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雖已年過(guò)九旬，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西安光機所）研究員蔣森林依然清晰地記得，60年前那個(gè)初秋的下午，他一動(dòng)不動(dòng)地趴在戈壁灘上，一陣熱浪襲來(lái)烤得他脊背發(fā)燙，緊接著(zhù)狂風(fēng)呼嘯而過(guò)，席卷起的漫天黃沙落滿(mǎn)全身。不久，歡呼聲響起。他緩緩抬起頭，看到周?chē)娜藗兲S、擁抱，把帽子高高拋向天空……這一刻，蔣森林明白，試驗成功了！這是1964年10月16日的羅布泊，我國第一顆原子彈爆炸成功的現場(chǎng)?！八腥硕荚趹c祝，我心里卻很忐忑?！笔Y森林回憶說(shuō)，“一邊為原子彈爆炸試驗成功欣喜若狂，另一邊又很擔心我們的設備是否完成了任務(wù)?！痹诙冗^(guò)了一生中最漫長(cháng)、最難挨的2天后，好消息終于傳來(lái)——西安光機所的兩型高速攝影機都拍到圖像了！“我當時(shí)高興壞了，不知說(shuō)什么好，甚至走路都有點(diǎn)搖搖晃晃?！弊屖澜鐚χ袊文肯嗫吹臍v史性一刻，成為了西安光機所以及與蔣森林一樣參與這次任務(wù)的科研人員職業(yè)生涯的“高光時(shí)刻”。1?生逢其時(shí) 接下“天字第一號”任務(wù)1956年，毛澤東主席在中央政治局擴大會(huì )議上提出：“我們要不受人家欺負，就不能沒(méi)有這個(gè)東西（原子彈）?！币粓?chǎng)集結全國各方力量打造國之重器的攻堅戰，就此拉開(kāi)序幕。原子彈爆炸成功的一個(gè)關(guān)鍵判據，就是用科學(xué)手段記錄爆炸初期火球擴展情況，這個(gè)手段非高速攝影技術(shù)莫屬。高速攝影，俗稱(chēng)“慢動(dòng)作”攝影，即把瞬時(shí)高速動(dòng)作放慢，捕捉人眼看不見(jiàn)的精彩瞬間，進(jìn)而揭示底層物理規律。這是光機電一體化的復合型高技術(shù)，可用于觀(guān)測武器爆炸、彈道軌跡以及核爆炸等高速瞬態(tài)過(guò)程。為解決核爆試驗必需的高速攝影設備和耐輻照光學(xué)材料問(wèn)題，1962年，中國科學(xué)院和原第二機械工業(yè)部決定，在西部地區整合相關(guān)優(yōu)勢力量，成立中國科學(xué)院光學(xué)精密機械研究所西安分所（1970年更名為西安光機所）。至此，我國的高速攝影技術(shù)研究正式開(kāi)啟?！把兄聘咚贁z影機的目的很明確，就是為第一次原子彈試爆服務(wù)?！笔Y森林說(shuō)。西安光機所首任所長(cháng)龔祖同有一句名言：“以祖國的需要為我們的方向?！毖兄莆覈谝慌_高速攝影機，就是西安光機所成立之初的首要任務(wù)。西安光機所首任黨委書(shū)記蘇景一在動(dòng)員大會(huì )上振臂高呼：“這是我們所的‘天字第一號’任務(wù)。為國出力的時(shí)候到了，我們砸鍋賣(mài)鐵也要完成！”時(shí)至今日，很多西光人仍對這些振奮人心的話(huà)記憶猶新。20世紀60年代初，蘇聯(lián)專(zhuān)家撤離中國，重創(chuàng )我國原子彈研制事業(yè)。在一窮二白的科研條件和極其有限的技術(shù)積累下，初生的西安光機所研制高速攝影設備之路舉步維艱。高速攝影機，怎么搞？時(shí)任電控課題組組長(cháng)的趙宗堯在回憶文章中寫(xiě)道：“1963年初，龔祖同所長(cháng)提出研制‘三幅電光快門(mén)高速相機’計劃，在一次瞬態(tài)過(guò)程拍攝中獲得3幅不同時(shí)刻的圖像照片，每臺相機的曝光時(shí)間都要達到1微秒，填補國內高速攝影機空白?！边@就是后來(lái)廣為人知的單片克爾盒高速攝影機。單片克爾盒高速攝影機。此外，研制等效幀頻為20萬(wàn)幀的半周等待型轉鏡式高速攝影機，即ZDF-20型高速攝影機，也被列入研究所“天字第一號”任務(wù)?！