薛鸣球参加了改装高速摄影机的任务,这是他引以为自豪的一段科研经历。高速摄影机改装可以说是我国第一颗原子弹试验项目中的一次开创性的工作。

核爆试验是大型、广泛、多学科交叉的系统工程,协作部门很多。当时负责原子弹测试技术工作的国防科委第二十一研究所刚刚成立,从四面八方抽调的科技人员对原子弹爆炸怎么测试,取得哪些数据,如何分析判断其使用价值等问题并不是十分清楚,这些问题正是需要通过光学技术来解决的。作为国家最重要的光学科研机构,长春光机所在这些问题的解决中发挥了巨大作用。参与过核爆研制任务的王传基回忆任务到达长春光机所的情况:的”:请大正饮公

当时主管这项任务的国防科委二局和刚组建不久的负责原子弹测试技术工作的国防科委第二十一研究所则摒弃了这种自己束缚自己的做法在选准了合作伏伴一中国科学院长春光机所以后,充分给子信任。

1960年3月,物理学家程开甲被调到二机部任中国核武器研究所副所长,1962年10月30日,他从二机部到国防科委报到,负责靶场试验技术设计,准备为核试验提方案,并同时准备组建核武器试验研究所。在钱三强推荐下,程开甲在吕敏、陆祖荫、忻贤杰等的配合下展开了工作。这一年的11月26日,程开甲主持起草的《国家第一种试验性产品试验技术方案》出台了。为了确保方案实现,他提出了“急需安排的研究课题”,其中一项是高速摄影机的研制任务,这是代号210项目中的一个课题。1962年冬季,国防科委二十一所提出并正式向光机所下达了210工程项目任务,这是一项时间紧迫、技术复杂的尖端任务,研制时间总共年半。为什么交由光机所来承担这么重要的任务呢?这和光机所有相关的技术基础和研制人才有关。1958年光机所科研人员研制出仿苏联民航用的航空摄影机,开辟了航空摄影技术领域。1958年年底和1965年年初,光机所承担过在“米格”飞机上安装侦察相机的研制任务,但遗憾的是,因使用单位计划调整,研究工作随之中断。但通过这一系列的研究工作,研究所已经锻炼培养了一批研究技术人才,具备一定的技术基础,从而为高速摄影机项目奠定了好的基础。

1962年年底,在北京召开了一场由副总参谋长张爱萍、国防科委副主任刘西尧主持,有光机所等十几个科研单位参加的原子弹爆炸试验光学测试方案交底会,会上程开甲详细介绍了第一颗原子弹的情况,会上讨论了如何用高速摄影机提取爆炸初期产生的火球的画面,如何通过火球直径随时间变化的规律,如何计算原子弹爆炸威力的数据等技术问题。程开甲开诚布公对王大珩说:“我们知道的情况已经全部交底了,光学测试总体方案怎么订,光学站如何布局,完全交给长春光机所的专家组来确定。”得到总体单位的充分信任,参加会议的科研人员暗下决心,一定要把任务拿下!面对异常艰巨的任务,科研人员互相鼓励,鼓足干劲迅速投入项目研制工作中。

围绕第一颗原子弹于1964年爆响的目标,参加单位各方面紧锣密就开了一场大会战!为保证核武器计划顺利实施,在原子弹爆炸实验前,中央成立了四个实验委员会。第一次试验委员会主任是张爱萍,副主任是刘西尧、成均、朱光亚、朱卿云、毕庆堂、李觉、张蕴钰、程开甲。王大珩作为光学部门的负责人,正是试验委员会的委员之一。

长春光机所领到的任务,除了需要拿出核爆所需的高速摄影机,还要进行核爆光冲量计的研制。后者王大珩交给了陈星旦来负责,最终圆满完成了任务。而高速摄影机任务则由王大珩亲自领衔,他带着王传基、薛鸣球、王金堂等人具体来做这项工作,他们在没有参照、没有准备的情况下,要从无到有建立起一个完整的光学测试站,工作时间是1962年至1964年。由于这项核试验的研究工作是光机所当时密级最高的任务,接到任务的时候,薛鸣球和同事们非常激动,他们内心充满神圣的责任感和使命感。

