在軟禁中誕生的《工程控制論》
http://www.gjzbw99.com 2009-11-01 16:37 來源：科技日報
“錢學森高超地將工程和數學兩只輪子裝到一輛戰車上，碾出了工程控制論研究的一條新途徑……”
1954年，一本名為《工程控制論》的學術著作引起了控制領域的轟動。這本書甫一問世，就贏得了國際聲譽，吸引了大批數學家和工程技術專家從事控制論的研究，并形成了控制科學在上世紀50年代和60年代的研究高潮。
書的作者就是錢學森。在美國遭受軟禁期間，他5年磨一劍，開辟了研究的全新領域，并獲得了意料之外又是情理之中的成功。
多年后，回憶《工程控制論》的寫作與付梓，錢學森說：“研究工程控制論只是為了轉移美國特務們的注意力，爭取獲準回歸祖國。當時并沒有想到建立一門新學科。”
那么，工程控制論的思想是如何誕生的呢？
還是把時光追溯到1937年，在美國加州理工大學讀博的錢學森和幾個同學組成了火箭技術研究小組，并得到了導師、力學大師馮·卡門教授的支持。從此，開始了他與火箭和航天技術的不解之緣。
上個世紀的30年代，火箭技術和理論尚未成熟，倒是多在科幻小說的情節中出現，遠沒有被納入傳統科學研究議程。
但是，錢學森很早就認識到自動控制技術在火箭技術中的重要作用。早在出國留學之前，他的志趣就從設計火車頭逐漸轉向航空，其間，他還到杭州筧橋飛機場實習。當時的飛機都是機械手動控制，控制已逐漸進入了他的思考。
“到了上個世紀四五十年代，雖然有了電子儀器，但還存在可靠性問題，因此飛機控制仍在相當大程度上依靠純機械方式。火箭技術的發展對控制系統提出了很高的要求。”錢學森早年的學生、《錢學森手稿》的主編鄭哲敏院士說。
后來德國成為世界上航空與火箭研究的翹首。1945年二戰結束前夕，錢學森隨馮·卡門率領的科學考察團赴德國考察情況，第一次見識了火箭。考察團一行帶著數噸研究材料，回到了火箭研究還相對落后的美國。大家召開研討會出版文集，展望美國空軍發展戰略，這其中就有專門章節談到制導技術。
“在他的視野中，制導是非常重要的事情”，鄭哲敏回憶，二戰后，錢學森對于迅速發展起來的控制與制導工程技術，作了深入的研究，并成為此類工作的先驅。
“如果說，錢學森的早期研究主要是針對阻礙當時航空、航天技術發展一些關鍵力學問題，那么后來，他的視野更加廣泛，前瞻性更強，著眼點已不限于個別問題，而是開辟新的學科前沿領域，以推動航空、航天技術整體與長遠的發展。與此同時，他的學科領域也已不限于應用力學，而是他所倡導的更為廣闊的技術科學領域。”
《工程控制論》的誕生，就是對鄭哲敏這句評價的最好注腳。
錢學森從事空氣動力學、彈性力學、噴氣和火箭推進器等航天領域科學研究，而這些與美國軍事國防密切相關，正如美國當局所說：“他隨時都值3—5個師的兵力。”正因如此，在1950年，正當美國政府麥卡錫主義猖獗之時，錢學森被拘留兩周，保釋之后，又遭受美國政府長達5年之久的軟禁，回國阻力重重。
就在1950年至1955年受特務監視時期，為了使美國政府放心，錢學森決定從事遠離軍事和國防問題的科學研究。當然，他也不可能有以往的實驗研究條件，因此，他選擇了需要數學手段的理論研究問題。
作為世界級的導彈和火箭專家，錢學森很自然地把關注目光轉移到一門新興學科———控制論。
1948年，美國科學家維納的《控制論》出版。這本書的副題是《關于在動物和機器中控制和通訊的科學》，從書名就可以看出，《控制論》是關于既是機器中又是動物中的控制和通訊理論的一門學科，它研究的是一個系統的各個不同部分之間相互作用的定性性質以及整個系統的運動狀態。
《控制論》中晦澀的哲學思想難于被人理解。人們更難于透過《控制論》發現其與科學技術的聯系。前蘇聯對于《控制論》更是采取了批判的立場，并將該書定性為“反動的偽科學”。另外，維納在《控制論》中將動物與機器相提并論，引起了宗教人士的抗議，認為這冒犯了造物主和人的尊嚴。
