艾国祥院士在讲述太阳磁场观测的跨越发展
编者按：1963年，他初出茅庐走进天文台；1993年，他科研大成当选院士。60年来，他当过“小兵”，当过“将军”；是指挥官也是劳动者。唯一不变的，是他对实现祖国伟大复兴、科技水平超越欧美的夙愿。
86岁的艾国祥院士在演讲台上挥舞着双手，耄耋之年的他，腰杆挺得笔直，即使不用麦克风，洪亮的声音也让礼堂中的听讲者如耳提面命。从1963年大学毕业至今，他已经在中国天文的科研一线奋斗了一个甲子。六十年如一日的背后，是老人对自主创新、对赶超世界先进水平、民族复兴的一股执念，是艾国祥对自己的一份坚持。
质疑导师开始的创新第一枪
艾国祥出生在湖南益阳的一个小商人家庭，在益阳读完小学和初中后，以优异成绩考入了长沙市第三中学（现明德中学）就读高中。“我当时很喜欢物理，各方面很出色，中学时期就是省级的三好奖章获得者。”
中学期间，艾国祥就抱着浓厚的兴趣认真学习了多篇毛泽东主席的著作。这不但培养了他的革命理想和奋斗精神，还通过学习和认真领会毛主席的辩证思想，为以后从事科学研究和勇于创新打下了思想基础。
1957年，艾国祥考入北京大学，6年的学习期间，都得到全额人民助学金和生活费的资助。党和国家的培养，使他立志报效国家和人民。进入大学后，艾国祥在专业方向选择上没有丝毫犹豫。“我们本来进的是物理系，不少人的目标是将来成为‘牛顿、爱因斯坦’那样的人。在分专业时，应用地球物理（物理探矿方向）远没有理论物理等专业热门，没有人愿意去。我认为，我是国家培养的，祖国需要我去哪里，我就到哪里去，于是毫不犹豫地报了名。”艾国祥回忆道，“我当时是组织委员，比较有号召力，我刚报名，班上7个人也和我一起转过去了。”然而，1958年成立的中国科学院北京天文台急需人才；从物理系新分出来的地球物理系又希望把研究对象从地球深处一直延伸到广阔的宇宙空间，于是1960年新设置了天体物理专业。艾国祥所在班的同学也由应用地球物理转到了天体物理专业。
“在大学学习的第六年完成毕业论文，毕业论文是我科研生涯打响的创新第一枪！”艾国祥神采奕奕地说起那段往事。时值上世纪60年代初，苏联派学者来协助中国培养科学技术人才。指导艾国祥毕业论文的专家曾师从一位苏联科学院院士。艾国祥在写毕业论文时，积极思考并调查了国外文献，发现导师在五个方面有错误。但是，导师难以接受学生提出的意见。他温和而又严肃地警告道：“艾国祥同学，你不按照我教你的写，我怎么给你打分呢？你怎么毕业呢？”艾国祥便和导师商量：“我可以按您的要求写一篇论文，然后自己单独再写一篇。”这两篇文章都交给了导师。然而导师没有让他参加论文答辩，却给了他5分的优异成绩。导师的相关文章发表在《天文学报》上后，紫金山天文台的一位研究人员也指出了该文章的两个错误。于是导师又找到艾国祥，请他帮助改正。两年后，导师在《天文学报》对已发表的文章进行了更正，并在文末对二人表示了感谢。
初出茅庐，给进口太阳望远镜“开刀”
1963年走出大学校园，刚刚25岁的艾国祥被分配到北京天文台，在沙河观测站从事太阳物理方向的观测工作。当时国内天文学方面的很多研究都处在起始阶段，大多跟在美、欧、苏联等国家的后面，天文仪器也基本依赖于进口，无论使用还是维护都受限于制造方。
艾国祥到北京天文台的时候，一台重要仪器——1958年从苏联进口的太阳色球望远镜，已经在沙河站停用了3年。这台斥资30万元（相当于那时全台500人年开支的三分之一）采购的设备因观测图像严重模糊，无法使用。那时已是中苏关系破裂的年代，送回苏联原厂去修是绝对不可能的，国内又无人敢修，“（他们）生怕拆开就彻底报废了。”
