作者:张奚若 陈治心 林意林 来源: 中国科学报 发布时间:2023/8/18 8:53:11
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刘永坦:勇闯中国雷达“无人区”

■ 张奚若 陈治心 林意林

刘永坦(1936年— )

中国雷达与信号处理技术专家,中国科学院院士、中国工程院院士,哈尔滨工业大学教授。1936年12月出生于江苏南京。1953年9月起,刘永坦先后就读于哈尔滨工业大学电机系、清华大学无线电系、成都电讯工程学院二系,并于1979年进入英国伯明翰大学学习。1981年,刘永坦回国后任哈尔滨工业大学电子工程教研室主任;1987年起,任哈尔滨工业大学无线电系系主任,哈尔滨工业大学电子研究所所长。1991年,刘永坦当选为中国科学院学部委员(院士)。1994年,刘永坦成为首批中国工程院院士。2018年,刘永坦荣获国家最高科学技术奖,2021年9月,被授予“时代楷模”称号。

“向海而兴,背海而衰。”中国新体制雷达理论体系奠基人刘永坦始终将筑牢海防、稳固国家安全放在最高位置,始终践行着独立自主、奋斗创新的精神。经历了国家从站起来、富起来到强起来的伟大历史进程,他坚信:“国家需要是最强大的动力和信心,只要国家需要,我们就一定能干好。”

立志:为多灾多难的国家干点大事

1936年12月1日,刘永坦出身于南京的一个书香门第之家,父亲刘鹏超毕业于浙江高等学校,外祖父家五代从教,母亲沈汝静毕业于湖北师范学校,是一名小学老师。

20世纪三四十年代是中国苦难深重的时期,残酷的战争充斥着刘永坦的童年,给他留下了难以磨灭的记忆。1937年,不到一岁的刘永坦就随家人开始了逃难生涯。从南京到武汉,从武汉到宜昌,从宜昌到宜昌乡下,从宜昌乡下再到重庆,后来又从重庆回到南京,饱受流离之苦10多年的刘永坦自懂事起就对国难深有体会。他哭着问父亲:“日本鬼子总来轰炸我们,我们为啥不开飞机打他们?”父亲无可奈何地回答他:“因为我们的国家很落后,我们打不过人家……所以希望你们好好学习,将来能改变中国贫穷落后的状况,我们中国经不起没完没了地侵略、瓜分。”父亲的话深深刻在刘永坦的心上,积贫积弱、千疮百孔的中国让刘永坦立志长大后要改变现状,这是他走上科学家之路的起点。

11岁那年,母亲给他淘来一些少年科普读物,这些书打开了他的眼界,在他心里种下了科学理想之树。在南京大学附中高中班,刘永坦遇到了非常优秀的教师。如物理老师陈杰夫特别善于启发学生的思维,引导同学们触类旁通,把深奥的物理本质揭示出来,数十年后,刘永坦依然清晰记得老师所讲的内容。这种教学方法在帮助刘永坦深刻认知物理学的同时,也对他之后在教学中注重启发与引导产生了影响。

1953年,刘永坦填报高考志愿时,看到一篇文章《哈工大——红色工程师的摇篮》,文章点燃了青年刘永坦的报国理想之心。那一刻,他坚定了信念——要当一名红色工程师,为新中国的建设作贡献。

1953年9月,刘永坦以优异的成绩进入哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)学习。当时的哈工大条件艰苦,800多名青年师生响应国家号召,怀着对建设新中国的高度热情来到这里,这批开拓者就是哈工大的“八百壮士”。他们的奋斗精神深深影响着刘永坦,他不断告诫自己:“一定要努力学习,将来为这个多灾多难的国家干点大事。”

经过预科一年的俄语学习,刘永坦进入本科,就读于电机系。求知若渴的刘永坦不仅学习了学校开设的工科数学和物理,还自学了理科数学和物理的相关部分。正因如此,年龄最小的他因为懂得多被同学们称作“小老师”。

1956年9月,刘永坦因成绩优异,作为预备师资被选送到清华大学进修。在清华,刘永坦遇到了高水平的教师,比如常迥教授,他讲的无线电发射学理论令刘永坦受益匪浅。

回到哈工大后,刘永坦参与组建无线电工程系,同时获得了很多学习锻炼的机会:参加电视发射机的攻关项目、被派往成都电讯工程学院进修……每一段经历都丰富了刘永坦的知识储备,锻炼了他的规划与组织能力。

奋斗:将“千里眼”炼成“火眼金睛”

