龚祖同在中国军用光学工业方面的开创性贡献

白秀英

(渭南师范学院 物理与电气工程学院,陕西 渭南　714099)



龚祖同在中国军用光学工业方面的开创性贡献

白秀英

(渭南师范学院 物理与电气工程学院,陕西 渭南714099)

依据原始期刊文献，研究近代光学专家龚祖同对中国军用光学工业的科学贡献.结论认为，龚祖同专于应用光学设计与光学玻璃的研制，设计并生产出中国第一部军用双目“中正式望远镜”，设计并试制成功80公分倒影测远镜；制成了中国第一架红外夜视望远镜；熔炼出中国第一埚光学玻璃等，开创了中国近代光学设计、光学仪器与光学玻璃制造、夜视技术与高速摄影研制的先河，将毕生精力奉献给了祖国的国防建设事业.

龚祖同；光学工业；光学玻璃；光学设计

早在明清时期，中国人孙云球(1628—1662)、郑复先(1780—？)、邹伯奇(1819—1869)等人已经开始了透镜的加工，但却未发现有研制、设计光学器件的记载[1].据民国相关文献资料调查，直至1931年，中国光学玻璃与仪器制造尚未开启，国内所需的光学器材及玻璃全是从国外进口,国民政府当时仅从德国蔡司厂购置光学器材费用就高达250余万国币,而这些耗费巨资购买回的器材常因霉变、损坏等不得不送到国外修理，国内急需大量光学仪器的维修、装配、设计与制造等专业人员[2-4].已在清华大学研究院从事核物理研究的龚祖同(1904—1986)，正是在这时放弃已经从事两年的核物理研究，留学德国学习应用光学设计，并在学成归国后与周自新(1911—1971)等人组建了中国第一个光学仪器厂，制造出中国人自行设计的第一批军用双目望远镜，成为中国光学工业发展的先驱者与创业者[5].本文在大量原始与二手文献分析与考证的基础上[6-8]，就龚祖同在中国军用光学工业及国防建设方面的开创性贡献进行论述，以期更多学者对他的关注与研究.

1　龚祖同生平概述

龚祖同1904年11月10日生于江苏省南汇县，父亲龚建纲为清末秀才，民国初年在上海小学任教.龚祖同从小受父亲影响，勤奋好学，13岁时以优异成绩考入江苏省立第一师范学校.由于学习刻苦加之天资聪明，成绩屡屡领先，于1926年考入清华大学物理系.他发奋读书，立志科学救国、工业救国，毕业后以优异成绩留校任教[6].

1932年，龚祖同考入清华大学研究生院，跟随赵忠尧(1902—1998年)从事实验核物理学研究.他们对伴随γ射线反常吸收的二次γ辐射之后国际学术界在理论上所做的不同推测和解释做了实验验证[9].1934年，留美公费考试中应用光学名额空缺，赵忠尧对刻苦钻研并初露锋芒的龚祖同说：“应用光学在国防上很重要，我国还是空白，留美公费考试中有一个应用光学名额，望能报考”.“是空白，我就去填补.”[6]龚祖同毅然接受了导师的建议，于1934年夏留学德国柏林技术大学(现称柏林工业大学)，开始了他应用光学研究的生涯.他在国外边学习边设计，以论文《军用双目望远镜的光学设计》获该校“优秀毕业生(Auszeichnung)和特准工程师称号”.后在该校应用光学专家F．维多特(Franz Weidort)教授指导下攻读工程博士学位，完成了博士论文《光学系统高级球差的研究》，为把光学设计引入我国奠定了基础.

1937年7月7日抗日战争全面爆发，国内急需大量军用光学仪器.周自新委派金光路到德国找龚祖同，让他们快速设计出制造望远镜的图样[10].面对抗战急需，龚祖同决然放弃仅需一个答辩仪式就获取博士学位的机会，白天在德国订购所需材料，晚上在宿舍内与金光路一起设计图纸(龚祖同设计光学器件部分图样，金光路设计机械部分图样)，他对金光路说：“为了抗战，博士学位不要了”[11].他设计好图纸并在德国订购了磨玻璃机，于战火纷飞中归国，投入到中国第一个军用光学仪器厂——昆明兵工署22厂的筹建工作中，并于1939年4月成功生产第一批6×30望远镜，开启了国人自行设计、生产军用望远镜的先例.

