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雖已年過九旬，中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱西安光機(jī)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，緊接著狂風(fēng)呼嘯而過，席卷起的漫天黃沙落滿全身。不久，歡呼聲響起。他緩緩抬起頭，看到周圍的人們跳躍、擁抱，把帽子高高拋向天空……這一刻，蔣森林明白，試驗(yàn)成功了！

這是1964年10月16日的羅布泊，我國(guó)第一顆原子彈爆炸成功的現(xiàn)場(chǎng)。

“所有人都在慶祝，我心里卻很忐忑。”蔣森林回憶說，“一邊為原子彈爆炸試驗(yàn)成功欣喜若狂，另一邊又很擔(dān)心我們的設(shè)備是否完成了任務(wù)?！痹诙冗^了一生中最漫長(zhǎng)、最難挨的2天后，好消息終于傳來(lái)——西安光機(jī)所的兩型高速攝影機(jī)都拍到圖像了！“我當(dāng)時(shí)高興壞了，不知說什么好，甚至走路都有點(diǎn)搖搖晃晃?！?/p>

讓世界對(duì)中國(guó)刮目相看的歷史性一刻，成為了西安光機(jī)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(hào)”任務(wù)

1956年，毛澤東主席在中央政治局?jǐn)U大會(huì)議上提出：“我們要不受人家欺負(fù)，就不能沒有這個(gè)東西（原子彈）?！币粓?chǎng)集結(jié)全國(guó)各方力量打造國(guó)之重器的攻堅(jiān)戰(zhàn)，就此拉開序幕。

原子彈爆炸成功的一個(gè)關(guān)鍵判據(jù)，就是用科學(xué)手段記錄爆炸初期火球擴(kuò)展情況，這個(gè)手段非高速攝影技術(shù)莫屬。

高速攝影，俗稱“慢動(dòng)作”攝影，即把瞬時(shí)高速動(dòng)作放慢，捕捉人眼看不見的精彩瞬間，進(jìn)而揭示底層物理規(guī)律。這是光機(jī)電一體化的復(fù)合型高技術(shù)，可用于觀測(cè)武器爆炸、彈道軌跡以及核爆炸等高速瞬態(tài)過程。

為解決核爆試驗(yàn)必需的高速攝影設(shè)備和耐輻照光學(xué)材料問題，1962年，中國(guó)科學(xué)院和原第二機(jī)械工業(yè)部決定，在西部地區(qū)整合相關(guān)優(yōu)勢(shì)力量，成立中國(guó)科學(xué)院光學(xué)精密機(jī)械研究所西安分所（1970年更名為西安光機(jī)所）。

至此，我國(guó)的高速攝影技術(shù)研究正式開啟。

“研制高速攝影機(jī)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。西安光機(jī)所首任所長(zhǎng)龔祖同有一句名言：“以祖國(guó)的需要為我們的方向?！毖兄莆覈?guó)第一臺(tái)高速攝影機(jī)，就是西安光機(jī)所成立之初的首要任務(wù)。西安光機(jī)所首任黨委書記蘇景一在動(dòng)員大會(huì)上振臂高呼：“這是我們所的‘天字第一號(hào)’任務(wù)。為國(guó)出力的時(shí)候到了，我們?cè)义佡u鐵也要完成！”時(shí)至今日，很多西光人仍對(duì)這些振奮人心的話記憶猶新。

20世紀(jì)60年代初，蘇聯(lián)專家撤離中國(guó)，重創(chuàng)我國(guó)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(jī)所研制高速攝影設(shè)備之路舉步維艱。

高速攝影機(jī)，怎么搞？

時(shí)任電控課題組組長(zhǎng)的趙宗堯在回憶文章中寫道：“1963年初，龔祖同所長(zhǎng)提出研制‘三幅電光快門高速相機(jī)’計(jì)劃，在一次瞬態(tài)過程拍攝中獲得3幅不同時(shí)刻的圖像照片，每臺(tái)相機(jī)的曝光時(shí)間都要達(dá)到1微秒，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)高速攝影機(jī)空白?！边@就是后來(lái)廣為人知的單片克爾盒高速攝影機(jī)。

