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新体制雷达开创者——刘永坦
发布时间:[ 2019-01-16 12:59 ] 文章来源:< 综合 > 浏览量: 2621
 
坚持自主研发新体制雷达   倾心打造中国“海疆千里眼”
 
——记2018年度国家最高科学技术奖获得者刘永坦
 
    刘永坦,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。祖籍湖北武汉,1936年生于江苏南京。1953至1958年先后就读于哈尔滨工业大学电机系,清华大学无线电系。曾任哈尔滨工业大学电子工程研究室主任、无线电系系主任,现任哈尔滨工业大学教授、研究生院院长,电子工程技术研究所名誉所长。
    刘永坦院士研制新体制雷达,突破多项关键技术,解决了在强海杂波,大气噪声及电台干扰背景下信息处理和目标检测问题,并建成了中国第一个对海探测新体制雷达站,在逆合成孔径雷达研究中,发展了运动补偿理论,并针对大宽带信号提出了全系统的补偿技术,成功实现了对运动目标的雷达成像。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。1994年首批中国工程院院士。
    2019年1月8日,刘永坦院士获2018年度国家最高科学技术奖,在北京人民大学堂他接过了沉甸甸的奖章、证书。
    对于从事科学研究一线的我国科研工作人员而言,一年一度的国家最高科学技术奖,毫无疑问代表着该领域的最高荣誉。在这当中,与国家安全密切相关的国防科技领域,始终是该奖项的夺魁热门。正是得益于该奖项极高的含金量,几乎每年获奖得主的公开,都能给关心国防科技建设的军迷们带来巨大的惊喜。在刚刚揭晓的2018年度国家最高科学技术奖的两位得主中,已经年过八旬的雷达专家刘永坦院士,就凭借着一款神奇的新体制雷达,荣膺了这个让无数科研工作人员梦寐以求的奖项。
    刘永坦带领团队研制的新体制雷达究竟新在哪儿?用他自己的话说,这款雷达不仅能够“看”得更远,还能有效排除杂波干扰,发现超低空目标,对于对海远程预警来说至关重要。官方对刘永坦院士获奖的描述是这样的:“坚持自主研发新体制雷达,打破国外技术垄断,为我国海域监控面积的全覆盖提供技术手段”。实际上,从这段描述中,相信大多数人都已经猜到了,这款新体制雷达主要的定位是对海监视。不过,相比那些受地球曲率影响,有效探测距离不过数十公里的传统对海搜索雷达,由刘永坦院士主持研发的新体制雷达,却能无视地球曲率,做到数百公里外水面目标的有效探测和跟踪。如此远的作用距离,足以覆盖我国大部分海域与专属经济区,可谓名副其实的“海疆千里眼”。
    一、40年坚守只做一件事,开创中国新体制雷达
    1936年12月,刘永坦出生在南京一个温馨的书香门第。然而,生逢乱世,第二年,发生了惨绝人寰的南京大屠杀。南京、武汉、宜昌、重庆……刘永坦回忆说,他的童年被战火纷飞、颠沛流离的逃难生活所充斥,饱受十多年流离之苦的他从小就对国家兴亡有着深刻理解。
    “永坦”是家人对他的祝愿,更代表着国人对国家的期许。刘永坦坚信,科技可以兴国,他立志要实现这个最朴素的愿望。
    刘永坦很早就在母亲的“监督”下读史书、诵诗文、勤思考,培养出了很强的求知欲和爱国心。父亲常常告诉刘永坦,科学可以救国,可以振兴中华。
    1953年,刘永坦怀着投身祖国工业化的决心,以优异的成绩考入哈工大。经过一年预科、两年本科的学习,成绩优异的他作为预备师资之一,被学校派往清华大学进修无线电技术。短暂的两年时光,他毫不懈怠,扎扎实实地完成了学习任务。1958年,刘永坦回到哈工大参与组建无线电工程系。这年夏天,他走上了大学讲台,正式成为哈工大的青年教师和科技工作者。
