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【八五芳华•人物】张福学:压电学的开拓者,我校军工特色的奠基人

2022-07-14

  张福学,云南宣威人,全国劳动模范。发明了“锑锰酸铅(PMS)压电陶瓷”并研制成固体压电陀螺、开发了三轴压电晶体角速率传感器等产品;发现了“气体摆现象”、建立气体摆理论并发明了“气体摆惯性器件系列”,是气体摆惯性技术的创始人。著有“压电学”“机器人技术及其应用”等20余部专著。张福学为推动我国传感技术的发展作出了重要贡献,是我国压电学和传感器开创型技术专家。

 

  军工特色是我校的三大办学特色之一。说起我校的军工特色,不能不提已经去世的张福学先生,至今他的故事仍在信息科大师生中流传。1939年,张福学出生于云南省宣威县红桥镇老鸦村一个贫困家庭。战乱岁月,张福学本没机会读书,但在母亲的坚持下,他还是幸运地接受了启蒙世界杯压球app。1954年考入曲靖中学,1958年考入云南大学,1961年大学毕业后,张福学被分配到国防部第十研究院第十一研究所,带着满腔豪情壮志来到北京,开始了压电材料的研究。

压电学的主要开拓者

  1970年,出于战略考虑,钱学森高瞻远瞩地提出了导弹陀螺小型化的课题。张福学因提出利用压电效应实现压电惯性器件的论证而得到上级的重视,被委任研发压电陀螺。那时,全国数万计的工业企业科技精英从祖国各地来到四川、云贵、青海、甘肃等地,开始艰苦卓绝的“大三线”建设,张福学也是其中一员。他来到四川永川国防科工委1426所,放下行李即开始工作。大三线建设的条件非常艰苦,且不说实验条件,就是粮食也需要自己开荒种田来自足。实验室在大山环抱之中,为了把科研工作搞上去,张福学和伙伴们起早贪黑,废寝忘食,用土肧自制了土锻烧炉、土电火花切割器。很快,他们研制出了第一个压电陀螺的样品,可是送到北京测试却因质量问题被打了回来。科研攻关哪有如此容易?张福学和全组同志又一点点查资料、摸索试验,做出了一种应用于压电陀螺的混合集成电路。对于这个集成电路,张福学倾注了很多心血,设计得非常严谨。这个集成电路得到大家的赞誉,所有人都欣喜地以为要成功了。然而,最后一个指标测试时却出现了异常,测试荧光屏上展现出一群“奔腾的野马”,混乱的杂波顿时淹没了有规律的讯号。这时一盆盆冷水泼来,有人甚至说,这是压电陀螺的“不治之症”。张福学没有泄气,迅速收拾心情研究新的试验方案。为了这次项目攻关,张福学经常工作到深夜,甚至接连几个昼夜不睡觉,睡梦中出现的也是屏幕上那一片奔腾的野马。他这样拼命工作,身体越来越差,甚至体力不支昏倒在厕所里。当他苏醒过来,所党委书记关心地对他说:“年青人,不要着急,身体还是第一位的!”张福学嘴里答应着,心里还惦记着实验。隔了几天,他又昏倒在实验室里,同志们把他抬到了卫生所……历时5年,经过100余次实验,张福学终于找出了压电陀螺最后一个指标测试出现异常状态的症结,治愈了所谓的“不治之症”。他们胜利地宣布:中国的压电陀螺诞生!

