为观测导弹飞行制造“眼睛”的人——记1978年全国劳动模范、北京信息科技大学教授张福学

人物小传：张福学（1939年—2016年），云南宣威人，生前为北京信息科技大学教授，博士生导师，我国压电学的主要开拓者，为我国压电学和传感技术的发展作出了重要贡献。发明了“锑锰酸铅（PMS） 压电陶瓷”及其“三轴压电晶体角速率传感器”，并实现了产业化；发现了“气体摆现象”，建立了气体摆理论，并发明了“气体摆惯性器件系列”；发明了“动基座加速度和水平姿态的敏感技术”，建立了压电石英加速度计和水平姿态传感器产业化基地。1978年荣获“全国劳动模范”称号。

大山里走出的放牛娃

1939年，张福学出生于云南省宣威县红桥镇老鸦村一个贫苦的农民家庭，新中国成立前他家长期遭受地主的压迫和盘剥。战乱的岁月，贫困的家庭，张福学本没有读书的机会，但母亲还是咬牙送他入了学堂。张福学的启蒙学校是邻村废弃的寺庙改建的小学，四个年级的学生挤在一个教室。教室里是残缺的佛像，教室外是村民暂厝的棺材。即便学校条件异常艰苦，但当时能受教育的也大都是地主的孩子，张福学在其中饱尝排挤，但这也让他更加珍惜来之不易的学习机会。通常一年级教师不讲课时，他就安静地听高年级的课程。凭借勤奋聪颖，张福学三年级便跳级考取县城最好的高小。高小毕业后，家中再没钱让他继续读书，张福学不得不辍学给富农当放牛娃。牛儿吃草的时候，他就躺在草地上，望着变幻莫测的白云，想着在学堂读书的日子。这样大约过了半年，1951年夏天，云南解放。一次赶集时路过书摊，张福学意外地看到了宣威中学正在招生的消息，最重要的是还有助学金。他欣喜若狂，顾不得赶集，便直接跑去报名，最终以优秀成绩考取了这所县城最好的中学。复学后的张福学更加刻苦努力，1954年，考入曲靖专区最好的中学——曲靖中学。1957年7月，张福学顺利考入云南大学物理系。在大学期间，张福学除了学好专业知识，还提升了思想觉悟，获得“‘五四’青年突击手”称号，加入了中国共产党。

1961年，大学毕业后，张福学被分配到国防部第十研究院第十一研究所。这一年，张福学22岁。他带着满腔豪情来到北京，开始了压电材料的研究。

新型压电材料的发明者

在研究所，张福学刻苦钻研压电理论和无线电陶瓷材料与器件专业知识，密切关注美国、日本和苏联的最新研究成果。由于语言不通极大地阻碍了他对国外相关著作的研究，他便开始自学外国语。他以前学习的是俄语，通过长期不懈学习，又掌握了英语、日语、法语、德语四门语言，成为用努力书写奇迹的传奇人物，赢得了同事们的敬佩。他阅读了大量有关无线电陶瓷材料的技术资料，总结和分析国内外压电陶瓷的配方，感到我国现用的配方复杂又不经济，每年要耗费大量外汇进口贵重金属。由此他试想，如果能利用我国储量丰富的某些元素研制出性能良好的压电材料，那该多好啊！于是他向党支部提出了自己的建议，上级领导大力地支持他，并指定他担任课题组组长。他从浩瀚如海的技术书库中，翻译了近百万字的资料，写下了几十万字的综述。他连续七年放弃探亲假，把时间全用在科研上面。

张福学运用元素周期表归纳总结了当时一般压电陶瓷通过取代元素(碱土金属)和改性元素(过渡元素)提高性能的规律，与组里的同志经过一百多次试验，终于研制成功了性能良好的不同于美国专利的铌镁酸铅压电陶瓷。铌镁酸铅压电陶瓷性能好，工艺稳定，是压电陶瓷滤波器和水声换能器的良好材料，突破了一般压电陶瓷机械品质因素高则机电耦合系数必然低的“常规”，这在当时属国际首创。铌镁酸铅压电陶瓷在国内得到广泛应用，获得部委级科技进步二等奖和国家发明三等奖，其相关器件获国家优质产品银质奖。张福学研制的BaTi03、PZT、PMS压电陶瓷和0-3型、1-3型、拨式结构压电复合材料及对人体压电性的研究，先后获中国、美国、英国发明专利9项，省部级科技进步奖6项。