    1965年春,刘永坦参加了科技攻关第一战,承担了国家“单脉冲延迟接收机”研制任务,主持并提出了总体设计方案。遗憾的是,他还没有来得及完成人生第一项研制任务,“文革”就开始了。1970年刘永坦插队落户到黑龙江省五常县。积肥、种地、插秧,他的工作与无线电暂时“绝缘”。
    深谙历史进程的刘永坦非但没有心灰意冷,反而愈挫愈奋,历苦弥坚。因为他知道,社会在发展的过程中难免出现波折,处于逆境之中的个人必须经得起考验。
    1973年重回学校后,刘永坦所在的专业正在从事声表面波的器件研究。由于研究需要大量数字计算,他成为系里第一个学会使用计算机的人。
    1978年,刘永坦被破格晋升为无线电系副教授。同年8月的一天,刘永坦正在修抗洪江堤。一纸去北京语言学院参加出国人员外语培训班选拔考试的通知,让没有任何准备的他奔赴北京,走进阔别已久的考场。凭借扎实的“内功”,他以优异的成绩考上了出国外语培训班的快班。
    1979年6月,刘永坦到英国埃塞克斯大学和伯明翰大学进修和工作。伯明翰大学电子工程系拥有丰富的文献资料和先进的试验设备,聚集着一大批雷达技术的知名专家和学者——刘永坦的导师谢尔曼就是其中之一。刘永坦来进修之前,这里曾接收过少量的中国留学生。不过,他们大多做的是科研辅助工作。
    了解情况之后,刘永坦心里不是滋味儿。因此,他更是严格要求自己,铆足劲去学。刘永坦常常提醒自己:“我是一名中国人,我的成功与否代表着中国新一代知识分子的形象。”从踏出国门那一刻起,他就发誓要做出一番名堂。
    在导师英国雷达技术知名专家谢尔曼的指导下,刘永坦参与了一项民用海态遥感信号处理机的研制项目,并独自完成了其中的信号处理机工程系统。谢尔曼评价说:“刘永坦独自完成的工程系统,是一个很有实用价值、工程上很完善的设备,其科研成果无论在理论上还是实践上都很重要。他的贡献具有独创性。”进修期间,伯明翰大学授予刘永坦“名誉研究员”称号。正是这次科研,让刘永坦与雷达结缘。
  “雷达看多远,国防安全就能保多远。这样的雷达别的国家已经在研制,中国决不能落下,这就是我要做的事。”1981年秋,毅然回国的刘永坦带回了一个宏愿——开创中国的新体制雷达之路。
  刘永坦说,在国外,无论做多少工作,取得多大成就,都是给别人干活。只有回到祖国,才是真正的归属。
  新体制雷达不仅代表现代雷达的一个发展趋势,而且对航天、航海、渔业、沿海石油开发等领域都有重要作用。然而,要建新体制雷达,在当时的中国简直是异想天开。据介绍,20世纪70年代中期,中国曾经对此进行过突击性会战攻关,但由于难度太大、国外实行技术封锁等诸多原因,最终未获成果。
  面对重重质疑,刘永坦始终坚信:新体制雷达一定能做出来,只是时间和实践的问题。1983年,经过10个月连续奋战,刘永坦完成了一份20多万字的《新体制雷达的总体方案论证报告》,在理论上充分论证了新体制雷达的可能性,得到原航天工业部科技委员会的认可。
  “没有谁会告诉你关键技术,只有咬牙向前走,不能向外面的封锁低头。”一场填补国内空白、从零起步的具有开拓性的攻坚战从此开始,刘永坦立志要向国家交上一个满意的答卷。
    二、打造”海疆千里眼“,实现我国海域监控面积全覆盖
    刘永坦是我国对海探测新体制雷达理论与技术奠基人和引领者。40年来,他领导和培育的创新团队致力于对海远程探测技术的研究,率先在国内开展了新体制雷达研究,技术成果“领跑”世界,成功实现了对海新体制雷达理论、技术和工程应用的全面自主创新,在保卫祖国海疆中发挥着不可替代的强大作用。
