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【八五芳華?人物】張福學(xué):壓電學(xué)的開拓者,我校軍工特色的奠基人

  張福學(xué),云南宣威人,全國(guó)勞動(dòng)模范。發(fā)明了“銻錳酸鉛(PMS)壓電陶瓷”并研制成固體壓電陀螺、開發(fā)了三軸壓電晶體角速率傳感器等產(chǎn)品;發(fā)現(xiàn)了“氣體擺現(xiàn)象”、建立氣體擺理論并發(fā)明了“氣體擺慣性器件系列”,是氣體擺慣性技術(shù)的創(chuàng)始人。著有“壓電學(xué)”“機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用”等20余部專著。張福學(xué)為推動(dòng)我國(guó)傳感技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn),是我國(guó)壓電學(xué)和傳感器開創(chuàng)型技術(shù)專家。

 

  軍工特色是我校的三大辦學(xué)特色之一。說起我校的軍工特色,不能不提已經(jīng)去世的張福學(xué)先生,至今他的故事仍在信息科大師生中流傳。1939年,張福學(xué)出生于云南省宣威縣紅橋鎮(zhèn)老鴉村一個(gè)貧困家庭。戰(zhàn)亂歲月,張福學(xué)本沒機(jī)會(huì)讀書,但在母親的堅(jiān)持下,他還是幸運(yùn)地接受了啟蒙教育。1954年考入曲靖中學(xué),1958年考入云南大學(xué),1961年大學(xué)畢業(yè)后,張福學(xué)被分配到國(guó)防部第十研究院第十一研究所,帶著滿腔豪情壯志來到北京,開始了壓電材料的研究。

壓電學(xué)的主要開拓者

  1970年,出于戰(zhàn)略考慮,錢學(xué)森高瞻遠(yuǎn)矚地提出了導(dǎo)彈陀螺小型化的課題。張福學(xué)因提出利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓電慣性器件的論證而得到上級(jí)的重視,被委任研發(fā)壓電陀螺。那時(shí),全國(guó)數(shù)萬計(jì)的工業(yè)企業(yè)科技精英從祖國(guó)各地來到四川、云貴、青海、甘肅等地,開始艱苦卓絕的“大三線”建設(shè),張福學(xué)也是其中一員。他來到四川永川國(guó)防科工委1426所,放下行李即開始工作。大三線建設(shè)的條件非常艱苦,且不說實(shí)驗(yàn)條件,就是糧食也需要自己開荒種田來自足。實(shí)驗(yàn)室在大山環(huán)抱之中,為了把科研工作搞上去,張福學(xué)和伙伴們起早貪黑,廢寢忘食,用土肧自制了土鍛燒爐、土電火花切割器。很快,他們研制出了第一個(gè)壓電陀螺的樣品,可是送到北京測(cè)試卻因質(zhì)量問題被打了回來??蒲泄リP(guān)哪有如此容易?張福學(xué)和全組同志又一點(diǎn)點(diǎn)查資料、摸索試驗(yàn),做出了一種應(yīng)用于壓電陀螺的混合集成電路。對(duì)于這個(gè)集成電路,張福學(xué)傾注了很多心血,設(shè)計(jì)得非常嚴(yán)謹(jǐn)。這個(gè)集成電路得到大家的贊譽(yù),所有人都欣喜地以為要成功了。然而,最后一個(gè)指標(biāo)測(cè)試時(shí)卻出現(xiàn)了異常,測(cè)試熒光屏上展現(xiàn)出一群“奔騰的野馬”,混亂的雜波頓時(shí)淹沒了有規(guī)律的訊號(hào)。這時(shí)一盆盆冷水潑來,有人甚至說,這是壓電陀螺的“不治之癥”。張福學(xué)沒有泄氣,迅速收拾心情研究新的試驗(yàn)方案。為了這次項(xiàng)目攻關(guān),張福學(xué)經(jīng)常工作到深夜,甚至接連幾個(gè)晝夜不睡覺,睡夢(mèng)中出現(xiàn)的也是屏幕上那一片奔騰的野馬。他這樣拼命工作,身體越來越差,甚至體力不支昏倒在廁所里。當(dāng)他蘇醒過來,所黨委書記關(guān)心地對(duì)他說:“年青人,不要著急,身體還是第一位的!”張福學(xué)嘴里答應(yīng)著,心里還惦記著實(shí)驗(yàn)。隔了幾天,他又昏倒在實(shí)驗(yàn)室里,同志們把他抬到了衛(wèi)生所……歷時(shí)5年,經(jīng)過100余次實(shí)驗(yàn),張福學(xué)終于找出了壓電陀螺最后一個(gè)指標(biāo)測(cè)試出現(xiàn)異常狀態(tài)的癥結(jié),治愈了所謂的“不治之癥”。他們勝利地宣布:中國(guó)的壓電陀螺誕生!

