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        我和我的祖国 | 邹积清:抬头仰望星空 埋首钻研技术

        编者按:百余年来,北京大学始终与国家和民族同呼吸、共命运。特别是北大的广大离退休老同志在劈波斩浪中开拓前进,在披荆斩棘中开辟天地,他们的功业载入史册,他们的精神历久弥新。这里是北大一批老同志的回忆文章。他们的回忆,从不同的侧面,勾画出北京大学的发展历程,记述了许多鲜为人知的故事,是了解北大历史,乃至中国高等教育史的珍贵史料,也为我们理解北大传统、传承北大精神提供了一本生动的教科书。这是一封穿越时空的来信,更是一份矢志报国、不懈奋斗的青春宣言。

        个人简介:邹积清,1940年12月出生,四川三台人,北京大学地球与空间科学学院工程师、高级实验师。1964年到北京大学地球物理系从事实验室工作,先后参与了电离层探测设备、星内粒子探测器等仪器设备的研制工作。

        退休后邹积清仍在从事科研工作

        初到燕园

        1940年,我出生在四川的一个农民家庭。少时家境贫困,上不起学,直到1952年,我12岁才开始上小学二年级,因此也格外珍惜这来之不易的学习机会。1957年,小学毕业后我考入三台县第四中学。1960年我初中毕业,被保送到中国人民解放军成都通信兵技术学校。该校后来迁到江西省上饶市,更名为中国人民解放军上饶通信兵学校。那些年,我全部精力都放在了学习上,对外边的世界很少关心,对北京大学一无所知。直到部队上党史课,才知道有个北京大学,是李大钊、毛泽东工作过的地方。

        1964年,当上级通知我要转业到北大工作时,我心情十分激动,做梦也没有想到我一个出身农民家庭的穷孩子能到首都北京,能到北大工作。我怀着兴奋无比的心情于当年8月来到了北大。

        来到北大地球物理系后,关于我的工作,有两个岗位可供选择:一是系器材室,二是空间物理实验室。我根据自己的爱好,选择了实验室,做一名实验员,与实验室主任霍宏暹合作上无线电实验课。此后,我一直从事无线电实验教学工作。20世纪70年代,教学秩序恢复后,为了进行无线电和电子线路的教学,我花了几个月时间,制作了10套中波段晶体管收音机电路板套件、10套晶体管黑白电视机装配套件,并与霍老师研制单极质谱仪和四极质谱仪。

        1964年的10月,陆平校长召开全校师生员工大会,讲了北大的远景规划,说北大要扩大规模、扩大招生,还要引进更多的专家、教授、讲师、工程师,希望全体师生员工共同努力,把北大建设得更好……我听了这个报告非常振奋,决心一定要努力成为一个合格的工程师。从那以后我开始了北京电视大学课程的学习,1965年的春天,我经过考试插班上电视大学,直到当年9月;1973年我在担任空间专业1973级班主任期间进行了在职进修;1972年到1978年间我参加了北京大学校工会办的业余英语班,从初级班、中级班到提高班,我都坚持下来。这些学习为我后来的科研工作打下了坚实的基础。

        研制电离层探测设备

        20世纪70年代中期,肖佐老师想从事电离层方面的研究,大约在1977年,他希望我协助研制电离层探测设备,但由于无线电实验教学任务忙,我没有投入这项工作。到1982年,我终于有了时间,接受了这个项目,开始从事电离层探测设备研究。

        我决定先去电离层观测站了解仪器设备状况,站内全是电子管的老式设备,但性能非常稳定可靠。通过对56型接收机的创造性改造,我研制出了电离层SID连续监测仪,实现了24小时对电离层的连续监测,这也是北京大学研制的第一台电离层观测设备,对于空间物理专业的发展具有重要的意义。经过两年的连续监测,数据记录很理想,只要发生太阳耀斑,都能做到适时、直观的观测。

        从1984年开始,我投入了电离层高频多普勒效应探测设备的研制。为了尽快取得研究成果、减少研制成本,只能充分利用旧设备、改造旧设备。经过充分调研,我决定利用中科院蒲城天文台发送的授时信号,通过在北京接收该信号,然后与本地晶体钟的频率进行差频处理,来检测电离层对高频信号产生的多普勒效应。

        研究过程充满艰辛。我使用的两台具有二次变频的超外差接收机都是从北大废旧物资回收库里挑选来的,每台重量近200斤,我用三轮车运到实验室,经修理改造重新使用。为了架设接收机用的偶极子天线,我一个人爬到近15米高的树上进行绑定。

        经过探索与尝试,我成功制作了平衡混频器,获得了本地晶体钟的频率与蒲城天文台的授时信号频率之差的极低频信号。该信号经放大器放大后输入低通滤波器、放大器、F/V转换器,所得信号再输入电子电位差计记录下来,从而实现了对电离层高频多普勒信号的自动化连续监测。设备研制出后,实际监测效果很好,太阳耀斑引起的电离层扰动,日出、日落引发声重力波在电离层中传播的效应都能被很好地观测到,这是我国第一台电离层高频多普勒测试仪。后来肖佐老师将我制作的F/V转换器改用计算机的AD转换卡,就实现了计算机的连续观察记录。