單片克爾盒高速攝影機(jī)。

此外，研制等效幀頻為20萬(wàn)幀的半周等待型轉(zhuǎn)鏡式高速攝影機(jī)，即ZDF-20型高速攝影機(jī)，也被列入研究所“天字第一號(hào)”任務(wù)。

“克爾盒高速攝影機(jī)是微秒量級(jí)的，拍攝圖片畫幅更大，但只有4張；ZDF-20型高速攝影機(jī)雖然時(shí)間分辨率為亞微秒，但可以連續(xù)拍數(shù)十張?！蔽靼补鈾C(jī)所研究員陳中仁解釋了兩種設(shè)備的特點(diǎn)。

ZDF-20半周等待型轉(zhuǎn)鏡式高速攝影機(jī)。

西安光機(jī)所就此開始同步推進(jìn)單片克爾盒高速攝影機(jī)、ZDF-20型高速攝影機(jī)的研制工作，準(zhǔn)備用“雙保險(xiǎn)”方式，以我國(guó)第一臺(tái)高速攝影機(jī)之名，奔赴羅布泊，對(duì)準(zhǔn)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(jī)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(jié)問題。這個(gè)重任落在西安光機(jī)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(dāng)時(shí)龔祖同找到他，希望他從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)研究，以保證 “天字第一號(hào)”任務(wù)順利推進(jìn)。盡管這個(gè)轉(zhuǎn)變跨度較大，但侯洵當(dāng)即表示：“做實(shí)驗(yàn)就做實(shí)驗(yàn)，這是國(guó)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(yàn)設(shè)備可謂家常便飯。他認(rèn)為動(dòng)手能力是科研人員必備的重要技能，“因?yàn)橹挥歇?dú)特的設(shè)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(jī)技術(shù)難關(guān)的過程中發(fā)揮了重要作用。

在解決克爾盒盒體玻璃窗封結(jié)問題時(shí)，為將玻璃片黏結(jié)在盒體上，必須使用煤氣進(jìn)行熱加工。當(dāng)時(shí)西安根本沒有煤氣，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(nèi)直至接近底部，上端和空氣壓縮機(jī)相連，給桶內(nèi)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(shè)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(nèi)水銀控制電路，進(jìn)而控制桶內(nèi)氣壓。

與此同時(shí)，ZDF-20型高速攝影機(jī)的研制工作也在緊鑼密鼓地進(jìn)行。西安光機(jī)所研究員李育林現(xiàn)已年屆九十，近兩年身體狀況不太好，但一聽到“ZDF-20”這個(gè)詞，他的精神為之一振，聲音也變得洪亮起來(lái)。

“沒錯(cuò)，ZDF-20型高速攝影機(jī)就是西安光機(jī)所研制的。它最大的特點(diǎn)是采用了類菱形棱鏡分光元件和雙層四面體棱鏡反射掃描結(jié)構(gòu)，組成了半周等待型工作結(jié)構(gòu)?！崩钣钟寐晕㈩澏兜氖种冈谧烂嫔蟻?lái)回比畫，想盡量將工作原理解釋得清晰易懂。

西安光機(jī)所建所之初，為更好兼顧國(guó)家任務(wù)研制與研究所發(fā)展，采用“三邊”建設(shè)政策，即“邊科研、邊建設(shè)、邊培干”。李育林就是培干人員之一，主攻光學(xué)設(shè)計(jì)?！癦DF-20型高速攝影機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說并不難?！崩钣肿孕诺卣f，難題更多出在生產(chǎn)制造上。雖然西安光機(jī)所有研制工廠，但是對(duì)于生產(chǎn)如此高精尖的光學(xué)設(shè)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(diào)動(dòng)多方面資源，經(jīng)多方聯(lián)系、全力爭(zhēng)取，找到兩家代工廠合作，成功解決了生產(chǎn)制造難題，保障了高速攝影機(jī)如期交付使用。

