作者:杨坚
来源:中国科学报
张光义(1935— )
四川泸州人。雷达工程专家,1962年2月毕业于苏联莫斯科动力学院无线电技术系,历任国防科委第十研究院第十四研究所总体室主任、副总工程师、副所长、总工程师等职。
上世纪60年代,作为主要技术负责人之一,研制我国第一部电扫描三坐标雷达;从60年代中期起,从事相控阵雷达的研制工作,积累了宝贵的相控阵雷达工程经验,具有较深的理论造诣,是我国第一部大型相控阵预警雷达7010雷达的主要技术负责人之一;1995年担任载人航天工程三部大型精密跟踪雷达和一部相控阵雷达的总设计师;1997年担任机载雷达技术负责人,主持和参加全部研制工作。
先后发表学术论文40余篇,1994年出版了我国第一部相控阵雷达专著《相控阵雷达系统》,对推动我国相控阵技术的发展起到了重要作用。另著有《空间探测相控阵雷达》《相控阵雷达技术》《相控阵雷达原理》等。
1978年获全国科学大会奖,1985年、1994年先后获电子工业部科技进步奖一等奖和特等奖各1项,1986年获国家级有突出贡献的中青年专家称号,并成为首批享受政府特殊津贴者,1993年获光华基金一等奖, 1995年获国家科技进步奖二等奖,1997年当选中国工程院院士。
雷达并不是张光义最初选择的研究方向。1953年高中毕业的张光义被选派到苏联留学,在北京学习两年俄语后,于1955年9月进入莫斯科水利学院学习。1956年夏天,他响应国家号召,义无反顾地放弃了钟爱的水利专业,转到莫斯科动力学院无线电技术系学习雷达技术,这也开启了他全新的人生。
学:为国分忧转专业
1935年9月3日,张光义出生在四川泸州一个普通的家庭,父亲在他出生后两个月左右就去世了。母亲一个人带着5个孩子,本来就颇为不易,又赶上抗日战争爆发,常常在枪炮声中讨生活,像旧中国很多家庭一样,日子过得十分艰难。幸而母亲比较能干,总能想办法做点事情,挑起了全家的重担,带着孩子们在战乱中生活,并竭尽全力送他们读书,让他们都顺利成长。
张光义4岁的时候,亲眼目睹泸州城遭受日本侵略者残酷轰炸,记忆特别深刻。7岁时,他到泸州小市镇第一中心小学读书。学校的老师经常教导学生说,中国的近代史就是遭受外国列强侵略、签订各种不平等条约的历史,鼓励大家好好学习,长大了一定要把国家建设好。因此,张光义从小就暗下决心努力学习。这期间他参加了学校组织的抗日剧排演。
1948年秋,张光义入读泸州市第一中学初中,认真学习的同时还积极参与各种社会活动、听报告、参加培训班,利用课余时间阅读了《大众哲学》《社会发展史》《政治经济学》等书籍以及《中学生》《开明少年》杂志、《新华日报》等进步报刊,进一步拓宽了眼界。
1951年夏天,张光义考进重庆一中读高中。重庆一中具有优良的革命传统,提倡学生德、智、体全面发展,不仅重视时事政策教育,还组织学生参加欢迎志愿军英模代表团、慰问在歌乐山荣誉军人疗养院的志愿军伤病员等活动。张光义满怀报国之心,学习时充满自觉的动力,门门功课优秀。
1953年是我国第一个五年计划的第一年,发展能源建设成为大事。张光义在杂志上看过一些兴修三峡水利工程的文章,就想着高中毕业报考水利专业。被选派到苏联留学时,他填报了水利方面的志愿。经过两年俄语培训,1955年9月,他顺利进入莫斯科水利学院学习。他深知国家当时条件差,送他们出国留学很不容易,所以学习非常认真,有时为了抢教室第一排的座位,甚至来不及吃早餐。一年下来,他每一门功课都是满分(5分制),因为成绩特别优秀,所以照片被贴在了莫斯科水利学院教学楼的光荣榜上。