上世纪60年代,哈工大雷达专业刚起步,因缺少专业教师,刘永坦主动请缨,要求调到雷达专业。1965年,中国飞机机载雷达正在向单脉冲新型雷达转型,深知雷达在军事方面的重要作用,刘永坦立刻找到哈工大雷达专业主任崔汝豫详谈了自己关于新型雷达研制的想法。在两人的努力下,国防科工委高度赞赏并批准了“研制机载单脉冲雷达”项目,将该项目交由刘永坦负责,这是他第一次获得国家批准的科研项目。直到这个时候,刘永坦才开启为之奋斗一生的雷达事业。

1972年,刘永坦作为插队结束返回哈工大的第一批人员,一回到学校立刻投入到脉冲压缩器的攻关中。

1978年3月,“科学的春天”到来。不久,国家决定派出第一批访问学者到西方国家考察、学习。当时已经42岁的刘永坦成为其中一员。

刘永坦选择了英国伯明翰大学——这里是发明并最早应用雷达技术的学校。他第一天走进实验室时,看到那些从未见过的尖端设备,心里百感交集。刘永坦后来回忆道:“上世纪80年代,作为改革开放的第一批出国人员,看到国家落后的巨大差距,更加激励我立志科技报国,奋发图强。”

为接触到雷达研发的核心部分,刘永坦在3天内完成导师希尔曼教授设下的难题——将一沓不曾接触过的、有关雷达方面的英文文献整理成一份文献综述报告。这扭转了希尔曼对他轻视的态度,并让他独立负责新式雷达技术项目中民用海洋状态遥感信号处理器的核心部分。

设计、计算、仿真、实验……整整一年多的时间,刘永坦全身心投入到研究之中。1980年12月25日,刘永坦做出了仿真模型。作为核心技术的完成者,刘永坦被允许进入威尔士海边的雷达站(当时按规定外国留学生不准进入雷达站的核心部分)参与联试工作。

学习期间,希尔曼曾多次挽留刘永坦,让他在英国做自己的助手,被刘永坦坚定地拒绝了:“我的生命之根深深地扎在母亲的血脉当中。”

他深知现代雷达的发展趋势和对国家安全与发展的重要性,希望中国雷达能尽快进入世界先进行列。于是在1981年进修结束之后,刘永坦毅然选择回国。

回国后,刘永坦提出了“新体制雷达”的大胆设想,要将“千里眼”炼成“火眼金睛”。雷达是“千里眼”,新体制雷达则是“火眼金睛”。在他看来,雷达能看多远,国防安全就可以保障多远,而新体制雷达能扩大我国海域可监控预警范围。

当时国内外都没有这项技术,刘永坦很清楚完成这项课题的风险,但他坚信“如果别人做出来了,我们再跟着做,国防安全就会受到影响”。因此,他百折不挠地向中国科研的“无人区”挺进,“一个一个地找人谈,最终组成了6个人的攻关团队”。当时,哈工大副校长强文义陪着刘永坦一趟趟地跑北京申报项目。后来,项目引起了陈芳允院士等人的重视,1986年夏,国防科工委专家领导看完十一项关键性技术攻关报告后,终于决定立项。

这是一场从零起步的攻坚战。在中国第一个对海探测新体制雷达站建设中,刘永坦及其团队遇到了很多困难。当时的物质条件较差,却要承担超负荷的工作。团队首批骨干成员之一的张宁回忆道:“没有电脑,手写了700多页报告稿纸,写废的纸摞起来有半米高……没日没夜地写了几个月,一直写到手指发麻、手腕酸痛,连鸡蛋都捏不住。”

但最困难的还是科研中的阻碍。新体制雷达的理论“是全新的,要想验证它,在世界上根本找不到可以借鉴的实验系统,需要全新的自主设计”。那时,“不仅批复的经费不足,发射机、接收机等模拟系统和操作系统也十分落后”。

经过上千次的实验、修改、再实验,8年后,1990年4月3日,刘永坦带领他的团队完成设备调试。中国终于具备了真正的海上监控能力。

因为长期伏案工作,刘永坦腰间盘突出严重,医师给他按摩时劝道:“你就应该安心养病,不要老想那些一个杆子又一个杆子(指雷达天线)的事情。”但刘永坦依旧坚持在一线。可以说,不论时代、环境如何变化,刘永坦永远坚守初心,不改科技报国之志。

刘永坦的付出为他带来了诸多荣誉。1990年,刘永坦被评为国家级有突出贡献的中青年专家;1991年12月,新体制雷达项目获得国家科技进步奖一等奖;2000年,刘永坦获何梁何利基金科学与技术进步奖;2018年,荣获国家最高科学技术奖,等等。

前进:攻克国际性难题

刘永坦没有止步于此。他认为,新体制雷达必须要转化成为国家服务的装备。当时,刘永坦已是两院院士,很多人劝他歇一歇,他只是说:“科研成果不能转化为实际应用,就如同一把没有开刃的宝剑,中看不中用。”他在开会时叮嘱团队成员:“新体制雷达项目得到了国家的高度重视,它对国家、学校和专业都意义重大,我们压力再大,也要坚持下去。”

