首頁 資訊 【遼寧日報(bào)·整版】程耿東:給火箭“減重”的優(yōu)化大師

【遼寧日報(bào)·整版】程耿東:給火箭“減重”的優(yōu)化大師

來源:泰然健康網(wǎng) 時(shí)間:2024年12月31日 05:36

程耿東院士給本科生上課。

程耿東博士論文答辯。

程耿東院士在實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生作指導(dǎo)。本版照片由大連理工大學(xué)提供

據(jù)測算,火箭重量每減少一公斤,就將節(jié)省約兩萬美元的發(fā)射成本。程耿東指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)為長征五號運(yùn)載火箭減重達(dá)到1145公斤。這一科研成果被評價(jià)為:“從源頭上提高了我國運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精細(xì)化水平?!?/strong>

心若年輕,歲月不老。年過八旬的程耿東說:“科研工作一輩子也做不夠,因?yàn)椴粩嘤行碌奶魬?zhàn)?!?/strong>

又是一年冬去春來。

凌水河畔,大連理工大學(xué)。路邊的玉蘭樹上,毛絨絨的花苞密密麻麻地掛滿枝丫,在春風(fēng)里搖曳,等待著怒放的時(shí)刻。

一位背著雙肩包的白發(fā)老者,不疾不徐地走在校園里。他的身旁,不時(shí)有三三兩兩的年輕學(xué)子匆匆而過,和春天一樣,充滿活力。

50多年前,在和這些年輕人同樣風(fēng)華正茂的年紀(jì),老者來到這所與共和國同齡的大學(xué)。

斗轉(zhuǎn)星移,將近一個(gè)甲子的歲月過去,當(dāng)年的英俊青年,早已成為這所學(xué)校的驕傲。

這位老者,就是國際著名結(jié)構(gòu)優(yōu)化專家、中國科學(xué)院院士程耿東。

為火箭“瘦身”飛天尋找最優(yōu)解

大連理工大學(xué)工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里,面積不大的空間內(nèi)擺滿各種奇奇怪怪的實(shí)驗(yàn)裝置和儀器,雖然看上去有些擁擠和凌亂,但為長征五號運(yùn)載火箭減重等重大科技成果就來自這里。

“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與輕量化設(shè)計(jì)”是近年來程耿東和團(tuán)隊(duì)一個(gè)很重要的研究方向。對普通人而言,這是一個(gè)很陌生也很難理解的概念,而對于我國的航天事業(yè)乃至普通人的生活來說,卻有著非同尋常的意義。

“簡單地說,就是通過我們的優(yōu)化設(shè)計(jì),讓火箭、航空器、飛機(jī)等航空航天裝備以及和老百姓生活密切相關(guān)的汽車等運(yùn)載工具既輕便又結(jié)實(shí)。”程耿東通俗地給記者解釋。

在航天領(lǐng)域有個(gè)說法,火箭上的每一克重量,都比同等重量的黃金更有價(jià)值,這種說法其實(shí)并不夸張。據(jù)測算,火箭重量每減少1公斤,就將節(jié)省約2萬美元的發(fā)射成本。

針對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與輕量化設(shè)計(jì)這一提升航天裝備競爭力的核心技術(shù),大連理工大學(xué)的多支研究團(tuán)隊(duì),在程耿東的指導(dǎo)下,從2008年開始與航天一院一部聯(lián)合攻關(guān),成立航天結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析中心,針對大直徑運(yùn)載火箭開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和攻關(guān)。

2016年11月,海南文昌發(fā)射中心,長征五號運(yùn)載火箭震撼首飛。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)優(yōu)化給出的是輕量化的新型設(shè)計(jì),存在一定風(fēng)險(xiǎn),受邀在現(xiàn)場觀看發(fā)射的程耿東感到前所未有的緊張?;鸺v空那一刻,程耿東心中一塊石頭落地,和團(tuán)隊(duì)成員一起歡呼起來。

長征五號運(yùn)載火箭是我國從航天大國邁向航天強(qiáng)國的關(guān)鍵一步,作為我國運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭,其運(yùn)載能力與當(dāng)時(shí)服役的運(yùn)載火箭相比提升了兩倍多,使我國運(yùn)載火箭的規(guī)模實(shí)現(xiàn)了從中型向大型的跨越。

