為觀測(cè)導(dǎo)彈飛行制造“眼睛”的人
——記1978年全國(guó)勞動(dòng)模范、北京信息科技大學(xué)教授張福學(xué)

人物小傳：張福學(xué)（1939年—2016年），云南宣威人，生前為北京信息科技大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，我國(guó)壓電學(xué)的主要開(kāi)拓者，為我國(guó)壓電學(xué)和傳感技術(shù)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。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(shí)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(dòng)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(jì)和水平姿態(tài)傳感器產(chǎn)業(yè)化基地。1978年榮獲“全國(guó)勞動(dòng)模范”稱(chēng)號(hào)。

大山里走出的放牛娃

1939年，張福學(xué)出生于云南省宣威縣紅橋鎮(zhèn)老鴉村一個(gè)貧苦的農(nóng)民家庭，新中國(guó)成立前他家長(zhǎng)期遭受地主的壓迫和盤(pán)剝。戰(zhàn)亂的歲月，貧困的家庭，張福學(xué)本沒(méi)有讀書(shū)的機(jī)會(huì)，但母親還是咬牙送他入了學(xué)堂。張福學(xué)的啟蒙學(xué)校是鄰村廢棄的寺廟改建的小學(xué)，四個(gè)年級(jí)的學(xué)生擠在一個(gè)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(xué)校條件異常艱苦，但當(dāng)時(shí)能受教育的也大都是地主的孩子，張福學(xué)在其中飽嘗排擠，但這也讓他更加珍惜來(lái)之不易的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。通常一年級(jí)教師不講課時(shí)，他就安靜地聽(tīng)高年級(jí)的課程。憑借勤奮聰穎，張福學(xué)三年級(jí)便跳級(jí)考取縣城最好的高小。高小畢業(yè)后，家中再?zèng)]錢(qián)讓他繼續(xù)讀書(shū)，張福學(xué)不得不輟學(xué)給富農(nóng)當(dāng)放牛娃。牛兒吃草的時(shí)候，他就躺在草地上，望著變幻莫測(cè)的白云，想著在學(xué)堂讀書(shū)的日子。這樣大約過(guò)了半年，1951年夏天，云南解放。一次趕集時(shí)路過(guò)書(shū)攤，張福學(xué)意外地看到了宣威中學(xué)正在招生的消息，最重要的是還有助學(xué)金。他欣喜若狂，顧不得趕集，便直接跑去報(bào)名，最終以優(yōu)秀成績(jī)考取了這所縣城最好的中學(xué)。復(fù)學(xué)后的張福學(xué)更加刻苦努力，1954年，考入曲靖專(zhuān)區(qū)最好的中學(xué)——曲靖中學(xué)。1957年7月，張福學(xué)順利考入云南大學(xué)物理系。在大學(xué)期間，張福學(xué)除了學(xué)好專(zhuān)業(yè)知識(shí)，還提升了思想覺(jué)悟，獲得“‘五四’青年突擊手”稱(chēng)號(hào)，加入了中國(guó)共產(chǎn)黨。

1961年，大學(xué)畢業(yè)后，張福學(xué)被分配到國(guó)防部第十研究院第十一研究所。這一年，張福學(xué)22歲。他帶著滿腔豪情來(lái)到北京，開(kāi)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(xué)刻苦鉆研壓電理論和無(wú)線電陶瓷材料與器件專(zhuān)業(yè)知識(shí)，密切關(guān)注美國(guó)、日本和蘇聯(lián)的最新研究成果。由于語(yǔ)言不通極大地阻礙了他對(duì)國(guó)外相關(guān)著作的研究，他便開(kāi)始自學(xué)外國(guó)語(yǔ)。他以前學(xué)習(xí)的是俄語(yǔ)，通過(guò)長(zhǎng)期不懈學(xué)習(xí)，又掌握了英語(yǔ)、日語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)四門(mén)語(yǔ)言，成為用努力書(shū)寫(xiě)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(wú)線電陶瓷材料的技術(shù)資料，總結(jié)和分析國(guó)內(nèi)外壓電陶瓷的配方，感到我國(guó)現(xiàn)用的配方復(fù)雜又不經(jīng)濟(jì)，每年要耗費(fèi)大量外匯進(jìn)口貴重金屬。由此他試想，如果能利用我國(guó)儲(chǔ)量豐富的某些元素研制出性能良好的壓電材料，那該多好??！于是他向黨支部提出了自己的建議，上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)大力地支持他，并指定他擔(dān)任課題組組長(zhǎng)。他從浩瀚如海的技術(shù)書(shū)庫(kù)中，翻譯了近百萬(wàn)字的資料，寫(xiě)下了幾十萬(wàn)字的綜述。他連續(xù)七年放棄探親假，把時(shí)間全用在科研上面。