然而，就是這樣一本書，卻引起了錢學森的濃厚興趣。憑著具備火箭技術的豐富經驗，他敏銳地認識到維納《控制論》的價值，迅速意識到其與火箭制導工程問題的相通性，立即運用控制論原理研究解決了一批噴氣技術中的問題。
他很快發現，不僅在火箭技術領域，在整個工程技術的范圍內，幾乎到處存在著被控制的系統或被操縱的系統；而且事實上，有關系統控制的技術已經有了多方面的發展。
擺在錢學森面前的任務是：要以更廣闊的眼界，用更系統的方法來觀察有關問題。也就是說，用一種統觀全局的方法，來充分了解和發揮導航技術和控制技術等新技術的潛在力量，從而可以更有效地用新方法解決舊問題，并且可以解釋前所未見的新的前景。
1953年底，錢學森在加州理工大學開設了一門新課程《工程控制論》。當時對于像鄭哲敏這樣的博士生來說，老師講是全新的領域。力學，電子，通訊等各類學科融會貫通，還有“正/負反饋”“用不完全可靠的元件組成高可靠性系統”等新鮮的概念讓學生們耳目一新。
在麥卡錫主義的陰影籠罩之下，錢學森蟄伏五年，潛心撰寫了一本著作《工程控制論》，并于1954年在美國正式出版。
這本書以系統為對象，以火箭為應用背景談自動控制，系統地揭示了控制論對自動化、航空、航天、電子通訊等科學技術的意義和影響，充分體現并拓展了維納《控制論》的思想，是繼該書之后，對控制與制導方面進行創造性論述的又一經典專著。
就這樣，在軟禁期間，錢學森從導彈制導控制慢慢進入到控制范疇，從一個空氣動力學家轉變成一個控制論學家。而《工程控制論》的出版，則標志錢學森已從力學跨界到系統學界。
于是，一門新的技術科學———工程控制論誕生了。
《工程控制論》迅速引起了美國科學界乃至世界科學界的關注，并相繼被譯為俄文、德文、中文等多種文字。
該書澄清了國際控制學界的混亂局面。當時蘇聯哲學界由于該書的問世，才從原來對控制論的批判轉為后來加以贊揚。1956年，前蘇聯發行了俄文版的《工程控制論》，并將辭書中的“控制論”定義為：“研究信息和控制一般規律的新興學科”。
一位美國專欄作家這樣評論《工程控制論》：“工程師偏重于實踐，解決具體問題，不善于上升到理論高度；數學家則擅長理論分析，卻不善于從一般到個別去解決實際問題。錢學森則集中兩個優勢于一身，高超地將兩只輪子裝到一輛戰車上，碾出了工程控制論研究的一條新途徑……”
“工程控制論已不完全屬于自然科學領域，而屬于系統科學范疇。自然科學是從物質在時空中運動的角度來研究客觀世界的。而工程控制論要研究的并不是物質運動本身，而是研究代表物質運動的事物之間的關系，即這些關系的系統性質。因此，系統和系統控制是工程控制論所要研究的基本問題。”原航天部710所副所長于景元認為。
1955年，在錢學森即將離開美國返回中國時，他將《工程控制論》送給自己的導師馮·卡門。馮·卡門對錢學森說：“我為你感到驕傲，你創立的工程控制論學說，對現代科學事業發展是巨大的貢獻。你在學術上已經超過了我。”
這年冬季，錢學森返回祖國后，任剛剛建立的中國科學院力學所所長。他在中關村化學所禮堂，講授了一門全新的課程———工程控制論。《工程控制論》(中文版)翻譯者之一戴汝為院士回憶道，以前很少聽過講得這么好的課。
1957年，《工程控制論》獲得中國科學院自然科學獎一等獎。同年9月，國際自動控制聯合會(IFAC)成立大會推舉錢學森為第一屆IFAC理事會常務理事。他也成為該組織第一屆理事會中唯一的中國人。
在《工程控制論》的第18章闡述了一個很重要的觀點———“通過工程控制協調的方法，即使用不太可靠的元器件也可以組成一個可靠的系統。”
這個思想已遠遠超出了自動控制領域，進入到系統科學的范疇。
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