1939年冬，龚祖同回上海奔母丧，他在同学的资助下购买原料与设备，利用上海工业基础好的条件试制光学玻璃.他的行动很快引起日伪政权特务机构76号的注意，他们派日本特务跟踪、调查，发现龚祖同是留德回来的光学专家，便计划将这位“年轻的光学专家”送往日本为他们效力.76号以“跟内地勾结，购买军火”的罪名将龚祖同逮捕.当时正在上海锄奸的军统特工陈恭澍(1907—1969)了解到日本人的这个计划后，组织人员想尽办法大力营救，才使龚祖同乔装打扮逃出上海.这次经历，更加促发了龚祖同研制光学玻璃报效祖国的决心.

1941年，龚祖同先后任贵阳兵工署53分厂主任、秦皇岛耀华玻璃厂、上海耀华玻璃厂总工程师.在上海耀华玻璃厂，他结识了从英国留学归国的王大珩(1915—2011)，共同的爱好及对光学玻璃重要性的认识，促使他们最终在1953年除夕研炼出中国第一炉300升K8光学玻璃样品，结束了中国进口光学玻璃的历史.

1958年，已经54岁的龚祖同和研究生王乃弘展开了红外夜视技术的研究，并很快试制成功我国第一代红外夜视望远镜.1962年，他带领西安光机所的研究人员，担负原子弹爆炸测试需要高速摄影机的重担，研制的克尔盒高速摄影机与转镜式高速摄影机，为中国首次核试验成功获得了重要图片.从1969年起，龚祖同带领研究所成员陆续研制成功短磁聚焦的高速摄影变像管、长磁聚焦电偏转的扫描管、静电聚焦电偏转的扫描分幅两用管、皮秒时间分辨率的扫描管以及磁聚焦的多级串联像增强器等.过去由于保密，他的研究工作鲜为人知.改革开放后，曾任国际高速摄影学会主席的海泽尔(Hyzer)在参观了龚祖同团队的成果后，推荐龚祖同获1981年国际高速摄影的“Photo Sonics金奖”. 1985年，龚祖同因现代国防试验中的动态光学观测及测量技术荣获国家科技进步特等奖[12].1986年6月26日，龚祖同病逝于西安，享年82岁.

2　光学国防工业的主要贡献

龚祖同一生在国防工业方面的开创性贡献颇多，然而由于保密知之者甚少.他在光学工业方面的主要贡献包括：1) 设计并生产出中国第一部军用双目望远镜，组建了中国第一个光学仪器厂.2) 熔炼出中国第一炉光学玻璃，进而组建了我国第一代光学玻璃厂.3) 研制成功2.16 m大口径天文望远镜的设计、加工与装调等.4) 发展中国夜视技术，研制成功第一代红外夜视望远镜.5) 发展高速摄影技术，参与中国第一次核试验，研制出第一台高速摄影机，成为中国高速摄影的创始人[12].中国光学专家与学术奠基人王大珩在谈及中国光学事业时，称赞他是中国光学工业的先驱者和创业者，认为其对中国光学工业的功绩理应载于史册.

2.1军用双目望远镜与80公分倒影测远镜的设计与制造

1938年初，龚祖同归国后投入到昆明光学仪器厂的筹建中，他与周自新共同考察厂址并筹建厂房，于1939年1月1日建成了中国第一个光学仪器厂——昆明兵工署22厂，龚祖同亲任设计专员及工程师，决心尽快为抗日官兵研制出军用望远镜.

龚祖同和金光路设计的6×30望远镜由物镜、直角棱镜、分划镜、目镜共15片光学玻璃组成.当时，国内仅有他从国外带回来的磨镜机，却根本没有国产玻璃，他们就只能采用从国外进口玻璃. 由于没有能够加工光学镜头的中国技工，龚祖同就从怎样安装机器、操作机器讲起，边操作边讲解，从调试设备、操作加工、工人培训做起，克服物质条件上的种种困难，仅用了半年多时间就制造出物镜有效孔径30 mm，出口瞳孔直径5 mm，视场8度，放大倍数6倍，镜重0.72 kg，总重1公斤的各项性能指标达标的“中正式望远镜”[13]，同年生产出508具，有力地支援了抗日前线军用望远镜短缺的现状，成为国人设计、制造的第一批军用望远镜.

