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中科院力学所
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力学园地
2016年01月04日漫漫报国之路 ——记程世祜先生
程世祜传略（1918.10.20-1968.10.23）
一、热血青年的漫漫报国之路 程世祜于1918年10月20日在辽宁抚顺市塔尔峪村出生，满族人。程家是个大家族，程世祜是同辈10个兄弟中最小的一个。因幼年丧母，使程世祜小小的心灵上产生孤独感，这可能是他性格比较孤僻的原因。他6岁进入县立第四小学，毕业后考取省立第一工科高级职业学校机械班。1931年“九一八”事变，日本侵略军侵占了我国东三省，程家经济日益困难，无力供养程世祜读书，他只好辍学在家务农。将近两年的体力劳动生活，使少年程世祜得到锻炼，养成了俭朴求实的作风。 1934年春，程世祜跟随表哥逃难流浪到北平。作为东北流亡学生，他考取了东北中山中学(校址在北新桥)。这个学校除设有初、高中部外，还设有一个高级职业土木科，相当于高中，程世祜当时就读于该科。1936年“一二九”学生运动风起云涌，程世祜积极参加游行，散发传单，宣传抗日。1937年6月毕业后，他辗转来到西安，考取了西安临时大学， 1938年春，又随校迁到陕西省南部城固县（该校于1938年改名西北联合大学，于1939年又改名为西北工学院）。程世祜在大学机械系学习的4年间，为人忠厚老实，极其用功，但没有任何经济来源，按照当时的办法，依靠“战区学生贷金”完成了学业，而且学习成绩十分优异。艰苦的生活，磨炼了他不惧困难的意志，也激励他奋发图强的精神。1941年6月大学毕业后，程世祜在蔡家坡西北机械厂任技士实习生，直到还清了大学学习期间欠学校的借款。随后，他到陕西省交通部陇海铁路机务段任技士实习生，后又到贵阳交通部铁路技术标准委员会任实习生。1944-1945年期间，他历任中华民国军事委员会工程委员会实习生、工务员、帮工程师。 1945年，程世祜通过了中华民国教育部考试，被选派公费出国留学。当年8月到达英国后，他首先在曼彻斯特一家机械厂实习铸工、木模工，从事机车锅炉制造等工作，在这里要与工厂工人同劳动，生活非常艰苦。次年转到腊格比城一家电器设备厂实习蒸汽轮机制造工作，包括汽轮机控制系统及部件、汽轮机叶片制造和汽轮机总装及试验设计、计算和现场安装、试车等。这段有丰富内容的实习工作，充实了程世祜的实践经验，正如他自己讲的：“这一段学习是比较好的一段，它给了我一个比较稳固的工程训练。”1948年，他又到格拉斯哥城的一家机械制造厂学习了一年． 1949年9月，通过好友贾有权的帮助，程世祜转到美国留学。他先在美国盐湖城犹他(utah)州立大学机械系读研究生，1950年获硕士学位后便转往芝加哥的伊利诺伊理工学院力学系学习。在著名力学家、壳体专家l.h.唐奈尔(donne )教授的指导下，程世祜完成了论文《梁在集中载荷下的局部应力分析问题》，于1955年获得了博士学位。以后，他在芝加哥工程公司担任工程师。 中华人民共和国的成立使程世祜归心似箭。他多次向美国移民局提出回国申请，尽管申请几次被拒绝，但他仍继续努力争取。当时，留美的爱国学生组织起来，集体上书抗议美国政府的这一做法，程世祜是其中积极的组织者之一。1954年夏，在日内瓦会议上，周恩来总理就美国不允许中国留学生回归祖国一事向美国当局提出抗议，才迫使美国移民局同意批准中国留学生回国。