1956年下半年,国家召开“向科学进军”的大会以后,要在一些重点方向培养专门人才。张光义没有考虑太多,毅然放弃了钟爱的水利专业,转到莫斯科动力学院无线电技术系学习雷达方面的知识。
所有的功课都要从头学起,还要补无线电技术系第一年的基础课。面对困难,张光义一点也没有犯怵,把所有能挤出来的时间都用来看书、学习。为了多学习一些知识,他利用中国留学生每周一次的自修时间,特地选修了苏联同学必修的一门军事课,主要内容是讲述飞机的各种电子仪器与装备,如飞机的火控雷达、轰炸机雷达等,虽然增加了学习压力,但也扩大了知识面。
因为学习认真,张光义受到苏联老师和同学的好评,并最终以优异成绩顺利毕业。回国前,他把节省下来的卢布一部分买了各种工具书,一部分缴了党费,剩下的全部上缴国家。
研:三坐标雷达通过论证
1962年2月,张光义从莫斯科动力学院无线电技术系毕业回国,随后和郝宝瑛、王连奎、李昆等6人被分配到中国雷达的摇篮——国防科委第十研究院第十四研究所(以下简称14所),同时办理了参军手续,成为光荣的中国人民解放军。
时任所长申仲义、政委赵则三、总工程师张直中等负责人一起接待了新来的留学生,听取他们介绍所学专业、毕业论文题目及其主要内容。随后,张光义被分配到第三研究室408雷达总体组,三室主任薛国纬给他的第一个任务是消化敌我识别器的俄文资料,后来又让他重点关注雷达新体制、新技术在雷达中的应用。
得知张光义学习过《概率论》,薛国纬又安排他在所里开课,给技术骨干讲解概率论与随机过程在雷达信号检测中的应用等有关知识。张光义认真对待,除了参考大学时的《概率论》课堂笔记外,还找了中、英、俄文的参考书籍来学习、备课,上课时像苏联老师一样,全程脱稿,在当时引起不小的轰动。
此外,按14所总体研究室一个不成文的规定,新来的大学生都要先在所里的雷达整架场工作一段时间,以提高雷达总体概念的认识与实际动手能力。薛国纬交给张光义的任务,是在整架场牵头负责两部雷达的恢复和整架工作,一台是苏式S波段测高雷达,一台是苏制CHAP (“斯纳尔”)毫米波雷达。他都顺利完成了。
国防急需的583三坐标雷达早在1958年就开始研制,与二坐标雷达相比,其技术上要达到以下几点要求:一是在仰角方向形成多个发射与接收波束,二是提高目标距离、仰角与方位的测量精度和雷达采样的数据率,三是采用电子计算机技术对雷达信号进行信号处理与数据处理(当年亦称为雷达信号的一次加工与二次加工)。
但是多批目标的快速跟踪、高度计算、飞行航向和飞行速度显示和航迹关联、航迹显示、目标批次和参数显示及将目标数据送达上级指挥单位等都离不开电子计算机的应用,可惜当时我国计算机技术尚不发达,研制工作不得不暂停。
1962年11月,14所重新成立了583三坐标雷达总体组,张光义和王小谟分别任正、副组长,重新恢复三坐标雷达的研制工作。副总工程师王福如负责总体方案论证,给他们布置任务、审阅技术小结、提出修改意见。1963年毕业的大学生来14所以后,小组成员从最初的6人增加至10多人。前后经过6个方案对比,差不多花了一年时间,最终选择了频率扫描天线,这其实是一种简化了的相控阵天线,为进一步研制相控阵雷达积累了经验。
张直中认为,“三坐标雷达比二坐标雷达复杂得多,尤其是在多波束形成(或波束仰角扫描)及信号处理方面。经过方案论证及多次科技委员会的评定,最后根据当时的实际情况选定频扫三坐标体制,成为申所长‘看’的项目之一”,即这是14所未来雷达研制的一个方向。由于583三坐标雷达总体方案论证成绩优秀,张光义于1963年荣立三等功1次。
扛:攻关7010远程预警雷达
