宗师风范（先行篇）

陆元九与惯性导航

徐义亨

早在20世纪60年代，就得知陆元九先生大名。1980年笔者从鞍山焦耐院调回杭州工作后，有位曾在国防科委五院502所工作过的同事，是陆元九先生的属下，他跟我谈起些许先生关于科学事业外的故事，方知先生不仅是大家，且性格直率又勇于为年轻人担当，这不唯上、只唯实的作风深得周围同仁的赞赏。近年来，我于中控研究院担任高级技术顾问期间，在编译有关船舶自动化方面的标准时，略涉及一些有关惯性导航的知识，于是就联想到我国惯性导航的前辈陆元九先生。作为《飞鸿踏雪泥》编委之一，深感有书写陆元九先生的必要，他在惯性导航以及我国航天控制技术上撞响黄钟大吕，其功绩是不容置疑的。但我本人无缘与先生交往，只能通过采集素材去撰写，不属“亲身经历、亲手所为、亲眼所见”，故在写完本文后，心中难免有些不安，未知拙文有否偏颇历史的真情。

——题记

在20世纪80年代的出国浪潮中，有一群到美国麻省理工学院留学的年轻人得知：曾有一位中国学子在这里获得了世界上第一位惯性导航的博士学位，他让美国的同行们刮目相看。这位学子就是中国惯性导航的前辈、国际宇航科学院院士、中国科学院与工程院院士陆元九（图1）。在成为世界上第一位惯性导航博士的1949年，陆元九年仅29岁。

所谓惯性导航是一种完全自主式的导航系统，它利用陀螺和加速度计这两类惯性传感器的测量信息，直接计算出诸如飞机、舰船、火箭等载体的姿态、速度、位置等导航参数。它既不向外界发射能量，也不依赖外界的任何信息，具有不受干扰、动态性能好、导航输出信息丰富等独特的优点。

自1852年法国科学家福科首先提出陀螺可作为指向仪器的设想后，第二次世界大战以来，惯性导航技术得到了迅速发展。美国著名的惯性技术科学家、自动控制专家、麻省理工学院C.S.德雷伯教授力主将自动控制的理论和方法应用于惯性测量技术领域，即依靠控制技术来提高惯性测量系统的精度，创立了惯性导航技术。由于这项技术非常关键，美国政府将其列为重要的军事研究项目。为此德雷伯在麻省理工学院设立了名为“仪器学”、实为惯性导航的博士学位。陆元九就是“惯性导航技术之父”德雷伯的第一位亲传弟子。

紧随着钱学森回国不久，1956年6月，陆元九克服种种阻力也从大洋彼岸回到祖国。此时正值组建中国科学院自动化研究所之际，他先后担任该所的研究员、室主任和副所长。不久，陆元九请此后归国的留美科学家杨嘉墀、屠善澄同到自动化所工作。

回国后，陆元九先后主持并开展了飞行器自动控制方面的大量研究工作，包括惯性器件及测试设备、稳定系统、惯性制导系统等众多属于航天工程控制问题的研究。他一贯倡导“科研工作要跟踪世界尖端技术的发展”，并在工作中贯彻“完善一代、研制一代、探索一代”的精神。

1958年，毛泽东发出“我们也要搞人造卫星”的号召。陆元九随即提出：要进行人造卫星自动控制的研究，而且要用控制手段回收它。这是世界上首次提出“回收卫星”的概念。与此同时，陆元九与同事们组装成了我国第一个探空火箭仪器舱模型。

1969年，陆元九出任航天工业部总工程师，在国内首先开展和主持液浮、气浮、挠性等多种陀螺以及加速度计、平台及捷联惯性导航系统的研制，解决动态误差等关键问题，并参加多种运载体、导弹和卫星的方案论证以及飞行的数据分析和故障分析等。

陆元九于1985年当选为国际宇航科学院院士，1994年当选为中国科学院与工程院院士。面对崇高的荣誉，陆元九在谈到他人生的愿望时却很淡定地说：“为中国做点实实在在的事。”他的人生追求体现并诠释了科学赋予其人格的坦荡和至高的精神。

在相当长一段时间里，世界上有关陀螺方面的著作都是以力学的观点和方法去描述的。1964年陆元九在他的著作，也是我国惯性技术方面最早的专著《陀螺及惯性导航原理》一书里，一改故辙，用自动控制的观点和方法对陀螺及惯性导航原理进行了深入论述。他明确指出：

（1）在飞行器控制系统中，陀螺、加速度计、平台是姿态控制和制导系统的主要部件；

（2）在普通的垂直陀螺及陀螺罗盘等陀螺中，已采用闭路反馈方法或随动系统的方法；

（3）在稳定平台系统中，则采用了力平衡式反馈方法来提高系统精度；

（4）惯性平台系统中的休拉摆理论相当于自动控制系统中的不变性原理。

1989年，由陆元九主编的《惯性器件》（图2）一书出版。

陆元九在讨论双自由度进动陀螺的应用时指出：用摆或磁针与陀螺结合在一起，组成闭路的随动系统，在一定范围内可以提高仪表性能。但由于摆是垂直陀螺的反馈部件，磁针是陀螺磁罗盘的反馈部件，而这两个反馈部件都存在着一些缺点，而利用陀螺组成的平台系统可以进一步提高陀螺的精度。他明确指出：用单自由度陀螺另加力平衡式反馈回路所组成的稳定平台，其功用与一个内、外两个框架所支承的陀螺相同，但稳定平台的性能远胜于陀螺。在稳定平台上安装加速度计，并按休拉摆条件组成修正回路，由此构成的惯性平台亦就成为指示铅垂线方向的仪表了，它的精度非常高，可以应用在任意加速度运动的飞行器中。