高速摄影机要每秒几千次到百万次的远距离长焦距摄影。高速摄影机又称为“时间放大器”,它能把瞬间变化的

现象从时间上“拉长”,即“时间放大”,从而能观察出细微的情节。由于人眼感受光信号需要1/30-1/5秒暂留时间,普通电影以24帧/秒的速度摄影和放映,我们看到正常速度的连续动作,当以高速摄影,而以24帧/秒的速度放映时,人们将能看到“慢”动作,瞬间发生的情况,可拉长到几秒至几十秒映出,高速摄影以每秒几十亿帧的速度记录瞬变现象。

一系列有关的工作随即开展,在论证阶段,以王大珩为首的专家组,包括张礼堂、陈星旦、薛鸣球、王永义、王传基等人在内,大家经过激烈的讨论,科研人员一致认为,在正常情况下,如果要完成研制一台包含达到要求的高速摄影机的跟踪望远镜,从设计到施工,至少要花四到五年时间。而210项目是在原子弹研制接近尾声时启动的,国防科委布置的这项任务十分紧急,留给光机所的研制时间已经很短,时间不等人,必须要另辟新路。王大珩随即拍板:那就改装!

这项课题被光机所列为最重要任务—“天字一号任务”,所领导非常重视,党委负责人明确表态,要求各部门全力配合,所里的器材仓库全部开放,只要有需要,马上领出去!就这样,科研人员直接去仓库去挑选研究所需要的仪器设备,要什么就拿什么!王传基回忆,为了完成任务他们几个参与工作的人用了一天时间,从仓库里拉了三车(手推车)的设备和材料,只用了五天,便建立起一个简易的实验室,从而具备了改装高速摄影机需要的实验条件。

课题组请求国防科委协调,在总体部门的帮助下,把分散在国内行业的进口设备收集起来,调来了十台由民主德国进口的 Pentazet-3s型高速摄影机。改装的内容包括:配置一台合用的镜头;配置一套起爆时间信号发生器;在底片上加上计时用的时标信号。

薛鸣球在210项目高速摄影装备研制中负责镜头部分光学系统设计工作,设计的关键是摄影镜头和相关启动设备,当时国内的元件基础条件很差,无法保证稳定性。于是薛鸣球从熟悉了解原相机的参数,根据原镜头的像差着手,反复计算、画图……薛鸣球以 Pentazete35型高速摄影机原装置为基础,根据核爆参数的需要,设计匹配了新的中等焦距镜头。

1963年10月底,科研人员带着3000次/秒高速摄影机和光冲量计来到北京官厅水库参加由国防科委组织的联合模拟试验,考验即将参加原子弹爆炸测试的各种仪器的性能。这次试验包含几百次小试验。王传基形容,大家非常重视在官厅水库的试验工作。因为在此之前,谁也不知道核弹爆炸是怎么回事,也从未领略过。虽然当时已经进行了一段时间的工作,研制的初样机在实验室内也经过了初步测试,但尚不知道改装后的高速摄影机到底会有什么样的表现,所以心情既激动又志忑。当然,试验过程中也遇到了一些挫折。例如,当工作人员为摄影机安装底片时,如装片时稍有不慎,或者底片本身带有瑕疵,便会造成摄影测试工作的失败,负责这部分工作的王金堂只好一次又一次试验,天天围着机器转,终于找到了规律,获得了宝贵的经验和教训,为进一步工作打下了良好的基础。王传基回忆试验当天的情景:

那一天,风和日丽,五百公斤炸药放在大约二百米以外,我们调好了全部装置,接好了电源并撤离了光学站,等待那爆炸的一瞬间。轰的一声巨响,我坐在地上,第一个感觉就是屁股上好像被打了一下。接着地面前后摇了好几下,同时一朵小小的蘑菇云升上了天空。这场面,尽管与真正的原子弹相差了十万八千里,但对我们这些从未开过眼界的人来说,也算是补上了一小课。爆炸一结束,我们就立刻冲进光学站,取出胶片,紧张地冲洗。当我们看到底片上显示出清晰的火球图像和各种测试标记时,心里真有说不出的高兴。初样机基本上成功了!

