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平衡世界见真章 与磁共舞塑风华

来源:  发布时间:2019-07-26

——记中国电子科技集团有限公司首席科学家、电子科学研究院研究员唐晓斌
  
□ 黄雪霜  吴应清


  
  在军工电子的世界里,她所展现出来的气质像极了她所钟情的青衣角色:历尽千帆,终有沉淀。因而正气、沉静、稳重、凝练。或许正因为这样,才能让她在越来越显纷繁复杂的电子信息系统世界里感悟出一条独特的平衡之道,不管未来面临的对象有多错综复杂,她笃定坚守一颗初始之心,由繁入简,从容保持平衡,以不变应万变。
  2017年3月,韩国发布部署萨德的消息。一时间,消息传到中国,群情激愤,各方抵制的新闻源源不断,其中,一系列与中国电子科技集团有限公司(以下简称“中国电科”)相关的“你们萨德尽管修,干扰不了算我输”的视频及漫画被大众广为传播,鼓舞人心。中国电科的形象因此更深入民心。对中国电科在相关专业领域积蓄的能量,唐晓斌表示自己不便详谈,但有一句话她说得很自信也很肯定:“反正我们觉得它没什么了不起的。”
  对自己多年专注的电磁场与微波技术在其中发挥的作用,唐晓斌也说得很中肯:“综合电子信息系统发展到这一地步,已经不能说仅靠某个功能域发挥作用就能够应对,我只能说我们是不可或缺的。”
  简单的一句“不可或缺”,其实内容并没有那么简单。“未来在空间里,谁掌握了制电磁权,谁就能掌握战争的主动权。”专业领域里流行的一句话凸显了电磁的重要性。在唐晓斌近40年的军工生涯中,正是“与磁共舞,以磁弄剑”,塑造了她不平凡的一生。
  作为我国电子信息系统电磁环境效应领域的学术带头人,她的身后有一长串随便单拎出来就可以让人钦羡不已的荣光:先后主持了预警机等20余项重点项目的电磁环境效应技术研究及装备研制工作,在协同控制、精确预测、测试评估方面取得了系列开拓性和系统性成就,使国产系列预警机装备的电磁资源利用率比美国主流预警机提升50%,为我国电子信息系统电磁环境效应领域技术进步和装备发展做出了突出贡献。成果先后荣获国家科技进步奖特等奖,国防、电子科技进步奖一、二等奖等。这些积累,是历尽千帆后的沉淀,是风吹雨打后的凝练
  
与磁结缘 以解为乐
  ——科学是一个永无止境的探索旅程
  19世纪60年代,英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦最终建立了包括电荷守恒定律、介质方程以及电磁场方程在内的完备方程组。经过赫兹、亥维赛、洛伦兹等人进一步的整理和提炼,得到了经典的电磁场方程组——麦克斯韦方程组。
  一个世纪后的1961年6月11日,大洋彼岸的中国,中越边界昆(明)河(口)铁路沿线上一个叫凤鸣村的小站,一名女婴呱呱坠地。她的父母当时是车站附近铁路工程队里的技术员,向来勤劳朴实的他们从没预想过自己的女儿有朝一日能利用麦克斯韦方程组解来铸造“国之重器”,唯愿她遵从家风,自立自强,勤学求实。在那个由10多名年轻人组成的工程队技术室里,她是第一个出生的孩子,所以在此之前大家都很期待并寄予厚望,希望她“能文能武”,因此商量好不管是男是女,都起名叫“唐晓斌”。
  多年过去,正如大家所期待的那样,这名女婴已经成长为军工科研领域里一名能够引领行业前行的“铁娘子”。只是在她同事的眼中,这名“铁娘子”从没失去过女性特有的细腻和温情,相反,她把女性的优势扩大到最大化,在错综复杂的电子信息系统世界里细心梳理、“趋利避害”。她将这样的自如归功于她从小就培养起来的数理思维和基础。
