美国“夜鹰”的苏联教父——现代隐身理论的奠基人乌菲莫切夫的传奇经历

谈到彼得·雅科夫列维奇·乌菲莫切夫这个名字,绝大多数中国人应当感到十分陌生,但一提到F-117“夜鹰”战斗轰炸机,懂一点航空知识的人都知道。这架飞机就与这个人有密切的关系。乌菲莫切夫是苏联时期的科学家,被认为是现代隐身飞机技术的创意推动者、现代隐身理论的奠基人。在20 世纪60 年代,他开始研究简单二维物体的电磁波反射方程。1964 年,他在《莫斯科学院无线电工程学报》上发表了一篇颇有创意的论文“物理衍射理论中的边缘波行为”。在这篇文章中,他提出,物体对雷达电磁波的反射强度和物体的尺寸大小无关,而和边缘布局有比例关系。乌菲莫切夫说明了如何计算飞机表面和边缘的雷达反射面。从他的理论可以得出一个结论,即使一个很大的飞机,仍然可以被设计成能够“隐身”的。他的大部分研究成果被翻译成英语,到了20 世纪70 年代,美国科学家发展了一些乌菲莫切夫的理论,发明了飞机“隐身”的概念。

飞机隐身特性指的是针对雷达的“低可探测性”。世界上第一架按照“隐身”技术研制的作战飞机,是洛克希德公司(后与马丁·玛丽埃塔公司合并成立洛克希德·马丁公司)1977 年开始设计的F-117A“夜鹰”战斗轰炸机,1982 年该型飞机列装美国空军。2008 年4 月底,这型飞机退役。

这架隐身飞机的总设计师本·里奇一直承认,他正是从乌菲莫切夫的《绕射波物理理论中的边缘波方法》一书中得到灵感,产生了研制F-117A 这样一款“隐身”布局结构的飞机的想法。在这本书里,作者描述了雷达反射平面理论。

1990 年,乌菲莫切夫来到加州大学后,长期与诺斯罗普公司(后并入诺斯罗普·格鲁门公司)保持合作关系,并参与了B-2 飞机的研制。本文不想讨论隐身飞机,只是想向读者介绍一下现代隐身理论的奠基人乌菲莫切夫的传奇经历。

不幸的童年和艰难的求学经历

乌菲莫切夫出生在苏联靠近亚洲地区的阿尔泰边疆区的一个集体农庄里。这位未来学者的父亲雅科夫·乌菲莫切夫是一位非常有进取心、活跃且勤劳的农民。早在沙皇统治时期,他率领全家从位于欧洲的中央地区迁移到阿尔泰边疆地区。经过若干年的打拼,虽然算不上大富大贵,但在该地区也是比较有名的富裕户。这在斯大林时代已经足以够进集中营了。进入集中营不久,他的妻子瓦莉雅·瓦西里耶夫娜刚要准备去集中营探望自己的丈夫时,就传来了坏消息——人已经死了,当时的小彼得(乌菲莫切夫)只有3 岁。

乌菲莫切夫上中小学时正赶上第二次世界大战,由于童年时期缺乏营养,特别是缺乏维生素,他的视力开始变差,而且拒绝佩戴眼镜——害怕同龄的孩子们嘲笑他,称他为“四眼”。这使得他的视力越来越差,到了中学7 年级时,他即使坐在教室的第一排也无法看清楚黑板上老师写的是什么。尽管如此,仍然阻挡不了乌菲莫切夫的学习热情:他和同桌商量好,由同桌负责将黑板上的作业抄下来,尤其是数学和物理作业,而乌菲莫切夫则负责解这些数学和物理题。

1949 年,乌菲莫切夫中学毕业后进入到阿尔泰- 阿尔金斯国立大学数学物理系学习。但只上了二年,大学校医就建议他转学到敖德萨,以治疗前面提到的日益严重的近视疾病。在敖德萨有著名的眼科医学院,现在改名为费拉托夫医学研究院。1952 年,乌菲莫切夫坐火车来到敖德萨城市,转学到敖德萨国立大学,在这所学校学习大学四年级的课程。

幸运地找到了理想工作

乌菲莫切夫的童年和求学经历虽然有些坎坷,但工作经历却出奇地顺利。他1954 年从敖德萨国立大学毕业后,由于所学专业是理论物理,居然很顺利地进入到位于莫斯科的中央无线电理论科学技术研究所工作。该研究所是一家保密级别极高的科研单位,这是乌菲莫切夫本人的第一个转折点,机遇开始垂青这位未来的天才物理学家。这次机遇与一位“伯乐”有关。当时,中央无线电理论科学技术研究所在全国挑选年轻专家,负责到敖德萨国立大学招生的代表是尼古拉·叶赫莫诺夫。他当时是该研究所第18 研究室的主任,上校工程师。叶赫莫诺夫本人毕业于布琼尼军事工程学院,在中央无线电理论科学技术研究所工作满打满算也才两年。他一看见这位头发蓬松、戴着眼镜(乌菲莫切夫在医生的建议下已经戴上了眼镜)的年轻小伙子,立刻邀请他到他们这所高度保密的无线电研究所去工作。

