給航天器裝上眼睛——記裝甲兵工程學院費保俊科研團隊

本刊記者 蔡巧玉

給航天器裝上眼睛
——記裝甲兵工程學院費保俊科研團隊

本刊記者 蔡巧玉

固然，大自然在她的兒女中間并不是平均地分配她的賜物，但是，多謝上帝，得到優(yōu)厚天賦的人是很多的，而我深信，他們多數(shù)過的是淡泊的、不引人注目的生活。——愛因斯坦

被公認為二十世紀最偉大的物理學家愛因斯坦建立的狹義和廣義相對論，改變了世人對時空的看法。在相對論發(fā)表后的百余年的時間里，無數(shù)科學家站在巨人的肩膀上，將這一經(jīng)典物理理論應(yīng)用于各個科學領(lǐng)域，改變著人類的生活。可能沒有多少人真正學過相對論，但我們一定享受過相對論帶來的真實的便利。GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)，無論你相信與否，這一當今最先進的導航技術(shù)，其理論基礎(chǔ)正是相對論。

GPS的基本原理是測量出四顆已知位置的衛(wèi)星到接收機之間的光傳播時間，從而確定接收機的具體位置。當光波在衛(wèi)星與地面之間傳播時，我們就需要相對論來幫助我們保證時間標準的統(tǒng)一和精確的時間測量。但是，作為GPS定位基準的衛(wèi)星本身的定位又需要地面的測控，這種結(jié)構(gòu)不可能為宇宙空間的航天器定位，并且衛(wèi)星在與地面的聯(lián)系中很容易受到攻擊和干擾。于是，人們提出利用X射線脈沖星周期性地發(fā)射光子的觀測特性，為衛(wèi)星和宇宙航天器導航，這就是現(xiàn)在世界各國正在緊張研究的X射線脈沖星導航技術(shù)。如果成功，航天飛機等便能實現(xiàn)真正意義上的自主導航。

作為一項基礎(chǔ)性和前沿性研究,“X射線脈沖星導航技術(shù)”具有重要的學術(shù)價值、廣闊的應(yīng)用前景和深遠的軍事戰(zhàn)略意義。目前國外研究尚處于起步階段，中國人民解放軍裝甲兵工程學院費保俊教授帶領(lǐng)的科研團隊，是國內(nèi)最早進入“X射線脈沖星導航技術(shù)”的科研隊伍，集合了學院最優(yōu)秀的數(shù)學、物理學教授的這支隊伍，緊跟國際技術(shù)研究動向,多年來在X射線脈沖星導航的基本概念和原理、理論模型和算法以及關(guān)鍵技術(shù)和途徑等方面做了大量的研究工作,大幅度提升了我國X射線脈沖星導航技術(shù)的研究水平。

相對論與脈沖星導航

作為科研組的靈魂人物，費保俊教授自北京師范大學研究生畢業(yè)來到裝甲兵工程學院后，一直致力于相對論的研究，除了科研、教學之外，他沒有別的愛好，所有的業(yè)余時間都讓他用在了相對論的研究上，他的第一本著作《相對論與非歐幾何》就是這些工作的總結(jié)。學過狹義相對論的人都知道，愛因斯坦的光速不變性原理是違背常理而難以理解的難點，直到現(xiàn)在也仍有不少人對此表示懷疑。費保俊經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，如果我們承認非歐幾何與歐氏幾何一樣是正確的，只要將相對論的速度與非歐幾何聯(lián)系起來，光速不變性就顯得非常自然。因為在非歐幾何之一的雙曲幾何空間存在一個不變的實常量，將雙曲幾何應(yīng)用到相對論的速度空間，這個常量就是光速。在此基礎(chǔ)上可以非常方便地導出洛倫茲變換、托馬斯進動等相對論公式。當他的論文在國外發(fā)表后，終于得到了國際上相對論專家的肯定和重視。這之后他又幫助他的老師、我國著名的相對論專家劉遼先生整理出版了《狹義相對論》，這本書概括了各個時期有關(guān)狹義相對論的研究成果，是目前國內(nèi)系統(tǒng)論述相對論的重要專著。

一個偶然的機會使他認識到將廣義相對論的基本理論應(yīng)用到現(xiàn)代導航工程，具有明顯的實用價值，他又應(yīng)用相對論理論探討GPS中的一些相對論效應(yīng)。在與中科院高能所的李惕碚院士接觸中，費保俊教授更堅定了相對論理論指導脈沖星導航這一研究方向。我國的軍事科研歷來重視基礎(chǔ)理論在軍事工程上的應(yīng)用，費保俊教授的課題組得到了裝甲兵工程學院和總裝首長的大力支持。他在兩年內(nèi)又出版了一本專著《相對論在現(xiàn)代導航中的應(yīng)用》，這是全軍獲得“國防科技圖書出版基金”資助的第一本基礎(chǔ)學科基金書，也是國內(nèi)第一本關(guān)于應(yīng)用相對論方面的著作。