1957年苏联成功发射第一颗人造地球卫星,促使美国与苏联投入巨资建立空间目标监视系统以满足弹道导弹防御的需求。其中,超远程大型相控阵雷达与大型精密跟踪雷达是该监视系统的主要装备。这类雷达与以观测飞机类目标为主的战术三坐标雷达相比,战术、技术要求都要高很多,其研制难度显然也要高很多。
根据毛泽东同志1964年春节关于“有矛必有盾”指示精神,14所在1965年春接受了“640”工程中的“640-4”分系统任务。初期任务包括研制一部远程精密跟踪雷达(110雷达)和“111相控阵试验雷达”。前者从1958年开始,曾经在14所开展过全国协作,已有部分研究成果,用于对重点防御目标的精确定位与目标参数测量。后者必须采用相控阵雷达技术,但缺乏相应的研究成果。
1965年5月,14所让张光义、贲德、刘兴华3人组成相控阵雷达论证小组,由张直中与王福如领导、布置该小组进行相控阵雷达初步方案的论证。参照583三坐标雷达总体方案论证的程序与经验,张光义抓紧学习、计算,较快完成了初步方案论证。论证期间,“640”工程总师宋健与“640-5”技术负责人黄培康总师到14所检查工作,听取张光义有关论证情况的汇报。1965年暑假,张光义与贲德、刘兴华等到北京工业学院(现北京理工大学)与该校教授柯有安团队共同论证方案。大家经过一个多月的加班加点工作,完成了一份相控阵实验雷达方案的报告(铅印本)。
为了降低研制风险、控制研制成本,他们决定先研制一部规模较小的收、发天线分开的“111相控阵试验雷达”,并将与“110单脉冲精密跟踪雷达”一起安置在新疆某地区。在“111相控阵试验雷达”方案中,张光义没有照搬美国空间监视相控阵雷达采用的中频移相方案,而是直接采用射频移相方案。
当时,经过大家分析,虽然从技术上看,在射频实现信号移相比在中频上要困难一些,但更合理、先进一些。值得一提的是,上世纪60年代末,美国相控阵雷达发生火灾后,他们在修复过程中也摈弃了中频移相技术,改为采用射频移相技术。
1965年秋,张光义被任命为14所104研究室副主任,该室的主要任务即研制“111相控阵试验雷达”。但从1966年开始,因受各方面因素影响,工程进展缓慢。1969年12月,随着国际形势发生变化,上级机关提出加快空间目标远程预警雷达的研制进程,明确要求1970年10月该雷达能够战斗值班,因此被称为7010工程。1970年1月3日,35岁的张光义被任命为7010相控阵雷达总体组组长。
任务重、周期短,关键设备、器件需要外协、落实,14所全所职工发扬勇挑重担、敢打硬仗的优良传统,轰轰烈烈开展7010大会战。为了缩短研制周期,薛国纬提出采用收、发合一的相控阵天线,用比较少的大功率发射机取代许多小功率发射机。该方案在发射信号能量使用上虽然有损耗增大等缺点,但能在较短时间里获得雷达需要的发射机,而且,安装相控阵雷达设备的地下工事面积也相应减少。
由于有“111相控阵试验雷达”的研制基础,7010相控阵雷达的实施方案很快确定下来,并获得了上级批准。第十研究院与四机部(电子工业部)领导机关积极安排落实雷达方案中重要的关键协作项目,如高功率发射机、高功率射频移相器需要的高频电路基板、高功率微波PIN开关二极管,以及天线阵面的结构件、天线罩、天线阵面安装维修电动平台、天线方向图近场测试装备等。
1970年9月初,14所成立7010工程队,任命刘浩志、孙芳俊为工程队书记和队长,张光义担任工程队副队长主管技术工作。9月中旬,7010相控阵雷达的1/4天线阵面和一套雷达发射机系统及雷达接收、终端、显示以及由监测计算机、射频矩阵开关、射频信号幅度相位测试仪等构成的监测系统等设备已经完成生产、调试。按照上级指示,所有已生产完成的设备发往预定地点。