大学毕业仅一年的艾国祥“下定决心要修好它”。虽然他没有任何研制天文观测仪器的经验，但他以认真、严谨的科学精神，全面查阅法国、美国等国家的有关文献；到地质部调查冰洲石、石英的材料来源；还摸清了偏振膜及胶合偏振膜的树脂、硅油的性能。在党委书记支持下，经过几个月的调研和分析，并准备了简易的无尘室和维修工具，给这台望远镜“开刀”。打开这台望远镜后，发现滤光器的问题同之前调研、分析时所预测的一致。经过艾国祥和几位助手的努力，1965年终于使这台贵重的观测设备起死回生，一直到1979年才退役报废。该设备为航天安全期进行预报的工作（艾国祥任航天安全预报组长）获得国家科技进步三等奖。艾国祥也由此掌握了滤光器的原理、制作和调试方法，成为以后研制太阳磁场望远镜的知识储备和实践基础。
世界首创，太阳磁场望远镜
上世纪60年代中期，科技界掀起赶超世界先进水平的热潮，也激励着艾国祥用辩证唯物论去推动科技发展的强烈愿望和敢想、敢说、敢干的精神。此时国际上对于太阳磁场的观测研究基本都只局限于点源观测。如果仿制，只能造出功能类似的同类产品。艾国祥和同事们提出，不能跟在后面爬行，而是应当超越他们，“要造世界上太阳物理研究的最先进的观测设备！”
要超越，就需要把握科学研究发展的规律。艾国祥从400年的现代天文学和太阳观测仪器发展历史的整体角度，思考总结出符合辩证法和人类认识规律的螺旋式发展法则。总结出两维的历史图，即观测视场是“点源—线源—面源—体源”，观测光性质是“白光—单色光—偏振光谱单色光—偏振光谱轮廓”这种二元四个层次的发展框架。根据这个框架，艾国祥提出了“超越”的方案——研制能同时观测面磁场、弱磁场的太阳磁场望远镜，跳过点、线两阶段直接跨越到对太阳磁场进行“面”和“体”的观测。这确保了这台望远镜在设计之初，便走在了太阳物理研究的世界最前沿。这项工作成为1967年中国科学院支持的重大项目之一。
想法虽然提出了，但在当时我国科学和技术都落后于人的情况下，实现这一构想又何其之难。从1970年起始，艾国祥和几位年轻科研人员常年离开北京，吃住在南京天文仪器厂，不分白天夜晚，不休节假日，全力以赴地研究、制造太阳磁场望远镜。艾国祥既是项目负责人、总体设计师、总工程师，还是一名技工，常亲自上一线加工颇为复杂的器件。他南下云贵、北上边塞，钻山沟、进矿井，只为寻找望远镜需要的具有特高双折射率的特大体积冰洲石材料。
为了给太阳磁场望远镜选定优良的站址，他们在当时的北京天文台的沙河观测站（平原）和河北兴隆观测站（山区，海拔1000米的山顶），以及北京怀柔水库边的半岛上（水域）进行了：太阳光学观测对比，对日面精细结构进行电影摄影，分析成像质量；铁塔测量低层大气不同高度的温度脉动，判断各高度大气折射率的不均匀性。艾国祥身先士卒，亲力亲为，选址小组中只有他敢攀爬70多米高的铁塔去安装测量仪器。盛夏时节气温高，一次在怀柔水库边的半岛上回收系留气球时，发生氢气爆炸，他的面部被灼伤了。自1973年开始选址，历时3年，最后确定将太阳磁场望远镜安装在视宁度最佳的北京怀柔水库北岸，即现在的怀柔太阳观测站。
1983年怀柔太阳观测站进入望远镜观测塔楼的施工阶段。在修建塔楼上部的圆顶观测室时，艾国祥带领科技人员自己动手安装圆顶玻璃钢外罩。圆顶最高端离地面近30米，有些女同事“在上面害怕得直发抖，我们就轮流喊话给她们壮胆，才终于装好”。艾国祥笑了一下，“那时候实在是缺人，每个同事都要既搞科研又当工人……。”
1986年，国际首创的太阳磁场望远镜终于研制、调试成功，安装在怀柔太阳观测站。当时世界上具有同等观测能力的此类仪器（国外称为太阳磁像仪）仅有3台，其中两台在美国，而中国的这台仪器的功能比美国的两台之和还要多出一倍。
太阳磁场望远镜的研制成功，使中国在太阳物理观测研究领域跃至世界前列。怀柔太阳观测站与美国、日本、法国、俄罗斯等国家的科学家建立了长期的观测研究合作关系，并接收培训了韩国、日本、俄罗斯、印度和美国等国家的博士生和博士后研究人员。1987年始，怀柔太阳观测站与美国大熊湖天文台开展了“日不落”太阳局部磁场连续观测和“太阳活动全球监测网”。法国电视记者和英国广播公司（BBC）都曾来怀柔站采访。BBC制作并播放的全球100个天文台的电视专题片系列，第一集就介绍了怀柔太阳观测站。
