為觀測導彈飛行制造“眼睛”的人

北京信息科技大學黨委宣傳部

張福學（1939年—2016年），云南宣威人，生前為北京信息科技大學教授，博士生導師，我國壓電學的主要開拓者，為我國壓電學和傳感技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻。發(fā)明了“銻錳酸鉛（PMS）壓電陶瓷”及其“三軸壓電晶體角速率傳感器”，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化;發(fā)現(xiàn)了“氣體擺現(xiàn)象”，建立了氣體擺理論，并發(fā)明了“氣體擺慣性器件系列”;發(fā)明了“動基座加速度和水平姿態(tài)的敏感技術(shù)”，建立了壓電石英加速度計和水平姿態(tài)傳感器產(chǎn)業(yè)化基地。堅守科研崗位50余年，先后獲得科學技術(shù)獎國家級7項、省部級33項，申請和獲國內(nèi)外發(fā)明專利49項（國外17項）;發(fā)表論文351篇，著作22部，其中“壓電學”和“機器人技術(shù)及其應用”分別獲全國優(yōu)秀科技圖書獎和中國圖書獎。先后榮獲“全國勞動模范”“全國先進科技工作者” “國家級有突出貢獻專家”“北京市優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”“北京信息科技大學勤信人物”等稱號，享受國務院政府特殊津貼。

2016年5月18日，北京信息科技大學首屆勤信人物（團隊）頒獎儀式隆重舉行，現(xiàn)場500余名師生懷著崇敬的心情聆聽了張福學獲評“勤信人物”稱號的頒獎辭：“四十五年前，你在深山里探索;古稀之年，你在繁華中堅守。燈光下，你晝夜攻關(guān)，換來捷音頻傳;實驗室里，你十年磨劍，國家獎梅開數(shù)度。堅守的初心，伴隨探索的腳步，長跑一輩子，永不停歇?！本驮陬C獎儀式前不久，他與世長辭，離開了他鐘愛的實驗室。但是，他幾十年如一日在實驗室里忙碌的身影，師生們依然歷歷在目;他不忘初心、服務祖國、潛心問道、勇攀高峰的科研精神，將永遠散發(fā)出馥郁的芳香。

大山里走出的放牛娃

1939年，張福學出生于云南省宣威縣紅橋鎮(zhèn)老鴉村一個貧苦的農(nóng)民家庭，新中國成立前他家長期遭受地主的壓迫和盤剝。戰(zhàn)亂的歲月，貧困的家庭，張福學本沒有讀書的機會，但母親還是咬牙送他入了學堂。張福學的啟蒙學校是鄰村廢棄的寺廟改建的小學，四個年級的學生擠在一個教室。教室里是殘缺的佛像，教室外是村民暫厝的棺材。即便學校條件異常艱苦，但當時能受教育的也大都是地主的孩子，張福學在其中飽嘗排擠，但這也讓他更加珍惜來之不易的學習機會。通常一年級教師不講課時，他就安靜地聽高年級的課程。憑借勤奮聰穎，張福學三年級便跳級考取縣城最好的高小。高小畢業(yè)后，家中再沒錢讓他繼續(xù)讀書，張福學不得不輟學給富農(nóng)當放牛娃。牛兒吃草的時候，他就躺在草地上，望著變幻莫測的白云，想著在學堂讀書的日子。這樣大約過了半年，1951年夏天，云南解放。一次趕集時路過書攤，張福學意外地看到了宣威中學正在招生的消息，最重要的是還有助學金。他欣喜若狂，顧不得趕集，便直接跑去報名，最終以優(yōu)秀成績考取了這所縣城最好的中學。復學后的張福學更加刻苦努力，1954年，考入曲靖專區(qū)最好的中學—曲靖中學。1957年7月，張福學順利考入云南大學物理系。在大學期間，張福學除了學好專業(yè)知識，還提升了思想覺悟，獲得“‘五四青年突擊手”稱號，加入了中國共產(chǎn)黨。

1961年，大學畢業(yè)后，張福學被分配到國防部第十研究院第十一研究所。這一年，張福學22歲。他帶著滿腔豪情來到北京，開始了壓電材料的研究。

新型壓電材料的發(fā)明者

在研究所，張福學刻苦鉆研壓電理論和無線電陶瓷材料與器件專業(yè)知識，密切關(guān)注美國、日本和蘇聯(lián)的最新研究成果。由于語言不通極大地阻礙了他對國外相關(guān)著作的研究，他便開始自學外國語。他以前學習的是俄語，通過長期不懈學習，又掌握了英語、日語、法語、德語四門語言，成為用努力書寫奇跡的傳奇人物，贏得了同事們的敬佩。他閱讀了大量有關(guān)無線電陶瓷材料的技術(shù)資料，總結(jié)和分析國內(nèi)外壓電陶瓷的配方，感到我國現(xiàn)用的配方復雜又不經(jīng)濟，每年要耗費大量外匯進口貴重金屬。由此他試想，如果能利用我國儲量豐富的某些元素研制出性能良好的壓電材料，那該多好?。∮谑撬螯h支部提出了自己的建議，上級領(lǐng)導熱情地支持他，并指定他擔任課題組長。他從浩瀚如海的技術(shù)書庫中，翻譯了近百萬字的資料，寫下了幾十萬字的綜述。他連續(xù)七年放棄探親假，把時間全用在科研上面。

