美俄两国苦寻未果的雷达难题,中国老人默默攻关整整40年,800万奖金最终一分没留给自己

1990年4月3日,山东威海一处临海试验站,刘永坦和几名科研人员守在显示屏前,盯着海面上纷乱的回波。屏幕沉寂了很久,突然,一个微弱光点从杂波里跳了出来。

屋里没人说话。

刘永坦俯身看了一会儿,抬手指向屏幕:“这就是我们的目标。”

一句话,让连续多年埋头苦干的科研人员红了眼眶。这个光点看似普通,背后却是中国雷达技术从“能不能做”走向“真正做成”的分水岭。

雷达最难的地方,不是让屏幕上出现信号,而是在无边无际的海面上,把真正的目标从海浪、噪声和电离层干扰中找出来。那时的中国,面对的不是一道普通技术题,而是一堵长期挡在世界前沿领域的高墙。

一、海岸线上的“看不见”

传统雷达依靠无线电波直线传播。雷达站架得越高,探测距离越远;地形越开阔,观察效果越好。可海洋并不是平坦的操场,地球曲率会把雷达波挡在视线之外。

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中国拥有漫长海岸线和广阔海域,但沿海许多地方地势并不适合修建高大的雷达设施。近岸目标还能被发现,距离稍远,信号便逐渐消失。海面上出现一艘船,可能要等它进入传统雷达的有效范围后,监视系统才有机会捕捉。

这意味着什么?

意味着对海域的掌握存在盲区。海上运输、渔业活动、资源勘探,乃至可能出现的军事目标,都可能在较长时间内处于观测范围之外。对一个拥有漫长海岸线的国家来说,这种“看不见”,比单纯的设备落后更令人警惕。

新体制雷达的思路,正是绕开传统雷达只能依赖直线传播的限制。它借助电离层反射,让无线电波越过地平线,对远距离海面目标进行探测。

听起来像是把雷达装上了“远视眼”,实际上却困难重重。电离层并非固定不动的镜子,它会随着时间、太阳活动、季节和空间环境变化,导致无线电波发生折射、反射和散射。信号能否稳定返回,返回后能否辨认目标,都是未知数。

更棘手的是海杂波。

海浪反射回来的信号,往往比远处目标的回波强得多。科研人员要从强烈背景中辨别一艘船、一个低空飞行目标,难度如同在暴雨声中分辨极轻的一次敲门声。国外长期投入研究,也没有轻易解决全部问题。

二、一个孩子记住的炮声

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1936年12月1日,刘永坦出生于南京。不到一年,全面抗战的烽火便改变了这个家庭的生活轨迹。年幼的他随家人辗转武汉、宜昌、重庆等地,后来又回到南京。

流离并没有让他形成空泛的感伤,却让“国家落后会带来什么”变成了非常具体的记忆。

飞机轰鸣,仓促逃难,物资匮乏,这些经历伴随他长大。一次,他问父亲:“为什么不让飞机去打他们?”

父亲没有用复杂的道理解释,只告诉他,国家落后,许多事情就做不到,希望孩子好好读书,将来改变中国贫穷落后的状况。

这段对话未必宏大,却影响了刘永坦一生。科学在他那里,从来不只是课堂上的公式,也不是个人成名的工具,而是与国家安全、百姓生活紧紧相连的实际能力。

高中时期,物理教师陈杰夫重视启发思考,常常把复杂问题拆开讲清楚。那些关于电磁、波动和能量的知识,后来逐渐与刘永坦的国家使命连接起来。

1953年,他考入哈尔滨工业大学。那时的哈工大正在为国家培养工程技术人才,校园里的学习条件谈不上优越,俄语、数学、物理和工程课程却一样不能少。

刘永坦学习非常扎实。除了完成学校安排的工科课程,他还主动补充理科数学和物理知识。青年时代形成的习惯,后来直接影响了他的科研方式:不迷信现成结论,也不回避基础问题。

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三、从英国实验室带回来的判断

1979年6月,刘永坦赴英国进修,先后在埃塞克斯大学和伯明翰大学学习、工作。伯明翰大学与雷达技术发展有深厚渊源,实验设备、专业文献和研究条件,在当时都令他大开眼界。

导师谢尔曼起初并没有特别重视这位中国访问学者。对方交给他的任务,是把一大批英文雷达文献整理成综述报告。内容陌生,资料繁杂,刘永坦却只用了三天完成。

能力很快赢得信任。

他随后参与民用海态遥感信号处理机的研制,负责信号处理器部分。那段经历让他意识到,雷达的未来不只是增大发射功率,更在于如何利用计算机和信号处理技术,把复杂回波转化为可识别的信息。

1980年12月25日,相关仿真模型完成。也正是在英国的研究中,刘永坦看清了一个方向:中国不能永远依赖传统雷达,更不能因为技术难度太大,就绕开远距离对海探测这一关键领域。

英国方面曾希望他留下来继续工作。刘永坦没有接受。他后来表达过一个朴素判断:自己的根在中国,学到的技术应当带回祖国。

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1981年,他回到哈尔滨工业大学。那两只行李箱里装着书籍、笔记和研究资料,更装着一个当时并不容易被所有人理解的计划。

