本刊記者 蔡巧玉

給航天器裝上眼睛
——記裝甲兵工程學(xué)院費(fèi)保俊科研團(tuán)隊(duì)

本刊記者 蔡巧玉

固然，大自然在她的兒女中間并不是平均地分配她的賜物，但是，多謝上帝，得到優(yōu)厚天賦的人是很多的，而我深信，他們多數(shù)過(guò)的是淡泊的、不引人注目的生活?！獝?ài)因斯坦

被公認(rèn)為二十世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦建立的狹義和廣義相對(duì)論，改變了世人對(duì)時(shí)空的看法。在相對(duì)論發(fā)表后的百余年的時(shí)間里，無(wú)數(shù)科學(xué)家站在巨人的肩膀上，將這一經(jīng)典物理理論應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域，改變著人類(lèi)的生活。可能沒(méi)有多少人真正學(xué)過(guò)相對(duì)論，但我們一定享受過(guò)相對(duì)論帶來(lái)的真實(shí)的便利。GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)論你相信與否，這一當(dāng)今最先進(jìn)的導(dǎo)航技術(shù)，其理論基礎(chǔ)正是相對(duì)論。

GPS的基本原理是測(cè)量出四顆已知位置的衛(wèi)星到接收機(jī)之間的光傳播時(shí)間，從而確定接收機(jī)的具體位置。當(dāng)光波在衛(wèi)星與地面之間傳播時(shí)，我們就需要相對(duì)論來(lái)幫助我們保證時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和精確的時(shí)間測(cè)量。但是，作為GPS定位基準(zhǔn)的衛(wèi)星本身的定位又需要地面的測(cè)控，這種結(jié)構(gòu)不可能為宇宙空間的航天器定位，并且衛(wèi)星在與地面的聯(lián)系中很容易受到攻擊和干擾。于是，人們提出利用X射線脈沖星周期性地發(fā)射光子的觀測(cè)特性，為衛(wèi)星和宇宙航天器導(dǎo)航，這就是現(xiàn)在世界各國(guó)正在緊張研究的X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)。如果成功，航天飛機(jī)等便能實(shí)現(xiàn)真正意義上的自主導(dǎo)航。

作為一項(xiàng)基礎(chǔ)性和前沿性研究,“X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)”具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值、廣闊的應(yīng)用前景和深遠(yuǎn)的軍事戰(zhàn)略意義。目前國(guó)外研究尚處于起步階段，中國(guó)人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院費(fèi)?？〗淌趲ьI(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)入“X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)”的科研隊(duì)伍，集合了學(xué)院最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)、物理學(xué)教授的這支隊(duì)伍，緊跟國(guó)際技術(shù)研究動(dòng)向,多年來(lái)在X射線脈沖星導(dǎo)航的基本概念和原理、理論模型和算法以及關(guān)鍵技術(shù)和途徑等方面做了大量的研究工作,大幅度提升了我國(guó)X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)的研究水平。

相對(duì)論與脈沖星導(dǎo)航

作為科研組的靈魂人物，費(fèi)保俊教授自北京師范大學(xué)研究生畢業(yè)來(lái)到裝甲兵工程學(xué)院后，一直致力于相對(duì)論的研究，除了科研、教學(xué)之外，他沒(méi)有別的愛(ài)好，所有的業(yè)余時(shí)間都讓他用在了相對(duì)論的研究上，他的第一本著作《相對(duì)論與非歐幾何》就是這些工作的總結(jié)。學(xué)過(guò)狹義相對(duì)論的人都知道，愛(ài)因斯坦的光速不變性原理是違背常理而難以理解的難點(diǎn)，直到現(xiàn)在也仍有不少人對(duì)此表示懷疑。費(fèi)保俊經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)現(xiàn)，如果我們承認(rèn)非歐幾何與歐氏幾何一樣是正確的，只要將相對(duì)論的速度與非歐幾何聯(lián)系起來(lái)，光速不變性就顯得非常自然。因?yàn)樵诜菤W幾何之一的雙曲幾何空間存在一個(gè)不變的實(shí)常量，將雙曲幾何應(yīng)用到相對(duì)論的速度空間，這個(gè)常量就是光速。在此基礎(chǔ)上可以非常方便地導(dǎo)出洛倫茲變換、托馬斯進(jìn)動(dòng)等相對(duì)論公式。當(dāng)他的論文在國(guó)外發(fā)表后，終于得到了國(guó)際上相對(duì)論專家的肯定和重視。這之后他又幫助他的老師、我國(guó)著名的相對(duì)論專家劉遼先生整理出版了《狹義相對(duì)論》，這本書(shū)概括了各個(gè)時(shí)期有關(guān)狹義相對(duì)論的研究成果，是目前國(guó)內(nèi)系統(tǒng)論述相對(duì)論的重要專著。

