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钱学森与中国计算机事业初创
2022/9/1 20:37:00 司宏伟 计算机六十年

钱学森是中国导弹和航天科技的重要开拓者和创建者,同时对中国计算机科学技术事业建立和早期发展起到过积极支持与推动作用。本文在前人研究基础上,对 20 世纪 50-60 年代中国计算机事业初创时期,钱学森在建议计算机技术列入国家科学规划和紧急措施、支持计算机专业人才培养、指导国产电子计算机研制,及推动计算机应用于导弹和航天工程等方面发挥的重要作用,予以进一步研究与揭示。


       钱学森

一、力主计算技术列入国家“十二年科学规划”和“四项紧急措施”

中国计算机科学技术事业的诞生,是“十二年科学规划”实施的重大成果,也是仿制苏联产品、借鉴西方技术和自主建设计算机科技相结合的产物。它是由欧美学成回来的爱国学者、赴苏联参观学习的专家和自己培养的青年技术骨干共同完成的。钱学森虽非计算机专业研究者,但他在计算机科学技术入列国家层面的科技规划过程中发挥了至关重要的作用。


       1956年6月14日,国家领导在中南海接见参加12年科学规划的科学家(合影局部),钱学森(中)。

1. 在制定“十二年科学规划”过程中介绍、讲解和论证发展计算机事业的必要性

1956年1月14-20日,中共中央在北京召开会议,讨论关于知识分子问题。周恩来总理做了大会报告,强调科学是关系国防、经济和文化等的决定性因素,要求国家计划委员会统筹协调有关单位,联合制定新中国第一个关于科学技术的远景规划——《1956-1967年科学技术发展远景规划》 (简称“十二年科学规划”)。

1月31日,国务院成立了科学远景规划小组,周恩来亲自领导并主持这项工作。3月14日,规划小组改组,成立国务院科学规划委员会,主任为国务院副总理陈毅,副主任为李富春、郭沫若、薄一波和李四光,钱学森等35人担任委员。国务院科学规划委员会下设多个学科(专业)规划组。刚归国不久的钱学森担任由12名顶级科学家参加的综合组组长,负责整个规划项目的评判和审议等,汇总各个方面的意见建议,为中央高层决策提供最终参考。其中的计算技术和数学规划组,由电子工业部门和计算机专家、数学家组成,华罗庚任组长,有委员26人。该规划组举办了一系列报告和研讨活动,时任中科院力学所所长的钱学森专门到这个规划组做了主题报告,讲述中国发展电子计算机的必要性。

当时中国尚处于“农业社会”状态,正在全力建设现代工业体系,电子计算机见都没有见过,遑论研制?因此,在讨论规划具体内容时,电子计算机成为一个争议焦点。虽然大家都承认它的运算速度快,计算功能强大,但是如果只要有若干台就够用了,有没有必要纳入国家科技发展战略?至于计算机能否代替人的脑力劳动,不只在科学技术上有疑问,从哲学角度看也是有问题的。规划组专家在讨论中国计算机起步和发展时,有人赞同,主张先把人才送到苏联培养,以后和苏联的计算机一起回来,这种意见后来被否定了。有人持反对意见,认为中国没有条件研制计算机,经济实力有限,也缺乏这方面的人才,这是天方夜谭、水中捞月、可望而不可及。在数次讨论中,电子计算机“一度被认为发展前景不明朗”。


       1956年,科学规划第九组讨论中,钱学森(左3)。

这时,作为综合组组长的钱学森发挥了“举足轻重的作用”。他举出很多实例来说明发展电子计算机的重要性。比如水轮机的设计,以前必须先完成很多模拟实验,还只能进行极简化状态下的计算。如果用电子计算机,就能通过数值方法精确求解复杂方程,把影响水轮机的各种因素都考虑到,在最短时间以最节省方式作出最优设计。钱学森还举出计算机能够下象棋的例子,说明电脑可以代替人脑的一部分思维。电子计算机比人工计算快得多,而且不会疲劳,因此计算机在某些方面能够胜过人类。他还介绍了电子计算机的逻辑、记忆甚至学习功能等,认为这是一个非常有发展前景的领域。钱学森一贯坚定明确的态度和一系列有理有据的发言,对促使计算技术列入国家科学规划具有极其重要的影响。