四、六个人写出的七百页报告

回国之后,摆在刘永坦面前的不是一间设备齐全的实验室,而是基础薄弱、资料不足和人才不够的现实。

有人劝他,雷达领域还有很多比较成熟的课题,何必选择风险高、周期长的新体制雷达?也有人认为,连大型科研机构都未必具备条件,一所大学更难完成。

刘永坦没有争辩太多。他在1982年初赴北京汇报方案,向有关部门介绍国外技术发展情况和国内海防需求。项目获得支持后,真正困难才开始显现。

他组建的早期团队只有六个人,真正受过雷达专业系统训练的并不多。没有今天这样便利的网络检索,也缺少成熟软件和计算设备,很多资料只能靠手工查阅、计算和整理。

六个人边学边干。

一份新体制雷达总体方案论证报告,前后写了二十多万字,接近七百页。十个月里,笔杆子几乎没有停过,手指发麻、手腕酸痛是常事,连握鸡蛋都变得困难。

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这份报告的价值,不在于字数多,而在于把一个模糊设想拆成了可以验证的技术路线:传播机理如何建立,海杂波如何处理,目标信号怎样提取,系统模型怎样设计,实验条件如何搭建。

1986年7月,航天工业部在哈工大举行成果鉴定会。五十多位专家经过评审,认为关键技术已经取得突破,原定方案可行,具备进一步设计系统和建设实验站的条件。

这一步,意味着中国终于从“讨论是否值得做”,走到了“按照自己的方案继续做”。

五、威海海边的那盏灯

理论报告通过,并不等于雷达已经能够工作。实验室里的模型一旦搬到海边,海浪、大气、电台干扰和设备误差便会同时出现。

实验站必须建在海边。经过考察,团队把目光投向山东威海一带。这里既能满足对海试验条件,也让科研人员近距离面对真实海况。

刘永坦曾到过刘公岛。甲午海战留下的历史记忆,使“发展海上探测能力”不再是一句抽象口号。近代中国多次遭受海上入侵,海防薄弱造成的被动,写在炮台、港口和一处处遗址之中。

建设实验站的过程十分艰苦。经费出现困难时,团队没有停下,甚至讨论过自筹资金建站。科研人员在荒僻海滩上架天线、调设备,夏天顶着烈日,冬天迎着海风,连续数月无法回家。

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刘永坦那时已经年过五十,仍和年轻人一起到现场作业。高强度脑力劳动加上长期体力负担,使他的腰椎间盘突出,严重时几个月不能下地。

人躺在病床上,项目却不能停。设备调试、数据分析和现场施工仍在继续,团队成员轮流把实验记录带给他。那不是戏剧化的传奇,而是科研工程最真实的一面:每个环节都要有人负责,每个误差都要重新查。

1989年,中国第一个新体制雷达站在威海建成。接下来的一年,科研人员开始等待那个迟迟没有出现的有效目标。

1990年4月3日,屏幕终于亮了。

光点很小,却足够证明一件事:此前写在报告里的理论,经过设备、天线、算法和现场环境的反复磨合,已经能够在真实海面上捕捉目标回波。

六、从实验成果到真正可用

一次成功捕获,不代表全部问题解决。新体制雷达要具备实用价值,还必须经受不同天气、不同海况和不同电离层状态的考验。

刘永坦没有把威海的成功当作终点。1991年,相关项目获得国家科技进步奖一等奖,他当选中国科学院学部委员;1994年,又成为首批中国工程院院士。

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荣誉到来时,他已经接近花甲。按照一般人的生活节奏,这本可以是放慢脚步的时候。但在他看来,实验站只能说明路线走通,距离能够长期稳定运行的实用装备,仍有很长距离。

1997年,他再次牵头研制实用型新体制雷达。有人担心,学校科研团队力量有限,继续向前推进会不会太冒险。刘永坦的回答很直接:“实验站建立起来了,理论也比较完善,但真正做成完善的雷达,还有相当的距离。”

这句话,说明他对科研成果有清醒认识。论文不能代替装备,奖项不能代替性能,实验室里的有效信号也不能代替复杂海况下的持续工作。

此后的十多年,团队长期在海边试验。电离层干扰就是其中一块硬骨头。无线电波经过不断变化的电离层后,传播路径和信号强度都会发生变化,原本清晰的目标回波可能被拉伸、偏移,甚至完全丢失。

没有成熟模板可照搬,便靠实验积累规律;没有国外资料可直接使用,便靠自己的数据建立模型。团队在一次次失败中调整参数,改进算法,再把结果送回现场验证。

2011年,具备全天时、全天候、远距离探测能力的新体制雷达研制成功,总体性能达到国际先进水平,部分核心技术处于国际领先地位。中国由此成为世界上少数掌握远距离对海探测核心技术的国家之一。

七、八百万元奖金的去向

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2015年,相关团队再次获得国家科技进步奖一等奖。2019年1月8日,北京人民大会堂,刘永坦获得2018年度国家最高科学技术奖。

那一年,他82岁。

站上领奖台的老人,并没有把荣誉只归于自己。他多次强调,成果属于团队,也属于长期支持科技事业的国家。这样的表态并非客套,因为从最初六个人到后来形成老中青结合的人才梯队,雷达研制本就是集体工程。

2020年8月3日,哈尔滨工业大学行政楼内,84岁的刘永坦与夫人冯秉瑞签署捐赠协议,将国家最高科学技术奖奖金800万元全部捐出,设立“永瑞基金”。

基金名称取自夫妻二人的名字,重点支持国防电子工程领域人才培养和科研工作。钱没有留在个人账户里,而是回到了培养他的学校,继续用于培养后来者。

刘永坦曾说,个人成长离不开国家培养、学校教育和同志帮助,获奖时便有了捐出奖金、回报学校的想法。

从南京逃难途中听见的炮声,到英国实验室里的信号处理器;从六个人手写的厚重报告,到威海屏幕上的第一个光点;再到海岸线上昼夜工作的远距离探测系统,这条道路走了整整四十年。

他没有把科研当成一场只属于个人的竞赛。对刘永坦而言,雷达必须越过海天之间的距离,成果也必须越过实验室与现实之间的距离。2020年那份捐赠协议签下时,800万元奖金有了新的用途,而“永瑞基金”也成为这位老科学家留给哈工大的又一项长期工程。

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