太阳磁场望远镜研制中最难、最先进的核心器件是滤光器前端的KD*P电光调制器，其中的D*（氘）是氢弹原料。当时美国也有此类产品，但使用寿命比较短，而中国自主研发的此系统至今都能长期连续工作。先进的滤光器和KD*P电光调制器曾出口到美国、日本、韩国、中国台湾地区等，得到的外汇和院里的奖励金用来给站里青年科技人员买房以及加发绩效。怀柔站成为知识创新工程前中国科学院唯一的示范特区。
太阳磁场望远镜于1987年获得了中国科学院技术进步一等奖，1988年国家科技进步一等奖。时任中国科学院院长的周光召题词：“太阳磁场望远镜的建设者是中国科学院的骄傲”。
科技创新永远在路上。在研制磁场望远镜的漫长而艰难的时期，艾国祥始终在考虑研制下一代的立体磁像仪，但苦于没有具体方案。1983年年末，正在南京做太阳磁场望远镜调试的艾国祥，一边吃着晚饭一边翻阅国外交换来的科研文献。突然他注意到其中提到的偏振光束分离器元件，该元件的分光特性使他找到了观测太阳多个层次的方法，进而可把太阳磁场观测由“面”跨越到“体”的阶段。虽然该元件早在1949年就发明了，了解的人也很多，但无人运用到这个重大领域。多年的冥思苦想，终于找到了解决办法，兴奋的他彻夜未眠，元旦假期也忘在脑后，加班加点完成了对多通道太阳磁场望远镜的概念设计。上世纪90年代中期，艾国祥团队研制的多通道太阳磁场望远镜在怀柔太阳观测站成功安装。它可以同时在太阳大气的9个不同层次上获得磁场和速度场，是世界上最强大的太阳望远镜之一。
1994年，太阳磁场和速度场研究获中国科学院自然科学一等奖。1996年多通道太阳磁场望远镜获国家科技进步二等奖。1998年5月2日，江泽民主席参观了怀柔太阳观测站，和艾国祥长谈后题词“发展空间天文 探索太阳奥秘”，并推动中国科学院开启知识创新工程。
创新是第一动力
在周光召力荐之下，艾国祥于1993年当选为中国科学院院士。他于1996年获何梁何利奖。荣誉等身背后，却是艾国祥对中国天文学研究的种种担忧。“我们不能总跟在别人后面，别人研究什么我们也去研究什么。”
1998年，时任中国科学院院长的路甬祥联系艾国祥，建议他出任北京天文台台长。艾国祥回复：“更愿意承担项目，在科研一线为国家作贡献。”路甬祥专门做他的工作，“你承担项目是为国家作贡献。你要是做台长，不就能领导更多项目，作更多贡献了吗！”1998年5月，艾国祥任北京天文台台长。3年之后，北京天文台与云南天文台、南京天文光学技术研究所（原南京天文仪器厂）、乌鲁木齐天文站和长春人造卫星观测站合并为国家天文台，艾国祥任国家天文台首任台长，期间又任数理学部主任和学部主席团成员。
任职期间，他带领团队积极参加根据江泽民主席提议，由中国人民解放军总装备部、中国科技部和中国科学院组织的，有清华大学、北京大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、西安电子科技大学等高校参加的“奇思妙想”座谈会，并提出了两个前沿课题。“我当时晚上实在睡不着，就翻看我们当时准备提交的几个项目建议。”艾国祥发现有个项目不够新颖，又连夜加班将新的想法加入进去。第二天他汇报的两个项目一举夺两魁。其后在“十一五”到“十三五”国家中长期科技发展规划论证中，他提出的项目又夺得冠军。谈到这些，艾国祥脸上写满了自豪：“我在设计科研项目的时候总是有种使命感，就是要超越西方强国，取得领先。我好像从来不愿干世界第二的事。”
无论是质疑导师，维修苏联的进口设备，还是独立研发太阳磁场望远镜，都让艾国祥深刻意识到自主创新能力对于科学研究事业的重要性。“研究人员应该敢于挑战权威和已有的书本，逆向思维，创新突破。”他在自己的文章中写道：“我们的科研还要干别人干过的吗？跟踪吗？仿制吗？照抄传统做法吗？这些，都应该拒绝。”中国要想立于世界之峰，唯有“创新超越”。