        每天早上太阳出来前我打开机器,晚上10点以后关机,从1985年开始连续观测记录了近10年,积累了大量科学数据资料,基于这项数据进行了多项研究,发表了不少论文。在此之前,我们大都是利用天文台或国外的数据做研究,这项研究开创了空间物理专业利用自己的长期记录数据进行研究的先河,可以说是“筚路蓝缕,以启山林”,在国内具有较大影响,获得了1993年北京大学第四届科学技术成果奖二等奖。

        艰难的星内粒子探测器研制历程

        1987年,北大与中国空间技术研究院501总体设计部签订合同,共同研制卫星内部环境监测设备。北大承担的项目有:高能粒子辐射探测器、单粒子翻转效应监测器、卫星内表面带电监测仪。当时规划这些仪器要上CBERS-1号卫星、东方红3号卫星。501总体设计部与学校希望我参加这个项目,当时我刚刚做完手术,正在休息中,临危受命,集中精力完成CBERS-1号卫星上的仪器研制工作。

        参加项目后,我就向CBERS-1号卫星总工程师了解情况,据介绍,CBERS-1号卫星的星内粒子探测器研制工作分三大阶段:模样、初样、正样。模样机只要求电信连通,接口连通,不做地面环境模拟实验;初样机要做全部地面环境模拟实验,性能指标达到要求;正样机是用于真正上天的仪器。1992年8月,CBERS-1号卫星的进度是:绝大多数单位的模样机与卫星已经完成了联试,有的初样机已经研制完成,但是北大掉队很远。

        首先是完成模样机。

        在技术层面上,我重新规划,把模样机分成了五大部分:DPU、高压电源、探头及放大器、符合与反符合电路、总体(包括机壳、接插件、探头屏蔽、总装、总调)。各部分的承担者分配到人,我抓整机各部分的质量控制及进度,整机的总装、总调及测试,以及对501总体设计部的上下协调沟通。

        DPU部分即数据处理单元,它是该仪器的基础,仪器的功能项目控制、数据传送与上级机的连通都得靠它,由赵卫负责,他对单板机有一定了解和掌握,也有一定的汇编语言经验。数据的传送前期采用并行传输方式,实践后我们感到很不方便,经过不断总结经验,整个分系统改为串行方式,这样各单机的检测和分系统的数据传输都实现了自动化。

        高压电源板部分功能相对单一、电路相对简单,很快就能投入工作。探头及放大器部分分为电子探头和质子探头,分别对应一块放大器电路板——符合与反符合电路板。一开始,在不接探头的情况下,三块电路板的功能信号均不正常,电路还存在寄生震荡问题。请了人来帮忙调试,经过三天三夜的工作,还是没有调试出来。501部派人来查看情况,甚至给放大器宣判了 “死刑”,认为工作无法继续进行。我不相信这个难关过不了,决定再试试。我们仔细查看了调试电子放大器那块印刷电路板,经过一番艰苦的调试检测过程,终于解决了电路中的寄生震荡问题。这在501部引起了很大反响:已宣布了它的 “死刑”,居然又有人把它给救活了!从此,501部九室和CBERS-1号卫星总体部对我更加信任了。

        经过努力奋战,到1992年12月,仅半年时间,DPU板、高压电源板相继完成了调试和验收,在此基础上我立即进行了整机装配和测试。在1993年1月底完成了CBERS-1号卫星星内粒子探测器的整机测试,各项功能达到要求。1993年2月在整星上进行了联试,并获得通过。

        完成模样机后,开始初样机的研制。

        从1993年5月开始,我们总结模样机调试过程中的经验教训后,对初样机的总体结构、印刷线路板进行了仔细研究和规划。探头放大器由徐萍芳负责;高压电源板、DPU板由我和仲维英、赵卫负责。重离子所把制作好的印刷电路板图送到529厂,完成印刷电路板生产和元器件电装。元器件电装由我负责。1993年9月,开始陆续进行电装;10月中旬,开始单板调试;12月初,开始整机组装调试。1994年1月中旬,共完成了两台初样机的研制,一台做鉴定级环模实验,另一台做验收级环模实验。由于我们在整个初样机的研制过程中,工作细致认真,质量层层把关,1994年8月完成了两台初样机的环模实验后,向CBERS-1号卫星总体部进行了交付。相关各方对我们的工作很满意,给予了好评。

        最后是正样机的研制。

        任务下达方要求研制CBERS-1号卫星星内粒子探测器正样机两套。其中正样一机两台(SN1和SN2),完成任务时间是1997年12月;正样二机一台,完成任务时间是1998年10月。