  1977年,改革一声春雷,中断了12年的高考恢复。当570万人涌向“独木桥”迫切想要改变自己的命运的时候,16岁的在校高中生唐晓斌也决定“试一试”。这一试就真的考过了重点线。因为成绩突出,她被最早一批招录的西安电子科技大学“点招”,又因为数学成绩特别好,她被老师推荐到了电磁工程系,从此,与电磁场结下了一生的情缘。
  “进了学校以后才知道,所有人都说电磁场很难学哦,因为它看不见摸不着,但我觉得还好,因为我一直有兴趣。”生性乐观、喜欢挑战的唐晓斌就这样一头扎进了众人眼中精深难懂的电磁场世界里,以探索无尽的解为乐。
  “实际上说白了电磁场问题就是求解麦克斯韦方程组在各种边界条件下的解。不同边界条件的解出来了,你就能知道它的效应是什么?它的影响是什么?从而怎样利用它在系统中得到最大的效能。”从最开始依然在数学领域里打好基础,之后开始接触专业数学,再就是开始求麦克斯韦方程组在各种边界条件下的解,矩量法、有限元法、弹跳射线法等都可以用来求解电磁场。计算机技术的发展催生了电磁计算学,融入电磁计算蓬勃发展的潮流中,唐晓斌欣喜地发现这个领域实际上已经发展并形成了几十种算法,而每一种边界条件它都会有一种最合适的算法来求解,边界条件不一样,求解的方式和技巧就不一样,模式也不一样科学是一个永无止境的探索旅程,科学也是一个从无到有、从稚嫩走向成熟的过程。在初猎学科的海洋里,唐晓斌一边探索一边总结、凝练、体会,为她将知识贯通于实践,埋下了良好伏笔。
  1982年,学成毕业的唐晓斌被分配到电子7所担任一名移动通信基站的天线设计师。电子7所是一家主要从事移动通信系统及设备研究开发和生产的老牌科研院所。在那里,唐晓斌作为天线设计师给自己的主要任务和目标是“利用一些棍棍棒棒的东西,把电磁能量辐射到最大”,这在当时是国际的热点和难题。
  1986年,唐晓斌被调到电子36所,开始通信对抗系统技术研究和项目研制。彼时,云南边境线上一场维护我国领土尊严和完整的老山战役激战正酣。在这场战役上,我国人民解放军首次尝试使用电子战压制并发出了强军之声。在通信对抗研究和装备研制领域拥有先进实力的36所在当时为部队提供相应的技术支撑。
  作为见证者,在36所,唐晓斌第一次强烈地感受到自己为国铸重器的使命和责任。“电子装备的好坏事关战士的性命”,到部队做定型审查时听到和感受到的这句重如千钧的话,回荡在她的脑海里,直击的却是她的心灵
  在36所的13年时间里,唐晓斌先后在无人机、直升机机载通信对抗装备的共形设计方面做出了创新性贡献,成果获得原电子工业部科技进步奖一等奖和国防科技进步奖二等奖。鲜花和掌声接踵而至,而对唐晓斌来说,最在意的是积累的过程。
  “做天线的时候我一直追求的是把电磁能量辐射到最大。但当我把车载条件下用的办法挪到飞机上时,发现我可用的几何尺寸就非常小了。”能不能利用飞机本身的结构来实现天线的功能辐射?唐晓斌想到了共形设计的办法,并先后在无人机和直升机上做了应用。“一开始我遇到的只是单功能的应用,遇上问题解决问题就可以了,这是我的第一阶段。但当我努力实现机载单功能系统能力最大化以后,我发现我干扰了别人,这就是电磁兼容的问题。”20世纪八九十年代,电磁兼容问题已经成为国际研究的热点,对唐晓斌来说,与其说她与电磁兼容“狭路相逢”不如说是她在装备过程中与其“针尖对麦芒”,是真正遇上了问题想要去解决问题。
  那么,电磁兼容问题该如何解决?工欲善其事必先利其器,唐晓斌通过查阅无数的资料,在工程实践中细心琢磨体会,最终形成了一套基于预先设计的系统法。与过去就问题解决问题的办法不同,这一套方法强化先期的计算设计,是唐晓斌在多年工程实践中一步一步细心总结的经验成果。平台上需要安装什么设备、如何布局安装?各个功能激励以后会产生怎样的效应等一系列的问题,全都要在先期设计考虑范围之内。为此,唐晓斌付出了很多的努力,不停地推算、反复建模,每一个细节都不放过才能做到准确预判。