1940年，在完成双目望远镜的试制、生产后，龚祖同又试制了机枪瞄准镜，设计并制造80公分倒影测远镜.该镜精度高、结构复杂，是集观察与测距于一管之中的精密仪器，加工难度大.由于该镜中的五棱镜加工技术难、角度公差小、精度要求高.他们就采取先从瑞士进口散装件进行组装，边试边摸索加工，最后在瑞士专家的指导下组装出100具测远镜，完成各项性能指标均达到产品图样规定的技术要求，被命名为“中正式80公分测远镜”.他还与当时迁到昆明的北平研究院物理研究所的严济慈(1900—1996)、钱临照(1906—1999)等一起试制显微镜，并在解放后研制成功我国第一台透射式电子显微镜，开创了中国近代光学设计与光学仪器制造的历史.

昆明成立的中国第一个军用光学器材厂，在龚祖同专业设计与加工指导下，从1939年初投产到1949年，除改装光学器材外，成批生产的军用光学器材有望远镜、测远镜、象限仪、指南针以及用于迫击炮、战防炮、无坐力炮的瞄准镜等.虽然有些零部件是从国外外购，然后进行装配、仿制，有些是从修理起步然后国人自己设计、制造，起步较晚的中国军用光学工业开始在中国诞生并发展.

2.2光学玻璃的熔炼与研制

第二次世界大战之前，光学玻璃的制造技术一直是国防保密的.当时，德国以制造光学仪器出名，他们的玻璃制造与照相机制造技术世界领先.中国应用光学要发展，就离不开光学玻璃的制造与生产.因为依靠进口玻璃，中国的光学工业永远不可能真正独立.因此，从依靠进口玻璃制成双目望远镜的那天起，龚祖同就将试制光学玻璃作为他的研究目标.

在德国留学期间，龚祖同曾在周自新购买设备期间，获得到德国亨索尔茨厂实习6个月的机会，这次实习，让他熟悉了德国光学玻璃的生产情况，掌握了透镜和棱镜的加工技术，了解到光学成像对光学玻璃的要求，知道要制造出合乎要求的玻璃，就要在原料、坩埚、熔炉与熔炼方面解决一系列的物理和化学技术难关，他在中国试制光学玻璃的经历虽坎坷却最终熔炼成功.

1942年，龚祖同在上海脱险后到贵阳红岩冲建造简易厂房，开始试制光学玻璃. 他翻阅资料，反复研究光学玻璃熔制的原料、坩埚原料和成型、熔炉与熔炼等技术问题，为实现光学玻璃的自给，放弃了到美国考察学习的机会，全身心投入到光学玻璃的试制造工作中.并于1945年烧制出第一锅基本合格的光学玻璃.然而日本投降后，当局者认为光学玻璃可以从美国进口，自己不值得搞，因而撤销了贵阳玻璃试制厂，使已取得突破性进展的光学玻璃熔炼工作最终夭折.

1945年10月，为了实现试制光学玻璃的夙愿，龚祖同从兵工署转入资源委员会，参与接收秦皇岛耀华玻璃厂并担任该厂总工程师.他依靠自己的专业知识和钻研努力攻克了生产难关，领导员工从事平板玻璃生产的恢复与改进工作，两年后，当他找机会准备试制生产光学玻璃时，却由于国民党政府的腐败不得不辗转上海，担任上海耀华玻璃厂总工程师.正是在耀华玻璃厂，他结识了从英国获得博士学位回国的王大珩，两人共同的专业背景与对光学玻璃重要性的认识，注定他们成为中国光学玻璃制造的先锋.

1950年，王大珩邀请龚祖同去长春进行光学玻璃的攻关.龚祖同回忆录中这样写：“这时我感到非常兴奋，下定决心，誓将光学玻璃试制成功.艰难困苦无所惧，赴汤蹈火也甘心.”[10]从1951年提出起，龚祖同联系建筑、设计与施工，亲自动手设计任务书与试制车间、进行熔炉及光学玻璃的处理设备建设等.1952年，他还特别定制了特型炉材，指导年轻科技人员和有经验的老技工师傅建造炉窑.同年7月，制造大坩埚，10月中旬烤炉.龚祖同全身心灌注在工作中，日夜生活在炉边，历经几次坩埚破裂和失败后，终于在1952年除夕炼成一大坩埚300升K8光学玻璃，随后又成功了两坩埚光学玻璃样品，中国人自己生产、制造光学玻璃的历史从此诞生了.

1953年后，龚祖同开始巩固、提高、开发玻璃新品种的研究.在工艺上，从经典法发展到浇铸法，在品种上研制出硼冕玻璃、火石玻璃与钡冕玻璃.为了解决玻璃气泡、借势、颜色和条纹等技术难关，总结光学玻璃熔炼上的物理与化学问题，极尽详细地介绍了光学玻璃制造的技术及原理，并在培训技术人员时毫无保留地提供了图纸和配方等各种资料，对试制与生产光学玻璃起到重要的指导作用，为新中国的光学事业揭开了发展的序幕.