艾国祥的创新道路从未止步，他把目光瞄向了更远处的太空。2002年，艾国祥领衔提出的“中国区域定位系统”（CAPS），经中国科学院批准列为知识创新工程重大项目，现在更进一步发展成“天基通导遥智综合信息网”。
这一项目其实源于一次“头脑风暴”，2002年年末，时任国家天文台台长的艾国祥和同事们讨论“如何开发一个‘创新型’的卫星导航系统”。彼时正直中国自主研发北斗导航系统初期，艾国祥等人了解到美国斥巨资耗费20多年才建成GPS系统，而苏联试图开发的格洛纳斯（GLONASS）系统还未能投入全面实用，便想要换个方法开发一种经济实惠，又能精准定位的卫星导航系统。艾国祥在当时便想到，也许卫星导航系统跟天文观测有异曲同工之处：“‘天测地’跟‘地测天’反过来是不是一致？如果将‘地测天’的经验应用到‘天测地’上去，会不会就有创新？”CAPS构想便应运而生。
与GPS系统采用专用导航卫星不同，CAPS导航信息在地面产生，上行至通信卫星再转发给用户以实现定位。这就使得CAPS可以少发射甚至不发射专用卫星便能实现定位功能。通过租用在轨通信卫星，科研人员实现了对CAPS的功能演示。前期测试时，CAPS定位精度同GPS民用系统相当，而经费消耗尚不到其千分之一。在2021年建成的试验系统中，CAPS定位和授时精度超过GPS精码3倍，并首次实现隐蔽导航。若工程立项开发，精度有望超过GPS精码30倍以上。
艾国祥的创新理念不仅体现于科研项目，也体现于他对于人才的珍惜和爱护上。在太阳磁场望远镜和CAPS项目研发期间，艾国祥曾不止一次破格提拔贡献突出的博士毕业生。“创新是第一动力，但人才是第一资源。”艾国祥斩钉截铁地说道。他直言目前的研究生培养计划存在诸多问题，“不想当教授的研究生不是好研究生，有重要创新贡献的研究生毕业后就应该给他们研究员岗位。”2005年CAPS演示系统取得巨大突破，中国科学院特批了30个创新指标和8个研究员指标。艾国祥把研究员指标全给了作出突出贡献的研究生，实现了科研成就和青年人才成长的统一。艾国祥一直认为，卓越的领军将帅人才是科技发展的关键，“要有广阔的视野而不狭隘，有敏锐的洞察力和预见性而不保守，能深入实际、埋头苦干而不夸夸其谈，有百折不挠、坚韧不拔的精神而不半途动摇。”
当选为中国科学院院士以来，他已为研究生们进行了十余次报告。他以自己走过的艰难、曲折的创新之路告诉年轻人，要破除对书本、对权威的迷信，要审视和怀疑原有的知识体系，敢于提出疑问，敢于创新。
在艾国祥的眼中，他最为自豪的成就不是当选中国科学院院士，不是担任国家天文台台长，不是担任“嫦娥工程”应用系统总指挥或是其他职务。他总记得的是大学毕业论文时期的勇于独立思考，不迷信老师、书本和不迷信权威；是舍我其谁的修复滤光器工作；是敢为人先的太阳磁场望远镜的研发……而这些只代表过去，新的东西还要创新实践去开拓和创造，这是科技创新的最基本原则。
他现在心心念念的还是正在进行的科研项目，“我希望老天能再给我5到10年时间，我就能看到天基通导遥智卫星的测试结果，能建成通导遥智综合信息网……”在艾国祥眼中，是六十年如一日的真挚，是能为国强民富事业而不断奋斗的期盼。令他乐此不疲的是激励新生代超过他们的老师，成为引领未来的一代人。
记者手记
无论对其意见赞成或反对，和艾国祥院士对话的时候总不由得被他真挚的眼神所折服。虽然因为专业方向不同与这位老师接触并不算多，但是他的经验和教诲却深深影响到了我。艾国祥院士总是在讲座中一遍遍重复：“不想做教授的学生不是好学生！”或许对他来说，科研事业就像是一片没有硝烟的战场，而艾国祥的志愿也表达的非常明确：我们的科学研究不能“跟在别人后面一步一步地爬行，我们中国要争世界最前列！”
(作者系国科大记者团成员 摄影/曹雅莹 刘孜铭)