張福學運用元素周期表歸納總結(jié)了當時一般壓電陶瓷通過取代元素（堿土金屬）和改性元素（過渡元素）提高性能的規(guī)律，與組里的同志經(jīng)過一百多次試驗，終于研制成功了性能良好的不同于美國專利的鈮鎂酸鉛壓電陶瓷。鈮鎂酸鉛壓電陶瓷性能好，工藝穩(wěn)定，是壓電陶瓷濾波器和水聲換能器的良好材料，突破了一般壓電陶瓷機械品質(zhì)因素高則機電耦合系數(shù)必然低的“常規(guī)”，這在當時屬國際首創(chuàng)。鈮鎂酸鉛壓電陶瓷在國內(nèi)得到廣泛應用，獲得部委級科技進步二等獎和國家發(fā)明三等獎，其相關(guān)器件獲國家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品銀質(zhì)獎。張福學研制的BaTi03、PZT、PMS壓電陶瓷和0-3型、l-3型、撥式結(jié)構(gòu)壓電復合材料及對人體壓電性的研究，先后獲中國、美國、英國發(fā)明專利9項，省部級科技進步獎6項。

為觀測導彈飛行制造“眼睛”的人

20世紀70年代，我國航天事業(yè)中機械陀螺體積大，可靠性差，對導彈的研發(fā)來說是個很大的困難。1970年，出于戰(zhàn)略考慮，錢學森高瞻遠矚地提出了導彈陀螺小型化的課題。張福學因提出利用壓電效應實現(xiàn)壓電慣性器件的論證而得到上級的重視，被委任研發(fā)壓電陀螺。那時，全國數(shù)以萬計的工業(yè)企業(yè)科技精英從祖國各地來到四川、云貴、青海、甘肅等地，開始艱苦卓絕的“大三線”建設，張福學也是其中一員，他來到了四川永川國防科工委1426所。

實驗室在大山環(huán)抱之中，為了把科研工作搞上去，張福學和同事們起早貪黑，廢寢忘食，用土坯自制了土鍛燒爐、土電火花切割器。很快地，他們研制出了第一個壓電陀螺的樣品，可是送到北京測試卻因質(zhì)量問題被打了回來?？蒲泄リP(guān)哪有如此容易？張福學和全組同志繼續(xù)查資料、摸索試驗，做出了一種應用于壓電陀螺的混合集成電路。對于這個集成電路，張福學傾注了很多心血，設計得非常嚴謹。這個集成電路得到大家的贊譽，所有人都欣喜地以為要成功了。然而，在測試的時候，最后一個指標卻出現(xiàn)了異常，測試熒光屏上展現(xiàn)出一群“奔騰的野馬”，混亂的雜波頓時淹沒了有規(guī)律的訊號。這時一盆盆冷水潑來，甚至有人說，這是壓電陀螺的“不治之癥”。張福學沒有泄氣，重振旗鼓組建了攻堅組。他經(jīng)常工作到深夜，甚至接連幾個晝夜不睡覺，睡夢中出現(xiàn)的也是屏幕上那一片奔騰的野馬。他這樣拼命工作，身體越來越差，有一天體力不支暈倒在廁所里。當他蘇醒過來，單位黨委書記關(guān)心地對他說：“年輕人，不要著急，身體還是第一位的！”張福學嘴里答應著，心里還惦記著實驗。隔了幾天，他又暈倒在實驗室里，同志們把他抬到了衛(wèi)生所……歷時5年，經(jīng)過100余次實驗，張福學終于找出了壓電陀螺最后一個指標測試出現(xiàn)異常狀態(tài)的癥結(jié)，治愈了所謂的“不治之癥”。他們自豪地宣布：中國的壓電陀螺誕生！1974年，壓電陀螺提供給“東風4號”和“東風5號”導彈發(fā)射試驗，結(jié)果證明完全可用。雖然它不屬于高精度陀螺，但其率先在國內(nèi)實現(xiàn)了陀螺固體化。為此，張福學等受到國防科工委和中央軍委的嘉獎。如今，我國國防領(lǐng)域的型號武器、艦船、坦克等的穩(wěn)定系統(tǒng)，都在使用壓電陀螺。壓電陀螺的制造成功，填補了我國陀螺生產(chǎn)的一項空白，在我國陀螺發(fā)展史上是一次重大變革。人們把制造壓電陀螺的人親切地稱作為觀測導彈飛行裝上“眼睛”的人。

在上述研究成果的基礎(chǔ)上，張福學主編了《壓電學》，編著了《壓電晶體陀螺》和《壓電鐵電應用》等。張福學推動了我國壓電學的發(fā)展，被譽為我國壓電學的主要開拓者。