从此,他们转战到条件更为艰苦的环境中,一干就是20年。新体制雷达要能够全方位监测远距离目标,必须要解决分辨监控目标和电离层干扰两大难题。

为攻克难题,刘永坦带领团队在威海雷达站一次次分析、研判,最终发现能走的路只有一条——“做大幅调整改动”。于是,刘永坦与团队一起分析杂波的来源、特性,组建若干研究小组,用各种技术手段进行试验,终于解决了两大难题。

1997年,对海探测新体制雷达研制正式立项,刘永坦及团队再次遭遇巨大的困难。大型新体制雷达站建成后,在威海站试验通过的项目,到这里运行测试时却失效了。原因是新体制雷达越往赤道方向移动,受到客观环境的干扰就越严重,这也是国际上大多数开展新体制雷达研究的国家,基本上都停留在验证阶段的原因。刘永坦意识到,前期在威海所构建的原系统理论设计不完善,软件、硬件都存在问题。因此,必须对原系统进行彻底返工。

这次挫折不仅考验着项目带头人的毅力及知识储备,考验着团队的凝聚力和核心人员解决问题的能力,同时也考验着每位团队成员的抗击打能力及素质。

纵观刘永坦的一生,他个性中有一个最大的特点,就是遇到再大的困难都能表现出沉稳、理性。此刻的困境,更加激发了他的坚强斗志。2004年起,刘永坦带领团队历经试验、改进,实施了有效的对抗技术措施,终于形成了一整套创新技术和方法,攻克了制约新体制雷达性能发挥的一系列国际性难题。

那时,团队成员每天三班倒,日夜奋战在新体制雷达课题攻关的岗位上。他们不仅承受着项目受挫的打击,还要克服恶劣的自然环境带来的影响,甚至连住宿也是难题。团队只能住在废弃多年的房屋里,门窗破烂不堪。

刘永坦则背负着更大的压力:妻子被撞,拄着双拐;雷达工程在初样转正样中失败,无法按合同期限向合作方交付;向哈工大借了800万元钱,重新购置设备……不过此时更重要的是,要调动大家的积极性,带领大家从失败的低谷中走出来,重新开始攻关。

2011年,这项世界顶尖的雷达技术终于获得成功,刘永坦及其团队建成了中国首部新体制远距离实装雷达,具有全天时、全天候、远距离探测能力的新体制雷达投入了实际应用。经过20年的奋斗,刘永坦团队迎来了新体制雷达领域的重大突破。

而今,耄耋之年的刘永坦又带领团队朝着“让‘21世纪的雷达’在航海、渔业、沿海石油开发、海洋气候预报、海岸经济区发展等领域大显身手”的目标进发。

2021年9月,以刘永坦名字命名的哈工大“永坦班”迎来第一批27名“00后”本科新生。这个班面向“未来新体制雷达探测技术与智能感知等领域,为国家着力培养和输送电子信息领域的领军人才”。刘永坦亲自担任班主任,为党育人、为国育才,激励青年学子投身雷达科研事业,“希望你们为国分忧、为国解难、为国尽责,要与时俱进,根据国家的要求往前走,将来为国家科技自立自强、解决国家发展中的‘卡脖子’问题作出贡献。在时代大潮中,你们都应该是‘弄潮儿’”。

刘永坦为中国雷达事业作出了巨大贡献,但他又是一个淡泊名利的人。他把所有奖金平分给团队里的人。他一生最看重的,不是金钱,也不是荣誉,而是父亲的嘱咐——为国家真正干点实事。刘永坦常常说:“钱对一个知识分子来说有什么意义?情怀和理想才是最重要的。”“人家不会把关键技术给你。也许现在还有距离,但只要我们往前走,就一定行。”

他的团队也承继着这份理想与情怀,不断钻研奋进,首批6名成员之一的张宁就曾说过,“我们团队每个人凭自己的才能走出去都能赚大钱,但因为师承刘老师的精神,这支队伍始终凝聚在刘老师周围,没有散”。

在刘永坦看来,科研项目的成功、科学技术的发展从来都不是一个人的成就。他不止一次地说:“我这个‘双院士’称号,并不是我个人的,而是整个研究所的。”

2019年,刘永坦在北京人民大会堂接过2018年度国家最高科学技术奖证书时,道出了心声:“我只是一名普通的教师和科技工作者,在党和国家的支持下,做成了点儿事。这事离开团队的力量是绝对无法做到的。荣获国家最高科学技术奖是一种无上的光荣,这份殊荣不仅属于我个人,更属于我们团队,属于这个伟大时代所有爱国奉献的知识分子。”