2. 在计算技术列进“紧急措施”中立大功

科学规划委员会完成“十二年科学规划”方案初稿后报送中央,周恩来审定时说,要把最紧急的事情搞一个报告出来,不然印的本子太厚,国务院不好抓。于是,规划中的重点项目被独立出来弄成紧急措施,“规划”与“措施”悄然并列。为此,规划委成立了由钱学森、钱伟长、黄昆、罗沛霖、王大珩、马大猷等组成的专门小组,共同研究讨论“紧急措施”。

钱学森力排众议,指出中国应该重点发展导弹而不是飞机,主张发展电子计算机、无线电通讯技术、自动化技术、原子能和半导体技术,并充分解释理由。他们最终确定了原子能、导弹、电子计算机、无线电、半导体、自动化这六项作为国家优先发展的“紧急措施”(原子能和导弹这两项另有安排,对外公开只称“四项紧急措施”)。1956 年5月20日,发展计算机、半导体、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术的“紧急措施方案”由科学规划委员会上报国务院,周恩来亲自审议并立即批准。7月5日,规划委正式印出方案文本。由此可见,钱学森在确定电子计算机进入国家“紧急措施”过程中做出了无可替代的贡献。时任规划委秘书长的张劲夫后来回忆说,“在规划完成后又提出四项紧急措施,包括落实这些措施,学森同志也是立了大功的”。


       1956年,科学规划航空组科学家,钱学森(左2)。

1956年8月21日,《1956-1967年科学技术发展远景规划》修正草案及“紧急措施”等4个附件出台,涵盖了57项重要科学技术任务。其中第41项是“计算技术”,以电子计算机的设计制造与运用为主要内容。实践证明,科学规划和紧急措施对中国政府集中力量发展现代科学技术事业起到指南作用,建立和发展了计算技术等大批新兴学科门类,填补了国内空白,缩小了与世界先进科技水平的差距,为中国工业化建设提供了科技支撑。因此,1956年国家“十二年科学规划”和“四项紧急措施”的出台被认为是中国计算机事业创立的起点。

二、关心和指导中国计算机专业人才培养

钱学森十分重视计算技术人才培养,虽然他承担很多重要工作,忙碌异常,但仍然关心人才培养,尤其对青年学生的关心和指导不遗余力。在中苏关于计算机的合作协定中,培养计算机领域的干部和人才方面有两个重点,一是创办计算机、计算数学两个专业,二是举办计算机训练班,钱学森都有参与。


       上世纪50年代,钱学森在给青年科技人员讲解力学问题。

1. 中国科学院计算技术研究所训练班

根据科学规划和紧急措施的具体要求,1956年8月25日中国科学院成立计算技术研究所筹备委员会(下设筹备处),华罗庚担任主任委员。从此,我国第一个电子计算机科学技术研究机构诞生了。当时,我国仅有个别从国外归来的科学家掌握电子计算机这门新兴技术,所以发展计算机事业必须集中力量。筹委会按照科学规划中提出的要求,以中国科学院为主,集中第二机械工业部、高等教育部、解放军总参三部几个方面的科技力量共同筹建。在初创阶段,中科院计算所(筹)的首要任务就是培养计算机技术专业人才。

1956-1960年,中科院计算所筹备处联合清华大学、北京大学、中国科技大学等单位主办了四期计算机和计算数学训练班,学员包括在校学生、分配到计算所筹备处的工科大学毕业生、代培和进修人员。这四期训练班共培养了大约700名计算机专业人才,他们后来成为我国计算机界的骨干与栋梁。第一届训练班1956年秋开班,学员140余人,分两个专业,有夏培肃、吴几康、闵乃大等授课教师,都是英、美、德、苏等国回来的知名学者,代表了当时国内的最高水平。钱学森虽然工作十分繁忙,但首届计算数学训练班的学生还是有幸听到他的亲自讲课。