“氣體擺”理論的創(chuàng)立者

1985年，張福學調(diào)回北京工作，來到原北京信息工程學院組建的傳感技術(shù)研究中心，研究新型慣性器件。這時他已經(jīng)45歲，發(fā)明創(chuàng)造的最佳年華已過。但張福學認為，年輕人精力充沛，年長人經(jīng)驗豐富，一樣可以發(fā)明創(chuàng)造。

一次出差的過程中，張福學乘坐火車，滿腦子想的是壓電氣流陀螺。鄰座的乘客一路不停地噴云吐霧，他突然發(fā)現(xiàn)，無論吸煙者是躺是站，煙霧總是向上的！他聯(lián)想到了蒸汽。回到實驗室，他在一個密閉的腔體里進行自然氣體浮升力的實驗。實驗證實了他最初的發(fā)現(xiàn)：當密閉腔傾斜時，在浮升力的驅(qū)動下，被加熱的氣體依然垂直向上流動。這就是說自然氣體和固體、液體一樣，也具有“擺”的特性。經(jīng)大量實驗和理論論證，張福學建立了“氣體擺”理論。對于“氣體擺”理論，同行有不同觀點，有的專家甚至反對。但是，經(jīng)過多次鑒定和評審，“氣體擺”理論最終還是得到國內(nèi)外認可。

“氣體擺”理論形成了慣性技術(shù)的一門新學科分支—氣體擺慣性技術(shù)。這項研究得到國家自然科學基金和“863計劃”等近千萬元資助。在“氣體擺”理論指導下發(fā)明的一維、二維和全方位氣體擺水平姿態(tài)傳感器，已在艦船和機器人的穩(wěn)定系統(tǒng)中應用。日本和美國在國際會議上見到張福學關(guān)于氣體擺傳感器的報道后立即仿制，美國1995年亦申請了專利，但內(nèi)容幾乎和張福學的專利一樣，而時間則晚了3年。

科技工作者的榜樣

傳感器北京市重點實驗室的前身就是張福學在1985年到北京信息工程學院組建的傳感技術(shù)研究中心。20世紀80年代，實驗室剛建立時條件十分有限，場地緊張，張福學和同事們索性在宿舍搞研究;沒有錢購買實驗設備，他們就到航空航天部去做試驗;為了節(jié)省開支，大家還來到兵器工業(yè)總公司的三線廠去協(xié)作。在電科院主持的“壓電射流速率傳感器”課題論證會上，有人問張福學：“國外研制一個產(chǎn)品需要幾百萬美元，你為什么只要14萬元？”張福學卻反問：“只要14萬元能辦成的事，我為什么要那么多錢？”事實證明，在張福學的帶領(lǐng)下，大家憑借勤奮刻苦、艱苦創(chuàng)業(yè)的精神，用較少的錢完成了別人要很多錢才能辦的事。

鑒于張福學在科研方面的成就和貢獻，國家授予張福學“全國科技先進工作者”“全國勞動模范”“國家級有突出貢獻專家”等榮譽稱號，他先后7次到人民大會堂受獎。因其學術(shù)成就突出，對科技進步貢獻巨大，被錢偉長院士主編的國家重點圖書出版規(guī)劃項目《20世紀中國知名科學家學術(shù)成就概覽》物理學卷收錄。在一次發(fā)言中，張福學認為做好科研工作要做到以下四點：第一，勤奮踏實。對待工作，張福學投入的時間是常人的2倍甚至3倍。他每天工作10余個小時，節(jié)假日和星期天照常工作。他筆耕不輟，專著23部，主編和編著5，000多萬字，幾乎都是加班加點完成的。第二，目標始終如一。張福學多次放棄升遷的機會，堅守科研第一線50多年，終于成為壓電學和傳感器技術(shù)領(lǐng)域的知名專家。第三，創(chuàng)新意識，敢于做前人沒有做過的事。張福學的每項發(fā)明都是從大處著眼、小處著手，在大量實驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過理論論證和實驗驗證，最終取得成果。第四，毅力和堅持，不追求短期出成果。張福學第一項成果經(jīng)歷15年獲國家發(fā)明獎，第二項成果經(jīng)歷14年獲國家發(fā)明獎，第三項和第四項成果均經(jīng)歷13年才獲國家發(fā)明獎。

在科技工作中，張福學的言行給研究生做出了榜樣。他培養(yǎng)碩士研究生31人，博士研究生18人，其中6人獲優(yōu)秀博士論文，有的被國家教委和國務院學位委員會評為“作出突出貢獻的中國博士學位獲得者”，有的獲評“跨世紀優(yōu)秀人才獎”。他的學生遍布教育、科研和企業(yè)等領(lǐng)域，其中有全國優(yōu)秀教師、博士生導師、教授、研究員和企業(yè)家。

斯人已逝，精神永存。張福學的人生故事和科研精神，猶如茫茫海面上的一座燈塔，燭照后輩，激勵他們?yōu)樽鎳目蒲惺聵I(yè)不懈奮斗。

[責任編輯：于 洋]