「中國人只滿足於火藥能夠爆炸的事實,卻沒有尋根問底,導致中國人遠遠落後於世界」——美國物理學家亨利·奧古斯特·羅蘭
火藥是中國的四大發明之一,但到了近代,中國卻被其他國家的火藥打開了大門,直到這一位瘋狂院士的出現:
他對火炸藥研究極度上癮,69歲考完駕照一個人開車到處跑,80多歲還親自跑去沙漠搞爆破實驗,他一生只做一件事,那就是攻克世界級難題,美國曾經聯合五大國頂尖專家投入巨資都無法突破的火藥技術,硬是被他完美解決了3個。每一項成果至今都將所有國家遠遠甩在中國身後,他,叫王澤山,南京理工大學最老的院士,人送外號火炸藥之王。
那麼,擺在全世介面前的這三頭攔路虎究竟是什麼?
為什麼說王澤山使中國的火藥技術失落千年之後再次登上世界之巔?
2017年王老問鼎國家科學技術最高獎,獲得了500萬元的獎勵,他拿了錢後買了人生唯一一件奢侈品,那麼,這500萬他到底花在哪了?
這是《被遺忘的科學家》系列第13期,我是滿腔熱血的波普,關注我,見證我完成100個科學家的故事。
瘋狂爆破老專家
發射藥是指裝在彈膛裡用來發射炮彈的火藥,發射藥不會爆炸,但會爆燃,給炮彈一個初始推力,再配合不同的發射角度,就可以射出不同的射程。
以155mm的加榴炮為例,它可以實現最小5公里,最大30公里的射程範圍,但卻有一個令人十分困擾的問題,那就是它需要配備6種不同推力的發射藥包,換句話說,如果我要打擊5公里的目標,就加1號藥包,如果我要打擊10公里的目標,就加2號藥包,以此類推。
這就意味著,每次打仗,我一臺155加榴炮就要帶齊6種藥包才能覆蓋全部射程,每種藥包要帶多少合適也沒個準,作戰時非常不靈活。如果藥包帶少了,很有可能吃敗仗,如果藥包帶多了,剩下的還要考慮怎麼集中銷燬,非常浪費。
於是,上世紀90年代開始,美國,歐洲,南非等多個國家都在研究怎麼使這個發射藥標準化。這是當時最前沿的火藥課題,王澤山院士團隊也參與其中。他們想象最理想的方式就是把發射藥做成“等模組化”,也就是說只用一種藥包,要射多遠就加多少包。但是,想法很直接,難度卻是世界級的。美國曾經聯合英國等5個國家共同研究這個課題,但始終無法獲得突破,美國集五大國之力最終也只能做出一種雙模組發射藥,也就是用2種藥包覆蓋全部射程。它為什麼這麼難呢?原來呀,炮彈獲得的推力跟發射藥量不是一個線性關係,你可能加一包藥它能射10公里,加2包就變成30公里了,很不好控制。
不過,美國甚至全世界都解決不了的問題,不代表中國科學家解決不了。王澤山院士,當時已經年過花甲,但他仍然帶領團隊不顧危險,堅持搞野外爆破,二十年如一日,終於突破了全等模組發射藥技術,解決了只用一種藥包就能覆蓋全部射程的世界級難題,並且與傳統的人工填料不同,等模組發射藥能夠自動裝藥,大大提高了發射效率,此外,王老還另闢蹊徑地提出了新的彈道理論,配合等模組技術,使得我國的火炮真正實現了高效毀傷,精確打擊,快速反應,火力壓制的目的。截至目前,王老的這項成果仍然站在世界頂尖,無法超越!