与此同时,钱学森深感培养中国计算机人才的必要性和紧迫性,对主要责任单位——中科院计算所的建设工作十分关注,心急如焚。1957年12月20日,他在 《人民日报》上撰文指出:“……计算技术研究所的筹备工作是中国科学院1957年紧急任务,原来计划1957年内正式成立……但是,现在1957年快过完了……还未成立,连所长的人选也无消息。这是对待国家紧急任务应有的态度吗?”在钱学森等人的关心督促下,计算所筹备处主持研制的我国第一台大型通用电子计算机——104机于1959年4月成功计算出第一道题目。同年5月17日,中国科学院院务常务会议决定撤销筹备处,正式命名为中国科学院计算技术研究所。1960年2月,阎沛霖被任命为该所所长。

2. 清华大学计算机专业

中国计算机事业初创时期,清华大学在培养计算机人才方面做出了突出贡献。1956年1月,全国知识分子大会发出“向科学进军”号召,激发了广大科技工作者的热情。此时,清华大学校长蒋南翔果断决策在清华建立我国第一个计算机专业和半导体专业。2月,上报高等教育部,3月31日得到正式回复:“电子计算机专业:同意你校意见并提前于今年设置。”

根据1956年“十二年科学规划”,1957年上半年,钱学森、钱伟长等在清华大学创办了工程力学研究班和自动化进修班,并亲自给学生讲课。1957年初,时任国防部第五研究院院长的钱学森委托副院长林爽,专程来到清华大学会见蒋南翔,商讨双方合作事宜。会后不久,钱学森与蒋南翔共同签署合作协议,确定清华大学自动控制专业和计算机专业与国防部第五研究院配合,为五院培养人才。清华大学电机系主任钟士模随即带领教师金兰、章燕申等人去五院拜访钱学森。钱学森向他们推荐了美国的学术专著,并建议清华大学自动控制系应设置自动控制、计算机和运筹学3个专业。

1958年5月,蒋南翔给高教部写信,报告了清华大学与钱学森负责的国防部五院合作情况,希望进一步加强双方合作并得到五院更多的指导与帮助。同时,国防部五院向聂荣臻副总理上报了“建议高教部抽调学生至清华大学自动控制系学习”的请示。中共中央办公厅和国防部五院、第二机械工业部、清华大学商议了如何保证国家喷气技术和原子弹事业发展的干部需要问题,确定1959、1960这两年每年需要自动控制和计算机专业毕业生250人。1958年9月15日,中共中央下发《批转教育部党组关于抽调学生到清华大学自动控制系学习的报告》的通知,从10所重点高校抽调287名学生到清华大学新组建的自动控制系计算机专业和自动控制专业学习,定向为核工业与导弹工业培养人才。这一举措为原子弹、氢弹研制工作顺利进行起到重要的人才保障作用。

3. 哈军工计算机系

1953年9月,中国人民解放军军事工程学院在哈尔滨成立,简称“哈军工”,首任院长为陈赓。钱学森与这所从事国防尖端武器研究和军队高技术人才培养的著名大学颇有渊源。1955年11月和1959年1月,钱学森两次访问哈军工,并多次对其学科专业、教育教学和人才培养提出中肯的意见和建议,其中包括计算机专业。

1960年4月11日,钱学森专门致信国防科委秘书长安东,写道:“前些日子和您谈到关于在哈尔滨军事工程学院调整后设置运筹学的问题。我现在又想了想,感到最好能在原计划的五个系之外,再设一个技术数学(或工程数学)系,这个系设两个专业:一是计算数学专业,为国防科学技术培养使用电子计算机的程序设计人员,也培养战术计算机械人员;二是运筹学专业,为国防科学技术培养武器使用理论、战术计算理论、后勤物资调度理论的人员。这两个专业的教师可以从现有数学课教师中提高和抽调,能不能1960年秋季学期各招生60人”。随后,安东将此信转呈陈赓,4月21日陈赓批示哈军工:“这样的专业对军事科学是不可缺少的。我意见是在五个系之外或另成一个工程数学系,请刘、谢(刘居英、谢有法,均为军事工程学院副院长)考虑着手筹备,因为这门专业你们已有基础,如何,请复”。

钱学森给哈军工的建议对我国计算机专业人才培养以及“两弹一星”事业所需的人才储备有重要意义。哈军工先在海军工程系设置导弹指挥仪专业,后又在电子工程系设置电子计算机专业;时机成熟后再将这两个专业合并,经国防科工委批准并上报中央军委,于1966年4月1日成立了中国高等院校第一个计算机系,为我国计算机事业培养了一批领军人才。