  艰难困苦玉汝于成,从最初开始尝试,到不断调整、完备策略,到最后基本上项目定型测试,唐晓斌带领的电磁兼容团队几乎都能一次过。这当中倾注的努力和汗水不言而喻。于唐晓斌,是春种一粒粟,秋收万颗子。
  
万物皆规律 有法天下和
  ——平衡构筑综合电子信息系统“空中帅府”
  20世纪90年代末,通过一步一步实践总结,当唐晓斌在电磁军工科研路上越走越顺畅的时候,她接到了来自“预警机之父”王小谟团队发来的一纸调函。
  预警机,被称为是现代战争中必不可少的“空中帅府”,它集情报探测、指挥控制、通信导航、电子对抗、信息传输于一体,是一项技术高度密集的复杂系统工程,研制难度极大,是对一个国家科技水平和国家实力的巨大挑战。
  风景秀丽的北京西山脚下,唐晓斌加入预警机团队时,正值“圆环工程”项目进行时,这是一个饱含国人期待最终却在美方胁迫下“夭折”的中以预警机合作研发项目。好在中方总设计师王小谟院士早在项目开展前就已经高瞻远瞩地意识到自力更生的重要性,坚决主张并且部署安排了国内同步研制,突破了主要关键技术,掌握了设计方法,培养出了技术队伍,为中国预警机的自主研制打下了坚实的基础。在预警机的研制过程中,王小谟深感团队缺少一名电磁兼容方面的领军人。
  当重任在肩,向来乐观、不惧困难的唐晓斌“心里还是比较有底气的,觉得自己能胜任”,但当真正接触,挑战扑面而来:过去,在解决电磁兼容问题的时候,唐晓斌秉持的思想是只要有干扰,就想办法抑制掉干扰源。但到了预警机上,她发现这不可行。
  “预警机是一项多功能集成、极其复杂的综合系统工程。就像一张庞大的相互关联的‘网’,‘网’上关联的各个‘点’就是需要肩负起的指挥控制、预警监视、通信传输、敌我识别、电子侦察、电子对抗等多种任务,因此机上需要承载探测、识别、导航、联合信息分发系统等多种纷繁复杂的功能系统。值得一提的是,这些‘点’是缺一不可的。但因为纷繁复杂,且高密度集成,资源有限。往往这个点你要求的最大辐射对另一个功能点会产生致命的影响,你的期望激励往往会导致我的非期望响应。就像预警机的雷达需要将近170多千瓦的大功率辐射,这么大的能量产生了大量的宽谱杂散,其中之一就是对高灵敏的电子侦察产生了严重影响,但雷达辐射和电子侦察,哪一种功能是可以被抑制的?抑制了预警机就不能称之为预警机了。这时候该怎么办?”
  “万物皆规律,有法天下和”在纷繁复杂的电子系统工程世界里,唐晓斌开始肩负起了“平衡者”的角色。她结合自己在电磁领域探索多年的深刻体会,巧妙地将系统里的各种电磁能量划分为“使能”(增强系统某能力的能量)和“消能”(消减系统某能力的能量)两种效应,提出了面向系统能力的电磁环境效应使能与消能概念,揭示了二者在电子信息系统中对立统一的客观规律。且为了更好地实现平衡,确保系统功能发挥到最大化,她建立了以协同控制为重点、精确预测为基础、测试评估为验证手段,高效利用电磁资源的理论和系统工程方法,从而实现了我国系列预警机系统能力的有效发挥,引领我国电子信息系统电磁环境效应技术由“被动兼容”向“主动适应”跨越。
  就像是站在“网”中央吐丝牵线的春蚕,为了保证综合电子信息系统这张“大网”的平衡,哪个地方多了,往回拉一拉;哪个地方少了,往前抻一抻。以确保每项功能都发挥效用,对单功能来说,它所发挥的效能不一定是最大化的,但对整个系统来说,它绝对是最大化的。那么,怎样才能掌控好这个平衡点以确保各方不会“打架”呢?
