支持和关心着这些学生的成长发展,时常主动打电话给学生,询问他们的近况。

王泽山在工作中宽厚待人。他从来不摆权威的架子,也不习惯命令别人。而是充分尊重团队成员的意见,认真倾听,也不随意打断别人的说话。在获得的荣誉面前,他也秉持一颗公平之心,与大家一起分享。在与校外单位联合开展的一些项目上,他从不计较研究经费分配,成果也是大家共同享有。“你要对得住自己的身份,尊重科学,不是你通过这个占有什么,你去想要什么。”王泽山一直这么教育身边的人。“做人要诚恳和宽厚,大家在一起共事时,首先要考虑到别人才行。”

(艾丰/编辑)