費教授為我們介紹了脈沖星導航技術(shù)是如何運用相對論基本理論的：“它的基本原理實際上與GPS類似，脈沖星相當于GPS中的衛(wèi)星，是上帝賜給我們的天然導航星座，光子從脈沖星呈周期性發(fā)射，它到達航天器和太陽系質(zhì)心的時間差可以換算出航天器到太陽系質(zhì)心的距離，因此只要測量出這個時間差也就確定了航天器的位置和速度等參數(shù)。由于涉及到太陽系大范圍的物理現(xiàn)象，涉及到光傳播路徑彎曲、光傳播時間延緩、引力和多普勒頻移以及不同參考系的時空轉(zhuǎn)換，必須采用廣義相對論的時空理論來處理。”

正如兩彈一星元勛、我國著名理論物理學家周光召先生期望的那樣，相對論的應(yīng)用研究應(yīng)該得到充分重視，只有善于利用人類文明積累的所有財富，才有可能站在巨人肩膀上不斷創(chuàng)新和發(fā)展。在這個艱澀得令人生畏的領(lǐng)域里，費保俊教授似乎秉承了愛因斯坦式的對于科學的“宗教情懷”，對于他所取得的開創(chuàng)性的貢獻，在筆者看來，可能只有獻身于同樣目的的人，才能深切地體會到究竟是什么鼓勵著這些人，并且給他們以力量，使他們不顧無悔的挫折而堅定不移地忠誠于他們的志向。

教授“扎堆兒”的課題組

談到與其他科研團隊的不同，費保俊教授帶領(lǐng)的“隊員”們個個都是教授、副教授，而這其實和他們的研究方向密切相關(guān)，由于脈沖星導航研究其基礎(chǔ)性和前沿性的特點，一般的研究生是難以勝任的，于是，學院領(lǐng)導為這個特殊的科研團隊配備了全院最優(yōu)秀的數(shù)學及物理人才。

費教授向我們介紹說：“我們課題組無所謂誰領(lǐng)導誰，大家都有這方面的興趣，就在一起做事了。平時各人干各人的事，在每周一次的學術(shù)討論會上亮出自己的觀點和研究進展，然后相互切磋形成共識。脈沖星導航研究并不像人們想象的只須照搬GPS的研究方法那么簡單，涉及到的數(shù)學、物理和工程問題還很多，需要各個領(lǐng)域的人才共同攻關(guān)。比如在數(shù)學問題上我就經(jīng)常請教兩位數(shù)學教授。但有一條是肯定的，最后以各人的成果論英雄”。于是在全體“同事們”七嘴八舌的熱烈討論中，筆者總結(jié)出了以下幾點：

第一，建立友好的團隊氛圍，這是最重要，惟此團隊才能戰(zhàn)無不勝。要想建立團隊氛圍，首先應(yīng)以人為本，制定人性化的規(guī)章制度，并以身作則；其次，要相互信任和鼓勵，特別在遇到困難時更要多鼓勵，人在成長中總是要經(jīng)受磨難的，有時會消極、會懶惰，此時適當?shù)亩酱倬褪且环N提醒和鞭策，所以從管理的角度講，適時的督促也是必要的。第二，要有共同的目標，有目標大家才能在一起做事。第三，分工與合作的問題，團隊中既要有分工，又要有合作，其中學術(shù)交流及溝通討論起很重要的作用，當然這也是團隊文化的一種。

自進入這一領(lǐng)域以來，課題組在國內(nèi)外學術(shù)刊物上已經(jīng)發(fā)表了十幾篇論文，現(xiàn)正在進一步深入開展這一方面和相關(guān)領(lǐng)域的研究。我們相信，在軍內(nèi)外有關(guān)單位的共同努力下，這一高科技項目必將推動我國航天技術(shù)的進步。

愛因斯坦曾將搞科學研究的人分成三類：一類是希望為社會和人類做點貢獻，一類是出于對科學的興趣愛好，一類是為了成名成家，獲取個人私利。后來人們分析，大多數(shù)科研工作者實際上或多或少都兼而具有這三方面的因素。即使你是興趣驅(qū)使，你也希望成為這一領(lǐng)域的專家，你也希望研究的東西得到社會的認可，從而得到“成就感”。可是我們發(fā)現(xiàn)，課題組的成員平常都有繁重的教學工作，他們所從事的專業(yè)甚至與軍事裝備沒有多大聯(lián)系，也沒有科研任務(wù)，全憑著一股為國防事業(yè)做點貢獻的精神，在默默地忘我工作，很難將他們與個人私利聯(lián)系在一起。在如今功利主義、形式主義盛行的環(huán)境下，難道他們的精神不值得欽佩嗎？

采訪手記

采訪中，費教授說他喜歡自由，也很感謝學院為他們創(chuàng)造的科研環(huán)境。他認為科研的本質(zhì)在于創(chuàng)新，而人的創(chuàng)造力在自由環(huán)境中更容易產(chǎn)生，如果你一旦有所突破，既是對社會的貢獻也得到了一份享受。不過他也講了這么一件事：十年前他的簡歷被美國的《WhoisWho》收錄，但當一家宣傳科學家人權(quán)的雜志社與他聯(lián)系時卻被他斷然拒絕了，可見他的“自由”是有政治限度的。

人說，自然科學是探索上帝的秘密。

上帝是最嚴肅的，容不得半點虛偽和浮躁，他只會歡迎老實人。而科學精神的本質(zhì)就是自由，自由在于創(chuàng)造，最深奧的理性和最燦爛的美等待的是那些不辭勞苦而百折不撓的探索者。