程世祜在被批准之列，他不顾美国政府的种种刁难和阻挠，终于在1955年1月回到了久别的祖国。回国后，他结婚生子，组成了幸福的家庭。其夫人张钊从事幼儿教育工作，曾任中关村幼儿园主任。 当时，程世祜分配到中国科学院数学研究所力学研究室工作，侧重于板壳理论和振动理论研究。1956年1月，力学研究所成立，力学研究室全体人员转入新所。作为副研究员，程世祜是参与创建力学所的首批力学专家之一。同年，经机械工业部提名，他作为中国科学院新技术科技考察团的成员赴苏联参观访问。苏联大规模的科学技术建设事业和党中央发出的“向科学进军”的号召使他深受鼓舞。考察归来后，程世祜立即带领几个青年人积极从事壳体稳定性研究，并结合壳体工作建立了热应力实验室。当时这些工作在我国还都是空白，起步十分艰难，例如高温测量仪、高温应变仪的研制调试，高温弹性模量的测定等等都需要一步步地摸索尝试。由于他具有壳体稳定性理论的深厚功底，又有多年工厂工作的经验和关于机械制造、设计和实验方面的广博知识，难点一个个被攻克，热应力实验室的雏型不久便呈现在人们的眼前。在从事繁忙的研究工作同时，程世祜还在北京大学、清华大学等高校教授结构力学等课程。他曾是中国科学院力学研究所和清华大学合办的“工程力学研究班”的首批教员。这个研究班是培养我国高级力学研究人才的摇篮，程世祜的讲课生动并结合实际，深受学生们的欢迎。 1958年“大跃进”时期，中国科学院部署了研制火箭、卫星的任务。程世祜承担了研制地球物理火箭箭头任务，担任结构分系统的技术负责人，利用代用品做出了我国第一个火箭模样箭头。他还担任过上海机电设计院火箭总体设计部结构室主任，主持设计并加工出了第一批壳体模型，进行了一系列静力实验，求得了符合当时加工条件的计算圆柱壳体“下临界应力”系数，给以后的火箭结构计算打下了基础。1959年，程世祜回到力学研究所，进行了内压壳的研究试验工作。1962年至1964年，他任力学研究所十二室结构力学组组长，承担与国防部五院协作任务的相关工作，研究圆柱薄壳的稳定性。1962年，他还建立了纸壳试验研究题目。1964年秋到1965年，他主动申请去山西参加农村“四清”运动。1965年夏回到北京后不久，“文化大革命"就开始了，程世祜被抽调到力学研究所怀柔分部203室，担任超低空导弹强度试验和研究工作的顾问。1968年3月，程世祜随同203室划归为国防科委第五研究设计院511所。 由于“文革”运动的冲击，各项研究基本停顿，程世祜亦无法继续开展工作，因而他心情十分焦虑不安，加之在极左思潮的影响下，他受到审查甚至人身侮辱。一心为了报效祖国排除万难回归本土的爱国科学家程世祜无法忍受这种种诬蔑和冤屈，终于在1968年10月23日，在力学研究所怀柔分部小楼四楼的宿舍里含冤自缢身亡，时年仅仅50岁。程世祜的去世，使我们失去了一位优秀的力学专家，这是我们的国家、人民以及我国国防科技尖端事业一个不可挽回的损失。
二、积极投身我国自行研制火箭、卫星、导弹的工作 1958年“大跃进”的浪潮席卷全国，毛泽东主席在党的八届二次会议上发表了“我们也要搞人造卫星”的讲话，中国科学院部署了研制火箭、卫星的任务（代号581任务），力学研究所的主要科研方向也随之转向为国防尖端科研服务的“上天、入地、下海”等。程世祜进入新成立的“581”组，担任研制地球物理火箭箭头的结构分系统技术负责人。他利用代用品做出了我国第一个火箭模样箭头，在“中国科学院自然科学跃进成果展览会”上展出，刘少奇、邓小平等中央领导同志兴致勃勃地参观了展览。