在參與長征五號運(yùn)載火箭研制過程中,程耿東指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)解決了火箭集中力擴(kuò)散中的共性問題,以及優(yōu)化列式模型建構(gòu)、高效求解算法建立及拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的后處理等“卡脖子”問題,為長征五號運(yùn)載火箭20多個(gè)部段成功“瘦身”,實(shí)現(xiàn)長征五號火箭結(jié)構(gòu)減重達(dá)到1145公斤。此后,相關(guān)成果又相繼應(yīng)用于長征七號、長征五號B以及衛(wèi)星平臺等“國之重器”當(dāng)中。

隨著中國星際探測征程的腳步從地月系到行星際的跨越,他們的科研成果也飛向了宇宙更深處。

2021年5月,“天問一號”探測器成功著陸于火星烏托邦平原,在它的研制過程中,大工團(tuán)隊(duì)的科研成果成功讓火星車設(shè)備板相關(guān)結(jié)構(gòu)件減重50%以上,結(jié)構(gòu)承載效率顯著提升。

長征五號B運(yùn)載火箭型號辦公室等單位評價(jià)大工科研成果:“從源頭上提高了我國運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精細(xì)化水平”“從源頭上提升了我國深空探測器中復(fù)雜連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)水平并提供了自主可控優(yōu)化設(shè)計(jì)工具”。

北京冬奧會“帶動三億人參與冰雪運(yùn)動”,2020年,“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與輕量化設(shè)計(jì)”國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)的支持下,將“航天新型輕質(zhì)高承載結(jié)構(gòu)及其高效優(yōu)化設(shè)計(jì)”技術(shù)運(yùn)用到滑雪頭盔研發(fā)中。2021年,成功研制出新一代高科技滑雪頭盔,讓高端科技產(chǎn)品走向了大眾。

眼下,程耿東正在和團(tuán)隊(duì)做高超音速飛行器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究。他說:“希望做點(diǎn)兒過去沒做過的工作,開拓新的研究方向。”

“科研工作一輩子也做不夠”

從大連理工大學(xué)“院士樓”到1號實(shí)驗(yàn)樓,大約是七八分鐘的路程。

每天,程耿東要在這條路上走兩個(gè)來回。

“早晨8點(diǎn)半到實(shí)驗(yàn)室,和團(tuán)隊(duì)成員一起針對近期研究的課題開展討論,幫學(xué)生梳理科研思路,修改論文,討論計(jì)算模型和結(jié)果,或者和學(xué)生一起尋找編程和公式推導(dǎo)中的錯(cuò)誤。中午回家吃飯,休息一會兒,下午回來再接著做當(dāng)天的工作?!背坦|向記者透露每天的時(shí)間安排。

從2006年卸任大連理工大學(xué)校長到現(xiàn)在,除了外出開會,不論是周末還是節(jié)假日,甚至是大年初一,程耿東基本上重復(fù)著這樣“兩點(diǎn)一線”的生活。

年過八旬,依然跋涉在科研和教學(xué)一線,源于發(fā)自心底的熱愛。程耿東說:“科研工作一輩子也做不夠,因?yàn)椴粩嘤行碌奶魬?zhàn)?!?/p>

1964年,從北京大學(xué)畢業(yè)的程耿東,考入大連理工大學(xué)(時(shí)為大連工學(xué)院)讀研究生。身處特殊年代,1968年研究生畢業(yè)后,作為“再教育”對象,程耿東去了北大荒軍墾農(nóng)場勞動一年,之后又到沈陽的一所中學(xué)當(dāng)了三年半老師。

和很多1978年才回城的下鄉(xiāng)青年相比,程耿東的幸運(yùn)來得早些。幫他抓住這次運(yùn)氣的,是程耿東非常感激的“伯樂”,大連工學(xué)院第二任院長、中國科學(xué)院院士錢令希。

當(dāng)年,程耿東優(yōu)異的研究生入學(xué)成績,讓愛才惜才的錢令希注意到了這匹“千里馬”。在程耿東“修理地球”的日子里,錢令希經(jīng)常寫信給予他鼓勵和關(guān)懷,出差和開會到沈陽,也要去看看程耿東,叮囑他業(yè)余時(shí)間鉆研學(xué)問,不要荒廢專業(yè)知識。