乌菲莫切夫的这位新领导的个人仕途经历也十分神奇。叶赫莫诺夫先是担任研究所“丁香花”项目(一种综合电子干扰装置研究项目)的总设计师,随后又在1964 ~ 1968 年期间担任该研究所的所长。他完成这段升迁只用了不到12年的时间。但叶赫莫诺夫的故事远没有就这样平淡地结束。1969 年,他突然被调往苏联部长议会国家安全委员会,并且担任第一副主席。这个机构的另一个名字可以说是享誉全球,那就是赫赫有名的克格勃。叶赫莫诺夫由一位科学家、工程师、科学技术博士一跃成为克格勃的第2 号人物、将军。作为具有工程背景的将军,叶赫莫诺夫最终成为了编码和解码技术方面的大专家,苏联信息分析系统的创建人。

乌菲莫切夫还清楚地记得他们与叶赫莫诺夫告别时的场景:“我到今天还记得研究所领导与他告别时的情景。我当时已经成为微型化研究室的主任,我们各研究室的主任一起来向他告别。我还不习惯如此令人伤感的告别场面:叶赫莫诺夫哽咽着说不出话来,眼泪顺着他的脸颊一直向下流,并且不时用手绢去擦拭。”

关于叶赫莫诺夫调任国家安全委员会的情况,前苏联国家安全委员会主席(KGB 的头子、现任俄罗斯总统普京的上级领导)在回忆录中这样写道:1968 年,根据安德罗波夫(时任苏联领导人)的提议,将他调到了这个机关。具有工程背景的叶赫莫诺夫作为克格勃的2 号人物有点鹤立鸡群的感觉. 按照俄罗斯谚语的说法:乌鸦群里的一只白乌鸦。他太与众不同了:喜欢打鱼,而且从来不带警卫。这可把养鱼场的工作人员吓坏了,他们每次都小心翼翼地将他捕捞到的鱼送到柜台,然后收取他所付出的钱。

创立现代隐身理论

言归正传,现在接下来讲一讲彼得·雅科夫列维奇·乌菲莫切夫在第108研究所(中央无线电理论科学技术研究所的代号)的工作情况。从1954 年8 月1日开始,乌菲莫切夫开始在该研究所的理论研究室工作,他的顶头上司——研究室主任是波利达夫。

1959 年2 月6 日,乌菲莫切夫作为一项研究发明的共同作者,在第108 研究所完成了技术副博士的答辩。苏联时期的学术体制与欧美和我国不同,副博士的学术水平往往超过其他国家博士的水平。中国留学生在苏联或俄罗斯取得副博士学位后,回国后可以直接转为博士。同他一起答辩还有物理数学博士列文、技术科学副博士巴赫拉赫,他们当时都在第108 研究所工作。这几个人都达到了极高的学术水平,解决了很多技术难题。巴赫拉赫随后被推选为苏联通讯院士(相当于中国的工程院院士)。

乌菲莫切夫完成了副博士论文答辩以后,成为108 研究所的一名高级研究人员,但只工作到1959 年的秋天,他就被调到第二理论研究室工作。不久以后,研究所成立了一个新机构——第61 理论研究室,他又转到这个研究室工作。20 世纪70 年,108 研究所发生了很大的变动,乌菲莫切夫先后在第73 研究室和第11 研究室工作过。

1973 年是又一个转折点,这一年乌菲莫切夫离开了在108 研究所长达二十年的研究工作。如果没有这次调动,后面的故事也就无从谈起了。第108 研究所将他推荐给苏联科学院下属的无线电电子技术研究所担任一个部门的领导。新工作单位的保密性和工作制度远不如108 研究所那样严格,乌菲莫切夫可以有机会在外国人参加的科学大会上发表论文,进行学术交流。由此就出现了下面的场景——乌菲莫切夫在参加国际无线电科学联盟(URSI)大会时见到了美国学者。这些美国学者马上对他表示:“您写的书很好,我们已经翻译成英语,正在学习。”