国防科委于1964年3月在长春组织了专家鉴定验收会。经过三天紧张而热烈的答辩考验,改装的高速摄影机通过了鉴定验收,获得了鉴定专家和国防科委领导的高度评价,鉴定小组充分肯定了光机所在较短时间内完成这项任务的成绩,而且鉴定结果表明:由光机所薛鸣球参与设计改装的样机能得到满意的成像质量,在原焦距不变的情况下,视场扩大了四倍,实现了特定要求的高速摄影方案。

因为对高速摄影领域的国防需求以及促进该学科的发展的考虑,中国科学院决定在西北成立了一个专门研究机构,从事高速摄影方面的研究。1962年3月27日,长春光机所西安分所成立。老科学家龚祖同、喻焘等科研骨干奔赴西安,会集陕西分院应用光学所、机械所大部分和自动化所部分人员开拓发展了高速摄影、瞬态光学等新领域的研究。

薛鸣球与西安光机所有很深的缘分。光机所西安分所于1969年改名为西安光机所,后来为历次重大核试验提供了各种专用的高速摄影装备形成了系列特色。开始时主要解决每秒摄影为数千帧直至数百万帧的高速摄影相机,后来为了满足更高的时间分辨率要求,该所又开辟了光电高速摄影新领域。1981年,王大珩和龚祖同提出将薛鸣球调任西安光机所任所长薛鸣球放下在长春的事业,奉调去中科院西安光学精密机械研究所辅佐老所长龚祖同,历任副所长、所长。他在任期间,面对改革开放新局面,紧盯国际光学前沿发展趋势,培养年青人才,为西安光机所的发展殚精竭虑,团结全所入员,令该所迈上一个新的台阶。

我国高速摄影技术发展迅速,从改装到独立设计研制,逐步走上了国际舞台,在国际学界占有了一席之地。从二十世纪六十年代龚祖同率队参加第七届国际高速摄影会议,1978年又参加了在东京举办的第十三届国际高速摄影与光子学会议,1982年王大珩带队参加了第十五届国际高速报影与光子学会议。经过与国际同行的激烈角逐,中国赢得1988年在中国西安组织召开第十八届国际高速摄影与光子学会议的主办权,薛鸣球和从事高速摄影的行业翘楚们站在了国际前沿行列,实现了老一辈科学家发展我国高速摄影技术、跻身国际前沿的夙愿。

改装高速摄影机

日期:2021-11-09

薛鸣球参加了改装高速摄影机的任务,这是他引以为自豪的一段科研经历。高速摄影机改装可以说是我国第一颗原子弹试验项目中的一次开创性的工作。

核爆试验是大型、广泛、多学科交叉的系统工程,协作部门很多。当时负责原子弹测试技术工作的国防科委第二十一研究所刚刚成立,从四面八方抽调的科技人员对原子弹爆炸怎么测试,取得哪些数据,如何分析判断其使用价值等问题并不是十分清楚,这些问题正是需要通过光学技术来解决的。作为国家最重要的光学科研机构,长春光机所在这些问题的解决中发挥了巨大作用。参与过核爆研制任务的王传基回忆任务到达长春光机所的情况:的”:请大正饮公

当时主管这项任务的国防科委二局和刚组建不久的负责原子弹测试技术工作的国防科委第二十一研究所则摒弃了这种自己束缚自己的做法在选准了合作伏伴一中国科学院长春光机所以后,充分给子信任。

1960年3月,物理学家程开甲被调到二机部任中国核武器研究所副所长,1962年10月30日,他从二机部到国防科委报到,负责靶场试验技术设计,准备为核试验提方案,并同时准备组建核武器试验研究所。在钱三强推荐下,程开甲在吕敏、陆祖荫、忻贤杰等的配合下展开了工作。这一年的11月26日,程开甲主持起草的《国家第一种试验性产品试验技术方案》出台了。为了确保方案实现,他提出了“急需安排的研究课题”,其中一项是高速摄影机的研制任务,这是代号210项目中的一个课题。1962年冬季,国防科委二十一所提出并正式向光机所下达了210工程项目任务,这是一项时间紧迫、技术复杂的尖端任务,研制时间总共年半。为什么交由光机所来承担这么重要的任务呢?这和光机所有相关的技术基础和研制人才有关。1958年光机所科研人员研制出仿苏联民航用的航空摄影机,开辟了航空摄影技术领域。1958年年底和1965年年初,光机所承担过在“米格”飞机上安装侦察相机的研制任务,但遗憾的是,因使用单位计划调整,研究工作随之中断。但通过这一系列的研究工作,研究所已经锻炼培养了一批研究技术人才,具备一定的技术基础,从而为高速摄影机项目奠定了好的基础。

