书城历史中国科技史
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第27章 中国近现代科技史(10)

由德国化学家休克尔(E.Huckel)提出的简单分子轨道理论具有计算简单、可得到性能与结构关系的概括性结论等优点。70年代中期,吉林大学唐敖庆、江元生经过一系列的研究,提出和发展了关于分子轨道的一系列新的数学技巧和数学模型,建立了全新的分子轨道图形理论。唐敖庆、江元生的分子轨道图形理论是充分注意到分子的拓扑性质,应用直观的图形方法对简单分子轨道理论重新处理,使之能以较高的概括性论述分子结构与性能等问题的量子化学理论。分子轨道图形理论提供了一种统一处理共轭分子能级和分子轨道的简易直观的方法,扩大了分子轨道理论的应用范围。这项研究成果还为化学家提供了一种理论模式,为进一步深人探求分子性质与结构的关系,总结与预测共轭分子的稳定性和反应活性,探讨饱和分子的物理性质等方面的规律,提供了简捷易操作的方法。

洛阳浮法玻璃生产技术

1959年由英国的皮尔金顿兄弟发明的浮法玻璃生产工艺,是世界上最先进的平板玻璃生产工艺,被誉为世界玻璃史上的一次革命。它是在高温下将熔化的玻璃液流在熔融的金属液面上,浮飘抛光,成型为平整、光洁的平板玻璃。

长期以来,浮法玻璃工艺技术在国际上一直处于英国皮尔金顿和美国PPG公司垄断之下。从1960年开始,中国建材研究院和上海耀华玻璃厂的科技工作者开始探索这一新技术。1965年中国建材研究院开展了静态单元试验和半连续工艺试验,确定了玻璃成分、浮抛介质、保护气体及其净化方法等。1967年12月,株洲玻璃厂日熔化量15吨、锡槽长25米的浮法玻璃中试线改造成功。1971年9月23日洛阳玻璃厂浮法玻璃试验线建成投产。在此基础上,中国新型建材杭州设计研究院、洛阳玻璃厂和上海玻璃机械厂在“六五”期间联合开发了“400吨级浮法玻璃生产工艺和装备”,于1985年建成“洛阳浮法二线”,一次试产成功。该条生产线能灵活自如地更换不同厚度,稳定生产2~12mm8种厚度的普通玻璃和茶色玻璃;所生产的玻璃平整度60度以上视角无扭曲,2mm玻璃在3.3m全宽上的厚度差小于0.1mm。2001年3月,利用“洛阳浮法玻璃工艺”技术和部分高新技术兴建的我国第一条超薄玻璃生产线,成功拉引出厚度为1毫米优质浮法玻璃,并已完全具备大批量生产的能力。同时,其A级品率达到95%,总成品率达到70%以上,各项经济技术指标达到世界先进水平,填补了我国超薄浮法玻璃的一项空白,从而打破了皮尔金顿和PPG公司的垄断地位。

洛阳浮法玻璃生产技术已经成为与英国皮尔金顿、美国PPG并驾齐驱的世界三大浮法技术之一。

切割技术的革命

我国湖北的钟公略经过多年潜心研究和数百次的试验,发明了汽油气化割焊技术,成功地取代了乙炔气在工业领域的热切割应用,掀起了一场切割技术的革命。

近百年来,人们一直使用乙炔切割金属,但是乙炔气易燃、易爆,并且会造成严重的空气污染。找到一种新的切割技术来代替乙炔,早巳成为联合国环境卫生组织的一项战略目标。从上世纪50年代以来,西方发达国家投巨资研究替代乙炔的切割技术,试验了“夏普”气、液化石油气、煤气、丙烷气等许多方法,但是因为存在种种问题,都没能完全代替乙炔。钟公略将汽油采用热膨胀、空气射流、电子控制等多种手段实现汽油割焊。汽油气化割焊技术与乙炔气切割技术相比节能高达90%以上,还可切割300毫米以上超厚度钢板,切割光洁、火焰稳定;安全轻便。运用方便;可有电无电多种气化方式切割,无残液;可进行世界高端技术的金属粉末表面喷涂、喷焊;可进行有氧无氧烘烤,可与数控切割机连接使用等优点。

层子模型的提出

强子结构的层子模型是由中国科学院原子能所朱洪元等于1965~1966年间建立的一种通过研究强子结构,阐明强子性质及其相互转化关系的理论。层子模型的提出,是中国理论物理学家朱洪元等对强子结构研究作出的开创性工作。它较之同时期提出的夸克模型,其结构要合理得多,对于指导人们深入探求强子的内部结构和把握强子结构的动力学性质,具有重大的理论意义。“层子模型”中所提出的基本思想已为国际高能物理学界所接受,其核心思想至今仍被继续沿用。