从1951年春提出光学玻璃试制车间的规划至1958年转而研制红外变像管，龚祖同为新中国光学玻璃的试制、生产与推广整整工作了7个年头.1957年，论文《光学玻璃熔制的发展及有关原理》是他对熔制光学玻璃历经失败经验的科学总结.1962年，龚祖同担任西安光学精密机械研究所所长期间，又指导所里的青年科技人员熔炼出一系列耐辐射玻璃品种，为中国光学玻璃从无到有做出了奠基性的贡献.

2.3开拓夜视技术，研制夜视望远镜与天文望远镜

夜视技术是第二次世界大战期间出现的，战后得到迅速发展，成为现代战术观测的重要手段.1958年，龚祖同与研究生王乃弘试制成功中国第一只红外变像管并制成了中国第一架红外夜视仪，随后推广至云南光学仪器厂，武装了部队的火炮及重机枪.但是，这种红外夜视仪需要有红外光源照射，很容易暴露自己.1960年，龚祖同试制成功使用多碱阴极的可见光静电聚焦三级串联像增强器，用于被动式微光夜视，开创了无需照明、仅依靠微弱的月光及星光观察的夜视技术.这种技术由三级串联的像增强管组成，在星光照明下可以看到百米远处人的动作.它开创了中国夜视技术，为微光夜视技术的国防工业发展奠定了基础.

1960年后，龚祖同担任研制2.16 m天文望远镜的技术负责人，他开始了试验60 cm望远镜的设计、加工与装调工作等.由于“文化大革命”的影响，这一项目被迫中段.后在龚祖同的不断促进与修改下，1977年，这台号称中国乃至东亚第一的望远镜重新启动.这台望远镜由光学、机械、驱动、自控、星光探测装置和观测室等部分组成，龚祖同主要负责研制直径为2.16 m、厚30 cm、重约为3吨的光学镜面.由于口径大，聚光力强，这台望远镜可以看到两万公里外一根火柴燃烧的亮光，堪称我国自力更生研制大型精密设备的标志[14].

这台望远镜的研制成功，为中国制造天文望远镜积累了经验，培养了一批专业人才.然而，当这台天文望远镜矗立在河北省兴隆县山上探索宇宙的奥秘时，龚祖同却已经与世长辞了.

2.4开创高速摄影，研制高速摄影机

1962年，鉴于研究核爆炸过程必须进行高速观测急需要高速摄像机.根据钱三强、王淦昌等建议，聂荣臻批准成立了为“两弹”研制服务的中科院光学精密机械研究所西安分所，并调龚祖同担任所长.龚祖同以国家需要为己任，更由于年轻时对核物理的探索，开始了中国高速摄影机研制的新征程.

面对技术、人才、设备与资料都缺乏的严峻形势，龚祖同与刚刚走出校门的年轻科技工作者的困难可想而知.他们奋战一年，终于在1964年3月完成了两种高速摄影机10台套的初装、调试与试验，同年5月装箱运往原子弹研制的马兰基地.为了确保万无一失，摄影机需要在马兰现场安装并调试.为此，他们组成两套分别置于相距十多公里的两个工壕内，互为备用.由于工壕很坚固，因而能有效抗击冲击波与光辐射，设置的窗口能提供各种测试设备瞄准铁塔顶部，以便核爆炸时捕捉相关讯息.由于长途运输与颠簸，加上柴油发动机提供的220 V电压不够稳定，仪器安装及初试极为不顺.经过多次反复自调及联调，他们研制的国内第一台曝光时间1 μs的克尔盒高速摄影机与每秒20万次转镜式高速摄影机，在第一次核爆、第一次空爆中，均获得爆炸早期火球半径随时间变化和表面温度变化的重要数据，成为当时用图像形式表示火球发展速度的唯一设备，为我国在核试验、等离子研究以及快速现象的分析中发挥了重要作用，圆满完成核试验爆炸测试任务[15].

此后，龚祖同领导光机所技术人员又陆续研制成功速度从每秒几十幅到2000万幅的间歇式高速摄影机、棱镜补偿式高速摄影机、等待型转镜高速摄影机以及不同时间分辨率的转镜型扫描高速摄影机和小型电影经纬仪等.过去由于保密，西安光机所在国际上鲜为人知.改革开放后，曾任国际高速摄影学会主席的海泽尔(Hyzer)到该所参观，认为其是世界上少有的技术完整、成效卓著的高速摄影研究机构，并推荐龚祖同获1981年国际高速摄影的Photo Sonics奖.