  1974年,壓電陀螺提供給“東風(fēng)4號(hào)”和“東風(fēng)5號(hào)”導(dǎo)彈發(fā)射試驗(yàn),結(jié)果證明完全可用。雖然它不屬于高精度陀螺,但其率先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了陀螺固體化。為此,張福學(xué)等受到國(guó)防科工委和中央軍委的嘉獎(jiǎng)。在上述研究成果的基礎(chǔ)上,張福學(xué)主編了《壓電學(xué)》,編著了《壓電晶體陀螺》和《壓電鐵電應(yīng)用》等?!秹弘妼W(xué)》獲1988年全國(guó)第四屆優(yōu)秀科技圖書獎(jiǎng)。張福學(xué)推動(dòng)了我國(guó)壓電學(xué)的發(fā)展,被譽(yù)為我國(guó)壓電學(xué)的主要開拓者。

創(chuàng)立“氣體擺”理論

  1985年,張福學(xué)調(diào)回北京工作,來到我校(原北京信息工程學(xué)院)組建傳感技術(shù)研究中心,研究新型慣性器件,為我校軍工研究奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這時(shí)他已經(jīng)45歲,發(fā)明創(chuàng)造的最佳年華已過。但張福學(xué)認(rèn)為,年輕人精力充沛,年長(zhǎng)人經(jīng)驗(yàn)豐富,一樣可以發(fā)明創(chuàng)造。

  在一次出差的過程中,張福學(xué)乘坐火車,滿腦子想的是壓電氣流陀螺。鄰座的乘客一路不停地噴云吐霧,他突然發(fā)現(xiàn),無論吸煙者是躺是站,煙霧總是向上的!他聯(lián)想到了蒸汽?;氐綄?shí)驗(yàn)室,他在一個(gè)密閉的腔體里進(jìn)行自然氣體浮升力的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他最初的發(fā)現(xiàn):當(dāng)密閉腔傾斜時(shí),在浮升力的驅(qū)動(dòng)下,被加熱的氣體依然垂直向上流動(dòng)。這就是說自然氣體和固體、液體一樣,也具有“擺”的特性。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)和理論論證,張福學(xué)建立了“氣體擺”理論。對(duì)于“氣體擺”理論,同行有不同觀點(diǎn),有的專家甚至反對(duì)。但是經(jīng)過多次鑒定和評(píng)審,“氣體擺”理論最終還是得到國(guó)內(nèi)外認(rèn)可?!皻怏w擺”理論形成了慣性技術(shù)的一門新學(xué)科分支——?dú)怏w擺慣性技術(shù)。此后,這項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和863計(jì)劃等近千萬元資助。目前,在“氣體擺”理論指導(dǎo)下發(fā)明了一維、二維和全方位氣體擺水平姿態(tài)傳感器,并已在艦船和機(jī)器人的穩(wěn)定系統(tǒng)中應(yīng)用。日本和美國(guó)在國(guó)際會(huì)議上見到張福學(xué)關(guān)于氣體擺傳感器的報(bào)道后立即仿制,美國(guó)1995年亦申請(qǐng)了專利,但內(nèi)容幾乎和張福學(xué)的專利一樣,而時(shí)間晚了3年。