        正样一机两台仪器的探头放大器板、DPU板,调试进行得很顺利。但之后颇有波折,1997年4月16日,调试第二块高压电源板时,加电后输出高压不稳定,几分钟后输出直流高压变为0伏。经检查是ICM7555MTV时基电路(时钟计时芯片)出了问题。换上一片新的ICM7555MTV电路,电源板的功能完全恢复正常。1997年4月21日,在调试质子板放大器过程中,由于工作人员不小心,前置放大器的场效应管2N4393的栅极受到静电感应击穿损坏,换上好的后电路恢复正常。1997年7月19日,进行第一台正样机SN1通电时,发现电子(加放射源)的计数大大减少,经过各种实验检查验证认为是锂漂移探测器出了问题, 换上新的锂飘移探测器后,各项功能恢复正常。 经过一波三折, 正样一机的交付工作在1998年10月底完成。

        研制正样二机也经历了曲折,1998年10月以前我们就完成了电装,10月进行了单板调试。但紧接着的质子板调试费了大劲,用了近7个月的时间才解决了问题,最终于2000年4月进行了评审和交付。

        从正样机的研制过程可以看到,航天载荷的研制是非常严格的,出现问题不可怕,但必须要有克服问题的决心、勇气和毅力。

        CBERS-1(01)卫星成功发射

        1999年8月7日,CBERS-1号卫星01星的总指挥、副总指挥、总工程师、副总工程师及相关组织人员,所有参试设备的相关人员及设备,从北京南口火车站乘专列出发前往太原卫星发射中心的发射基地。

        这些仪器在发射前需要经过四个阶段的测试:一是按规定和要求将仪器分放入两个舱内,分别测试仪器的工作状态是否符合要求,称为A阶段测试;二是将两舱组装在一起,用星上电缆互相连通,用检测信号测试各仪器的工作是否正常,称为B阶段;三是对卫星整体加盖,分别用有线测试、无线测试均无问题时,去掉自检信号,去掉探头保护罩等,并对信号插座进行屏蔽、固定,称为C阶段;四是给卫星外壳贴上保护层,然后将整星运往发射场,将卫星固定在火箭上部,再进行各项发射前的测试,还要进行飞行模式测试,均无问题后,等待发射,称为D阶段。

        经过多重检查测试和精心准备,中国和巴西合作研制的CBERS-1号卫星01星于1999年10月14日上午9:30发射,发射成功。我们在距离发射场大约5公里的北边山上观看。

        1999年10月16日,我们从基地返回北京,在火车站受到航天部五院的热烈欢迎,我们每个人都被献上鲜花,那一刻我深感荣幸。这是我有生以来第一次享受这种待遇。

        1999年在太原卫星发射场

        这些仪器在太空检测的数据,经卫星下传,由26基地负责接受,汇总数据用光盘送达北京。数据处理由邹鸿负责。CBERS-1号卫星01星在轨运行近四年,保证了长期稳定数据源的提供,邹鸿利用自己所处理的数据和我、肖佐等人一起发表了若干篇学术论文,进一步认识了卫星内部辐射环境与空间粒子辐射环境之间的关系。

        至此,经过种种艰辛和磨难,CBERS-1(01)星星内粒子辐射探测器的研制工作圆满成功,这个项目从立项、研制仪器、发射成功,到取得数据、处理数据并进行科学研究,耗时十多年,终于取得了成功。2004年3月,该项目获得北京市科学技术奖二等奖,这是我们整个研究团队共同努力的结果。

        CBERS-1(01)星星内粒子辐射探测器项目在北京大学参与中国航天工程的历史上具有重大的历史意义。星内粒子探测器的成功发射和运行,使北京大学成为中国首个成功研制空间粒子辐射探测类航天载荷的高校,也为本专业后续的航天工程载荷项目的顺利实施奠定了坚实的基础。从这个意义上讲,CBERS-1号卫星01星星内粒子探测器的成功研制是北京大学在中国航天载荷研制道路上的重要里程碑!

        我于2001年1月退休后,继续完成CBERS-1号卫星与我们相关的后续工作,还参加了中能电子探测器的研制。现在年近80岁的我仍然在为我国新一代空间环境探测载荷研制发挥余热。

        回顾我国的太空探索事业,从一无所有到跟随别人,再到如今在某些领域已经引领世界,可以说走过了一段波澜壮阔的征程。我非常有幸能够参与到空间环境探测载荷研制事业中,尽了自己的绵薄之力。

        空间环境探测载荷的研制是一项十分艰巨的工作,在前进的路上总是会遇到许许多多预想不到的困难。习近平总书记强调: “太空探索永无止境。”他勉励我国广大科技工作者、航天工作者 “为推动世界航天事业发展继续努力,为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量”。我希望新一代的空间环境探测载荷研制组勇于战胜困难,不断取得新成果,开创新的未来;也希望在未来迈向星辰大海的征程中,北大能发挥更大的作用,作出更大的贡献!

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        香港台湾日本三级片