一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)使他認(rèn)識(shí)到將廣義相對(duì)論的基本理論應(yīng)用到現(xiàn)代導(dǎo)航工程，具有明顯的實(shí)用價(jià)值，他又應(yīng)用相對(duì)論理論探討GPS中的一些相對(duì)論效應(yīng)。在與中科院高能所的李惕碚院士接觸中，費(fèi)?？〗淌诟鼒?jiān)定了相對(duì)論理論指導(dǎo)脈沖星導(dǎo)航這一研究方向。我國(guó)的軍事科研歷來(lái)重視基礎(chǔ)理論在軍事工程上的應(yīng)用，費(fèi)?？〗淌诘恼n題組得到了裝甲兵工程學(xué)院和總裝首長(zhǎng)的大力支持。他在兩年內(nèi)又出版了一本專著《相對(duì)論在現(xiàn)代導(dǎo)航中的應(yīng)用》，這是全軍獲得“國(guó)防科技圖書(shū)出版基金”資助的第一本基礎(chǔ)學(xué)科基金書(shū)，也是國(guó)內(nèi)第一本關(guān)于應(yīng)用相對(duì)論方面的著作。

費(fèi)教授為我們介紹了脈沖星導(dǎo)航技術(shù)是如何運(yùn)用相對(duì)論基本理論的：“它的基本原理實(shí)際上與GPS類(lèi)似，脈沖星相當(dāng)于GPS中的衛(wèi)星，是上帝賜給我們的天然導(dǎo)航星座，光子從脈沖星呈周期性發(fā)射，它到達(dá)航天器和太陽(yáng)系質(zhì)心的時(shí)間差可以換算出航天器到太陽(yáng)系質(zhì)心的距離，因此只要測(cè)量出這個(gè)時(shí)間差也就確定了航天器的位置和速度等參數(shù)。由于涉及到太陽(yáng)系大范圍的物理現(xiàn)象，涉及到光傳播路徑彎曲、光傳播時(shí)間延緩、引力和多普勒頻移以及不同參考系的時(shí)空轉(zhuǎn)換，必須采用廣義相對(duì)論的時(shí)空理論來(lái)處理?！?/p>

正如兩彈一星元?jiǎng)?、我?guó)著名理論物理學(xué)家周光召先生期望的那樣，相對(duì)論的應(yīng)用研究應(yīng)該得到充分重視，只有善于利用人類(lèi)文明積累的所有財(cái)富，才有可能站在巨人肩膀上不斷創(chuàng)新和發(fā)展。在這個(gè)艱澀得令人生畏的領(lǐng)域里，費(fèi)?？〗淌谒坪醣辛藧?ài)因斯坦式的對(duì)于科學(xué)的“宗教情懷”，對(duì)于他所取得的開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)，在筆者看來(lái)，可能只有獻(xiàn)身于同樣目的的人，才能深切地體會(huì)到究竟是什么鼓勵(lì)著這些人，并且給他們以力量，使他們不顧無(wú)悔的挫折而堅(jiān)定不移地忠誠(chéng)于他們的志向。

教授“扎堆兒”的課題組

談到與其他科研團(tuán)隊(duì)的不同，費(fèi)?？〗淌趲ьI(lǐng)的“隊(duì)員”們個(gè)個(gè)都是教授、副教授，而這其實(shí)和他們的研究方向密切相關(guān)，由于脈沖星導(dǎo)航研究其基礎(chǔ)性和前沿性的特點(diǎn)，一般的研究生是難以勝任的，于是，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)為這個(gè)特殊的科研團(tuán)隊(duì)配備了全院最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)及物理人才。