3?柳暗花明 辦法總比困難多

每當(dāng)回憶起當(dāng)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(jiān)決。他摩挲著手中的資料，將一串串印刻在腦海里的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和數(shù)據(jù)娓娓道來(lái)：“克爾盒高速攝影機(jī)基于意大利科學(xué)家克爾提出的克爾效應(yīng)原理，通過光電倍增管，吸收原子彈爆炸瞬時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)光，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而控制快門，完成高速攝影?！?/p>

蔣森林回憶，除了克爾盒硝基苯提純和盒體玻璃窗封結(jié)工藝，研制克爾盒高速攝影機(jī)的另一個(gè)難題是快門的觸發(fā)機(jī)制，即產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)1微秒、電壓3萬(wàn)伏的強(qiáng)電場(chǎng)高壓脈沖。

如何產(chǎn)生這樣連續(xù)、高強(qiáng)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(guó)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(zhuǎn)機(jī)。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(dá)的?！霸炖走_(dá)不就是做高壓脈沖嗎？我們只要對(duì)其進(jìn)行改造，就可以解決時(shí)長(zhǎng)1微秒、電壓3萬(wàn)伏的強(qiáng)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(bào)了這個(gè)想法。后經(jīng)蘇景一和時(shí)任中國(guó)科學(xué)院西北分院副院長(zhǎng)華壽俊的努力溝通協(xié)調(diào)，西安光機(jī)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，開始關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

“我們每天早8點(diǎn)進(jìn)廠、晚10點(diǎn)出廠，下班后就在廠門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。

科研就是過五關(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(tuán)隊(duì)回到西安光機(jī)所，在所里首棟綜合科研樓621樓進(jìn)行總裝調(diào)試的時(shí)候，電干擾出現(xiàn)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?！?/p>

西安光機(jī)所開展高速攝影機(jī)總體試驗(yàn)的621樓。

參與核爆試驗(yàn)的8臺(tái)克爾盒高速攝影機(jī)共配備13個(gè)快門，包括機(jī)械快門、克爾快門和爆炸快門。電干擾會(huì)使爆炸快門提前打開，這將直接導(dǎo)致攝影機(jī)停止工作。

蔣森林和團(tuán)隊(duì)開始了抽絲剝繭式的嘗試，終于在設(shè)備出所前基本解決了電干擾中的線干擾問題。但是，在試爆基地試驗(yàn)過程中，場(chǎng)干擾偶爾還會(huì)毫無(wú)規(guī)律地出現(xiàn)。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(xiǎn)點(diǎn)，最終保證了核爆當(dāng)天拍攝成功。

4?光榮時(shí)刻 萬(wàn)全準(zhǔn)備萬(wàn)無(wú)一失

1964年6月初，指揮部命令下達(dá)，歷史性的一刻終于到來(lái)。

兩型共10臺(tái)高速攝影機(jī)被運(yùn)到核爆基地進(jìn)行最后調(diào)試，西安光機(jī)所派出蔣森林、趙宗堯、魏順根、袁祖揚(yáng)四人一同來(lái)到新疆羅布泊馬蘭核試驗(yàn)基地。在這個(gè)以戈壁灘常見的馬蘭草命名的、地圖上并不存在的地方，他們將為我國(guó)第一次核爆試驗(yàn)“保駕護(hù)航”。

試爆原子彈被安放在100多米高的鐵塔上，高速攝影機(jī)布置于距鐵塔10公里外的工壕。工壕很堅(jiān)固，能抵抗沖擊波與光輻射。工壕有專門的窗口供各種測(cè)試設(shè)備瞄準(zhǔn)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(yàn)?！拔覀兒苤匾曉诨邪l(fā)生的故障，切實(shí)排除，絕不放過任何微小疑點(diǎn)?！彼延洸磺暹M(jìn)行了多少場(chǎng)化學(xué)爆炸試驗(yàn)，艱苦、枯燥的日子就這樣在不知不覺中度過，時(shí)間來(lái)到了10月16日。

“我們把設(shè)備分別布置在兩個(gè)工壕內(nèi)，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。單片克爾盒高速攝影機(jī)的時(shí)間分辨率可達(dá)微秒級(jí)，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，電干擾問題出現(xiàn)得少了，但蔣森林心里依然打鼓。