翱藸柡懈咚贁z影機是微秒量級的，拍攝圖片畫(huà)幅更大，但只有4張；ZDF-20型高速攝影機雖然時(shí)間分辨率為亞微秒，但可以連續拍數十張?！蔽靼补鈾C所研究員陳中仁解釋了兩種設備的特點(diǎn)。ZDF-20半周等待型轉鏡式高速攝影機。西安光機所就此開(kāi)始同步推進(jìn)單片克爾盒高速攝影機、ZDF-20型高速攝影機的研制工作，準備用“雙保險”方式，以我國第一臺高速攝影機之名，奔赴羅布泊，對準原子彈記錄歷史性的一瞬。2?時(shí)間緊迫 “各顯神通”攻克難關(guān)單片克爾盒高速攝影機研制的一個(gè)難題是解決克爾盒硝基苯提純和盒體玻璃窗封結問(wèn)題。這個(gè)重任落在西安光機所研究員侯洵的肩上。1962年，侯洵來(lái)到所里。侯洵后來(lái)回憶，當時(shí)龔祖同找到他，希望他從理論研究轉向實(shí)驗研究，以保證 “天字第一號”任務(wù)順利推進(jìn)。盡管這個(gè)轉變跨度較大，但侯洵當即表示：“做實(shí)驗就做實(shí)驗，這是國家需要！”侯洵的科研生涯經(jīng)歷了一窮二白的年代，由于條件局限，自制實(shí)驗設備可謂家常便飯。他認為動(dòng)手能力是科研人員必備的重要技能，“因為只有獨特的設備，才能做出創(chuàng )新的工作”。不久之后，侯洵這種“自己動(dòng)手”的技能就在攻克克爾盒高速攝影機技術(shù)難關(guān)的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。在解決克爾盒盒體玻璃窗封結問(wèn)題時(shí)，為將玻璃片黏結在盒體上，必須使用煤氣進(jìn)行熱加工。當時(shí)西安根本沒(méi)有煤氣，于是侯洵和同事們想出一個(gè)“土辦法”：在裝有部分汽油的油桶蓋上插入兩根管子，一根插在汽油液面之上，一根插入汽油之內直至接近底部，上端和空氣壓縮機相連，給桶內打氣，從液面上那根管中出來(lái)的氣體就帶有汽油氣，可以燃燒。煤氣配出來(lái)了，但設備還需要一個(gè)自動(dòng)控制氣壓的器件。于是他們又自制一根U形玻璃管并裝上電極，用管內水銀控制電路，進(jìn)而控制桶內氣壓。與此同時(shí)，ZDF-20型高速攝影機的研制工作也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。西安光機所研究員李育林現已年屆九十，近兩年身體狀況不太好，但一聽(tīng)到“ZDF-20”這個(gè)詞，他的精神為之一振，聲音也變得洪亮起來(lái)?！皼](méi)錯，ZDF-20型高速攝影機就是西安光機所研制的。它最大的特點(diǎn)是采用了類(lèi)菱形棱鏡分光元件和雙層四面體棱鏡反射掃描結構，組成了半周等待型工作結構?！崩钣钟寐晕㈩澏兜氖种冈谧烂嫔蟻?lái)回比畫(huà)，想盡量將工作原理解釋得清晰易懂。西安光機所建所之初，為更好兼顧國家任務(wù)研制與研究所發(fā)展，采用“三邊”建設政策，即“邊科研、邊建設、邊培干”。李育林就是培干人員之一，主攻光學(xué)設計?！癦DF-20型高速攝影機的設計對我們來(lái)說(shuō)并不難?！崩钣肿孕诺卣f(shuō)，難題更多出在生產(chǎn)制造上。雖然西安光機所有研制工廠(chǎng)，但是對于生產(chǎn)如此高精尖的光學(xué)設備而言，其制造能力還無(wú)法匹配。任務(wù)很緊迫，怎么辦？最終，所里調動(dòng)多方面資源，經(jīng)多方聯(lián)系、全力爭取，找到兩家代工廠(chǎng)合作，成功解決了生產(chǎn)制造難題，保障了高速攝影機如期交付使用。3?柳暗花明 辦法總比困難多每當回憶起當年那段激情燃燒的歲月，蔣森林的思路就格外清晰，濃重的江蘇口音透露出不容置疑的堅決。