9月底,张光义和第一批工程队人员到达后,大家加班加点工作,先组装1/16天线阵面,并完成数百个天线单元通道之间发射与接收传输信号的幅度、相位测试与调整,雷达接收系统和数字信号处理与计算机、显示器的接口也调试成功。由于7010相控阵雷达的320主控计算机还没有完成,只能先将105计算机作为主控计算机使用,在中国科学院沈阳计算机研究所秦贺良等人帮助下,“1/16 阵面相控阵雷达”调试任务顺利完成。
1971年9月12日,“1/16阵面相控阵雷达”连续24小时进行开机试验,检验相控阵雷达长时间连续工作的能力。在这段时间里,自始至终雷达屏幕上均显示有飞机目标存在。“1/16阵面相控阵雷达”的试验成功,证明7010雷达总体方案是可行的。
与此同时,14所组织多支专业队伍,奔赴7010基地参加相控阵雷达洞库内外的施工、安装和调试工作。当年第十研究院十五所研制的国内最先进的两台320计算机也在洞内安装调试成功,相控阵雷达多目标信号处理,数据处理与各项雷达搜索,跟踪工作方式的控制程序与弹道导弹、人造地球卫星等空间目标的轨道参数测量、预报等功能也相继实现。
1975年9月26日,7010雷达成功观测到卫星目标,在场的人都忍不住欢呼雀跃。此后一系列试飞测试工作开启,除飞机目标外,还观测了人造地球卫星、弹道导弹以及其他空间飞行器,其中一部分需要连续多日进行观测,如我国发射的“实践2号”卫星等空间目标,表明7010雷达已具备相当的远程监测预警能力。
育:为后辈提供更多经验
7010相控阵雷达研制工作基本结束后,鉴于相控阵雷达技术在通信、导航、电子/信息对抗等领域的快速推广应用,张光义始终密切关注相控阵雷达技术的迭代与进展。
上世纪80年代后期,人才队伍建设逐渐成为14所的大事,为培养年轻的科技人才,除采取派遣出国访问学者、举办计算机和英文学习班等措施外,在张光义等人的努力下,14所与中国科技大学开始联合培养硕士研究生。张光义除了担任导师外,还主动承担《现代雷达系统》《雷达信号检测》《相控阵雷达技术》等骨干课程的讲授任务。
此外,张光义应国防工业出版社的邀请,利用节假日与零星空余时间,经过几年的辛苦努力,于1994年出版了《相控阵雷达系统》一书,受到雷达界技术人员极大的欢迎,出版后很快售罄,出版社两次再版。进入新世纪,为总结我国雷达事业发展进程并制定下一步发展规划,张光义和王小谟商量后,邀请各雷达研制单位与高校参加“十一五”国家重点图书出版规划项目“雷达技术丛书”的编撰,先后出版了16个分册。
1987年,张光义被聘请为国家“863”计划“信息领域专家委员会”成员、信息获取专家组责任专家。1991年至1996年受聘担任国防科工委“雷达反隐身及雷达共性技术专业组”组长,之后3个五年计划内,张光义与保铮、王小谟继续担任该专业组顾问,为促进国内雷达技术进步继续提供建议。在这期间,张光义的主要工作均与相控阵雷达技术的研究与应用密切相关,有关研究成果促进了我国急需的有源相控阵雷达的立项与成功研制。
(作者单位:南京农业大学)
1954年夏天,张光义(三排左3)与母亲(二排左1)及家人合影。1997年,张光义(前排右3)参加我国第一部二维相扫有源相控阵雷达试飞,与14所相关研究人员一起讨论试飞中出现的情况。1959年10月1日,莫斯科动力学院无线电技术系全体中国留学生在该校综合楼前合影以庆祝新中国成立十周年。二排左1为张光义。
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