1962年年底,在北京召开了一场由副总参谋长张爱萍、国防科委副主任刘西尧主持,有光机所等十几个科研单位参加的原子弹爆炸试验光学测试方案交底会,会上程开甲详细介绍了第一颗原子弹的情况,会上讨论了如何用高速摄影机提取爆炸初期产生的火球的画面,如何通过火球直径随时间变化的规律,如何计算原子弹爆炸威力的数据等技术问题。程开甲开诚布公对王大珩说:“我们知道的情况已经全部交底了,光学测试总体方案怎么订,光学站如何布局,完全交给长春光机所的专家组来确定。”得到总体单位的充分信任,参加会议的科研人员暗下决心,一定要把任务拿下!面对异常艰巨的任务,科研人员互相鼓励,鼓足干劲迅速投入项目研制工作中。

围绕第一颗原子弹于1964年爆响的目标,参加单位各方面紧锣密就开了一场大会战!为保证核武器计划顺利实施,在原子弹爆炸实验前,中央成立了四个实验委员会。第一次试验委员会主任是张爱萍,副主任是刘西尧、成均、朱光亚、朱卿云、毕庆堂、李觉、张蕴钰、程开甲。王大珩作为光学部门的负责人,正是试验委员会的委员之一。

长春光机所领到的任务,除了需要拿出核爆所需的高速摄影机,还要进行核爆光冲量计的研制。后者王大珩交给了陈星旦来负责,最终圆满完成了任务。而高速摄影机任务则由王大珩亲自领衔,他带着王传基、薛鸣球、王金堂等人具体来做这项工作,他们在没有参照、没有准备的情况下,要从无到有建立起一个完整的光学测试站,工作时间是1962年至1964年。由于这项核试验的研究工作是光机所当时密级最高的任务,接到任务的时候,薛鸣球和同事们非常激动,他们内心充满神圣的责任感和使命感。

高速摄影机要每秒几千次到百万次的远距离长焦距摄影。高速摄影机又称为“时间放大器”,它能把瞬间变化的

现象从时间上“拉长”,即“时间放大”,从而能观察出细微的情节。由于人眼感受光信号需要1/30-1/5秒暂留时间,普通电影以24帧/秒的速度摄影和放映,我们看到正常速度的连续动作,当以高速摄影,而以24帧/秒的速度放映时,人们将能看到“慢”动作,瞬间发生的情况,可拉长到几秒至几十秒映出,高速摄影以每秒几十亿帧的速度记录瞬变现象。

一系列有关的工作随即开展,在论证阶段,以王大珩为首的专家组,包括张礼堂、陈星旦、薛鸣球、王永义、王传基等人在内,大家经过激烈的讨论,科研人员一致认为,在正常情况下,如果要完成研制一台包含达到要求的高速摄影机的跟踪望远镜,从设计到施工,至少要花四到五年时间。而210项目是在原子弹研制接近尾声时启动的,国防科委布置的这项任务十分紧急,留给光机所的研制时间已经很短,时间不等人,必须要另辟新路。王大珩随即拍板:那就改装!

这项课题被光机所列为最重要任务—“天字一号任务”,所领导非常重视,党委负责人明确表态,要求各部门全力配合,所里的器材仓库全部开放,只要有需要,马上领出去!就这样,科研人员直接去仓库去挑选研究所需要的仪器设备,要什么就拿什么!王传基回忆,为了完成任务他们几个参与工作的人用了一天时间,从仓库里拉了三车(手推车)的设备和材料,只用了五天,便建立起一个简易的实验室,从而具备了改装高速摄影机需要的实验条件。

课题组请求国防科委协调,在总体部门的帮助下,把分散在国内行业的进口设备收集起来,调来了十台由民主德国进口的 Pentazet-3s型高速摄影机。改装的内容包括:配置一台合用的镜头;配置一套起爆时间信号发生器;在底片上加上计时用的时标信号。