1958年11月，力学研究所的“上天”设计院（即1001设计院）与上海市联合组建成上海机电设计院，计划在次年庆祝国庆10周年时发射地球物理火箭作为“国庆献礼”。程世祜等主要技术力量迁往上海，他担任该院火箭总体设计部结构室主任。在此期间，工作非常紧张，生活也相当艰苦，程世祜又是只身一人在上海过着集体生活，与同年轻人同吃同住，晚上几乎天天加班。他充分利用上海工厂的有利条件，开展了大量的圆柱薄壳稳定性的实验研究工作，从模型设计、材料选择、加工制造到实验测量，都是亲自动手，一丝不苟，而且为了节省材料总是把实验模型做得很小。这一年，他主持设计并加工出了第一批壳体模型，进行了一系列静力实验，求得了符合当时加工条件的计算圆柱壳体“下临界应力”系数，给以后的火箭结构计算打下了基础。同时，他抓紧时间培训干部，为青年科技人员讲授飞行器结构力学、屈曲理论，带领大家从事各种基础实验工作，实实在在地培养训练了我国第一批从事航天科技的专业人才。 1959年春，科学院根据邓小平指示“卫星明年不放，与国力不相称”，调整了581任务，转向气象火箭的研制。程世祜回到力学研究所，二次组织力量从事航空航天器结构稳定性的基础研究。他把在“大跃进”中被拆散的热应力实验室恢复起来，并进行了内压壳的研究试验工作。他在内压壳、高温弹性模量测定、高温应变测定方面采取轮班深入的办法，分别对青年科研人员进行指导。1960年6-7月间，他向国防部门提交了《轴向压力及内压力联合作用下圆筒薄壳的稳定问题》、《内压圆柱壳稳定问题》等研究报告。1961年8月，他写出学术论文《关于“弹性圆柱薄壳的一般稳定性”问题》，在《力学学报》上发表，指出边界条件对失稳应力临界值的确定以及对复合受力下的稳定性均有重要的影响。1962年至1964年，他任力学研究所十二室结构力学组组长，承担与国防部五院的协作任务“轻结构的强度和稳定性”（103任务）的相关课题，还建立了纸壳试验研究题目，进一步深入、系统地研究圆柱薄壳的稳定性。 1965年夏，程世祜结束“四清”工作回京，正值力学所承接了研制超低空地对空导弹的任务（代号541任务）。这种战术导弹是为适应当时援越抗美以及备战形势的需要而研制的，作为一种群众性的防空武器，意在装备地面部队和民兵，以对付在超低空飞行的美国飞机。力学研究所负责弹体的总体设计、发动机和发射系统研制、空气动力及强度的分析与试验等工作，为此专门成立了四个研究室（201室—204室）并全部集中到力学所怀柔分部。程世祜被调到力学研究所怀柔分部负责结构及发射装置设计的203室，担任导弹强度试验和研究工作的顾问。当时所有参加这项任务的科技人员凭着对国防事业的一片忠诚，全力奋战，期望在三年内完成全部研制工作（美国的战术导弹“红眼睛” 与之水平相当，则是搞了十年才定型的）。仅仅几个月，541任务便取得了重要进展，于1966年5月开始，对i型试验弹进行了多次飞行实验，弹体结构的可靠性通过了考验。但是，1966年“文化大革命”的冲击，使研制工作难以为继。1967年中央决定停止541项目。1968年3月研究所建制调整，程世祜随着研究室一起转入了从事卫星研制的国防科委第五研究设计院。 程世祜回国十余年间，一直积极投身于我国自行研制卫星、火箭、导弹的工作，为我国国防科技尖端事业的初期发展做出了贡献。