但真正讓王老封神的是他那勇於挑戰所有科學家的魄力。
勇於挑戰所以科學家的魄力
同樣是上世紀90年代,我國在三代坦克研製過程中發現:低溫環境下,高膛坦克炮的威力大大降低。此時,王老放眼全世界發現,這個問題同樣是世界各國都邁不過的一道檻。原因是,溫度降低時,發射藥的燃燒反應也會隨之變弱,這就大大影響了炮彈的發射威力,在高原或者冬季零下20℃的低溫環境下,坦克穿甲彈很可能無法擊穿目標。而如果環境溫度增高到40℃時,發射藥燃燒反應劇烈又會使火炮的膛壓增加20%,超過承受極限,非常危險。
此前,世界各國專家為了解決這個問題,提出了很多種方案,有的提出加催化劑,改變發射藥的反應速度,但是這種毫秒級的高溫高壓反應,要控制幾乎是不可能的。有的提出給火炮裝一個熱源,環境溫度不是降低嗎,我給他加個暖氣不就行了嗎,也不行,讓火炮整天揹著個暖氣爐增加了系統複雜性,太不切實際了。
而王老呢?他一看這是世界性的難題,興致一下子就上來了,他就愛接這種活,王老一開始思路就很明確,這是自然規律,不能像他們那樣研究,而是要找到一種火藥,當溫度升高時燃燒反應反而降低,溫度降低時燃燒反應反而升高,然後用這種火藥跟傳統的火藥搭配,相互抵消,這樣就能中和環境因素帶來的影響了。
最終,王老只用了幾年的時間就成功研製出了燃燒反應恆定的發射藥,這就是王老獨創的低溫感發射裝藥技術,它無論從材料,原理還是穩定性各個方面都處於世界領先地位,1999年王老榮獲院士稱號也得益於這項成果。
當然,王院士在火炸藥領域的成果可不僅僅是這些,其他比如先進發射藥點火技術,高能發射藥技術,電化學炮技術等等,王老眾多的研究成果廣泛應用在我國的武器裝備上。戰爭時期,絕對能一展神威,壓制敵人,那麼,和平時期呢,儲備超期的火炸藥面臨廢棄問題,該怎麼處理?這就涉及到王老第三個世界性的突破了。
王老讓廢棄火藥變廢為寶
你一定想不到,火炸藥跟我們的日常用品一樣,也是有保質期的,和平年代,不用的火炸藥儲存到一定時間就會超期作廢,但是火藥會燃燒,會爆炸,還有毒,可不能像垃圾一樣直接扔掉,如何處理這些過期品是每個軍事大國每年都要面臨的問題。以往的做法有兩種,一種是直接燒燬炸燬,但是會對環境造成很大的破壞,另一種是像核廢料一樣把它埋在地下,但是這就像埋了個定時炸彈,不知道什麼時候會引發事故。這個課題看起來簡單,但一直以來卻是世界各國的心頭痛,直到王老參與了研究。上世紀80年代,王老發明了一種火炸藥再利用技術,將過期火炸藥轉化為驅動劑和化工原料,實現了變廢為寶,創造了過億級的經濟效益,而這一項成果,背後卻是王老用了二十幾項新技術堆砌起來的。
500萬大獎去哪兒了?
身披多項技術突破的王老,也終於在2018年獲得了國家科學技術最高獎,得到了國家500萬元的獎勵,那他500萬獎金買豪車豪宅了嗎?並沒有,王老兩夫妻過著十分簡樸的生活,他們不懂什麼名牌奢侈品,一輩子買過最貴的東西,就是一輛10萬塊的代步轎車,用來支援科研出差,而500萬的大獎,他們兩夫妻都決定拿出來用於學科建設,設立獎學金,鼓勵那些有志於火炸藥研究的年輕人。
回顧王老的一生,全身心地投入在火炸藥研究領域,為我國貢獻了許多關鍵技術,每一項技術成果,都是王老冒著生命危險,刻苦研究的回報,火炸藥研究經常需要到沙漠搞爆破實驗,但時至今日,這個80多歲的老人還是堅持要親臨一線,有一次,零下27℃,資料採集裝置都凍得罷工了,但80多歲的王老卻堅持了一個星期,每天在戶外工作10多個小時,搞科研的勁頭比年輕人還大,對此他解釋道,火炸藥實驗比較危險,年輕人沒經驗,我到現場才放心。
但波普知道,其實還有一個原因,那就是王老對火炸藥研究的極度熱愛,他一刻不思考問題就渾身不自在,每次他去北京出差,就會待在一家科研單位的地下室,那裡條件非常簡陋,上廁所和洗澡都要跑很遠,但王老就喜歡它夠安靜,可以遠離世俗思考問題。按規定,院士是可以配專車的,但他不想給別人添麻煩,每次出差都會自己買車票隻身前往,更令人佩服的是,69歲那年,王老意識到開車能為他節省時間,提高工作效率,還特意去考了駕照,從此,這位老人去哪出差都是一個人開車到處跑。當我們都在佩服他老當益壯的時候,王老卻說,他小時候吃過苦,青年時愛運動,練就了一副好身體才能支援搞科研。看來,我們年輕一代除了學習王老的科研精神,還要多鍛鍊身體,才能有更大的成就啊!
火藥是中國的發明,但到了近代,因為中國的孱弱,使得被其他國家的火藥打開了大門。如今由於王老的貢獻,我們可以驕傲地說,我們無愧於祖先,中國的火炸藥水平已經重新領先世界。致敬王老!致敬所有中國科學家!#科普有料#
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