    20世纪80年代初,刘永坦面向国家海防战略重大需求,开创了我国对海新体制雷达探测技术研究领域。
    由于波段的特殊性,常规理论无法支撑新体制雷达的研究。刘永坦带领团队,系统突破了传播激励、海杂波背景目标检测、远距离探测信号及系统模型设计等基础理论,创建了完备的新体制理论体系。在此基础上,攻克了系列关键技术,成功研制出我国第一部对海新体制实验雷达,首次完成了我国对海面舰船目标的远距离探测实验,并建成我国第一个新体制雷达站,实现了我国对海探测技术的重大突破。1991年,获得国家科技进步奖一等奖。
    那时,身边很多人劝他“功成名就、见好就收”,但刘永坦却说:“这还远远不够。”在他看来,科研成果如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。“一定要让新体制雷达走出实验室,走向海洋。”
    随后的十余年里,从实验场转战到实际应用场,他带领团队进行了更为艰辛的磨炼。由于国际上没有完备的理论,很多技术难点亟待填补,再加上各个场域环境差异巨大,新体制雷达的“落地之旅”格外艰难。
    “解决不了抗干扰问题,雷达就没有生命。”刘永坦说,各种各样的广播电台、短波电台、渔船,发出强大的电磁干扰是最大的难题。设计—试验—失败—总结—再试验……他带领团队进行上千次调整,终于找到了解决方案。2011年,刘永坦团队成功研制出具有全天时、全天候、远距离探测能力的新体制雷达,与国际最先进同类雷达相比,系统规模更小、作用距离更远、精度更高,总体性能达到国际先进水平,核心技术处于国际领先地位,标志着我国对海远距离探测技术的一项重大突破。这项完全自主创新的研究成果于2015年再次获得国家科技进步奖一等奖。
    “依靠传统雷达,我国海域可监控可预警范围不足20%,有了新体制雷达,则实现了全覆盖。”刘永坦说,给祖国的万里海疆安上“千里眼”,国防才能更安全。
    面向国家未来远海战略需求,自“十五”以来,刘永坦还规划实施了对海远程探测体系化研究,逐步开展了分布式、小型化等前瞻技术的自主创新,为构建由近海到深远海的多层次探测网、实现广表海域探测提供有效的技术手段。
    还需一提的是,新体制雷达还具备了极强的反隐身性能。无论是DDG-1000、濒海战斗舰这类采用了隐身设计、且主要活跃在沿海复杂水域的水面舰艇,亦或者是通过超低空飞行方式进行突防的隐身飞机或巡航导弹等公认的难以被传统微波雷达发现的目标,高频地波雷达都能对其实现良好的探测与跟踪效果。正因如此,到目前为止已经基本覆盖我国沿海大部分海域与专属经济区,并可以提供全天候监视的高频地波雷达,也有着"海疆千里眼"的美誉。
    三、注重研究团队建设,建立起一支雷达科研“铁军”
    刘永坦在雷达、制导技术方面的创造性科学成就和突出贡献,为国内外同行专家所瞩目。由于其出色的成绩,他于1990年被人事部批准为有突出贡献的中青年专家,1991年当选为中国科学院学部委员(院士),1994年又当选为中国工程院首届院士。
    刘永坦说过这样一句话:“我这个‘双院士’称号,是整个研究所集体智慧的结晶。”的确,科学技术发展到今天,科研活动不太可能再允许一个人去单打独斗。新体制雷达研制队伍就是一个相互协作的团队。
    进行雷达研制,研究人员大部分时间都要在现场做试验。外场试验期间,刘永坦带领团队成员常常在条件恶劣的试验现场一干就是几个月,临到春节前一两天才能回家与亲人团聚,短短几天之后又得返回试验现场。刘永坦曾反复对团队成员们说——