三、致力于内压圆柱壳稳定性研究 程世祜主要从事弹性力学、应用力学方面的研究，尤其在壳体力学方面有较深的造诣。多年来，结合导弹与卫星的结构设计任务，他对各种形式的壳体，如开口壳、锥壳、加筋壳等都做过深入的理论与实验研究。他所提出的关于柱壳与锥壳的比较问题、边界效应问题、壳体的非线性问题（如弹塑性、蠕变、辐射热应力等）课题，在当时都是崭新的力学前沿课题。 早在1958年以前，程世祜就注意到内压力对承受不同外力的飞行器结构稳定性有重要的影响，从而开始搜集了各种相关资料。他注意到内压圆柱壳可能提高壳体屈曲临界载荷，因此产生了用内压充气代替复杂加筋结构的设想，以期达到使飞行器重量轻、强度高的目的。他大胆地提出了这一想法，得到了国防使用部门和钱学森所长的肯定。1959年4月，他接受任务，要从理论和实验两方面对内压圆柱壳稳定性问题加以研究。当时，实验工作很困难，完全是白手起家，从找金属薄板材料到加工试件，全得自己想办法。程世祜亲自动手设计制作轴压试验用的试验架，没有加压设备，就用普通钢环加千斤顶。金属薄壳材料紧缺，就用塑料代替。而理论分析更是繁复：在经典理论中，圆柱壳在轴压下的临界屈曲载荷是小挠度理论分析，其结果与实验值相去甚远，这曾是力学界十分关注的一个问题，后来由冯？卡门(von k rm n)及钱学森的大挠度理论解决了。但是内压充气后圆柱壳的临界屈曲载荷却是一个变数，当内压为零时临界载荷与按大挠度理论分析的结果吻合，而当内压增大后临界屈曲载荷随之升高，当内压达到一定数值后临界屈曲载荷又与按小挠度理论分析的结果吻合。这的确是一个十分有趣而又有重要实用价值的工作，用于导弹、火箭的燃料贮箱设计，可简化其工艺、减轻其重量。但理论分析和计算工作都非常繁琐复杂，尤其是当时力学所还没有电子计算机，要靠台式手摇机械式计算器。程世祜所在的课题组只有5人，除他之外全是年轻人，理论基础差，工作亦生疏，程世祜每天去实验室，从如何用锉使锯开始，一边教他们，一边干工作。他还十分细致地推导了计算公式，指导两名尚未毕业的大学生进行计算。当时,在理论上还碰到了困难：计算中发现应用冯？卡门及钱学森的大挠度理论尚不能完全解决有内压的屈曲问题，计算变得非常繁琐复杂。年轻人于是产生厌烦情绪，不想干了，程世祜又把计算工作接过来，亲自摇计算器，经常加班加点直至深夜，带着大家日夜苦干， 终于写出了《内压圆柱壳稳定问题》等研究报告，提交给国防部门，并受到了钱学森所长的赞许。 内压圆柱壳的研究完成了三个方面的课题，即：(1)受轴向压力及内压力联合作用下，圆柱壳的稳定问题；(2)纯弯曲与内压力联合作用下，圆柱壳的稳定问题；(3) 扭转与内压力联合作用下圆柱壳的稳定问题。值得一提的是，由于当时的计算条件限制，程世祜未能得到屈曲跳跃全过程曲线。他在报告中坦承了这一缺陷。当然，瑕不掩瑜，该报告提出了用增加内压的办法提高柱壳屈曲临界载荷，在理论和实用上都是有很大价值的。这一工作受到国防部门和钱学森所长的肯定，认为“这一研究工作对实际设计有指导意义，在学科理论上也提出了新的看法和方向，研究报告采取了老老实实，做多少说多少的态度，对前人的工作有分析有批判，是一个质量较好的研究成果。” 内压圆柱壳稳定性研究工作不仅展示了程世祜的研究功力,更反映了他一丝不苟的严谨学风。这项工作对工程应用亦有重要意义，1967年5月，七机部在基地在发射改进后的“东风3号”导弹时，第三发弹已进入了发射程序却发现气管连接插座底板变形，弹体瘪进去一块，导弹能不能发射？钱学森根据圆柱壳体内压力会使变形恢复的道理，大胆主张照常发射，但许多参试人员心存疑虑，最后经聂荣臻批示：“钱学森说可以发射，我同意。”这样，“东风3”导弹01批第3、4发弹先后发射成功，为后续的“东风4号”和“东风5号”导弹研制发射成功开拓了道路。