3　结语

龚祖同一生经历了军阀混战、抗日战争、新中国成立之初的百废待兴与改革开放初期工业的蓬勃发展，其光学设计与学术研究紧紧与祖国国防需要密切相连.他急国家应用光学发展之所需，毅然放弃了自己从事核物理研究的前期基础；身在德国，却急抗日官兵急需军用望远镜之所求，毅然放弃了唾手可得的博士头衔提前回国；他冒着生命危险，屡试屡败，屡败屡试，为中国光学工业发展熔炼出第一炉光学玻璃样品，开创了中国自给光学玻璃生产的先河；为了能够完成中国首次原子弹爆炸试验测试急需高速摄影机的重担，已近“耳顺”之年的龚祖同到祖国大西北开创高速摄影事业，并不止一次跋涉于沙漠中的试验基地.他将毕生精力都奉献给了祖国的国防建设，特别是对中国应用光学的发展做出了重要贡献.其炽热的爱国热情与舍己为国誓为祖国国防做贡献的爱国精神，熏陶并感染了几代人.

龚祖同是中国较早在物理学理论研究和生产实践相结合方面做出卓越贡献的科学家之一.他学贯中西，做事认真，为人极为低调，一生开创性的研究成果甚多，其言行为“老骥伏枥，志在千里，烈士暮年，壮心不已”作了最好的诠释.

[1]卢嘉锡，戴念祖.中国科学技术史物理学卷[M].北京：科学出版社，2001：558-559.

[2]王大珩.我国光学科学技术的若干进展[J].光学学报，1981，1(1)：558-5.

[3]王德中，程树武.抗日战争时期的中国军事工业[J].中州学刊，1988,5:116-120.

[4]昂浩.烽火中的起点——抗日战争中诞生的中国光学工业[J].轻兵器，2005,24:38-42.

[5]王大珩，沃新能.中国的光学近况[J].光学学报，1985，5(1):1-10.

[6]龚祖同.誓为祖国添慧眼[J].中国科技史料，1981,2：62-65.

[7]相里斌.缅怀先辈，继往开来——纪念中国光学事业开拓者之一龚祖同先生诞辰100周年[J].光子学报，2004，33(11)：1281-1285.

[8]蒋景文，王永义，张文斌.中国光学事业的摇篮——长春光学精密机械研究所创业史[J].中国科学院院刊，1993，3:275-282.

[9]龚祖同．伴随硬γ射线反常吸收的二次辐射的波长[J]．清华大学理科报告，1935，3(1)：85-93．

[10]罗昌宏.创建中国第一家军用光学仪器厂——金光路自述[J].科技进步与对策，2001，3：176-177.

[11]龚祖同同志回忆录[J].硅酸盐通报，1984,2:60-64.

[12]张景勋.他开创了许多“第一”——缅怀中科院学部委员龚祖同教授[J].科学大众，1997，7:24-25.

[13]赖春霞.我国应用光学事业的开拓者——龚祖同[J].现代物理知识，1990,10：1-2.

[14]龚祖同．60厘米试验天文望远镜专集[M]．北京：科学出版社，1980．

[15]罗荣兴.请历史记住他们——中国科学家与“两弹一星”[M].广州：暨南大学出版社，1999.

GONG Zutong pioneering contributions in the optical industry of China’s military

BAI Xiu-ying

(Department of Physics,Weinan Normal University,Weinan,Shaanxi 714099, China)

Based on the original journal articles, the science contribution of the modern optics expert Gong Zutong in applied optics industry is studied. It is concluded that Gong Zutong specialized in application of optical design and optical glass, designed and produced China’s first military binocular “officially telescope ”telescope, designed and successful trial machine gun sight and reflection measured 80 cm telescope; made China’s first aircraft infrared night vision; crucible melting China’s first optical glass, created a Chinese modern optical design, optical instrument manufacturing night vision technology and optical glass industry precedent. He spent his whole life dedicated to the building of national defense of the motherland, especially for the development of applied optics China made important contributions to the cause.

GONG Zutong; optical industry; optical glass; optical design

2015-04-17；

2015-11-02

渭南师范学院人才基金项目(15ZRRC01)之阶段成果

白秀英(1970—)，女，陕西大荔人，渭南师范学院物理系副教授，博士，研究方向为科学史与科学传播.

物理学史与物理学家

N 09;O 4-09

A

1000- 0712(2016)04- 0038- 05