在电子、质子、中子被发现之后,人们普遍认为它们是构成物质的终极单元,称之为“基本粒子”。随着介子和超子在20世纪40到50年代的陆续发现,基本粒子的家族迅速扩大,这些粒子绝大部分是强作用粒子。1955年日本物理学家坂田提出了坂田模型,1964年美国物理学家盖尔曼改造了坂田模型,提出了夸克模型,朱洪元等在总结坂田模型和夸克模型的基础上,经过大量的理论研究,提出了层子模型。层子模型是强子结构研究的一个重要开拓,层子模型是层子问动力学基本理论建立前的一个较好的强子结构模型理论。它成功地说明当时粒子物理实验数据的一些主要方面:通过强子内部结构波函数,将电磁相互作用过程和弱相互作用过程联系起来;通过层子所参与的相互作用将介子和重子的性质联系起来,使纷繁的粒子物理现象开始呈现出有机联系的、统一的图像。

这个理论中提出的强子内部结构波函数和波函数的重叠积分的概念沿用至今,随着层子间强相互作用的动力学理论的建立,它们越来越细致地被确定下来。在1966年北京亚太科学讨论会上,诺贝尔物理学得主萨拉姆高度评价了这项研究工作。

航空航天国防科技

中国的第一架飞机

1909年9月,中国第一位飞机设计师冯如在美国完成了中国人自己设计、制造的第一架飞机;1912年3月,冯如又在中国国内制成了第一架飞机,标志着我国开始跻身于早期世界航空之林。

1903年美国莱特兄弟首创动力载人飞机飞行成功;1905年日俄战争爆发,他们在我国东三省的厮杀以及外国列强对我国的侵略凌辱,使在美国学习的冯如进一步激发了爱国热忱,并认识到:“中国之强,必空中全用飞机,如水路全用轮船。”冯如不仅是第一个提出航空救国主张并为之奋斗终生的中国人,而且也是我国近代最早的军事航空思想家。

冯如决心依靠中国人自己的力量来制造飞机,在资金短缺、人少力薄的条件下,他于1908年在美国奥克兰市成立了“广东飞行器公司”,亲任总工程师。经过努力,冯如在1909年9月,即世界第一架飞机问世不到6年的时间内,完成了第一架飞机“冯如1号”的设计、制造。这架飞机与莱特型飞机相似,也是双翼、构架式机身,发动机安装在下翼中央的推进式、鸭式操纵面布局的飞机,其方向舵也与莱特飞机相似,但改进了飞机着陆装置,起落架末端安装四个轮子。1909年9月21日傍晚,冯如亲自驾驶“冯如1号”进行试飞。飞机迎着强风飞起,升至4.5米高,环绕一个小山丘飞行了约800米,显示了其良好的性能,从而为我国动力载人飞行史谱写了光辉的第一页。

在以后的工作中,冯如继续研制飞机,经过多次失败及克服资金短缺等困难,终于在1911年1月研制成功了一架新型飞机,称为“冯如2号”,并于1月18日进行了完全成功的飞行。

1911年2月,冯如率助手朱竹泉、司徒壁如和朱兆槐携带飞机和设备乘轮船回国。11月,冯如被任命为广东革命政府飞机长,成为中国第一个飞机长。他立即在广州燕塘建立广东飞行器公司,这是中国国内的第一个飞机制造厂。经过3个月的努力,于1912年3月,制成一架与“冯如2号”相似的飞机,这是中国国内制成的第~架飞机,揭开了中国航空工业史的第一页。因此,冯如也是我国近代航空事业的创始人和开拓者。

“长征”系列火箭

中国现代火箭事业起步于20世纪50年代。几十年来,我国依次研制和投入使用了长征一号、长征二号、长征二号丙、长征三号、长征四号、长征二号捆、长征二号丁、长征三号甲、长征三号乙、长征二号丙改、长征四号乙和长征二号F火箭。这12种国产型号形成了长征系列运载火箭家族,成为国际航天发射市场上的一个著名品牌。

1956年,我国开始展开现代火箭的研制工作,经过5年多艰苦努力,1970年4月24日,“长征1号”运载火箭诞生,首次发射“东方红1号”卫星成功,标志着中国航天技术迈出了重要的一步。34年来,长征系列运载火箭经历了从常温推进剂到低温高能推进剂、从纵向串联到纵横向串并联、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射飞船的技术征程,具备了发射低、中。高不同轨道,不同航天器的能力。12种长征火箭分别从酒泉、西昌和太原发射中心起飞,前后总计进行了75次航天发射,共把57颗不同类型的国产卫星、27颗国外制造的卫星和5艘神舟号宇宙飞船送人了太空预定轨道,取得了辉煌业绩。