    “跟理论相比,实际情况会有很多意想不到的事情掺入其中,需要仔细分析各种各样的原因,一件件解决。这也是好事,因为不碰到实际问题永远也提高不了,你有的都是书本上的很漂亮的理论,但往往套到实际中去就发现不是那么回事了,只有在实际中解决问题,才能体现出理论的完美。”
    调试初期,系统死机频频出现。问题究竟出在哪里?几十万行的大型控制程序,再加上发射、接收、信号处理、显示等设备组成的庞大系统,任何一个微小的故障都可能导致整个系统无法运行。要从这么大的系统中找出问题的症结,工作量无疑是很大的。可试验中的运行状况是决定项目能不能顺利转入下一阶段研制的关键。刘永坦率领他的团队,每天工作十几个小时,从系统的每一个程序开始检查,发现一个问题就解决一个问题,保证了系统的稳定运行。
    新体制雷达不同于以往的微波雷达,就连航天部的专家们在论证时也低估了其工程化的难度。批复的经费在采购完必要的仪器设备之后,可支配的资金已经所剩无几。有道是“巧妇难为无米之炊”,面对这种境况,有些人灰心了。关键时刻,刘永坦不但没有退缩,反而奋勇直前。经过反复讨论,他们决定自筹资金并争取到国家有关部门的大力支持。随后的日子,这群优秀的科技工作者顶风冒雪,日晒雨淋,终于在1989年建成了中国第一个新体制雷达站。
    “宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”1990年4月3日,对于所有人来说,都是一个难忘的日子。这一天,刘永坦及其团队的新体制雷达技术终于使目标出现在屏幕上。当时团队成员都流泪了,为的是成功后的狂喜,也为8年来不为外人知晓的艰辛。8年之中,刘永坦的团队也从当初的6人攻关课题组发展成了几十人的电子工程技术研究所。
    任何一支团队都有着自己的“精神”。这精神是什么?是一种性格,也是一种情怀。刘永坦所秉承的性格和情怀是敢于迎难而上、挑战自我的气魄,是困境之中勇往直前、毫不退缩的决心,是难题面前义无反顾、敢于亮剑的斗志。他的性格和情怀早已润物细无声般深深植根于团队每一个成员的心中。
    刘永坦为之不懈奋斗的新体制雷达打破了国外技术垄断,使中国成为世界上少数几个拥有该技术的国家,对长期以来困扰雷达的诸多威胁提供了有效的对抗技术措施,而且比其他技术造价低,具有十分广阔的应用前景。值得一提的是,这项于2015年荣获国家科技进步一等奖的成果,将在保卫祖国海疆的过程中发挥不可替代的强大作用。
    四、教书育人哺新秀  迎来桃李满园春
    刘永坦既是一位成就卓著的雷达技术专家,也是一位善于教书育人的优秀教师。他长期致力于电子工程的教学与研究工作,几十年来,在国内外学术会议和学术刊物上共发表200余篇有价值的学术论文,并撰写了两部专著,主审多部著作。1989年5月,刘永坦主编的全国统编教材《无线电制导技术》由国防科技大学出版社出版。1999年10月他出版了专著《雷达成像技术》。
    在担任第十一届全国政协委员期间,刘永坦把对教育的思考投向全社会。他认为,受社会上所谓“不能输在起跑线上”思想的影响,学生从小就课业繁重,这对创新思维的培养会造成很大禁锢。他建议在实际课程教学目标中,要明确培养学生的思维能力、创新能力;进一步改进考试制度、评价体系等;重视人格、性格等对创新型人才培养的影响……他重视大学生文化素质教育,多次强调:“当今世界知识爆炸,大学生要适应社会可持续发展的新特点,学会学习,要在学习中加强创造性,努力夯实文化基础,刻苦培养创新能力。”
    为了夯实学生的文化基础,避免学生偏科、知识结构单一,在2010年3月全国政协十一届三次会议期间,刘永坦还表示,不赞成高中文理分科。近年来,高考取消文理分科渐成趋势,教育部推行高考改革,实施“3+3”模式,都是在强调学生在高中阶段主要是打基础,提升综合素质,这和刘永坦的建言不谋而合。
