第一节
在发愤图强中创业
一、国防部第五研究院的创建
1955年10月8日由美国返回祖国的著名科学家钱学森,在1956年的1月30日至2月7日之间,应邀出席全国政协二届二次全体会议,并被增补为全国政协委员。会议期间的2月1日,毛泽东主席在中南海怀仁堂举行盛大宴会招待全体委员,席间与钱学森进行了亲切交谈。2月4日,国务院总理周恩来在国务院副总理陈毅、国家科委副主任范长江等人的陪同下,接见了钱学森。受周恩来总理委托,钱学森于2月17日起草了《建立我国国防航空工业意见书》,当时为了保密起见,用“国防航空工业”代替了“火箭、导弹”一词。该意见书包括航空工业的几个部门、航空工业的组织(领导机构、科学研究、设计研究、生产工厂)、国内现状、发展计划四部分,提出我国国防航空工业应“研究、设计和生产三面并进,而在开始时,重点放在生产,然后兼及设计,然后兼及研究。”[1]
1956年3月14日,周恩来总理主持召开中央军委会议,讨论了钱学森的有关建议,并决定:由周恩来总理、聂荣臻筹备组建航空工业委员会,统管中国航空与导弹工业的发展工作。4月13日,国务院决定:成立以中央军委副主席聂荣臻为主任,中央军委副秘书长黄克诚和第二机械工业部部长赵尔陆为副主任,总参装备计划部部长安东为秘书长,钱学森等为委员的航空工业委员会(简称航委)。
1956年5月26日,周恩来总理主持中央军委会议,讨论了由聂荣臻代表航委提出的《建立我国导弹研究工作的初步意见》。周恩来总理在会议上指出:导弹的研究方针是先突破一点,不能等待一切条件都具备了才开始研究和生产;要动员更多的人来帮助和支持导弹的研制工作,所需的技术专家和行政干部,同意从工业部门、高等院校、科研机构和军队中抽调,军队要起模范作用。同时,责成航委负责组建国防部导弹管理局(国防部第五局),建立导弹研究院(国防部第五研究院)。
图1-1 1956年2月1日,毛泽东主席和钱学森(左)在一起
1956年6月,国防部第五局(简称五局)正式成立。局长由钟夫翔担任,钱学森任第一副局长兼总工程师,林爽任副局长。五局成立后,即开始筹建国防部第五研究院,包括寻找院址。同年8月20日,中央军委批准将位于北京西郊的军委124疗养院、北京军区106疗养院和北京军区空军第466医院腾出,交给国防部五局和国防部第五研究院(简称国防部五院)用做临时办公用房。
1956年10月8日,国防部第五研究院成立大会在466医院食堂召开,国防部五局和五院共200多人参加会议。聂荣臻宣布:经中央军委批准国防部五院正式成立,由钱学森担任院长。聂荣臻在讲话时指出:“我们不能排除在平等互利原则下的外援,我们不搞闭关锁国,但是我们的立足点必须放在自力更生的基础上。像我们这样的大国,特别是搞国防尖端这门行业,如果把立足点放在外国援助上,必然造成研制系统的依附性,被别人牵着鼻子走,那对我们国家的国防建设和国家安全,将是潜在的巨大危险。”为此,他要求国防部五院将“自力更生为主,力争外援和利用资本主义国家已有的科学成果”作为自己的建院方针。[2]
1956年11月23日,聂荣臻批准国防部五院下设10个研究室,即六室(总设计师室)、七室(空气动力研究室)、八室(结构强度研究室)、九室(发动机研究室)、十室(推进剂研究室)、十一室(控制系统研究室)、十二室(控制元件研究室)、十三室(无线电研究室)、十四室(计算技术研究室)、十五室(技术物理研究室),分别由任新民、庄逢甘、屠守锷(1957年到任)、梁守槃、李乃暨、梁思礼、朱敬仁、冯世璋、朱正、吴德雨负责。当年从全国高等院校选调来的143名应届毕业生,基本上按其所学专业分配至各研究室。由于国防部五院早期被纳入解放军编制,因此来国防部五院工作的科研人员不久后都加入了军籍。
为了充实国防部五院的科研力量,中央要求工业部门、高等院校、科研院所和军队全力支持国防部五院。当时,中华人民共和国成立还不到十年,百废待兴,各单位人才并不充裕,从事过与导弹相关研究的科研人员尤为稀少。因此,仅靠国内的力量很难满足国防部五院对人才的需求。后经协商,苏联表示愿意从1957年新学期开始接收50名中国留学生改学导弹技术类专业。除接收留学生外,苏联还答应提供两发教学用P-1地地导弹样品给国防部五院。1956年年底,这两发导弹运抵国防部五院驻地466医院。根据钱学森的指示,国防部五院决定将其中一发用做教学解剖,另一发则组织人员进行测试和测绘,以通过“反设计”来提升科研人员的导弹研制能力。