4. 力学与计算机专业复合型人才培养

钱学森担任所长的中科院力学所成立后,每周三下午定期举办学术讨论会,研究人员可以自由参加。1956年2月开始,钱学森在化学所小礼堂讲授《工程控制论》,不仅力学所工作人员,而且北京“八大院校”的师生都可以参加。

1958年9月20日,中国科学技术大学成立,钱学森担任近代力学系主任。他和郭永怀分别讲授了《星际航行论》和《边界层新理论》等课程。1961年5月2日,钱学森到科大为学生作了关于载人宇宙飞船的报告。

近代力学的发展,一度风起云涌,电子计算机普遍应用后,力学界“英雄豪杰”的作用逐渐减弱。计算机的普遍应用促使传统学科发生结构性变化,有的单位出现衰败趋势。面对这种形势,钱学森提出了力学发展的新方向问题。他说,要用力学方法解决工程技术问题,首先遇到“算”,一是要形成模型,二是要有计算方法。当计算机每秒速度达到万次时,用差分方程的方法还是计算不出圆球的脱体激流,后来用问题流场方法才解决了问题。钱学森要求力学工作者要用好电子计算机,要接近计算机,参加到计算工作中去,实验室也要计算机化,自动记录、自动处理各种数据。他提出要为电子计算机力学做准备,流体力学具体应用的水力学、气动力学将来的发展都要靠电子计算机。像湍流理论、材料物性、结构理论等,要通过实验工作取得突破、要将计算机和力学的经验规律结合,才有条件取得理论研究的新突破。此外,钱学森还把科学问题放在国民经济发展全貌中来考虑,他说美国的软件人员占人口的2.5%,比农业人口多两倍,在计算机这个领域,我们和发达国家的差距非常大。他要求力学工作者走出研究室,将我国的工程设计电子计算机化,使力学工作现代化。

正是钱学森的关注和参与,我国对力学与计算机专业复合型人才的培养提出了更高要求,后来确实收到了比较好的效果。

三、关注和支持国产计算机研制及应用

1944年12月,钱学森受其导师冯·卡门之邀,加入了由36名优秀科学家、工程师和军事专家组成的美国陆军航空队科学顾问团。其后,该团成员在美国本土、欧洲和日本多地进行调研考察,目睹了航空、火箭、雷达和电子方面的最新发明,其中包括了机械和机电式计算装置在军事上的应用。1945年12月,顾问团完成了著名咨询报告——《迈向新视野》,分析总结了当时世界航空、导弹、电子等方面的最新进展,基本涵盖了二战结束时全球军事科技最为前沿的技术领域,对战后美国空军的发展产生了深远影响。在这份钱学森亲自参与执笔的报告中,有许多地方涉及计算机技术,其中第一卷《科学——空中优势的关键》就有7处,并指出:“……随着自动导引技术的发展,(电子)自动计算机的设计将成为军事工程领域的一个重要应用领域。”

1946年2月,世界第一台电子管数字式计算机埃尼阿克(ENIAC)在美国宾夕法尼亚大学诞生,立即被美国军方用于原子弹、氢弹等尖端武器研制。其时,钱学森作为美国陆军航空队科学咨询委员会的顾问,曾去过包括安装有埃尼阿克计算机的马里兰州阿伯丁武器试验场在内的多个美军基地考察。而1945-1955年间的《科学》杂志上就有14篇关于电子计算机研制的论文、《纽约时报》上刊登过87篇关于计算机应用的报道,可见计算机迅猛发展的态势及其重要性。可以说,钱学森在1955年9月回国前,已经从保密和公开这两个途径充分认识到电子计算机的发展及其可能产生的深远影响。

1. 支持中国首台电子计算机研制

1957年4月,钱学森作为中科院数理化学部委员,主持草拟完成《数理化学部研究工作大纲(草稿)》,其中第五项明确指出:“大力开展计算机技术的研究。以仿制苏联设计的计算机为基础,组织有关部门配合研制出电子计算机迫切需要的半导体管、超小型化电子器件等,以便在第二个五年计划能结合中国的原材料,自行设计制作出超高速的通用数字电子计算机。”

