给航天器装上眼睛——记装甲兵工程学院费保俊科研团队

本刊记者 蔡巧玉

给航天器装上眼睛
——记装甲兵工程学院费保俊科研团队

本刊记者 蔡巧玉

固然，大自然在她的儿女中间并不是平均地分配她的赐物，但是，多谢上帝，得到优厚天赋的人是很多的，而我深信，他们多数过的是淡泊的、不引人注目的生活。——爱因斯坦

被公认为二十世纪最伟大的物理学家爱因斯坦建立的狭义和广义相对论，改变了世人对时空的看法。在相对论发表后的百余年的时间里，无数科学家站在巨人的肩膀上，将这一经典物理理论应用于各个科学领域，改变着人类的生活。可能没有多少人真正学过相对论，但我们一定享受过相对论带来的真实的便利。GPS等卫星导航系统，无论你相信与否，这一当今最先进的导航技术，其理论基础正是相对论。

GPS的基本原理是测量出四颗已知位置的卫星到接收机之间的光传播时间，从而确定接收机的具体位置。当光波在卫星与地面之间传播时，我们就需要相对论来帮助我们保证时间标准的统一和精确的时间测量。但是，作为GPS定位基准的卫星本身的定位又需要地面的测控，这种结构不可能为宇宙空间的航天器定位，并且卫星在与地面的联系中很容易受到攻击和干扰。于是，人们提出利用X射线脉冲星周期性地发射光子的观测特性，为卫星和宇宙航天器导航，这就是现在世界各国正在紧张研究的X射线脉冲星导航技术。如果成功，航天飞机等便能实现真正意义上的自主导航。

作为一项基础性和前沿性研究,“X射线脉冲星导航技术”具有重要的学术价值、广阔的应用前景和深远的军事战略意义。目前国外研究尚处于起步阶段，中国人民解放军装甲兵工程学院费保俊教授带领的科研团队，是国内最早进入“X射线脉冲星导航技术”的科研队伍，集合了学院最优秀的数学、物理学教授的这支队伍，紧跟国际技术研究动向,多年来在X射线脉冲星导航的基本概念和原理、理论模型和算法以及关键技术和途径等方面做了大量的研究工作,大幅度提升了我国X射线脉冲星导航技术的研究水平。

相对论与脉冲星导航

作为科研组的灵魂人物，费保俊教授自北京师范大学研究生毕业来到装甲兵工程学院后，一直致力于相对论的研究，除了科研、教学之外，他没有别的爱好，所有的业余时间都让他用在了相对论的研究上，他的第一本著作《相对论与非欧几何》就是这些工作的总结。学过狭义相对论的人都知道，爱因斯坦的光速不变性原理是违背常理而难以理解的难点，直到现在也仍有不少人对此表示怀疑。费保俊经过多年的研究发现，如果我们承认非欧几何与欧氏几何一样是正确的，只要将相对论的速度与非欧几何联系起来，光速不变性就显得非常自然。因为在非欧几何之一的双曲几何空间存在一个不变的实常量，将双曲几何应用到相对论的速度空间，这个常量就是光速。在此基础上可以非常方便地导出洛伦兹变换、托马斯进动等相对论公式。当他的论文在国外发表后，终于得到了国际上相对论专家的肯定和重视。这之后他又帮助他的老师、我国著名的相对论专家刘辽先生整理出版了《狭义相对论》，这本书概括了各个时期有关狭义相对论的研究成果，是目前国内系统论述相对论的重要专著。

一个偶然的机会使他认识到将广义相对论的基本理论应用到现代导航工程，具有明显的实用价值，他又应用相对论理论探讨GPS中的一些相对论效应。在与中科院高能所的李惕碚院士接触中，费保俊教授更坚定了相对论理论指导脉冲星导航这一研究方向。我国的军事科研历来重视基础理论在军事工程上的应用，费保俊教授的课题组得到了装甲兵工程学院和总装首长的大力支持。他在两年内又出版了一本专著《相对论在现代导航中的应用》，这是全军获得“国防科技图书出版基金”资助的第一本基础学科基金书，也是国内第一本关于应用相对论方面的著作。