▲1998年1月,刘永坦(前左一)在雷达实验站和研究人员一起观察分析。

▲耄耋之年的刘永坦(坐者)仍然带领团队做科研。

▲1980年4月,刘永坦参观英国伯明翰植物园。

▲刘永坦在实验室工作。

▲1997年8月2日,刘永坦在哈工大电子工程系研究室。

延伸阅读

有“坦先生”指路,千难万难都敢闯一闯

■衣春翔

在哈尔滨工业大学(以下简称哈工大)鲜有学生称刘永坦为刘院士,他们更喜欢叫他刘老师或者“坦先生”——而这,也是刘永坦最喜欢的称呼。“叫我老师,老师是我最看重的身份!”他常常这样说。

刘永坦从教的60年,是攀登科学高峰的60年,更是传道授业解惑的60年。他一直用实际行动感染着同事和学生爱国奉献,是以科研促教的典范。在学生们心中,有坦先生指路,千难万难都敢闯一闯。

别样的教学中心

说到刘永坦,就一定要提“雷达站”,他带领团队在威海荒芜的海岸边建起雷达站,在此成功研制和建立了我国第一部新体制远距离雷达实验系统,为中国筑起了“海防长城”。

雷达站,其实也是一个别样的教学中心。

新体制雷达涉及信号发射、接收和信息提取等各个环节,每一处他都要求学生必须实现理论技术的创新,并在实践中检验。所以,学生们都称新体制的研究是一项“打铁”的活,反复锤炼成千上万次才可以通过。

在培养学生的过程中,坦先生反对学生选那些华而不实、脱离国防与经济建设的“空题目”,主张“真刀真枪放到真实的环境里去锻炼”。他的博士研究生的课题都来自具体科研实践,都是国家真正需要解决的实际问题。

杂波问题就是对海新体制探测领域中一个世界范围内的难题,如果解决不好,甚至可能让雷达变成“睁眼瞎”。为了解决它,刘永坦带领师生一起分析杂波的来源、特性,组建若干学习小组,齐头并进、多点出击。

一名学生回忆说:“那一个月的较真碰硬,使我真正走进了信号的世界。在那里,有各种不同形式的信号,坦先生每解释完一种信号特性,我就按照新体制雷达要求进行仿真、计算。一天一夜连着一天一夜,一个结论推翻另一个结论,在每天睡觉不足6个小时的连轴转中,写过的程序已经不知有多少行,下巴上的胡子也一个劲地疯长。”

在巨大的研究学习压力下,团队里每个成员都绷紧了弦儿,开碰头会、汇报课题进度与学习心得,所有人都开诚布公地提意见、摆事实、谈思路,有时甚至“吵”起来。坦先生则端坐在那里,面带微笑、细听争论。

他在育人中秉承的理念是:科学问题,自然是越辩越明晰;问题答案,自然是越争越透彻。

“做事踏实,他可能会走得更远”

从教60年来,刘永坦一直致力于电子工程的教学与研究工作,先后讲授过10多门课程。有两年,他给本科生和研究生连续讲授4门课。

开始率领团队进军新体制雷达研究之后,作为主帅,刘永坦承担着比别人更加繁重的工作,特别是在基地做试验的劳动强度远非常人可比,常常由于赶不上吃饭而用面包充饥,困了就倒在实验室的板凳上凑合一觉,疼痛难忍的腰间盘突出曾让他几个月难以行走。

有一年,刘永坦旧病复发,却仍然坚守教学岗位,照常默默地忍着剧痛为学生讲课,旁听青年教师试讲。直到有一次从课堂上下来,一位研究生发现他脸色苍白,才知道老师旧病发作,于是不顾反对送他回了家。

在家养病的日子里,刘永坦又多次让教研室的老师把研究生邀请到自己家里来,和学子一起讨论论文的修改,并给予精心指导。

学习上,坦先生是有“火眼金睛”的——他的历届学生们都说,做坦先生的学生,功底不扎实是不行的。故弄玄虚、华而不实的东西逃不过坦先生的“火眼金睛”。如果没有仔细查阅文献资料、做足功课,坦先生只要和你一讨论,立刻就能让你“原形毕露”。

生活中,坦先生又是“明察秋毫”的。他始终关心学生每天工作多久、睡眠多少、作息是否规律等生活情况,甚至是感情问题也会与学生促膝交谈。当听到谁有困难或遇到什么烦心的事,他都会第一时间打电话询问,慷慨相助。很多学生都说,与刘永坦接触越多,就越能感受到他无微不至的关心和全方位的指导。

坦先生说,“有的人聪明,学什么东西立刻理解,是好事。而有的人或许不够聪明,但做事踏实,他可能会走得更远”。

(本文摘自2020年9月10日《黑龙江日报》,有删改)

《中国科学报》 (2023-08-18 第4版 印刻)
 
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