宗師風范（先行篇）

陸元九與慣性導航

徐義亨

早在20世紀60年代，就得知陸元九先生大名。1980年筆者從鞍山焦耐院調回杭州工作后，有位曾在國防科委五院502所工作過的同事，是陸元九先生的屬下，他跟我談起些許先生關于科學事業外的故事，方知先生不僅是大家，且性格直率又勇于為年輕人擔當，這不唯上、只唯實的作風深得周圍同仁的贊賞。近年來，我于中控研究院擔任高級技術顧問期間，在編譯有關船舶自動化方面的標準時，略涉及一些有關慣性導航的知識，于是就聯想到我國慣性導航的前輩陸元九先生。作為《飛鴻踏雪泥》編委之一，深感有書寫陸元九先生的必要，他在慣性導航以及我國航天控制技術上撞響黃鐘大呂，其功績是不容置疑的。但我本人無緣與先生交往，只能通過采集素材去撰寫，不屬“親身經歷、親手所為、親眼所見”，故在寫完本文后，心中難免有些不安，未知拙文有否偏頗歷史的真情。

——題記

在20世紀80年代的出國浪潮中，有一群到美國麻省理工學院留學的年輕人得知：曾有一位中國學子在這里獲得了世界上第一位慣性導航的博士學位，他讓美國的同行們刮目相看。這位學子就是中國慣性導航的前輩、國際宇航科學院院士、中國科學院與工程院院士陸元九（圖1）。在成為世界上第一位慣性導航博士的1949年，陸元九年僅29歲。

所謂慣性導航是一種完全自主式的導航系統，它利用陀螺和加速度計這兩類慣性傳感器的測量信息，直接計算出諸如飛機、艦船、火箭等載體的姿態、速度、位置等導航參數。它既不向外界發射能量，也不依賴外界的任何信息，具有不受干擾、動態性能好、導航輸出信息豐富等獨特的優點。

自1852年法國科學家福科首先提出陀螺可作為指向儀器的設想后，第二次世界大戰以來，慣性導航技術得到了迅速發展。美國著名的慣性技術科學家、自動控制專家、麻省理工學院C.S.德雷伯教授力主將自動控制的理論和方法應用于慣性測量技術領域，即依靠控制技術來提高慣性測量系統的精度，創立了慣性導航技術。由于這項技術非常關鍵，美國政府將其列為重要的軍事研究項目。為此德雷伯在麻省理工學院設立了名為“儀器學”、實為慣性導航的博士學位。陸元九就是“慣性導航技術之父”德雷伯的第一位親傳弟子。

緊隨著錢學森回國不久，1956年6月，陸元九克服種種阻力也從大洋彼岸回到祖國。此時正值組建中國科學院自動化研究所之際，他先后擔任該所的研究員、室主任和副所長。不久，陸元九請此后歸國的留美科學家楊嘉墀、屠善澄同到自動化所工作。

回國后，陸元九先后主持并開展了飛行器自動控制方面的大量研究工作，包括慣性器件及測試設備、穩定系統、慣性制導系統等眾多屬于航天工程控制問題的研究。他一貫倡導“科研工作要跟蹤世界尖端技術的發展”，并在工作中貫徹“完善一代、研制一代、探索一代”的精神。

1958年，毛澤東發出“我們也要搞人造衛星”的號召。陸元九隨即提出：要進行人造衛星自動控制的研究，而且要用控制手段回收它。這是世界上首次提出“回收衛星”的概念。與此同時，陸元九與同事們組裝成了我國第一個探空火箭儀器艙模型。

1969年，陸元九出任航天工業部總工程師，在國內首先開展和主持液浮、氣浮、撓性等多種陀螺以及加速度計、平臺及捷聯慣性導航系統的研制，解決動態誤差等關鍵問題，并參加多種運載體、導彈和衛星的方案論證以及飛行的數據分析和故障分析等。

陸元九于1985年當選為國際宇航科學院院士，1994年當選為中國科學院與工程院院士。面對崇高的榮譽，陸元九在談到他人生的愿望時卻很淡定地說：“為中國做點實實在在的事。”他的人生追求體現并詮釋了科學賦予其人格的坦蕩和至高的精神。

在相當長一段時間里，世界上有關陀螺方面的著作都是以力學的觀點和方法去描述的。1964年陸元九在他的著作，也是我國慣性技術方面最早的專著《陀螺及慣性導航原理》一書里，一改故轍，用自動控制的觀點和方法對陀螺及慣性導航原理進行了深入論述。他明確指出：

（1）在飛行器控制系統中，陀螺、加速度計、平臺是姿態控制和制導系統的主要部件；

（2）在普通的垂直陀螺及陀螺羅盤等陀螺中，已采用閉路反饋方法或隨動系統的方法；

（3）在穩定平臺系統中，則采用了力平衡式反饋方法來提高系統精度；

（4）慣性平臺系統中的休拉擺理論相當于自動控制系統中的不變性原理。

1989年，由陸元九主編的《慣性器件》（圖2）一書出版。

陸元九在討論雙自由度進動陀螺的應用時指出：用擺或磁針與陀螺結合在一起，組成閉路的隨動系統，在一定范圍內可以提高儀表性能。但由于擺是垂直陀螺的反饋部件，磁針是陀螺磁羅盤的反饋部件，而這兩個反饋部件都存在著一些缺點，而利用陀螺組成的平臺系統可以進一步提高陀螺的精度。他明確指出：用單自由度陀螺另加力平衡式反饋回路所組成的穩定平臺，其功用與一個內、外兩個框架所支承的陀螺相同，但穩定平臺的性能遠勝于陀螺。在穩定平臺上安裝加速度計，并按休拉擺條件組成修正回路，由此構成的慣性平臺亦就成為指示鉛垂線方向的儀表了，它的精度非常高，可以應用在任意加速度運動的飛行器中。