四、尊重科学，注意调研，重视实验，强调动手 程世祜尊重科学，实事求是，在科研工作中从来是老老实实，绝不弄虚作假。1958年夏，力学所内开始了以超声波为中心的“技术革新技术革命运动"。在技术革命运动中，群众和室领导要程世祜以“超声波增加壳体强度”为课题作“献礼”，他不赞成这种毫无科学根据的做法，迟迟不动。实在被逼不过了，他只好同意先用杆子来试验。于是有的青年人给他贴了大字报，说他“抗拒运动，不用筒子用压杆”，程世祜说：“我不能拿着国家的资财做游戏!”后来根据上面的命令，要以壳体的超声波试验作为重点，他不得不采用壳来做试验，结果证明超声波对壳体强度没有好处只有坏处，气流对壳体产生颤振，降低了强度。这件事从反面启发了他进一步考虑振动的影响，写出了《载波射流对于受轴向压力之圆柱壳体稳定性的影响》的报告。 程世祜很重视实验工作，他对实验精度、实验记录和观察的要求十分严格。他认为实验就是理论工作的一部分，因为物理现象是理论工作的依据，而搞清物理现象则要通过实验。他很强调研究人员要亲自动手做试验。他对青年助手们说：“做圆柱薄壳试件，要求不存在初始缺陷，不受敲打、切割等，以免造成预应力影响。这在工厂是很难办到的，只有自己动手，才能搞好。”当时有些青年人轻视实验，不爱干这项工作，他很生气地批评这种观点，并举了很多伟大科学家都是实验物理学家的例子来说明。程世祜把实验分为两类，具有两种不同意义：一是试验，是在没有摸清规律以前，通过试验观察现象发现问题，起着开路和探索的作用，它本身就是理论工作的一部分。另一是实验，是在已经形成一些看法和假设以后，通过实验来重复证实假设的正确性，这里很大程度是决定于实验技术。两种不同目的的实验应该分清。程世祜常教育青年：“在你没有认清现象前，不要先在脑子里产生一些主观想法，不然常常容易用实验结果去勉强凑合自己的想法，对实验现象和数据就常容易各取所需，这不是科学的态度。” 程世祜还极其重视文献调研，并强调读书、看资料要有分析、有批判。他不像一般人那样，任务来了先定计划，而是先钻图书馆。他认为只有掌握了已有水平和情况，才能确定研究方案。对别人的成果他是尊重的，如《内压圆柱壳稳定问题》报告的第二部分，对纯弯曲及内压下圆柱壳屈曲应力的临界力等问题，他在总结现有文献的基础上，提出可以利用前人成果(即应用1.3倍轴向内压的临界力)而不必再做重复的研究了。这一建议是很有意义的。同时，他也能提出自己的看法，如对于弗留格所提出的“内压力对薄壳屈曲应力没有多大影响”的结论，他通过做实验和计算后指出：这一结论是不正确的。程世祜看文献有自己的一套方法，每天一定要去图书馆一次，哪怕半小时也好，把新书浏览一下。他说这叫做“掌握动态和行情”，知道有些什么人在搞哪些方面的工作，有了印象，一旦用着就可以马上找来阅看、精读。他主张看书要结合任务和工作的需要选几段仔细阅读，反对生吞活剥，他说看书主要是要特别注意提出的概念和条件，不要死抠数学公式。 程世祜曾指导多名中国科学技术大学近代力学系学生做毕业论文，他当时要求学生必须读英文文献，必须自己严格推导公式，而且说不能轻易发表论文。同学们看到他的《轴向压力及内压力联合作用下圆筒薄壳的稳定问题》、《小挠度方程推导》等研究报告的手稿， 那严谨的风格、整齐的版面、清秀的字迹，都感受十分深刻。他经常鼓励同学们大胆提出问题，喜欢和大家讨论分析。学生们还知道程世祜去图书馆的一个“秘密”：他从不带着手表，不愿因时间限制而影响自己的阅读。 程世祜的言传身教影响着一代学子的成长。
