今天的话题有点沉重,主角是下图这位

郭永怀,著名力学家、应用数学家、空气动力学家,中国科学院院士,近代力学事业的奠基人之一,中国科学技术大学化学物理系首任系主任。
他还是“两弹一星”元勋中,唯一一位被授予“烈士称号”的学者。
1968年12月5日,周恩来总理正在中南海会见外宾,相聊甚欢之时,秘书突然走进来打断了谈话,向周总理汇报了一个,十万火急的消息:一架小型飞机,在首都机场附近坠毁。
根据调查人员的描述,机上十几位乘客几乎全部遇难,尸体严重烧焦,面目全非,难以辨认。然而在这种惨状下,人们却看到了更加“诡异”的一幕:有两具烧焦的尸体,紧紧地抱在一起!
接机的司机邵春贵回忆道:“尸体完全烧焦了,脸成了一个黑煤球,耳朵都掉了,都不像个人,黑疙瘩一样,完全认不出来是谁。”在场的许多年轻人,都被这画面吓到了,许久才有勇气将他们分开。之后出现的一幕,让所有人忘记了呼吸。
人们赫然发现,紧紧相拥的两具尸体中间,夹着一个轻微受损的公文包,里面装的材料是一份完好的热核导弹试验数据文件。再看到尸体后脑部分,仅剩的一簇白发,邵春贵再也忍不住,跪地痛哭!这就是他一直服务的中科院力学所副所长:郭永怀,而另一具尸体就是他的警卫员:牟方东。
周总理闻悉噩耗,当即失声痛哭。携带重要绝密资料的科学家,在回京汇报的途中,死于飞机失事。周总理的第一直觉,认为这起事故并不简单。当时的国际环境,暗流汹涌,郭永怀的科研成果,被无数双不善的眼睛盯着。难道这起空难的背后,还藏着别的阴谋吗?
别着急!我们先来看看郭永怀,是如何从一个乱世理工男,成长为中外科学界享有盛誉的力学大师。
1929年,20岁的郭永怀考取了南开大学预科理工班。天资聪颖 + 勤奋好学,郭永怀很快升入本科,学习物理学专业。1933年,郭永怀进入北大物理系深造。
四年后,抗战爆发。郭永怀回到家乡山东,在威海任教。紧接着,威海沦陷,郭永怀又辗转到昆明,在西南联合大学半工半读。十年间,他先后受到国内各种物理大师的指导,不仅打下了坚实的数学物理基础,也确立了“科学救国”的思想。

1938年夏天,中英“庚子赔款”留学委员会,准备举办第七届留学生考试。几千名学生蜂拥报名,预计招生人数却只有20人。郭永怀和钱伟长、林家翘,也报名了考试。他们觉得,在当时,物理知识必须要能够救国救民,才算有用。同时,他们目睹了太多被日军空军轰炸的惨状,也急于改变中国空军过于落后,而无力抵抗的现实。因此三人在报考时,同时选择了航空工程专业,但录取名额却只有一个。
令人大跌眼镜的是,考试结果出来之后,三人的总分数居然一模一样,五门功课也都是全优。在教授们的力荐之下,三位优秀的学子,都登上了前往加拿大留学的轮船。然而刚上船,他们就被告知“需在日本横滨停船三天并接受日本政府的签证”。
中日交战之际,这一要求无疑是十分具有侮辱性的。22位中国学子当即下船,拒绝出发,放弃了这次难得的留学机会。直到两年后,郭永怀与同学们才重新出发,来到加拿大多伦多大学,成了该校第一批来自中国,攻读研究生学位的留学生。

1940年8月,中国第七届留英公费生,在俄国皇后号邮轮上,二十几位意气风发的年轻人,留下了这张弥足珍贵的合影。后排右3郭永怀,前排左1林家翘,前排左5钱伟长,后排左2段学复,他们中有不少后来成为扬名世界的科学巨匠,其中就有这三位。
自此,郭永怀开始了长达16年的海外生涯。郭永怀在多伦多大学学习的是应用数学。他花了不到半年的时间,就获得了硕士学位。时任数学系主任的辛格教授(J. L. Synge)惊呆了,表示万万没想到,中国竟有如此出色的人才,一生之中都难得遇见。
硕士毕业后,郭永怀前往加州理工学院,研究可压缩流体力学。他的导师是“航空之父”、流体力学大师:冯·卡门(von Karman)。他的是师兄是钱学森。在加州期间,郭永怀的研究方向是世界级难题:声障。