薛鸣球在210项目高速摄影装备研制中负责镜头部分光学系统设计工作,设计的关键是摄影镜头和相关启动设备,当时国内的元件基础条件很差,无法保证稳定性。于是薛鸣球从熟悉了解原相机的参数,根据原镜头的像差着手,反复计算、画图……薛鸣球以 Pentazete35型高速摄影机原装置为基础,根据核爆参数的需要,设计匹配了新的中等焦距镜头。

1963年10月底,科研人员带着3000次/秒高速摄影机和光冲量计来到北京官厅水库参加由国防科委组织的联合模拟试验,考验即将参加原子弹爆炸测试的各种仪器的性能。这次试验包含几百次小试验。王传基形容,大家非常重视在官厅水库的试验工作。因为在此之前,谁也不知道核弹爆炸是怎么回事,也从未领略过。虽然当时已经进行了一段时间的工作,研制的初样机在实验室内也经过了初步测试,但尚不知道改装后的高速摄影机到底会有什么样的表现,所以心情既激动又志忑。当然,试验过程中也遇到了一些挫折。例如,当工作人员为摄影机安装底片时,如装片时稍有不慎,或者底片本身带有瑕疵,便会造成摄影测试工作的失败,负责这部分工作的王金堂只好一次又一次试验,天天围着机器转,终于找到了规律,获得了宝贵的经验和教训,为进一步工作打下了良好的基础。王传基回忆试验当天的情景:

那一天,风和日丽,五百公斤炸药放在大约二百米以外,我们调好了全部装置,接好了电源并撤离了光学站,等待那爆炸的一瞬间。轰的一声巨响,我坐在地上,第一个感觉就是屁股上好像被打了一下。接着地面前后摇了好几下,同时一朵小小的蘑菇云升上了天空。这场面,尽管与真正的原子弹相差了十万八千里,但对我们这些从未开过眼界的人来说,也算是补上了一小课。爆炸一结束,我们就立刻冲进光学站,取出胶片,紧张地冲洗。当我们看到底片上显示出清晰的火球图像和各种测试标记时,心里真有说不出的高兴。初样机基本上成功了!

国防科委于1964年3月在长春组织了专家鉴定验收会。经过三天紧张而热烈的答辩考验,改装的高速摄影机通过了鉴定验收,获得了鉴定专家和国防科委领导的高度评价,鉴定小组充分肯定了光机所在较短时间内完成这项任务的成绩,而且鉴定结果表明:由光机所薛鸣球参与设计改装的样机能得到满意的成像质量,在原焦距不变的情况下,视场扩大了四倍,实现了特定要求的高速摄影方案。

因为对高速摄影领域的国防需求以及促进该学科的发展的考虑,中国科学院决定在西北成立了一个专门研究机构,从事高速摄影方面的研究。1962年3月27日,长春光机所西安分所成立。老科学家龚祖同、喻焘等科研骨干奔赴西安,会集陕西分院应用光学所、机械所大部分和自动化所部分人员开拓发展了高速摄影、瞬态光学等新领域的研究。

薛鸣球与西安光机所有很深的缘分。光机所西安分所于1969年改名为西安光机所,后来为历次重大核试验提供了各种专用的高速摄影装备形成了系列特色。开始时主要解决每秒摄影为数千帧直至数百万帧的高速摄影相机,后来为了满足更高的时间分辨率要求,该所又开辟了光电高速摄影新领域。1981年,王大珩和龚祖同提出将薛鸣球调任西安光机所任所长薛鸣球放下在长春的事业,奉调去中科院西安光学精密机械研究所辅佐老所长龚祖同,历任副所长、所长。他在任期间,面对改革开放新局面,紧盯国际光学前沿发展趋势,培养年青人才,为西安光机所的发展殚精竭虑,团结全所入员,令该所迈上一个新的台阶。

我国高速摄影技术发展迅速,从改装到独立设计研制,逐步走上了国际舞台,在国际学界占有了一席之地。从二十世纪六十年代龚祖同率队参加第七届国际高速摄影会议,1978年又参加了在东京举办的第十三届国际高速摄影与光子学会议,1982年王大珩带队参加了第十五届国际高速报影与光子学会议。经过与国际同行的激烈角逐,中国赢得1988年在中国西安组织召开第十八届国际高速摄影与光子学会议的主办权,薛鸣球和从事高速摄影的行业翘楚们站在了国际前沿行列,实现了老一辈科学家发展我国高速摄影技术、跻身国际前沿的夙愿。