1962 年,乌菲莫切夫在苏联无线电出版社出版了《绕射物理理论的边缘波》一书。这本书总共发行了6500 册,在那个时代这样的发行量不算大。这本书当时在苏联没有得到重视,但现在已经成为无线电工程师和学者们书架上必备的工具书。美国空军外国技术室发现了这本书,并把它翻译成英语。在美国学者雷奥·冯布拉特所撰写的《电子战大百科全书》中,美国海军军事研究实验室电子战技术武器室主任林伍德·科斯比这样写道:“美国情报机关不仅对乌菲莫切夫本人给予了特别的关注,实际上,只要是与第108 研究所有关的研究项目及其相关的出版物,我们都要搜集并翻译过来。这些技术书籍的翻译要晚一些。美国专家在公开出版物上所流露出来的意见,在某种程度上反映了20 世纪五六十年代两国无线电技术领域的力量对比:C.A. 瓦金和L.H. 舒斯托夫所著的《无线电对抗和无线电侦查基础》,以及A.I. 巴里依撰写的《无线电电子战》两本书清晰地阐述了电子战这个问题,并且严格地使用了这个概念,预测了电子战的能力。他们开启了现代战争电子对抗武器的新纪元。西方国家很少能够遇到理解电子对抗问题的专家。”

美国人不仅翻译了乌菲莫切夫的著作,而且开始认真研究。专家学者们对书中的一系列观点展开了激烈的辩论,也出现了一些批评观点。来自密歇根州的T.B. 森诺尔博士对“绕射物理理论”观点进行了激烈的攻击。为了回击他的批评意见,乌菲莫切夫针对发表在杂志上的“高频绕射理论中所使用的三种方法的比较”一文又写了一篇评述意见。他在文章中这样写道:有人证明,边缘波方法不能正确描述条状物和盘状物绕射时引起的边缘波……按照我的观点,这个证明是作者未完全弄清楚原理而得出的结果。尽管如此,他还是承认“一些公式需要进一步明确或重新推导,这个方法还不够完善”。

尽管如此,这一场论战却进一步加强了乌菲莫切夫的理论方法在国外的知名度。

在美国的学者

1990 年,美国学者向乌菲莫切夫发出邀请,希望他能够前往位于洛杉矶的加州大学,开展绕射物理理论的讲学。但乌菲莫切夫本人提出了疑虑:“我不知道政府能否批准我前往美国”。

乌菲莫切夫首先向所在的无线电电子技术研究所提出申请,然后再向科学院主席团提出出国申请。出乎他本人的意料,上层最后决定:允许他出国讲学。1990 年9 月,乌菲莫切夫作为客座教授前往加州大学,开始在这所大学的电子工程系讲学。

据乌菲莫切夫事后证实:美国邀请他前往加州大学讲学的真实原因应当与“隐身技术”有关。在美国,这个理论已经用于隐身技术的实际研究,美国当时正在研制短波雷达不能探测到的飞机和潜艇。

他在这所大学一直工作到今天。正如一位美国记者描述的那样:“他戴着一副厚厚镜片的眼镜,头发灰白蓬松,向各方向竖立。乌菲莫切夫非常像一位古板的优秀俄罗斯大学者,但他实际上并不古板,尤其在表达自己意见时……”

从媒体上透露的消息了解到,乌菲莫切夫目前正在从事的问题同他以前解决的问题正相反——研究解决隐身问题的计算机软件。美国《大众科学》杂志记者这样描述乌菲莫切夫:“这位学者正在寻找各种方法抓住隐身物体的电磁辐射,并在雷达显示屏上照亮这个‘隐身的家伙’。他的所作所为就像一位国际象棋大师,他已经成功地走出了极高明的一步棋,令对手头疼,然后他又走到棋盘的另一侧,琢磨着试图找到有效的反击策略,对抗自己取胜的战术。”这种综合解决科学问题的方法正是苏联时期第108 研究所的教条。

飞机能够镜像反射超短波范围信号的想法本身是很古老的。在研制苏联国内第一台脉冲雷达时,院士A.F. 约瑟夫在1934 年1 月16 日召开了一次“历史性的会议”。在会议前准备纪要草案时,约瑟夫特意勾掉了分米波和厘米波这两个词,而是采用了一些更中性的词语:“在电磁波的使用原则上,波长应当足够短。”约瑟夫当时认为,由于飞机具有足够大的反射面,超高频能量反射的信号很少偏离出雷达接收天线的方向。

最后说几句近些年乌菲莫切夫的专著翻译问题,他的专著名称翻译真是多灾多难。前面已经说过,他的专著名称为《在绕射物理理论中的边缘波法》。真理报上曾经写过一篇报导,称乌菲莫切夫所写的书名为“折射物理理论中的边缘折射效应法”。实际上,1962 年乌菲莫切夫根本没有出版过这种名称的书。据分析,很可能是这个原因造成的结果:美国专家将他的书翻译成英语,俄罗斯的翻译人员又将英语版的书翻译成俄语,结果是书名原意给翻译丢了。难道没有人想过去图书馆和原书调出来对一下?这个看来还真没有!读者们就这样被彻底搞糊涂了。