他摩挲著(zhù)手中的資料，將一串串印刻在腦海里的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和數據娓娓道來(lái)：“克爾盒高速攝影機基于意大利科學(xué)家克爾提出的克爾效應原理，通過(guò)光電倍增管，吸收原子彈爆炸瞬時(shí)產(chǎn)生的強光，將其轉換為電信號，進(jìn)而控制快門(mén)，完成高速攝影?！笔Y森林回憶，除了克爾盒硝基苯提純和盒體玻璃窗封結工藝，研制克爾盒高速攝影機的另一個(gè)難題是快門(mén)的觸發(fā)機制，即產(chǎn)生時(shí)長(cháng)1微秒、電壓3萬(wàn)伏的強電場(chǎng)高壓脈沖。如何產(chǎn)生這樣連續、高強度又精確的高壓脈沖？蔣森林和曹文欽等研究小組成員一籌莫展。他們嘗試去全國各地尋找解決辦法，但都無(wú)功而返。正在蔣森林苦惱之時(shí)，一場(chǎng)偶遇帶來(lái)了轉機。有一天，蔣森林在街上碰到了大學(xué)舍友，在聊天中得知舍友所在單位是生產(chǎn)雷達的?！霸炖走_不就是做高壓脈沖嗎？我們只要對其進(jìn)行改造，就可以解決時(shí)長(cháng)1微秒、電壓3萬(wàn)伏的強電場(chǎng)高壓脈沖難題。這真是天無(wú)絕人之路！”蔣森林馬上找到蘇景一匯報了這個(gè)想法。后經(jīng)蘇景一和時(shí)任中國科學(xué)院西北分院副院長(cháng)華壽俊的努力溝通協(xié)調，西安光機所迅速組成5人小組并順利進(jìn)駐蔣森林大學(xué)舍友的工作單位，開(kāi)始關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)?！拔覀兠刻煸?點(diǎn)進(jìn)廠(chǎng)、晚10點(diǎn)出廠(chǎng)，下班后就在廠(chǎng)門(mén)口的小攤吃一碗湯圓，就這樣干了兩個(gè)多月，終于解決了瞬時(shí)高壓產(chǎn)生的難題！”蔣森林激動(dòng)地說(shuō)?？蒲芯褪沁^(guò)五關(guān)、斬六將。忙完這一段，蔣森林以為可以休息一下了，誰(shuí)知更大的難題還在后面。團隊回到西安光機所，在所里首棟綜合科研樓621樓進(jìn)行總裝調試的時(shí)候，電干擾出現了?！案汶姷娜俗钆赂蓴_，偏偏又是在進(jìn)駐試爆基地前這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻?！蔽靼补鈾C所開(kāi)展高速攝影機總體試驗的621樓。參與核爆試驗的8臺克爾盒高速攝影機共配備13個(gè)快門(mén)，包括機械快門(mén)、克爾快門(mén)和爆炸快門(mén)。電干擾會(huì )使爆炸快門(mén)提前打開(kāi)，這將直接導致攝影機停止工作。蔣森林和團隊開(kāi)始了抽絲剝繭式的嘗試，終于在設備出所前基本解決了電干擾中的線(xiàn)干擾問(wèn)題。但是，在試爆基地試驗過(guò)程中，場(chǎng)干擾偶爾還會(huì )毫無(wú)規律地出現。蔣森林和同事們克服心理壓力，一次又一次排除可能造成干擾的風(fēng)險點(diǎn)，最終保證了核爆當天拍攝成功。4?光榮時(shí)刻 萬(wàn)全準備萬(wàn)無(wú)一失1964年6月初，指揮部命令下達，歷史性的一刻終于到來(lái)。兩型共10臺高速攝影機被運到核爆基地進(jìn)行最后調試，西安光機所派出蔣森林、趙宗堯、魏順根、袁祖揚四人一同來(lái)到新疆羅布泊馬蘭核試驗基地。在這個(gè)以戈壁灘常見(jiàn)的馬蘭草命名的、地圖上并不存在的地方，他們將為我國第一次核爆試驗“保駕護航”。試爆原子彈被安放在100多米高的鐵塔上，高速攝影機布置于距鐵塔10公里外的工壕。工壕很堅固，能抵抗沖擊波與光輻射。工壕有專(zhuān)門(mén)的窗口供各種測試設備瞄準鐵塔頂部，以便原子彈爆炸時(shí)捕捉有關(guān)訊息。蔣森林等人的前期工作就是配合模擬化學(xué)爆炸進(jìn)行拍攝試驗?！拔覀兒苤匾曉诨邪l(fā)生的故障，切實(shí)排除，絕不放過(guò)任何微小疑點(diǎn)?！