  在专业领域流行有一句话:电磁兼容设计师和系统工程设计师是“天生的一对冤家”。因为他们常常因为资源条件受限而产生对立的意见,“你就是来给我找麻烦的”“你希望移除的往往是我需要保住的”,唐晓斌从业近40年,从来没有遇到过这样的质疑。除了担当电磁环境效应的总师,她还多次担任综合电子信息系统的副总师,对综合电子信息系统需要怎样的功能,她有着清醒的认识。而她掌控平衡、避免“打架”的秘诀就是强调系统的能力与作战任务的匹配,这就决定了她所编织的这张网,是一张时刻跟任务紧密关联的“动态的网”,与任务关联随时调整,从而确保各方的协同统一,以实现系统功能的最大化。
  青丝编织强国梦,经纶纵横护军魂。春蚕织梦,在那错综复杂的电子信息系统世界里,她扮演的是“平衡者”“守护者”的身份,遵循着自然对立统一的原则,为综合电子信息系统编织起一张动态串联的大网。对于系统,她是执着的;用的方式,又是平和多变的。往来穿梭,功到自然成。
  在预警机工程实施的过程中,唐晓斌越来越深刻地感觉到一项庞大而复杂的工程更需要抽丝剥茧、由繁入简的思维。一路体验、总结、思考,她的思路也是在工程实践中不断随着任务需求的改变而改变。
  “原来我们习惯从物理层面,也就是干扰、藕合和敏感这三要素去寻找问题解决问题,但是在预警机上,这种方式会导致研究很复杂,你会发现有成千上万个干扰点、敏感点和耦合渠道,一个地方起来以后可能又是另外一个地方的激励,新的干扰点又出来。这样如果一对一地去分析会是一个不可想象的巨大工程。例如预警机雷达大功率辐射出去以后,之所以能够进行远距离探测,是因为它实现了超低副瓣,但超低副瓣很容易受到其他辐射的影响,在利用麦克斯韦方程组求解的时候需要求解接近6亿个未知数,假如采用物理层的方式一对一地算,这将会是多么复杂的工程啊。”能不能用逆向思维反过来演推需要解决的问题?唐晓斌想到了要跳出繁琐,直奔目的,也就是直接从信息指标出发反过来推演有影响的是哪些效应,再一一解决。“这样一来就简单多了。”山重水复疑无路,柳暗花明又一村。跳出原来的思维,让唐晓斌豁然开朗,思路也一下子就清晰了。
  以确定协同控制要素为例,从系统信息层牵引,唐晓斌紧扣系统能力一下子就找到了与其紧密相关的四个指标:虚警率、识别概率、误码率,还有电子侦查的截获概率,再根据这四个指标找到与之相关的几个要素,并把它们作为控制要素来设计。除了所有的设计紧随这些指标要素走之外,之后的专项验证、后续跟踪等也都紧跟这几个指标和要素走。“我觉得我把路一下子就打通了。”唐晓斌用这样的方式实现了自己原先设想的把使能和效能对立统一的目标,从而引领我国综合电子信息系统电磁环境效应技术研究由“物理层”向“信息层”牵引“物理层”转变。
  就像构筑了一个神奇的综合电子信息系统“伊甸园”,在这里,各个系统功能相得益彰,奏出和谐的乐章。而她,就是这部急速交响乐的指挥师,抖动的指挥棒下,各个系统功能你来我往,配合得当,实现了系统资源的高效利用。有数据显示,唐晓斌提出的这一套理论方法,使国产系列预警机装备的电磁资源利用率比美国主流预警机提升50%。在干扰抑制指标上,相比美军标要求80分贝的抑制要求,因我国预警机需要承载更多的系统功能,因此往往需要一个更高的干扰抑制指标,而唐晓斌及其团队提出的理论方法使得相应指标做到最高的有155分贝,比美军标要求高出75分贝左右,在这个领域里哪怕多出十几二十分贝都实属不易。