最初,国防部五院由国防部五局领导,五局则由航空工业委员会领导。为减少行政层级,提高工作效率,钟夫翔1956年年底建议将国防部五局并入五院。1957年2月,聂荣臻接受了这一建议,五局、五院合并,撤局机构。适逢中央军委决定将防空军并入空军,为加强对国防部五院的领导,国务院、中央军委任命原防空军副政委兼政治部主任谷景生任国防部五院政委,原防空军副参谋长刘秉彦任国防部五院副院长,国防部五局局长钟夫翔调任第二机械工业部副部长。林爽主持五院的日常管理工作。
随着事业的发展和人员的增多,北京西郊的驻地已不敷使用。1957年4月,国防部五院发现位于云岗附近的马列学院二分院适合作为新的院址。经协商,中共中央对外联络部很快就把该地块无偿划拨给了国防部五院。
1957年6月10日,根据全国科学规划的相关条款,国防部五院召开了喷气技术协调会议,确定第二个五年计划期间的基本研究任务为:仿制P-1导弹;设计和试制射程450千米以上的单级导弹;设计和试制能控制飞行的无人驾驶飞机(用做靶机)。毋庸赘言,这些研究在当时遇到了不少困难。
为争取苏联对中国国防工业的发展给予更多的理解与支持,1957年夏,聂荣臻与苏联驻华经济技术总顾问阿尔希波夫进行了多次会晤,在获得苏联政府的善意回应之后,于1957年9月上旬率领中国政府代表团前往莫斯科就国防新技术援助一事与苏方进行了谈判。双方于10月15日正式签署了《关于生产新式武器和军事技术装备以及在中国建立综合性原子能工业的协定》(简称《国防新技术协定》)。
《国防新技术协定》规定:苏联政府在综合性原子能工业生产与研究原子能武器、导弹武器、作战飞机、雷达无线电设备以及试验火箭武器、原子能武器的靶场等方面对中国政府进行技术援助,并帮助中国建设火箭与导弹及发动机研究院、火箭与防空及飞航式导弹控制系统研究院、发动机与全弹试车台、空气动力研究所等项目。根据这一协定,苏方在1957年年底至1961年年底,除提供中国原子弹的样品和技术资料外,还提供六种导弹:P-2地地导弹(国内代号“1059”)、C-75地空导弹(国内代号“543”)、C-2岸舰导弹(国内代号“542”)、K-5M空空导弹(国内代号“545”)、P-11ФM潜地导弹(国内代号“1060”)、П-15舰舰导弹(国内代号“544”)的样品和技术资料等。此外,苏联将向中国派遣专家帮助中国仿制导弹,向中国提供导弹研制与发射基地的工程设计资料,并增加中国派赴苏联的火箭与导弹专业留学生名额等。
图1-2 1954年9月,中苏两国政府签订援华协议(右一:毛泽东主席,右二:赫鲁晓夫,前排左一:周恩来总理)
为迎接苏联的援助,遵照中央军委的指示,国防部五院于1957年11月16日成立一、二分院。一分院由国防部五院的六、七、八、九、十室和机关的大部分人员组成,主要承担各类导弹总体设计和弹体、发动机的研制任务,驻地在云岗附近(后迁至南苑)。二分院由国防部五院的十一、十二、十三、十四、十五室与通信兵部军事电子科学研究院的6个研究室和1个试制工厂合并组成,主要承担各类导弹控制系统的研制任务,驻地在永定路附近。同日,周恩来总理任命钱学森为国防部五院院长,兼一分院院长;刘秉彦为国防部五院副院长,兼一分院副院长;军事工程学院刘有光调国防部五院任政治委员;谷景生为国防部五院副政治委员,兼一分院政治委员;王诤为国防部五院副院长,兼二分院院长。同年12月2日,国防部部长彭德怀任命林爽为一分院副院长;钱文极、廖昌林为二分院副院长;董启强为二分院副政治委员。此时,新成立的国防部五院一分院、二分院行使学院一级职权(当时的学院一级是兵团级)。
1957年12月,中央军委决定:由军委炮兵同国防部五院共同组建教导大队,业务由国防部五院领导,建制归军委炮兵(1958年8月纳入国防部五院建制,1959年7月撤销建制)。教导大队的主要任务有两项:一是接收苏联依据《国防新技术协定》提供给中国的导弹装备及其相关技术资料;二是向苏联派来的导弹营学习如何使用与维护保养所提供的导弹武器。教导大队成立不久便顺利完成了6次接装任务,其中P-2地地导弹3次,C-75地空导弹2次,C-2岸舰导弹1次。首次接运的是两发P-2导弹和一套测试、发射、运输、加注等地面设备。接运的时间是1957年12月24日,苏联的一个缩编P-2导弹营也于同期秘密抵达中国。