简单地说,当飞机在低速飞行时,与飞机接触的空气,会“通知”前面的空气使它们“让路”。但当飞机速度加快。接近声速时,空气会来不及让路,而形成一面阻碍飞机前进的屏障,被称为声障。这些堆积在飞机前面的空气,紧密地压缩在一起,产生一股很强的冲击波。冲击波的后端,压强突然升高,空气阻力剧增,飞机要提速的话,就需要发动机产生更大的推力。
同时,冲击波会使流经机翼和机身表面的气流,变得非常紊乱。机身和机翼可能会因为剧烈抖动,而发生断裂或爆炸,机头也会不自主往下栽。这画面想想都很虐心……总而言之,当时受到声障影响的飞机,只要稍稍操作不当,就会机毁人亡!
在彼时的航空领域,人们普遍认为,声障是无法逾越的。而在超音速飞机研制的过程中,声障问题更是成了一块“难啃的硬骨头”,不少美国飞行员因此遇难。因此,当郭永怀提出要对声障问题进行研究时,导师冯·卡门对这位中国学者的胆略和勇气,表示了钦佩。
1945年,郭永怀通过论文《跨声速流动不连续解》,证明突破声障从理论上是可能的,并凭借这一研究获得博士学位。对此,钱学森评价说:“郭做博士论文找了一个谁也不想沾边的题目,他孜孜不倦地干,得到的结果出人意料。”
既然可以解决,那怎么解决呢?科学家通常用马赫数(Ma),来表达飞行速度(v)和声速(c)的关系
Ma = v / c。
气流流经机翼表面时,不同位置的气流速度是不一样的。假定气流在机翼表面的,最大速度点为c点。当c点的速度等于声速,我们称,飞机达到了临界马赫数(Macr)。人们普遍认为,此时飞机还没有达到声速。但机翼上表面的气流速度,已经达到了声速,因而会产生局部的冲击波,导致机翼断裂、机身解体。
1946年,郭永怀和钱学森发现,在满足一定条件下,即使飞机达到临界马赫数,有可能不产生局部冲击波。直到飞机速度继续提升,气流的稳定性完全遭到破坏,才会产生冲击波。此时飞机达到了上临界马赫数。
郭钱二人的研究,使人们意识到,提高上临界马赫数,可以推迟机身、机翼所受到的冲击波。飞机接近或达到声速时,机身机翼依然保持稳定,最终飞机以整体形式,安全地“穿越”音障。基于此,工程师对飞机发动机和机翼、机身外形,进行了一系列的改进。
首先,他们摘掉了螺旋桨。

这玩意动力又不足,形状又不科学,换成了喷气式发动机。

接着,改了飞机的机翼形状,平直翼改成了后掠翼。

机翼的抛面形状也没放过,从左边改成了右边。

最后,优化机身形状,全面降低所受阻力。而这一切,都是为了提高上临界马赫数。

1947年10月,人类首次突破声障,实现了超声速飞行。1949年,美国成功制造了第一架实用的超音速飞机
F-10战斗机。
鉴于郭永怀在空气动力学方面取得的突出成就,康奈尔大学航空研究院邀请郭永怀前去任教。正好钱学森也要从加州理工学院,转到麻省理工学院教书。两个学校都在美国东部,于是钱学森说:“走!哥载你一程!”
然后钱学森就开着车,带着郭永怀“自驾游”三千多公里,把郭永怀送到康奈尔大学之后,自己再开车到麻省理工学院。
钱学森回忆起这段旅程,提到:“有这样知己的同游,是难得的,所以当他到了康奈尔而留下来,而我还要一个人驾车继续东行到麻省理工学院时,我感到有点孤单。”
郭永怀去到达康奈尔大学之后,继续从事跨声速气体动力学的研究,逐渐成为美国科学界的焦点人物。而这辉煌的科学成就,却成为了这位盼望着早日归来,实施科学救国思想的青年最大的阻碍。
醉心科学、忧国忧民的郭永怀,究竟面临了怎样的抉择?
预知结果如何,且听下回分解〜〜
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