五、热爱祖国，热爱人民，为人正派，耿直坦诚 程世祜一生坎坷，努力奋斗，有强烈的爱国心和正义感。在办理回国手续时，他受到美国政府的百般刁难：冻结了他在银行的全部存款；继之又不准他携带资料回国。为此他找美国法院打官司，但毫无结果。最后他毅然牺牲了全部存款，经其导师帮助解决归途旅费，才回到了祖国。他真心希望能以自己所学的知识为祖国做出贡献，常常说:“我从小是吃人民的饭学得知识的(他一直是公费上学)，不给国家作贡献是不成的”，“如果为享受，就不回国了。”回国后，程世祜满怀报效人民之深情，尽心竭力地工作。在科研工作中，不论什么事，凡交给程世祜的任务，他不做则已，只要做了，总力求做好它。因此，在内压圆柱壳稳定性研究及“581”、“541”等任务方面都做出了很好的结果。他为人正派耿直，对待科学，他实事求是，做多少，说多少，没有半点虚伪。1958年“大跃进”时，全国各地大放“卫星”，中国科学院也决定研制运载火箭和卫星，并计划在国庆10周年时发射，以此作为“献礼”的内容。根据当时的实际情况，尤其是中国科学院在国家总体布局中的地位与实力，在一无理论基础、二无任何技术贮备的情况下，要在极短的时期内做到让火箭上天是不可能的，程世祜坚决反对当时的浮夸风，反对不懂装懂、瞎出主意的领导作风，并且抵制无休无止的“务虚会”。他主张首先要扎扎实实地打好基础，并且亲自给刚从学校调来、在火箭总体设计部结构室工作的学生们讲授飞行器结构力学基本理论。在内压圆柱壳稳定问题的研究工作中，他没有求出下限临界载荷这个关键性的数值，便毫不隐瞒地在报告中如实说明清楚。有人建议可以在5个参数中任选两个进行推算，他认为这是耍滑头。他说：“科学不能躲过难关，提出问题没有解决，就是要下一步想办法解决。”朴实无华的言语展现了一位正直科学家的坦诚情怀。 程世祜特别强调要勤俭办科学，他反对那种在问题还没有找准时就铺摊子、大抓设备、贪大贪洋的做法，他说:“我们国家还很穷，现有设备已经够好了，主要是怎样充分利用。”对于设备，他的原则是越简单省钱越好，并且自己身体力行地努力做到这一点。例如，1959年向国庆献礼时，有的青年人为早日交成果，把极不易得到的十几个薄壳材料在两天内全部压完，却没有记录实验现象和过程，只是照了个像。程世祜得知后发火了，他对浪费的材料可惜极了，认为把材料糟塌了是最心痛的事。又如，在作内压壳时，他要求试件尽量做得小一些，这样设备也就可以相应地小一些。在壳体实验中要耗费许多价格昂贵的紫铜片，他便创造性地采用在国产绘图纸外涂上树脂胶来做试验，取得了很好的效果，还写出了“纸壳试验研究”的总结。程世祜是在1962年亲自撰文发起纸壳研究工作的，因为当时国内尚无法生产厚度为0.01-0.02毫米的薄金属片而只能提供厚度为0.3毫米的铝板，若要制成半径与厚度比为1000的圆柱试件，试件的直径需600毫米，面积达2.3平方米, 显然耗费的板材数量太大，难以开展大量深入、系统的试验工作。他不仅自发建议了研究课题，还具体带领年轻人进行实验，从选择纸材、研制拉力计、改进测试方法到撰写研究报告都倾力介入。该课题组完成的论文《利用国产绘图纸研究在横向外力作用下圆柱壳的稳定问题》是他亲笔撰写的，曾在1964年航空学会的报告会宣讲并发表在1965年《航空学报》上。但他却未署名，只写了青年工作者的名字，年轻人曾两次在原稿上把他名字加上，他都删掉了。的确，人们在正式发表的论文上看不到“程世祜”三个字，但这个名字已深深刻印在青年学子们的心中。 程世祜是回国后才结婚的。他的夫人张钊原是从事幼儿教育工作的