  1974年,压电陀螺提供给“东风4号”和“东风5号”导弹发射试验,结果证明完全可用。虽然它不属于高精度陀螺,但其率先在国内实现了陀螺固体化。为此,张福学等受到国防科工委和中央军委的嘉奖。在上述研究成果的基础上,张福学主编了《压电学》,编著了《压电晶体陀螺》和《压电铁电应用》等。《压电学》获1988年全国第四届优秀科技图书奖。张福学推动了我国压电学的发展,被誉为我国压电学的主要开拓者。

创立“气体摆”理论

  1985年,张福学调回北京工作,来到我校(原北京信息工程学院)组建传感技术研究中心,研究新型惯性器件,为我校军工研究奠定了坚实基础。这时他已经45岁,发明创造的最佳年华已过。但张福学认为,年轻人精力充沛,年长人经验丰富,一样可以发明创造。

  在一次出差的过程中,张福学乘坐火车,满脑子想的是压电气流陀螺。邻座的乘客一路不停地喷云吐雾,他突然发现,无论吸烟者是躺是站,烟雾总是向上的!他联想到了蒸汽。回到实验室,他在一个密闭的腔体里进行自然气体浮升力的实验。实验证实了他最初的发现:当密闭腔倾斜时,在浮升力的驱动下,被加热的气体依然垂直向上流动。这就是说自然气体和固体、液体一样,也具有“摆”的特性。经大量实验和理论论证,张福学建立了“气体摆”理论。对于“气体摆”理论,同行有不同观点,有的专家甚至反对。但是经过多次鉴定和评审,“气体摆”理论最终还是得到国内外认可。“气体摆”理论形成了惯性技术的一门新学科分支——气体摆惯性技术。此后,这项研究得到国家自然科学基金和863计划等近千万元资助。目前,在“气体摆”理论指导下发明了一维、二维和全方位气体摆水平姿态传感器,并已在舰船和机器人的稳定系统中应用。日本和美国在国际会议上见到张福学关于气体摆传感器的报道后立即仿制,美国1995年亦申请了专利,但内容几乎和张福学的专利一样,而时间晚了3年。

科技工作者的榜样

  如今,学校的传感器北京市重点实验室的前身就是张福学在1985年到北京信息工程学院组建的传感技术研究中心。上世纪80年代,实验室刚建立时条件十分有限,场地紧张,张福学和同事们索性在宿舍搞研究;没有钱购买实验设备,他们就到航空航天部去做试验;为了节省开支,大家还来到兵器工业总公司的三线厂去协作。在电科院主持的“压电射流速率传感器”课题论证会上,有人问张福学:“国外研制一个产品需要几百万美元,你为什么只要14万元?”张福学却反问:“只要14万元能办成的事,我为什么要那么多钱?”事实证明,在张福学的带领下,大家凭借勤奋刻苦、艰苦创业,用较少的钱完成了别人要很多钱才能办的事。

  鉴于张福学在科研方面的成就和贡献,国家授予他“全国科技先进工作者”“全国劳动模范”“国家级有突出贡献专家”等荣誉称号,先后7次到人民大会堂受奖。因其学术成就突出,对科技进步贡献巨大,被钱伟长院士主编的国家重点图书出版规划项目《20世纪中国知名科学家学术成就概览》物理学卷收录。回首几十年的科技工作,张福学深深体会到:要做好科技工作,首先要勤奋踏实。对待工作,张福学投入的时间是常人的2倍甚至3倍。他每天工作10余个小时,节假日和星期天照常工作。他笔耕不辍,专著23部,主编和编著5000多万字,几乎都是加班加点完成的。其次要目标始终如一。张福学多次放弃升迁的机会,坚守在科研第一线50多年,终于成为压电学和传感器技术领域的知名专家。第三要有创新意识,敢于做前人没有做过的事。张福学的每项发明都是从大处着眼、小处着手,在大量实验的基础上,经过理论论证和实验验证,最终取得成果。第四要有毅力和坚持,不追求短期出成果。张福学第一项成果经历15年获国家发明奖,第二项成果经历14年获国家发明奖,第三项和第四项成果均经历13年才获国家发明奖。他的学生遍布世界杯压球app、科研和企业等领域,其中有全国优秀教师、博士生导师、教授、研究员和企业家。他把每次受奖看作前进路上的一个新起点,直到去世前夕仍坚守在科研第一线,努力为科技创新作新贡献。(供稿/图片/审核:党委宣传部 杨静 编辑:张帆)

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