科技工作者的榜樣

  如今,學(xué)校的傳感器北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的前身就是張福學(xué)在1985年到北京信息工程學(xué)院組建的傳感技術(shù)研究中心。上世紀(jì)80年代,實(shí)驗(yàn)室剛建立時(shí)條件十分有限,場(chǎng)地緊張,張福學(xué)和同事們索性在宿舍搞研究;沒有錢購(gòu)買實(shí)驗(yàn)設(shè)備,他們就到航空航天部去做試驗(yàn);為了節(jié)省開支,大家還來到兵器工業(yè)總公司的三線廠去協(xié)作。在電科院主持的“壓電射流速率傳感器”課題論證會(huì)上,有人問張福學(xué):“國(guó)外研制一個(gè)產(chǎn)品需要幾百萬美元,你為什么只要14萬元?”張福學(xué)卻反問:“只要14萬元能辦成的事,我為什么要那么多錢?”事實(shí)證明,在張福學(xué)的帶領(lǐng)下,大家憑借勤奮刻苦、艱苦創(chuàng)業(yè),用較少的錢完成了別人要很多錢才能辦的事。

  鑒于張福學(xué)在科研方面的成就和貢獻(xiàn),國(guó)家授予他“全國(guó)科技先進(jìn)工作者”“全國(guó)勞動(dòng)模范”“國(guó)家級(jí)有突出貢獻(xiàn)專家”等榮譽(yù)稱號(hào),先后7次到人民大會(huì)堂受獎(jiǎng)。因其學(xué)術(shù)成就突出,對(duì)科技進(jìn)步貢獻(xiàn)巨大,被錢偉長(zhǎng)院士主編的國(guó)家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目《20世紀(jì)中國(guó)知名科學(xué)家學(xué)術(shù)成就概覽》物理學(xué)卷收錄?;厥讕资甑目萍脊ぷ?,張福學(xué)深深體會(huì)到:要做好科技工作,首先要勤奮踏實(shí)。對(duì)待工作,張福學(xué)投入的時(shí)間是常人的2倍甚至3倍。他每天工作10余個(gè)小時(shí),節(jié)假日和星期天照常工作。他筆耕不輟,專著23部,主編和編著5000多萬字,幾乎都是加班加點(diǎn)完成的。其次要目標(biāo)始終如一。張福學(xué)多次放棄升遷的機(jī)會(huì),堅(jiān)守在科研第一線50多年,終于成為壓電學(xué)和傳感器技術(shù)領(lǐng)域的知名專家。第三要有創(chuàng)新意識(shí),敢于做前人沒有做過的事。張福學(xué)的每項(xiàng)發(fā)明都是從大處著眼、小處著手,在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過理論論證和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,最終取得成果。第四要有毅力和堅(jiān)持,不追求短期出成果。張福學(xué)第一項(xiàng)成果經(jīng)歷15年獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng),第二項(xiàng)成果經(jīng)歷14年獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng),第三項(xiàng)和第四項(xiàng)成果均經(jīng)歷13年才獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。他的學(xué)生遍布教育、科研和企業(yè)等領(lǐng)域,其中有全國(guó)優(yōu)秀教師、博士生導(dǎo)師、教授、研究員和企業(yè)家。他把每次受獎(jiǎng)看作前進(jìn)路上的一個(gè)新起點(diǎn),直到去世前夕仍堅(jiān)守在科研第一線,努力為科技創(chuàng)新作新貢獻(xiàn)。(供稿/圖片/審核:黨委宣傳部 楊靜 編輯:張帆)

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(2023年9月)