中国的长征火箭是完全依靠中国自己的力量,从理论探索到工程实践、从小到大、从弱到强逐步发展起来的,火箭的技术性能和可靠性指标已达到当前国际的先进水平,使中国航天不仅保持了在国际上应有的一席之地,更呈现出强劲的发展势头,为人类开发利用空间资源做出了贡献。

航天测控技术

对运载火箭和航天器的飞行状态进行跟踪、测量并控制其运动和工作状态,称为航天测控。任何航天器从进入轨道到结束其飞行使命,都处于航天测控网的监控之下。我国目前的卫星测控网是以西安卫星测控中心为核心,长春、闽西、渭南、南宁、喀什等多个固定测控站和若干活动站,以及远望号航天测量船组成的综合测控系统,配备有光学和雷达跟踪、遥测遥控、数据传输、通信和计算机设备。

测控网的主要任务有四项。一是遥测,即跟踪测量运载火箭和航天器的飞行轨迹,获取各分系统的工作状态和环境状态信息。二是遥控,即在飞行过程中向火箭和航天器发送各种指令,完成实时或程序控制任务,使航天器进入预定轨道和调整到所需的姿态。三是接收航天器发回的部分探测数据,以及宇航员生理状态的遥测信息和视频、音频信息。四是对于要求高精度定位的应用卫星,要由测控网向用户提供卫星在每一个时刻的准确位置(或轨道)数据及其对应的时间数据,作为用户在处理卫星数据时的基准信息。

多年来,这个测控网出色地完成了从酒泉、西昌和太原卫星发射中心发射的各种轨道卫星的测控任务。尤其是在多次外星发射服务中,受到外国同行的赞许,标志着我国航天测控技术水平已跨人世界先进行列。

卫星通讯

卫星通讯是利用位于高空36000千米的通讯卫星作为中继,使各地面接收站间得以实现双向通信。一个卫星通讯系统由通讯卫星和地面接收站组成。卫星通讯只需在两地各设地面站就能互相通信,有着不受地理条件限制、组网迅速灵活、通讯容量大、通讯费用省等特点。同时由于卫星通讯采用数字方式,而电话、图像等形式的信息都可数字化,因此,可采用统一的卫星数字通讯网,这样不仅能改善传输质量,而且可以使通讯效率大大提高。

1986年7月8日,在北京中央卫星地球站,以及乌鲁木齐、呼和浩特、拉萨国内卫星通信站,同时隆重举行了国内卫星通信网开通仪式,宣告经过两年的努力,国内卫星通信网正式建成并开通。这是国内卫星通信网的骨干网,是租用国际卫星组织的转发器,将北京、拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州5个地球站联结起来构成的,它可以覆盖中国全部版图。这个网的建设,从1984年开始,到1986年开通,用了不到两年的时间。除北京中央地球站1985年11月建成试通外,拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特地球站,都是在1986年上半年建成试通的。至此,北京至乌鲁木齐、呼和浩特、拉萨间的半自动长途电话、电报、数据和传真业务已经开通;同时,全国有400个电视接收站及时接收了北京中央站向全国发送的中央电视台的第一套节目,100个电视接收站及时接收了国家教育部的函授教导电视节目,并经当地转播台送往千家万户。

国内卫星通信网的开通,是中国通信建设中的一件大事。它不仅有助于解决边远省区和一些部门的通信急需,而且作为长途通信的一个重要传输手段,增强了通信网的机动性和可靠性,对促进信息交流和经济发展,更好地为物质文明建设和精神文明建设服务,具有重要意义。

双星快速定位通讯系统

1983年,“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士提出了利用两颗同步定点卫星进行定位导航的设想,这一系统被称为“双星定位系统”。它与使用24颗卫星定位的CPS、GLONASS相比具有投资小、建成快的优点。

我国“北斗”卫星导航系统就是基于“双星定位”设想研制的。其正式立项于1994年,至2003年5月25日,我国成功地将作为导航定位系统备份星的第三颗“北斗”一号导航卫星送入太空。它与前两颗分别发射于2000年10月31日和12月21日的“北斗”一号工作星组成了完整的卫星导航定位系统。这标志着我国成为继美国全球卫星定位系统(GPS)和前苏联的全球导航卫星系统(GLO—NASS)后,第三个在世界上建立了完善的卫星导航系统的国家。

这套由两颗地球静止卫星(800E和1400E)、一颗在轨备份卫星(110.50E)、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成的双星快速定位通讯系统是覆盖我国本土的区域导航系统,覆盖范围东经约75°~40°,北纬5°~55°。其主要功能是定位、通讯和授时,可为西部和跨省区运营车辆、沿海和内河船舶的监控、调度和遇险救援等提供廉价、高效、可靠的定位和通信手段;可为水利、气象、石油、海洋、森林防火等部门提供精确的坐标资料;可为通信、电力和交通等关系国民经济命脉的行业提供精确的相关服务。