“這天早上，緊急通知下達(dá)，所有人打包所有東西撤離。后來(lái)我們被汽車?yán)揭粋€(gè)陌生的地方，大家下車后都趴下一動(dòng)不動(dòng)?！笔Y森林回憶，當(dāng)時(shí)所有人都沒有說話，但心里都明白，歷史性的一刻就要到來(lái)了……

中國(guó)第一顆原子彈爆炸試驗(yàn)成功了。幸運(yùn)之神也眷顧了西安光機(jī)所，兩型高速攝影機(jī)成功拍攝到原子彈爆炸初期火球擴(kuò)展的系列圖像——單片克爾盒高速攝影機(jī)拍攝到4幅照片，ZDF-20型高速攝影機(jī)拍攝到62幅照片，獲得早期火球表觀溫度變化和火球半徑隨時(shí)間變化等重要數(shù)據(jù)，圓滿完成光測(cè)任務(wù)。

由克爾盒型、ZDF-20型組成的我國(guó)第一臺(tái)高速攝影機(jī)。

5?懷抱信念 邁上自立自強(qiáng)之路

核爆試驗(yàn)成功的第二年，以龔祖同為團(tuán)長(zhǎng)的中國(guó)代表團(tuán)受邀參加在瑞士舉辦的第七屆國(guó)際高速攝影會(huì)議。這是我國(guó)首次參與該領(lǐng)域的最高級(jí)別國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。我國(guó)高速攝影技術(shù)的發(fā)展，似那升騰而起的蘑菇云，開始引發(fā)世界的關(guān)注。

1965年，龔祖同（右一）帶隊(duì)參加在瑞士舉辦的第七屆國(guó)際高速攝影會(huì)議。

雖然任務(wù)順利完成了，但對(duì)于參與高速攝影機(jī)研制的西安光機(jī)所研究人員來(lái)說，這只是個(gè)開始，還有更多重要任務(wù)等待著他們。

蔣森林后來(lái)身體欠佳，但依然堅(jiān)持參加并完成了接下來(lái)的我國(guó)首顆原子彈空爆任務(wù)。之后，蔣森林又和團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研制出我國(guó)第一臺(tái)電視-變像管高速攝影機(jī)，服務(wù)于我國(guó)首次地下核試驗(yàn)。他自豪地說：“我們研制出來(lái)的時(shí)間比美國(guó)還要早?！?966年，西安光機(jī)所又研制出ZDF-250型高速攝影機(jī)，參加了1967年6月17日我國(guó)首次氫彈試爆并圓滿完成光測(cè)任務(wù)。

用于拍攝地下核試驗(yàn)早期爆炸現(xiàn)象的電視-變像管高速攝影機(jī)。西安光機(jī)所供圖

“當(dāng)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，房間里放著幾張二斗桌。光學(xué)設(shè)計(jì)靠翻五位對(duì)數(shù)表，機(jī)械設(shè)計(jì)全靠繪圖儀、鴨嘴筆，電路系統(tǒng)靠電烙鐵手工焊接。唯一一臺(tái)手搖臺(tái)式計(jì)算機(jī)就是所里最先進(jìn)的設(shè)備了?！标愔腥收f起當(dāng)年的情景，依然十分動(dòng)情。

一臺(tái)又一臺(tái)高速攝影機(jī)走出621樓，完成了一項(xiàng)又一項(xiàng)國(guó)家重大任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)“第一次”，在科技自立自強(qiáng)的征程上，蹚出了一條中國(guó)人自己的道路。1985年，“現(xiàn)代國(guó)防試驗(yàn)中的動(dòng)態(tài)光學(xué)觀測(cè)和測(cè)量技術(shù)”項(xiàng)目榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，其中包含了西安光機(jī)所的18種高速攝影機(jī)。

多年以后，蔣森林在回憶參加我國(guó)首次核爆試驗(yàn)的文章《戈壁灘上盛開的“馬蘭花”》中寫道：“我沒有見過植物馬蘭，也不知它會(huì)不會(huì)開花，但我親身感受過馬蘭的光輻射、沖擊波。馬蘭的火球、蘑菇云，就是最壯觀、最美麗的馬蘭花。”

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-06-17?第4版?專題）