    同样是在2010年的全国两会期间,刘永坦在接受媒体采访时特别谈到企业投身产学研积极性不高影响科技创新的问题。他说:“很多中小企业用于产学研的经费支持力度不够,没有规定要拿出多少比例的经费用于科研,我觉得企业在这方面应该有清醒的认识,要有积极性、危机感和责任感。比如在推动产学研结合的经费投入上有个明确的目标,目标定得越高,推动起来就越有利。”
    刘永坦认为,知识产权也是影响企业产学研积极性的重要因素。“政府工作报告中说要大力实施知识产权战略,加强知识产权创造、应用和保护。高校、科研院所也知道这个问题,在与企业合作中,企业想拥有自主知识产权,而高校、科研院所‘不放权’,协商不成,产学研的结合也就无从谈起。”刘永坦建议,企业应与高校、科研院所坦诚交流,探讨灵活的合作机制,协调好利益分配问题,劲往一处使。
    刘永坦先后讲授过“专业数学”“电工基础”“多路通信原理”“无线电接收设备”“微波技术”“信息论”“雷达系统”等10多门课程。20世纪80年代以来,他又讲授了“统计无线电技术”“数字信号处理”“近代谱分析技术”“雷达信号检测”与“处理系统”等新课程。有两年,他给本科生和研究生连续讲授4门课,近300学时。
    “坚持你的理念,努力实践,克服途中的困难才能达到成功的境界。”刘永坦培养研究生更看重学生本身的学习愿望、做科研的热情和独立自主的创新意识。他认为,创新跟学风联系最密切,不能模棱两可做事情,必须严格。只有做到“规格严格,功夫到家”,学懂了、弄透了,才能法无定法,不拘一格去创新。他主张“真刀真枪放到真实的环境里去锻炼”。他的博士研究生们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。
    从2001年开始,已经不再担当所长、总指挥、总设计师的刘永坦,将接力棒传递到了年轻人手中。正如原国防科工委副主任聂力将军所赞誉的“刘永坦是个难得的‘帅才’”那样,他带出了一支作风过硬、能攻克国际前沿课题的科技队伍。对于团队成员,刘永坦从来不“许愿”,却总是尽己所能地去观察、去爱护、去培养。他不拘一格的用人机制,十几年来他培养研究生七十余人,不仅使8人破格晋升教授,二十几人晋升为副教授,同时还使团队中出色的青年教师被评为“航天十佳青年”和“做出突出贡献的博士学位获得者”。
    许荣庆是刘永坦评上博士生导师之后招收的第一个博士,他介绍说:“获2015年国家科技进步奖一等奖时,刘老师要把我的名字写在第一位,我坚决不同意。因为我明白刘老师是自始至终的核心,他的付出最大。我也知道,新体制雷达是他一辈子的梦想,对他来说能够坚持一辈子做一件事,能够把梦想转化为现实,就已经是给他的最大奖励了,其他的荣誉,对他而言都不再重要。”
    许荣庆作为项目后期的总指挥,他表示,在项目最艰难的前期阶段恩师毅然扛起了大旗,带领着大家以开荒的精神前行,到后期即便是他转到幕后把后辈推到前面,也仍是整个团队的主心骨。
    “我如今已经80岁了,跟雷达的岁数差不多。但是新体制雷达还有很多的工作要完成,我们要继续做得更有效,来更好地服务于国民经济,所以我不能懈怠……”看不到滚滚硝烟,听不到震天锣鼓,刘永坦却始终有一种强烈的紧迫感、使命感。他坚信,随着科技的不断发展,新体制雷达技术在未来会有更广泛的应用,而他们在雷达领域也必将一如既往地艰苦跋涉、勇往直前。(白林)
 
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