在《星期》周刊上出现了书名为“绕射理论中的边缘波方法”的图书,这个名称已经接近真相了,但也有错误,漏掉了“物理”一词。应当是“绕射物理理论”。为什么一定要加入“物理”这个修饰语,在冯施泰因在给乌菲莫切夫一书所写的前言中有详细的解释,乌菲莫切夫本人也做了详细说明。

关于乌菲莫切夫的争论

乌菲莫切夫前往美国讲学后,他的方法在美国得到实际应用,俄罗斯国内议论纷纷。“俄罗斯政府很生气”,而且还不止政府生气,所有那些没走成的、留在国内的人都很生气,包括还在第108 研究所里为国服务的人。但俄罗斯好像不需要他本人,也不需要他的“物理作业”了……

乌菲莫切夫出国固然不好,但反过来想一想,他当时也没有其他更好的选择!1990 年时,他已经是61 岁的老人了,在这个爷爷辈的年龄上是没有人去雇他做生意。那点微不足道的退休金够用吗?连俄罗斯第一位总统叶利钦都开诚布公地承认:教授们的退休金实在太少了,这是不正常的,一定要改善退休金体系,增加教授们的退休金。但结果是他什么也没做。乌菲莫切夫的离开只是当年俄罗斯“科研干部流失”现象的冰山一角。

俄罗斯国内媒体针对以乌菲莫切夫事件展开过讨论。俄罗斯既不能像美国一样慷慨地给予他高报酬,也不能给他创造一个搞科学技术研究的机会,甚至连精神层面的奖励也没有。在美国,由于乌菲莫切夫在科学研究上贡献,他被授予格鲁门奖章,美国记者也开始以他的文章作为刊头。而在俄罗斯,即使乌菲莫切夫的方法已经获得了国际上的承认,俄罗斯科学院也未授予他任何奖章。俄罗斯科学院哪怕给他一个通讯院士也算说得过去呀,也没有。现在科学院挑选的完全是另外一路人。

俄罗斯国内还有人问另外一个问题:为什么“乌菲莫切夫方法”没有在苏联、他诞生的祖国得到实际应用,而在美国得到应用?这个问题大概只能由乌菲莫切夫本人回答了。据乌菲莫切夫本人透露,在苏联的“高层科学圈”有这样一条潜规则:苏联国内不允许有预言家。如果这真是乌菲莫切夫的观点,则就可以完全回答所有问题。俄罗斯还有人要求追查乌菲莫切夫事件的责任人。有媒体已经点出来这件事的具体责任人的职务——曾经的第108 研究所总工程师、研究所的领导者。但这里仍有疑问。用一句话就可以回答这个问题:开展隐身飞机研制并予以财政支持,在当时社会上还没有这个要求。

讲一个苏联“高层科学圈”的历史事件。1955 年,具有巨大威力的氢弹爆炸试验成功了,在试验靶场,马特拉冯·内杰林元帅(内杰林在后来的导弹发射事故中丧生,骨灰中只有元帅服上融化的纽扣可以辨认)举起酒杯,提议为物理学家安德列·萨哈罗夫干杯。这位后来获得诺贝尔物理学奖的物理学家举起酒杯,说道:为我的作品在靶场上,而且永远不在和平城市上空爆炸而干杯。然后一饮而尽。内杰林元帅引用一句老话说:老爷爷(暗指强权)坐在炕上(意为占统治地位),而老人(指智者,暗喻科学家)跪在面前(意为没有话语权)。

不能说“乌菲莫切夫方法”在苏联完全没有被利用。因为在弹道导弹研制中就利用了这个方法,这是当时最权威的研究领域。第108 研究所的学者们证实,采用该方法改进弹道设计后,弹头的有效雷达反射截面积可以大幅度下降,不是以百分比下降,而是降低数倍。通过改变弹头部分的几何外形,如轮廓边缘、构型等,再借助雷达吸波材料,“闪光点”的反射波就被吸收了。但乌菲莫切夫本人当时已经转到无线电技术和电子研究所去工作了。

乌菲莫切夫虽然身在国外,但仍然关心俄罗斯,始终保留着俄罗斯国籍。2007年他回到国内,在莫斯科大学物理系讲授自己的物理理论。并且利用假期回到自己的家乡阿尔泰地区,为自己母校——河口码头中学的学生们讲授一堂物理课,还解答了他们所提出的问题。


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