陸元九在《陀螺及慣性導航原理》一書還詳細闡述了浮子式積分陀螺及其應用原理，介紹了振動陀螺、粒子陀螺、超導陀螺、流體轉子陀螺、靜電陀螺、靜壓氣浮陀螺和動壓自由轉子陀螺等工作原理。該書對我國慣性技術的發展起了極為重要的推動作用。

1941年畢業于中央大學航空工程系，也是中國本土上第一批系統學習航空技術的陸元九，自1945年以優異成績考取公費出國留學，進入美國麻省理工學院深造，直至1949年獲得世界上首位慣性導航博士學位。他對我國航天事業所作出的卓越貢獻，讓筆者聯想到著名的“錢學森之問”：“為什么我們的學校總是培養不出杰出人才？”

陸元九院士在接受某作家采訪時，對這個問題發表自己的見解：我理解人才培養包括在學校里培養，也包括在工作中培養。所以，對于錢老的問題應該分兩方面：一方面，我們的學校培養有什么問題，這個問題討論得比較多；另一方面，到了工作崗位，也存在多出創新成果、培養尖端人才的問題，希望引起各方面的關注。

陸元九說，中國大學生念的課程從內容來講，并不比外國差，而且國內外都用考試的辦法來檢查學習效果。但中國的教學偏重于應試教育，造成了死記硬背的學習方法，加上用百分制評定成績，對分數斤斤計較；而國外的考試主要考學生用學到的知識去解決問題的能力，對考試分數不那么重視，多采用五分制評分。國內外老師施教的方法也有所不同。比如學生不會做題目去問老師，在國內，老師可能會簡單、直接地告訴學生該怎么做；在國外，老師則會耐心地聽學生訴說不會做的情況，從而發現什么內容未領會，并建議學生去看書中的哪一段，讓學生自己理解后再去求解。陸元九于20世紀60年代初曾在中國科技大學執教3年，他就是用這套教學方法啟發學生的。

對研究生挑選課題，陸元九十分認同李政道先生的觀點，認為：正常的情況，導師要研究生研究的課題，自己并不知道答案；如果知道答案，何必還要學生重復呢？創新就是要求老師輔導學生共同解決尚無答案的問題。

“錢學森之問”是中國科學、教育事業發展中的一道艱深命題，它需要整個知識界乃至社會各界共同去破解。

今天的中國在發生天翻地覆的變化，在商品浪潮的沖擊與裹挾下，筆者在想，我們這個體量很大的國家不乏杰出人才，但后繼者還會像陸元九等一大批前輩科學家那樣，置身浮名與物欲之外，站在科學的前沿，“為中國做點實實在在的事”！

人物注釋

1.楊嘉墀（1919～2006年），江蘇省吳江縣人。1941年畢業于上海交通大學電機系，1947年赴美國留學，于哈佛大學應用物理系深造并獲碩士和博士學位，系航天技術和自動控制、儀器儀表專家，自動檢測學的奠基者，國際宇航科學院院士，中國科學院院士。1956年回國，歷任中國科學院自動化研究所研究員、室主任、副所長。1968年后，歷任國防科委五院502所副所長、五院副院長兼502所所長，航天部總工程師，中國空間技術研究院副院長等。20世紀60年代參與制定中國工業自動化儀表、中國自動化科學技術等發展規劃和中國人造衛星發展十年規劃。1986年3月，與王大珩、王淦昌、陳芳允一起提出了對中國高技術的發展有重要意義的建議，在鄧小平的積極支持下，國務院在聽取專家意見的基礎上，制定了中國高技術發展的“863計劃”，為中國高技術發展開創了新局面。

2.屠善澄（1923年～），浙江嘉興人，1945年畢業于上海大同大學電機工程系，1948年赴美國康奈爾大學電氣工程系學習，1953年獲博士學位。1956年回國，長期從事人造衛星及其他運動物體的控制技術的研究。早期進行空空導彈和地空導彈的研究試驗工作，后又從事人造衛星及載人飛船控制系統的研究設計及仿真試驗工作，取得重要成果。1970年起，從事我國試驗通信衛星研制工作，任控制系統主任設計師。主持控制系統的研制和飛行試驗全過程，提出地面自旋試驗方案，保證衛星上天后正常工作。在通信衛星飛行試驗過程中，為搶救第一顆試驗通信衛星及解決第二顆試驗通信衛星入軌后發生的故障作出重大貢獻。試驗通信衛星控制系統多年來一直保持良好的工作狀態，超過了3年的設計壽命，因此榮獲國家科學技術進步特等獎。

作者簡介

徐義亨，1940年出生，祖籍上海。1962年畢業于浙江大學化工自動化專業，先后于沈陽化工研究院、鞍山焦耐設計院、中控集團從事自動化系統的設計研究工作，近10多年的工作重點系工業控制系統的抗干擾技術。現為中控研究院高級技術顧問。