  2009年10月1日,国庆60周年阅兵式上,一支由大小两型预警机引领下的强大空中编队,米秒不差地飞过天安门广场,举国上下一片欢腾。它的出现标志着中国已经拥有了自主研制的世界先进预警机。相关成果也先后获得国防科学技术奖特等奖和国家科技进步奖特等奖。唐晓斌,为预警机的自主研制做出了卓越贡献。
  赤橙黄绿青蓝紫,手持彩练当空舞。用手中掌握的科学利器,她用多年的奋斗与坚守,在祖国的蓝天,奏响了一曲来自温婉女子的强音。
  
一专多能  积累沉淀
  ——演绎军工“青衣”韵味人生
  在中国电科,唐晓斌有一个“一专多能典范”的称号,在37年职业生涯中,除了机载通信对抗系统、预警机,她还先后承担了数据链、8**、对地(海)广域监视和监控、无人蜂群**系统等数十个重点项目的研制工作。在系统设计、综合集成、测试评估等方面发挥了重要的技术带头人作用。从早年担任天线设计师时因历史原因遇上“青黄不接”,很多事情都得自己独立承担摸索;到研制预警机时走的同样是一条“?水过河”的路,需要她从头摸索,身兼多职(她先后在我国系列预警机空警2XXX、空警2XX、空警5XX担任副总师和全机EMC组长,还兼任过质量总师等职)。“独特”的际遇造就了一个“独特”精专且全面的她。
  而对她自己来说,更愿意把自己定义为“探路者”的角色。从最初的天线设计师成长为综合电子信息系统电磁环境效应总师;从重视天线的最大电磁辐射效率发展为追求复杂系统相互交叉影响的多电磁效应在系统运行和应用中的动态平衡一步一步都是在工程实践中遇到问题、解决问题,然后细心感悟,总结经验形成一套办法体系,再在工程实践中贯彻再领悟、再完善。她也愿意将自己多年的经验总结、扩展,在工程实施的过程中一步一步总结经验做成标准、建设平台、带出团队,“让后面的同志少走些弯路”
  值得一提的是,配合发展需要及理论和系统工程方法的践行,唐晓斌和她所带领的团队建立和发展了一系列居于领先地位的综合系统平台,在电磁环境效应领域发挥了杰出的技术引领和应用推动作用。
  在精确预测电磁环境效应方面,她和团队研制和建成了国内首个连接高校和研究所的自主可控协同计算服务平台,使我国电磁计算精确求解能力由百波长量级提高到千波长量级,为打破国外商业电磁计算软件对我国的垄断提供了有效手段。该平台已在“电科芯云”上对社会发布,并成功应用于预警机工程、对地/海广域监视与控制、无人蜂群系统等多个项目,用户涉及电子、航天、船舶等行业。
  在系统电磁效应测试评估方面,她和团队创建了国内首个军、民两用的国家级系统电磁效应测试评估中心,对复杂特种信息装备开展了国内首次电磁环境效应考核评估,开拓了我国电磁领域系统综合测试评估的技术先河。该中心在持续服务国民经济建设和我军装备发展的17年中,形成了涵盖79个标准、98项指标的电磁效应综合测试评估能力,是陆、海、空多个重点装备电磁环境效应的考核测试评估机构,支撑了我军重点装备的建设和发展。
  因为表现优异,唐晓斌先后被授予全国五一劳动奖章(2009年)、高技术武器装备发展建设工程荣誉称号(2007年)、全国国防科技工业系统劳动模范(2005年)等。当荣誉纷至沓来,众人看到的是鲜花和掌声,只有亲身经历的人才知道其中饱含的努力和艰辛。