1973年,國家允許為科技專家配備助手,錢令希把握住這短暫機(jī)會,把程耿東調(diào)回大連工學(xué)院,這成為程耿東一生摯愛的科研事業(yè)的起點(diǎn)。水塔支架的標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計(jì)及汽輪機(jī)基礎(chǔ)強(qiáng)振分析程序,就是這期間程耿東參與完成的,先后被多家設(shè)計(jì)院所采用。

1978年,程耿東迎來了人生的第二個(gè)“春天”。國家恢復(fù)考試選拔人才制度,除了改變無數(shù)讀書人命運(yùn)的高考,還有一項(xiàng)措施就是首次通過考試選拔公派出國留學(xué)人員。程耿東幸運(yùn)地搭上了改革開放后出國留學(xué)的“頭班車”,前往丹麥技術(shù)大學(xué)固體力學(xué)系學(xué)習(xí),師從國際理論和應(yīng)用力學(xué)學(xué)會主席尼奧德森教授和著名力學(xué)家奧洛霍夫教授。

那年,程耿東37歲,和導(dǎo)師奧洛霍夫教授同齡。這更加讓程耿東意識到時(shí)不我待,他一頭鉆進(jìn)功課里,就像年輕時(shí)那樣如饑似渴。

憑著分秒必爭的勤奮勁頭,僅用一年半時(shí)間,程耿東就完成了學(xué)業(yè),成為這批公派留學(xué)人員中第一個(gè)獲得博士學(xué)位的人。

從青春年少到不惑之年,程耿東經(jīng)歷了大學(xué)生、研究生、農(nóng)民、中學(xué)教師、大學(xué)助教、留學(xué)生的多重身份轉(zhuǎn)換。雖然中間遇到不少波折,吃過許多苦,但程耿東還是感到幸運(yùn):“趕上了改革開放的好時(shí)代。”

回國后,程耿東確立了自己研究的主攻方向——“工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究”,這是國際力學(xué)界最前沿的課題。為保持科研工作的持續(xù)性和創(chuàng)造性,學(xué)校也為他創(chuàng)造了寬松的科研環(huán)境。連續(xù)十多年,他每年都可以抽出一段時(shí)間去丹麥,繼續(xù)與那里的科學(xué)家進(jìn)行密切的科研合作。

播下希望的種子,必定開出艷麗的花朵,結(jié)出豐碩的果實(shí)。

程耿東的學(xué)術(shù)研究始終保持著旺盛的上升勢頭,多項(xiàng)研究工作受到國際同行的廣泛認(rèn)可:對實(shí)心彈性薄板的研究被稱為近代布局優(yōu)化的先驅(qū);提出半解析法靈敏度分析法,運(yùn)用此理論開發(fā)的軟件,在機(jī)車車輛和航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

從20世紀(jì)90年代起,程耿東歷經(jīng)十年探索,解決了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中一直被困擾的“奇異解”難題,被認(rèn)為具有里程碑意義。

談及學(xué)術(shù)上的成就,程耿東說自己在科研中一直“刻意創(chuàng)新,追求完美”?!翱桃鈩?chuàng)新,就是經(jīng)常問自己,我做的是不是和別人不一樣?不一樣在什么地方?追求完美,就是在形成基本的創(chuàng)新思想后,從理論、方法、軟件實(shí)現(xiàn)及可能的應(yīng)用等多個(gè)方面審視、豐富和完善自己的研究?!?/p>

“程老師做科研力求完美,精益求精,不會輕易放過任何一個(gè)問題。”回憶起跟隨程耿東攻克“奇異解”的過程,程耿東的得意門生、大連理工大學(xué)工程力學(xué)系主任郭旭教授感受頗深。

讓大學(xué)成為人才聚集的“百花園”

前不久,第二輪“雙一流”大學(xué)名單公布,大連理工大學(xué)的力學(xué)、機(jī)械工程、化學(xué)工程與技術(shù)3個(gè)學(xué)科入選雙一流學(xué)科建設(shè)名單。