費(fèi)教授向我們介紹說(shuō)：“我們課題組無(wú)所謂誰(shuí)領(lǐng)導(dǎo)誰(shuí)，大家都有這方面的興趣，就在一起做事了。平時(shí)各人干各人的事，在每周一次的學(xué)術(shù)討論會(huì)上亮出自己的觀點(diǎn)和研究進(jìn)展，然后相互切磋形成共識(shí)。脈沖星導(dǎo)航研究并不像人們想象的只須照搬GPS的研究方法那么簡(jiǎn)單，涉及到的數(shù)學(xué)、物理和工程問(wèn)題還很多，需要各個(gè)領(lǐng)域的人才共同攻關(guān)。比如在數(shù)學(xué)問(wèn)題上我就經(jīng)常請(qǐng)教兩位數(shù)學(xué)教授。但有一條是肯定的，最后以各人的成果論英雄”。于是在全體“同事們”七嘴八舌的熱烈討論中，筆者總結(jié)出了以下幾點(diǎn)：

第一，建立友好的團(tuán)隊(duì)氛圍，這是最重要，惟此團(tuán)隊(duì)才能戰(zhàn)無(wú)不勝。要想建立團(tuán)隊(duì)氛圍，首先應(yīng)以人為本，制定人性化的規(guī)章制度，并以身作則；其次，要相互信任和鼓勵(lì)，特別在遇到困難時(shí)更要多鼓勵(lì)，人在成長(zhǎng)中總是要經(jīng)受磨難的，有時(shí)會(huì)消極、會(huì)懶惰，此時(shí)適當(dāng)?shù)亩酱倬褪且环N提醒和鞭策，所以從管理的角度講，適時(shí)的督促也是必要的。第二，要有共同的目標(biāo)，有目標(biāo)大家才能在一起做事。第三，分工與合作的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)中既要有分工，又要有合作，其中學(xué)術(shù)交流及溝通討論起很重要的作用，當(dāng)然這也是團(tuán)隊(duì)文化的一種。

自進(jìn)入這一領(lǐng)域以來(lái)，課題組在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上已經(jīng)發(fā)表了十幾篇論文，現(xiàn)正在進(jìn)一步深入開(kāi)展這一方面和相關(guān)領(lǐng)域的研究。我們相信，在軍內(nèi)外有關(guān)單位的共同努力下，這一高科技項(xiàng)目必將推動(dòng)我國(guó)航天技術(shù)的進(jìn)步。

愛(ài)因斯坦曾將搞科學(xué)研究的人分成三類(lèi)：一類(lèi)是希望為社會(huì)和人類(lèi)做點(diǎn)貢獻(xiàn)，一類(lèi)是出于對(duì)科學(xué)的興趣愛(ài)好，一類(lèi)是為了成名成家，獲取個(gè)人私利。后來(lái)人們分析，大多數(shù)科研工作者實(shí)際上或多或少都兼而具有這三方面的因素。即使你是興趣驅(qū)使，你也希望成為這一領(lǐng)域的專家，你也希望研究的東西得到社會(huì)的認(rèn)可，從而得到“成就感”。可是我們發(fā)現(xiàn)，課題組的成員平常都有繁重的教學(xué)工作，他們所從事的專業(yè)甚至與軍事裝備沒(méi)有多大聯(lián)系，也沒(méi)有科研任務(wù)，全憑著一股為國(guó)防事業(yè)做點(diǎn)貢獻(xiàn)的精神，在默默地忘我工作，很難將他們與個(gè)人私利聯(lián)系在一起。在如今功利主義、形式主義盛行的環(huán)境下，難道他們的精神不值得欽佩嗎？

采訪手記

采訪中，費(fèi)教授說(shuō)他喜歡自由，也很感謝學(xué)院為他們創(chuàng)造的科研環(huán)境。他認(rèn)為科研的本質(zhì)在于創(chuàng)新，而人的創(chuàng)造力在自由環(huán)境中更容易產(chǎn)生，如果你一旦有所突破，既是對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)也得到了一份享受。不過(guò)他也講了這么一件事：十年前他的簡(jiǎn)歷被美國(guó)的《WhoisWho》收錄，但當(dāng)一家宣傳科學(xué)家人權(quán)的雜志社與他聯(lián)系時(shí)卻被他斷然拒絕了，可見(jiàn)他的“自由”是有政治限度的。

人說(shuō)，自然科學(xué)是探索上帝的秘密。

上帝是最嚴(yán)肅的，容不得半點(diǎn)虛偽和浮躁，他只會(huì)歡迎老實(shí)人。而科學(xué)精神的本質(zhì)就是自由，自由在于創(chuàng)造，最深?yuàn)W的理性和最燦爛的美等待的是那些不辭勞苦而百折不撓的探索者。