彼延洸磺暹M(jìn)行了多少場(chǎng)化學(xué)爆炸試驗，艱苦、枯燥的日子就這樣在不知不覺(jué)中度過(guò)，時(shí)間來(lái)到了10月16日?！拔覀儼言O備分別布置在兩個(gè)工壕內，原子彈爆炸時(shí)同時(shí)工作，互為備用，確保萬(wàn)無(wú)一失?！笔Y森林說(shuō)。單片克爾盒高速攝影機的時(shí)間分辨率可達微秒級，在爆炸時(shí)，它需要在0微秒、40微秒、70微秒和100微秒各拍一次。戈壁灘的環(huán)境干燥，電干擾問(wèn)題出現得少了，但蔣森林心里依然打鼓?！斑@天早上，緊急通知下達，所有人打包所有東西撤離。后來(lái)我們被汽車(chē)拉到一個(gè)陌生的地方，大家下車(chē)后都趴下一動(dòng)不動(dòng)?！笔Y森林回憶，當時(shí)所有人都沒(méi)有說(shuō)話(huà)，但心里都明白，歷史性的一刻就要到來(lái)了……中國第一顆原子彈爆炸試驗成功了。幸運之神也眷顧了西安光機所，兩型高速攝影機成功拍攝到原子彈爆炸初期火球擴展的系列圖像——單片克爾盒高速攝影機拍攝到4幅照片，ZDF-20型高速攝影機拍攝到62幅照片，獲得早期火球表觀(guān)溫度變化和火球半徑隨時(shí)間變化等重要數據，圓滿(mǎn)完成光測任務(wù)。由克爾盒型、ZDF-20型組成的我國第一臺高速攝影機。5?懷抱信念 邁上自立自強之路核爆試驗成功的第二年，以龔祖同為團長(cháng)的中國代表團受邀參加在瑞士舉辦的第七屆國際高速攝影會(huì )議。這是我國首次參與該領(lǐng)域的最高級別國際學(xué)術(shù)會(huì )議。我國高速攝影技術(shù)的發(fā)展，似那升騰而起的蘑菇云，開(kāi)始引發(fā)世界的關(guān)注。1965年，龔祖同（右一）帶隊參加在瑞士舉辦的第七屆國際高速攝影會(huì )議。雖然任務(wù)順利完成了，但對于參與高速攝影機研制的西安光機所研究人員來(lái)說(shuō)，這只是個(gè)開(kāi)始，還有更多重要任務(wù)等待著(zhù)他們。蔣森林后來(lái)身體欠佳，但依然堅持參加并完成了接下來(lái)的我國首顆原子彈空爆任務(wù)。之后，蔣森林又和團隊設計研制出我國第一臺電視-變像管高速攝影機，服務(wù)于我國首次地下核試驗。他自豪地說(shuō)：“我們研制出來(lái)的時(shí)間比美國還要早?！?966年，西安光機所又研制出ZDF-250型高速攝影機，參加了1967年6月17日我國首次氫彈試爆并圓滿(mǎn)完成光測任務(wù)。用于拍攝地下核試驗早期爆炸現象的電視-變像管高速攝影機。西安光機所供圖“當時(shí)任務(wù)緊迫但條件有限，我們研究人員都擠在621樓，宿舍就是辦公室，房間里放著(zhù)幾張二斗桌。光學(xué)設計靠翻五位對數表，機械設計全靠繪圖儀、鴨嘴筆，電路系統靠電烙鐵手工焊接。唯一一臺手搖臺式計算機就是所里最先進(jìn)的設備了?！标愔腥收f(shuō)起當年的情景，依然十分動(dòng)情。一臺又一臺高速攝影機走出621樓，完成了一項又一項國家重大任務(wù)，實(shí)現了一個(gè)又一個(gè)“第一次”，在科技自立自強的征程上，蹚出了一條中國人自己的道路。1985年，“現代國防試驗中的動(dòng)態(tài)光學(xué)觀(guān)測和測量技術(shù)”項目榮獲國家科技進(jìn)步獎特等獎，其中包含了西安光機所的18種高速攝影機。多年以后，蔣森林在回憶參加我國首次核爆試驗的文章《戈壁灘上盛開(kāi)的“馬蘭花”》中寫(xiě)道：“我沒(méi)有見(jiàn)過(guò)植物馬蘭，也不知它會(huì )不會(huì )開(kāi)花，但我親身感受過(guò)馬蘭的光輻射、沖擊波。馬蘭的火球、蘑菇云，就是最壯觀(guān)、最美麗的馬蘭花?！保ㄔd于《中國科學(xué)報》?2024-06-17?第4版?專(zhuān)題）