为观测导弹飞行制造“眼睛”的人

20世纪70年代，我国航天事业中机械陀螺体积大，可靠性差，对导弹的研发来说是个很大的困难。1970年，出于战略考虑，钱学森高瞻远瞩地提出了导弹陀螺小型化的课题。张福学因提出利用压电效应实现压电惯性器件的论证而得到上级的重视，被委任研发压电陀螺。那时，全国数以万计的工业企业科技精英从祖国各地来到四川、云贵、青海、甘肃等地，开始艰苦卓绝的“大三线”建设，张福学也是其中一员，他来到了四川永川国防科工委1426所。

实验室在大山环抱之中，为了把科研工作搞上去，张福学和同事们起早贪黑，废寝忘食，用土坯自制了土锻烧炉、土电火花切割器。很快地，他们研制出了第一个压电陀螺的样品，可是送到北京测试却因质量问题被打了回来。科研攻关哪有如此容易？张福学和全组同志继续查资料、摸索试验，做出了一种应用于压电陀螺的混合集成电路。对于这个集成电路，张福学倾注了很多心血，设计得非常严谨。这个集成电路得到大家的赞誉，所有人都欣喜地以为要成功了。然而，在测试的时候，最后一个指标却出现了异常，测试荧光屏上展现出一群“奔腾的野马”，混乱的杂波顿时淹没了有规律的讯号。这时一盆盆冷水泼来，甚至有人说，这是压电陀螺的“不治之症”。张福学没有泄气，重振旗鼓组建了攻坚组。他经常工作到深夜，甚至接连几个昼夜不睡觉，睡梦中出现的也是屏幕上那一片奔腾的野马。他这样拼命工作，身体越来越差，有一天体力不支晕倒在厕所里。当他苏醒过来，单位党委书记关心地对他说：“年轻人，不要着急，身体还是第一位的！”张福学嘴里答应着，心里还惦记着实验。隔了几天，他又晕倒在实验室里，同志们把他抬到了卫生所……历时5年，经过100余次实验，张福学终于找出了压电陀螺最后一个指标测试出现异常状态的症结，治愈了所谓的“不治之症”。他们自豪地宣布：中国的压电陀螺诞生！1974年，压电陀螺提供给“东风4号”和“东风5号”导弹发射试验，结果证明完全可用。虽然它不属于高精度陀螺，但其率先在国内实现了陀螺固体化。为此，张福学等受到国防科工委和中央军委的嘉奖。如今，我国国防领域的型号武器、舰船、坦克等的稳定系统，都在使用压电陀螺。压电陀螺的制造成功，填补了我国陀螺生产的一项空白，在我国陀螺发展史上是一次重大变革。人们把制造压电陀螺的人亲切地称作为观测导弹飞行装上“眼睛”的人。

在上述研究成果的基础上，张福学主编了《压电学》，编著了《压电晶体陀螺》和《压电铁电应用》等。张福学推动了我国压电学的发展，被誉为我国压电学的主要开拓者。

“气体摆”理论的创立者

1985年，张福学调回北京工作，来到原北京信息工程学院组建的传感技术研究中心，研究新型惯性器件。这时他已经45岁，发明创造的最佳年华已过。但张福学认为，年轻人精力充沛，年长人经验丰富，一样可以发明创造。

一次出差的过程中，张福学乘坐火车，满脑子想的是压电气流陀螺。邻座的乘客一路不停地喷云吐雾，他突然发现，无论吸烟者是躺是站，烟雾总是向上的！他联想到了蒸汽。回到实验室，他在一个密闭的腔体里进行自然气体浮升力的实验。实验证实了他最初的发现：当密闭腔倾斜时，在浮升力的驱动下，被加热的气体依然垂直向上流动。这就是说自然气体和固体、液体一样，也具有“摆”的特性。经大量实验和理论论证，张福学建立了“气体摆”理论。对于“气体摆”理论，同行有不同观点，有的专家甚至反对。但是，经过多次鉴定和评审，“气体摆”理论最终还是得到国内外认可。

“气体摆”理论形成了惯性技术的一门新学科分支——气体摆惯性技术。这项研究得到国家自然科学基金和“863计划”等近千万元资助。在“气体摆”理论指导下发明的一维、二维和全方位气体摆水平姿态传感器，已在舰船和机器人的稳定系统中应用。日本和美国在国际会议上见到张福学关于气体摆传感器的报道后立即仿制，美国1995年亦申请了专利，但内容几乎和张福学的专利一样，而时间则晚了3年。

如今，斯人已逝，精神永存。张福学的人生故事和科研精神，犹如茫茫海面上的一座灯塔，烛照后辈，激励他们为祖国的科研事业不懈奋斗。

（北京信息科技大学党委宣传部集体撰文）