1957年11月,由中科院计算所筹备处主持的国产电子计算机研制工作启动,最早任务是仿制苏联M-3型计算机。根据“四项紧急措施”有关要求,研制工作采用“先集中,后分散”的方式,先从第二机械工业部、国防军队有关单位抽调一批专家,集结到中国科学院计算技术研究所,力争尽快研制出中国首台电子管通用计算机。之后,科研人员再回到自己所在单位,建立和发展本单位的计算机。当月,钱学森担任院长的国防部五院成立了第二分院,原通信兵部电子研究院计算机技术专家张梓昌等人入职该院。为了支持我国首台计算机研制,国防部五院派出张梓昌、李祖熙、曲礼慧等8名计算机技术人员支援中科院计算所,并指定张梓昌参加仿制M-3机任务,担任工程组副组长。工程组组长是莫根生,成员基本上都是计算机训练班学员和当年毕业的大学生。1958年8月1日,我国第一台电子管计算机——103机(又名“八一”机)研制成功。103机使用了700多个电子管,每秒运算达到1800次,在一年时间里完成了82个应用题目,包含气象、水坝、交通等诸多方面。103机研制成功后,钱学森将张梓昌等人调回国防部五院二分院继续从事计算机研究,后来成立706研究所,在计算机应用为导弹和航天事业服务中做出重要贡献。


       1958年,中国仿制苏联的103计算机。

2. 关注国产计算机应用

国产计算机研制实现“零的突破”后,钱学森开始关注电子计算机的工程应用。1959年6月3日,中科院力学所邀请苏联专家道洛尼青院士作报告。钱学森在总结时说:“道洛尼青院士非常强调电子计算机的作用,以前用实验的,现在可以用计算机代替,这是一个新的开始……我也是逐步体会的。我同意从量变到质变的提法。”同年8月下旬,钱学森前往安徽师范学院指导工作时,亲自视察该院数学系自制的八阶电子模拟计算机。也就在这一年10月1日,我国宣布首台大型通用数字计算机——104机研制成功,我国第一颗原子弹研制的有关科学计算就在这台计算机上进行。

1960年11月,中国第一枚近程导弹发射成功后,钱学森提出:“火箭里面还要有小型计算机,叫弹上微型计算机,用来控制那一节火箭什么时候脱离开来。要研制小型的计算机,任务交给刚回国的年轻科学家黄敞负责……建立起计算机研究基地,导弹里面的小计算机由科学院研制”。中科院相继研制成功的119机、109(乙)机和109(丙)机在原子弹、氢弹研制等国防尖端工程中发挥重要作用,被誉为“功勋计算机”。1964年9月,于敏在华东计算技术研究所研制成功的J-501计算机上取得氢弹原理研究“1100”任务的重大突破。三年后,中国第一颗氢弹爆炸成功。

1968年2月,国防科委全面接管人造地球卫星研究工作,成立空间技术研究院,钱学森兼任院长。哈军工研制的441-B晶体管计算机等一批国产电子计算机承担了卫星发射的重要支持与保障工作。每次发射试验任务前,钱学森都到发射现场指导,做出了许多关键性决策。1969年11月16日,当天试验的导弹起飞后突然失踪。钱学森问:“计算机方面有什么发现?”负责导弹落点预示的电子十五所技术人员,根据108-乙机输出数据在平板绘图仪上绘制的导弹落点预示轨迹,汇报了飞行体落点的经纬度和离发射场的距离,钱学森点头肯定了这个意见。根据指挥部指示,搜寻部队在预报地点很快发现目标,成功回收弹头。


       为“东方红卫星”计算过轨道的X-2计算机。

1970年4月24日,中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”在酒泉卫星发射中心成功发射,由此开创了中国航天史新纪元。其中,国产计算机做出了应有的贡献。

致 谢  感谢姜玉平先生的项目资助,感谢徐祖哲先生提供有关资料,感谢王作跃先生在美国帮助查找重要档案和文献。

【本文刊于《自然辩证法通讯》2022年第8期】

司宏伟,1982年生,内蒙古呼和浩特人,理学博士,清华大学博士后,现任职于中国科学院自然科学史研究所,中国计算机学会计算机历史工委副主任;解放军退役少校。

 
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