張福學(xué)運(yùn)用元素周期表歸納總結(jié)了當(dāng)時(shí)一般壓電陶瓷通過(guò)取代元素(堿土金屬)和改性元素(過(guò)渡元素)提高性能的規(guī)律，與組里的同志經(jīng)過(guò)一百多次試驗(yàn)，終于研制成功了性能良好的不同于美國(guó)專(zhuān)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(jī)械品質(zhì)因素高則機(jī)電耦合系數(shù)必然低的“常規(guī)”，這在當(dāng)時(shí)屬國(guó)際首創(chuàng)。鈮鎂酸鉛壓電陶瓷在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，獲得部委級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國(guó)家發(fā)明三等獎(jiǎng)，其相關(guān)器件獲國(guó)家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品銀質(zhì)獎(jiǎng)。張福學(xué)研制的BaTi03、PZT、PMS壓電陶瓷和0-3型、1-3型、撥式結(jié)構(gòu)壓電復(fù)合材料及對(duì)人體壓電性的研究，先后獲中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)發(fā)明專(zhuān)利9項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)6項(xiàng)。

為觀測(cè)導(dǎo)彈飛行制造“眼睛”的人

20世紀(jì)70年代，我國(guó)航天事業(yè)中機(jī)械陀螺體積大，可靠性差，對(duì)導(dǎo)彈的研發(fā)來(lái)說(shuō)是個(gè)很大的困難。1970年，出于戰(zhàn)略考慮，錢(qián)學(xué)森高瞻遠(yuǎn)矚地提出了導(dǎo)彈陀螺小型化的課題。張福學(xué)因提出利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)壓電慣性器件的論證而得到上級(jí)的重視，被委任研發(fā)壓電陀螺。那時(shí)，全國(guó)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工業(yè)企業(yè)科技精英從祖國(guó)各地來(lái)到四川、云貴、青海、甘肅等地，開(kāi)始艱苦卓絕的“大三線”建設(shè)，張福學(xué)也是其中一員，他來(lái)到了四川永川國(guó)防科工委1426所。