陆元九在《陀螺及惯性导航原理》一书还详细阐述了浮子式积分陀螺及其应用原理，介绍了振动陀螺、粒子陀螺、超导陀螺、流体转子陀螺、静电陀螺、静压气浮陀螺和动压自由转子陀螺等工作原理。该书对我国惯性技术的发展起了极为重要的推动作用。

1941年毕业于中央大学航空工程系，也是中国本土上第一批系统学习航空技术的陆元九，自1945年以优异成绩考取公费出国留学，进入美国麻省理工学院深造，直至1949年获得世界上首位惯性导航博士学位。他对我国航天事业所作出的卓越贡献，让笔者联想到著名的“钱学森之问”：“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”

陆元九院士在接受某作家采访时，对这个问题发表自己的见解：我理解人才培养包括在学校里培养，也包括在工作中培养。所以，对于钱老的问题应该分两方面：一方面，我们的学校培养有什么问题，这个问题讨论得比较多；另一方面，到了工作岗位，也存在多出创新成果、培养尖端人才的问题，希望引起各方面的关注。

陆元九说，中国大学生念的课程从内容来讲，并不比外国差，而且国内外都用考试的办法来检查学习效果。但中国的教学偏重于应试教育，造成了死记硬背的学习方法，加上用百分制评定成绩，对分数斤斤计较；而国外的考试主要考学生用学到的知识去解决问题的能力，对考试分数不那么重视，多采用五分制评分。国内外老师施教的方法也有所不同。比如学生不会做题目去问老师，在国内，老师可能会简单、直接地告诉学生该怎么做；在国外，老师则会耐心地听学生诉说不会做的情况，从而发现什么内容未领会，并建议学生去看书中的哪一段，让学生自己理解后再去求解。陆元九于20世纪60年代初曾在中国科技大学执教3年，他就是用这套教学方法启发学生的。

对研究生挑选课题，陆元九十分认同李政道先生的观点，认为：正常的情况，导师要研究生研究的课题，自己并不知道答案；如果知道答案，何必还要学生重复呢？创新就是要求老师辅导学生共同解决尚无答案的问题。

“钱学森之问”是中国科学、教育事业发展中的一道艰深命题，它需要整个知识界乃至社会各界共同去破解。

今天的中国在发生天翻地覆的变化，在商品浪潮的冲击与裹挟下，笔者在想，我们这个体量很大的国家不乏杰出人才，但后继者还会像陆元九等一大批前辈科学家那样，置身浮名与物欲之外，站在科学的前沿，“为中国做点实实在在的事”！

人物注释

1.杨嘉墀（1919～2006年），江苏省吴江县人。1941年毕业于上海交通大学电机系，1947年赴美国留学，于哈佛大学应用物理系深造并获硕士和博士学位，系航天技术和自动控制、仪器仪表专家，自动检测学的奠基者，国际宇航科学院院士，中国科学院院士。1956年回国，历任中国科学院自动化研究所研究员、室主任、副所长。1968年后，历任国防科委五院502所副所长、五院副院长兼502所所长，航天部总工程师，中国空间技术研究院副院长等。20世纪60年代参与制定中国工业自动化仪表、中国自动化科学技术等发展规划和中国人造卫星发展十年规划。1986年3月，与王大珩、王淦昌、陈芳允一起提出了对中国高技术的发展有重要意义的建议，在邓小平的积极支持下，国务院在听取专家意见的基础上，制定了中国高技术发展的“863计划”，为中国高技术发展开创了新局面。

2.屠善澄（1923年～），浙江嘉兴人，1945年毕业于上海大同大学电机工程系，1948年赴美国康奈尔大学电气工程系学习，1953年获博士学位。1956年回国，长期从事人造卫星及其他运动物体的控制技术的研究。早期进行空空导弹和地空导弹的研究试验工作，后又从事人造卫星及载人飞船控制系统的研究设计及仿真试验工作，取得重要成果。1970年起，从事我国试验通信卫星研制工作，任控制系统主任设计师。主持控制系统的研制和飞行试验全过程，提出地面自旋试验方案，保证卫星上天后正常工作。在通信卫星飞行试验过程中，为抢救第一颗试验通信卫星及解决第二颗试验通信卫星入轨后发生的故障作出重大贡献。试验通信卫星控制系统多年来一直保持良好的工作状态，超过了3年的设计寿命，因此荣获国家科学技术进步特等奖。

作者简介

徐义亨，1940年出生，祖籍上海。1962年毕业于浙江大学化工自动化专业，先后于沈阳化工研究院、鞍山焦耐设计院、中控集团从事自动化系统的设计研究工作，近10多年的工作重点系工业控制系统的抗干扰技术。现为中控研究院高级技术顾问。