躋身“雙一流”,顯示出一所高校在人才培養(yǎng)、教師隊(duì)伍建設(shè)、科學(xué)研究、社會服務(wù)等方面的實(shí)力, 也意味著學(xué)校在未來有更加美好的發(fā)展前景。這讓執(zhí)掌過這所大學(xué)帥印11年的程耿東非常欣慰:“中國高等教育的發(fā)展環(huán)境越來越好,希望學(xué)校繼續(xù)奮斗,實(shí)現(xiàn)新的騰飛。”

1995年11月8日,程耿東被任命為大連理工大學(xué)校長。接過任命書的那一刻,他感到了肩上擔(dān)子的分量。

當(dāng)時(shí),是中國高等教育發(fā)展最困難的階段。學(xué)校已經(jīng)好多年沒有新的建筑,一間辦公室里擺了五六張桌子,甚至沒法保證每位教師一張辦公桌。每棟建筑的廁所下水道都不通暢,一進(jìn)樓道就聞到難聞的氣味,而教師的住宿條件更是十分困難。

這樣的環(huán)境下,學(xué)校人才大量流失,離職教師數(shù)量比每年新進(jìn)的還要多。

上任伊始,程耿東就提出“尊重知識,尊重人才,人才為本”的主張。在他當(dāng)校長期間,國家對高等教育也開始重視,一個(gè)影響比較大的舉動,就是大規(guī)模啟動了“211”等重點(diǎn)建設(shè)工程。

程耿東抓住這個(gè)契機(jī),想了許多辦法來改善教師生活和工作條件,給教師搞研究、做學(xué)問創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境。

“科研活動是帶有隱私性質(zhì)的,多數(shù)情況下,一個(gè)做研究的人,在沒成功的時(shí)候,不會告訴別人他有什么‘怪異’想法,在做什么‘荒唐’的事。好多人在一個(gè)辦公室,根本出不了什么新的主意?!背坦|想辦法為每位副教授以上教師爭取到一間獨(dú)立辦公室。

為改善教師的住房條件,緩解建房資金的嚴(yán)重不足,程耿東想出了集資蓋房的辦法,加快了住房建設(shè)速度。

房子建好了,如何分配,程耿東也下了一番力氣。原來住房分配時(shí),打分不合理,一些青年教師總也排不上。他要求有關(guān)職能部門在提出具體的計(jì)分方案時(shí),給出分配結(jié)果預(yù)測,這樣就保證青年教師優(yōu)秀人才能分到住房。

在任期間,程耿東啟動了學(xué)校一系列的政策調(diào)整,包括住房、崗位津貼和職稱評聘,并向中青年教師傾斜。

問題在一個(gè)個(gè)解決,效果也一點(diǎn)點(diǎn)顯現(xiàn)。

一批拔尖人才在大連理工大學(xué)涌現(xiàn)出來,一些高層次人才也紛紛加盟。大連理工大學(xué)很快聘請了177位兼職教授、7位海外學(xué)者特聘教授,并約請8位兩院院士每年短期來校指導(dǎo)教學(xué)和科研工作。

那段歲月,程耿東每天忙碌至深夜。國家實(shí)施“211”工程、“985”工程建設(shè)重點(diǎn)高校時(shí),大連理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)班子齊心合力,跨入兩個(gè)工程建設(shè)高校行列,成為國內(nèi)知名的大學(xué)。

從校長崗位退下來后,程耿東用自己的方式,延續(xù)著對人才工作一如既往的重視。

“我的成長離不開導(dǎo)師的言傳身教。程老師常說‘要用欣賞的眼光看待別人的工作,要營造良好的科研合作氛圍’,對我個(gè)人成長和后來的工作都特別有幫助。”他的學(xué)生、大連理工大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院院長王博教授說。

程耿東指導(dǎo)學(xué)校力學(xué)系與航空航天一院一部科研院所合作,承擔(dān)國家重大立項(xiàng)課題,一批青年教師在這一過程中得到了鍛煉,也培養(yǎng)出170余名博士碩士研究生。王博就是在這一科研攻關(guān)中成長起來的。

早幾年,為了培養(yǎng)自己學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)的興趣,王博請程耿東現(xiàn)身說法,當(dāng)時(shí)已經(jīng)年逾古稀的程耿東兩個(gè)小時(shí)全程站立講課,王博笑稱,這是最大牌的“助課”。

記者手記:

心若年輕 歲月不老

與81歲的程耿東院士對話,很難把他歸入老年人之列。

謙遜隨和、思維敏捷,聽程耿東院士講過去的經(jīng)歷,講現(xiàn)在的研究工作和想法,會被他身上散發(fā)出來那種強(qiáng)烈的責(zé)任感和深深的愛國情懷所打動。同時(shí)也會感受到,他有著一顆年輕的心。

程耿東院士說,他沒有別的愛好,就是喜歡做科研。盡管有時(shí)候也會問自己:“到了這個(gè)年齡,多你一個(gè)有用嗎?”但每次思考后,他都是堅(jiān)定地回答:“多我一個(gè)還是有用的?!?/p>

心年輕,意味著戰(zhàn)勝困難的勇氣。程耿東院士經(jīng)歷了不少曲折,但不管在什么時(shí)候,身處何種逆境,他都是堅(jiān)定地向著有光的地方前行。在北大荒的艱苦歲月里,他利用業(yè)余時(shí)間,刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)知識;在近不惑之年,他遠(yuǎn)赴海外留學(xué),僅用一年半時(shí)間,就獲得博士學(xué)位;在中國高等教育發(fā)展最困難的階段,他接掌大學(xué)校長帥印,啟動一系列超前的改革,營造人才脫穎而出的環(huán)境,將學(xué)校帶入國內(nèi)知名大學(xué)行列。

心年輕,才能保持創(chuàng)新的激情。程院士信奉“刻意創(chuàng)新,追求完美”的科研信條,堅(jiān)持做和別人不一樣的東西,提出要張揚(yáng)個(gè)性,標(biāo)新立異。正因?yàn)橛兄@種激情,他敢于挑戰(zhàn)權(quán)威,做博士論文時(shí)就提出了和導(dǎo)師不一樣的想法,獲得導(dǎo)師的贊許。最終在專業(yè)領(lǐng)域做出了先導(dǎo)性工作和開創(chuàng)性貢獻(xiàn),至今仍時(shí)刻關(guān)注國家和地方的重大科技需求,在科技創(chuàng)新的路上不輟前行。

當(dāng)前,全球科技創(chuàng)新進(jìn)入密集活躍期,科技創(chuàng)新在國家發(fā)展中的作用不言而喻。對于創(chuàng)新,程耿東有著很強(qiáng)的緊迫感和使命感,他認(rèn)為作為科學(xué)家,就要更加關(guān)注國家和社會的需求,做別人沒做的工作。遼寧要實(shí)現(xiàn)全面振興全方位振興,也需要在創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展上取得新突破,這些都給科技工作者提出了新要求,提供了新舞臺。需求驅(qū)動創(chuàng)新。作為科技工作者,要完成時(shí)代賦予的重任,實(shí)現(xiàn)更多的“從0到1”,就需要始終保持這種排除萬難的勇氣,保持在科技創(chuàng)新最前沿不斷拼搏的激情。

心若年輕,歲月不老。衷心祝愿程院士在科研道路上收獲更多的快樂,取得更大的成就。也愿每一位科研人在創(chuàng)新的征途上都能擁有一顆年輕的心。讓更多“怪異”想法冒出來,讓更多看似“荒唐”的事變成一個(gè)又一個(gè)的創(chuàng)新。

圖說:

程耿東

1941年生于江蘇蘇州,國際著名結(jié)構(gòu)優(yōu)化專家、中國科學(xué)院院士。長期從事工程力學(xué)、計(jì)算力學(xué)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,對實(shí)心彈性薄板的研究被稱為近代布局優(yōu)化的先驅(qū),提出的結(jié)構(gòu)靈敏度分析的半解析法,為很多結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序采用。在結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究中提出求解奇異最優(yōu)解的松弛算法,被認(rèn)為在該研究領(lǐng)域具有里程碑意義。提出的集中力擴(kuò)散拓?fù)鋬?yōu)化模型及其高效率求解策略,應(yīng)用于我國惰性航天結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。著有論文300多篇、著作5部、譯著2部,曾3次獲國家自然科學(xué)二等獎,2020年度遼寧省科學(xué)技術(shù)最高獎獲得者。

原文鏈接:http://epaper.lnd.com.cn/lnrbepaper/pc/layout/202203/31/node_08.html

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