實(shí)驗(yàn)室在大山環(huán)抱之中，為了把科研工作搞上去，張福學(xué)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(gè)壓電陀螺的樣品，可是送到北京測(cè)試卻因質(zhì)量問(wèn)題被打了回來(lái)?？蒲泄リP(guān)哪有如此容易？張福學(xué)和全組同志繼續(xù)查資料、摸索試驗(yàn)，做出了一種應(yīng)用于壓電陀螺的混合集成電路。對(duì)于這個(gè)集成電路，張福學(xué)傾注了很多心血，設(shè)計(jì)得非常嚴(yán)謹(jǐn)。這個(gè)集成電路得到大家的贊譽(yù)，所有人都欣喜地以為要成功了。然而，在測(cè)試的時(shí)候，最后一個(gè)指標(biāo)卻出現(xiàn)了異常，測(cè)試熒光屏上展現(xiàn)出一群“奔騰的野馬”，混亂的雜波頓時(shí)淹沒(méi)了有規(guī)律的訊號(hào)。這時(shí)一盆盆冷水潑來(lái)，甚至有人說(shuō)，這是壓電陀螺的“不治之癥”。張福學(xué)沒(méi)有泄氣，重振旗鼓組建了攻堅(jiān)組。他經(jīng)常工作到深夜，甚至接連幾個(gè)晝夜不睡覺(jué)，睡夢(mèng)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(lái)越差，有一天體力不支暈倒在廁所里。當(dāng)他蘇醒過(guò)來(lái)，單位黨委書(shū)記關(guān)心地對(duì)他說(shuō)：“年輕人，不要著急，身體還是第一位的！”張福學(xué)嘴里答應(yīng)著，心里還惦記著實(shí)驗(yàn)。隔了幾天，他又暈倒在實(shí)驗(yàn)室里，同志們把他抬到了衛(wèi)生所……歷時(shí)5年，經(jīng)過(guò)100余次實(shí)驗(yàn)，張福學(xué)終于找出了壓電陀螺最后一個(gè)指標(biāo)測(cè)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(guó)的壓電陀螺誕生！1974年，壓電陀螺提供給“東風(fēng)4號(hào)”和“東風(fēng)5號(hào)”導(dǎo)彈發(fā)射試驗(yàn)，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(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了陀螺固體化。為此，張福學(xué)等受到國(guó)防科工委和中央軍委的嘉獎(jiǎng)。如今，我國(guó)國(guó)防領(lǐng)域的型號(hào)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(bǔ)了我國(guó)陀螺生產(chǎn)的一項(xiàng)空白，在我國(guó)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(chēng)作為觀測(cè)導(dǎo)彈飛行裝上“眼睛”的人。

在上述研究成果的基礎(chǔ)上，張福學(xué)主編了《壓電學(xué)》，編著了《壓電晶體陀螺》和《壓電鐵電應(yīng)用》等。張福學(xué)推動(dòng)了我國(guó)壓電學(xué)的發(fā)展，被譽(yù)為我國(guó)壓電學(xué)的主要開(kāi)拓者。

“氣體擺”理論的創(chuàng)立者

1985年，張福學(xué)調(diào)回北京工作，來(lái)到原北京信息工程學(xué)院組建的傳感技術(shù)研究中心，研究新型慣性器件。這時(shí)他已經(jīng)45歲，發(fā)明創(chuàng)造的最佳年華已過(guò)。但張福學(xué)認(rèn)為，年輕人精力充沛，年長(zhǎng)人經(jīng)驗(yàn)豐富，一樣可以發(fā)明創(chuàng)造。

一次出差的過(guò)程中，張福學(xué)乘坐火車(chē)，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(wú)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(shí)驗(yàn)室，他在一個(gè)密閉的腔體里進(jìn)行自然氣體浮升力的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他最初的發(fā)現(xiàn)：當(dāng)密閉腔傾斜時(shí)，在浮升力的驅(qū)動(dòng)下，被加熱的氣體依然垂直向上流動(dòng)。這就是說(shuō)自然氣體和固體、液體一樣，也具有“擺”的特性。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)和理論論證，張福學(xué)建立了“氣體擺”理論。對(duì)于“氣體擺”理論，同行有不同觀點(diǎn)，有的專(zhuān)家甚至反對(duì)。但是，經(jīng)過(guò)多次鑒定和評(píng)審，“氣體擺”理論最終還是得到國(guó)內(nèi)外認(rèn)可。

“氣體擺”理論形成了慣性技術(shù)的一門(mén)新學(xué)科分支——?dú)怏w擺慣性技術(shù)。這項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和“863計(jì)劃”等近千萬(wàn)元資助。在“氣體擺”理論指導(dǎo)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(jī)器人的穩(wěn)定系統(tǒng)中應(yīng)用。日本和美國(guó)在國(guó)際會(huì)議上見(jiàn)到張福學(xué)關(guān)于氣體擺傳感器的報(bào)道后立即仿制，美國(guó)1995年亦申請(qǐng)了專(zhuān)利，但內(nèi)容幾乎和張福學(xué)的專(zhuān)利一樣，而時(shí)間則晚了3年。

如今，斯人已逝，精神永存。張福學(xué)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(lì)他們?yōu)樽鎳?guó)的科研事業(yè)不懈奮斗。

（北京信息科技大學(xué)黨委宣傳部集體撰文）