  唐晓斌是个乐观的人。给人的印象是困难、压力面前从不畏惧,迎难而上。这样一名“铁娘子”心里却有一处“触及泪目”的痛。
  在航空领域,空军飞机研发试飞都涉及一个特殊的行业——试飞团。预警机试飞情况特殊,后舱没有试飞员可以负责,因此,预警机研发团队成员常常需要参与试飞。于是,在预警机研制阶段,中国广袤大地上经常能看见这样一幅场景:“一群‘头顶边关月,时刻听召唤’的钢铁勇士风尘仆仆,从北国寒冬到南国炎夏,从大漠风沙到瀚海惊涛,到处留下了他们拼搏试飞的足迹。”唐晓斌和她带领的电磁效应研究团队是参与试飞的重要成员。2006年6月3日,一个让所有中国电科人痛彻心扉的日子。预警机团队出现试飞意外:10位中国电科风华正茂的技术骨干在试飞中壮烈牺牲,其中一名就出自唐晓斌的团队。每每忆及这名同志,唐晓斌都止不住动情地流泪,她将这名成员称为自己的“孩子”,“我们当时为了验证一个协同控制方案,他说他明白需要验证的重点,是主动要求上机试飞的”言语至此,早已泪眼凝噎。这是一份重如千钧的事业。逝去的生命,将永远留在唐晓斌,留在所有预警机团队人的心中。
  走进中国电子科学研究院,与中国电科院人打过交道的人,或许都能感觉到他们身上有一股特殊的精气神儿。他们有着科研人特有的踏实肯干,更有着军工人特有的使命感和责任感。他们来自五湖四海,有不同的学科背景,但都为着同一个目标前行:那就是为国铸重器的勇气和决心。这里,有一群“可敬、可爱”的人在为祖国的军工国防事业不懈地努力工作:上至国家最高科学技术奖的获得者、预警机之父王小谟院士,空警2000的总师陆军院士,下至团队的每一位普通的科技人员,每每提到唐晓斌,言语里无不饱含敬佩和感激。这是在无数次风雨同舟中建立起来的深厚情感,更是对唐晓斌个人能力和付出的一种赞誉和肯定。在预警机团队里,她是一道亮丽的暖色,拂过之处,如春风细雨,万物和谐共生。
  这是一支肩负光荣使命、甘于埋首奉献、挥洒热血青春的团队,这又是一支有情有义、鲜活灵动的团队。不知是不是巧合,在中国电科这支预警机团队里,有不少人对京剧有着特殊的爱好。预警机团队里的灵魂人物——王小谟院士拉得一手好二胡,在京剧表演中,他喜欢唱旦角,演绎过刀马旦。而唐晓斌,她喜欢“青衣”,对她来说,青衣身上的韵味是历尽千帆后的沉淀,因而正气、沉静、稳重、凝练,里面包含有太多值得回味的人生精髓,是她一生追索的目标。
  与电磁打了一辈子的交道,唐晓斌早已将电磁里感悟的很多理念贯穿工作、生活,她觉得这些都是相通的。也或许正因为这样,才能让她在越来越显纷繁复杂的电子信息系统世界里感悟出一条独特的平衡之道。“信息化条件下的联合作战,关键是夺取‘制信息权’。制信息权主要就表现为敌我双方电磁领域的对抗,其核心是战场电磁频谱的使用权和控制权。面对‘第五维战场’日渐激烈的角逐,现在我们做的是网络信息体系,面临的是信息系统和武器系统的深度交联,未来面临的挑战是要在体系里实现电磁资源的高效利用。”不管未来面临的对象有多错综复杂,她笃定坚守一颗初始之心,由繁入简,从容保持平衡,以不变应万变。
  

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2019年9月上

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