费教授为我们介绍了脉冲星导航技术是如何运用相对论基本理论的：“它的基本原理实际上与GPS类似，脉冲星相当于GPS中的卫星，是上帝赐给我们的天然导航星座，光子从脉冲星呈周期性发射，它到达航天器和太阳系质心的时间差可以换算出航天器到太阳系质心的距离，因此只要测量出这个时间差也就确定了航天器的位置和速度等参数。由于涉及到太阳系大范围的物理现象，涉及到光传播路径弯曲、光传播时间延缓、引力和多普勒频移以及不同参考系的时空转换，必须采用广义相对论的时空理论来处理。”

正如两弹一星元勋、我国著名理论物理学家周光召先生期望的那样，相对论的应用研究应该得到充分重视，只有善于利用人类文明积累的所有财富，才有可能站在巨人肩膀上不断创新和发展。在这个艰涩得令人生畏的领域里，费保俊教授似乎秉承了爱因斯坦式的对于科学的“宗教情怀”，对于他所取得的开创性的贡献，在笔者看来，可能只有献身于同样目的的人，才能深切地体会到究竟是什么鼓励着这些人，并且给他们以力量，使他们不顾无悔的挫折而坚定不移地忠诚于他们的志向。

教授“扎堆儿”的课题组

谈到与其他科研团队的不同，费保俊教授带领的“队员”们个个都是教授、副教授，而这其实和他们的研究方向密切相关，由于脉冲星导航研究其基础性和前沿性的特点，一般的研究生是难以胜任的，于是，学院领导为这个特殊的科研团队配备了全院最优秀的数学及物理人才。

费教授向我们介绍说：“我们课题组无所谓谁领导谁，大家都有这方面的兴趣，就在一起做事了。平时各人干各人的事，在每周一次的学术讨论会上亮出自己的观点和研究进展，然后相互切磋形成共识。脉冲星导航研究并不像人们想象的只须照搬GPS的研究方法那么简单，涉及到的数学、物理和工程问题还很多，需要各个领域的人才共同攻关。比如在数学问题上我就经常请教两位数学教授。但有一条是肯定的，最后以各人的成果论英雄”。于是在全体“同事们”七嘴八舌的热烈讨论中，笔者总结出了以下几点：

第一，建立友好的团队氛围，这是最重要，惟此团队才能战无不胜。要想建立团队氛围，首先应以人为本，制定人性化的规章制度，并以身作则；其次，要相互信任和鼓励，特别在遇到困难时更要多鼓励，人在成长中总是要经受磨难的，有时会消极、会懒惰，此时适当的督促就是一种提醒和鞭策，所以从管理的角度讲，适时的督促也是必要的。第二，要有共同的目标，有目标大家才能在一起做事。第三，分工与合作的问题，团队中既要有分工，又要有合作，其中学术交流及沟通讨论起很重要的作用，当然这也是团队文化的一种。

自进入这一领域以来，课题组在国内外学术刊物上已经发表了十几篇论文，现正在进一步深入开展这一方面和相关领域的研究。我们相信，在军内外有关单位的共同努力下，这一高科技项目必将推动我国航天技术的进步。

爱因斯坦曾将搞科学研究的人分成三类：一类是希望为社会和人类做点贡献，一类是出于对科学的兴趣爱好，一类是为了成名成家，获取个人私利。后来人们分析，大多数科研工作者实际上或多或少都兼而具有这三方面的因素。即使你是兴趣驱使，你也希望成为这一领域的专家，你也希望研究的东西得到社会的认可，从而得到“成就感”。可是我们发现，课题组的成员平常都有繁重的教学工作，他们所从事的专业甚至与军事装备没有多大联系，也没有科研任务，全凭着一股为国防事业做点贡献的精神，在默默地忘我工作，很难将他们与个人私利联系在一起。在如今功利主义、形式主义盛行的环境下，难道他们的精神不值得钦佩吗？

采访手记

采访中，费教授说他喜欢自由，也很感谢学院为他们创造的科研环境。他认为科研的本质在于创新，而人的创造力在自由环境中更容易产生，如果你一旦有所突破，既是对社会的贡献也得到了一份享受。不过他也讲了这么一件事：十年前他的简历被美国的《WhoisWho》收录，但当一家宣传科学家人权的杂志社与他联系时却被他断然拒绝了，可见他的“自由”是有政治限度的。

人说，自然科学是探索上帝的秘密。

上帝是最严肃的，容不得半点虚伪和浮躁，他只会欢迎老实人。而科学精神的本质就是自由，自由在于创造，最深奥的理性和最灿烂的美等待的是那些不辞劳苦而百折不挠的探索者。