此前,钱学森院长曾走上讲台,亲自给从大专院校选调来的毕业生讲授“导弹概论”课程,国防部五院还聘请了不少高等院校和中国科学院的专家学者来驻地传授相关专业知识,但就内容而言,大多是一些基础理论知识。而这次,教导大队向苏联导弹营学习的内容分指挥、测试、诸元准备、发射、运输等20多个科目,学的主要是实际操作知识。因此,在教导大队接受过训练的近800名人员后来都成长得比较快。他们当中的不少人在之后的导弹、火箭、卫星等型号设计中担任了系统设计师、副总设计师,甚至是总设计师,有的还担任了试验基地以及使用部队的骨干。
为落实《国防新技术协定》,1958年年初,苏联专家在中国进行了导弹研制基地和发射场的选址考察,并共同商定了四项援建工程,即火箭与防空导弹总体及发动机研究院(一分院,代号8102)、火箭与防空、飞航式导弹控制系统研究院(二分院,代号8109)、发动机与全弹试验台(代号8103)、空气动力研究所(代号8108)。四项工程的初步设计由苏方负责,施工图设计及土建工程施工由中方负责。不过,工业建设中的重要专用部分以及四个项目的试验、生产、工艺设备等均由苏方负责设计和提出分交清单。四项工程所需材料、设备由老五院器材部汇总、上报国家计委分配指标、订货落实。
1958年年初,中苏双方还就国防部五院的导弹仿制与协作生产一事进行了磋商,并选定了沈阳111厂等25家工厂为一级协作厂。111厂承担了P-2导弹核心动力装置发动机的仿制任务.P-2导弹发动机结构复杂、加工精度高、工艺难度大、新材料多、检测技术严格,仿制难度非常大。由于1954年到1958年111厂相继援建了410厂、420厂等多个大型军工厂且调走了大量的技术人员和设备,为了更好地完成P-2导弹发动机研制任务,国家为工厂充实了干部和技术力量,并投资改建了厂房,新建了导弹发动机生产线,增加了大量加工制造以及装调试验设备,为完成P-2导弹发动机仿制任务提供了保障条件。根据国防部五院的请求,1958年6月,中央决定将二机部所属、位于北京南苑的飞机修理试制厂(211厂)划归国防部五院作试制导弹的总装厂。1959年2月,五院明确归属一分院建制。211厂当时在职人员有6千余人。他们划归国防部五院管理后,国防部五院便拥有了一批熟悉工厂工作的企业管理干部,尤其是有了一支工种比较齐全的熟练技工队伍。特别是当一分院在同年7月至8月间整体搬迁到南苑地区后,产品的总体设计和产品的总装便可很方便地实现无缝对接。这种科研与生产紧密结合型联合体的建立,对不久后展开的仿制工作以及后来的自主研制工作都起到了极大的促进作用。
针对上述变化,航委于1958年6月确定了四大研制基地的建设地址。8102,也即一分院工程,在北京南苑211厂及其以东地区兴建;8109,也即二分院工程,在永定路地区兴建;8103工程和8108工程在云岗地区兴建。至于导弹与火箭发射试验基地,此前已经决定在酒泉地区(即内蒙古额济纳旗)兴建。
经过近两年的努力,在党和国家领导人的大力支持和各行各业的大力协同下,国防部五院的大业基石终于基本铺就了。
二、苏联导弹的仿制
1957年10月,以聂荣臻为团长的中国政府代表团赴苏联谈判,争取到了苏联援助中国仿制P-2地地导弹和C-75地空导弹。在苏联谈判期间,国内已将仿制这两种导弹需要的专业技术人才和投资规模,甚至对建设工厂、车间、设备及人员等,都写成了书面材料。回国后,按照“地地导弹排第一、地空导弹排第二”的部署投入工作。在把主要精力和主要研制力量放在仿制P-2地地导弹,在首先解决拥有反击手段的同时,也分出部分力量研究对付敌机侵扰的防空安全问题,安排了C-75地空导弹的仿制生产。
图1-3 1956年12月29日,任新民(前排右二)等参加苏援导弹接收仪式
1958年1月9日,国防部五院制定了第二个五年计划期间的研制工作规划,提出在1958年至1962年的5年里研制多种地地、地空和岸舰导弹。考虑到当时的国防部五院生产能力非常有限,航委指示P-2地地导弹的仿制由国防部五院负责,一机部协同;C-75地空导弹的仿制由一机部负责,国防部五院作为设计单位,配合一机部仿制。
1.P-2地地导弹的仿制
国防部五院同一机部协商后,于1958年5月17日制定了P-2武器系统任务分配表和各承制单位完成任务的时间表。当时,作为参加仿制单位列入任务分配表的有一机部的一级协作厂25家,冶金、化工、轻工、纺织、建材、铁道等部门的协作厂140余家。实际上,后来直接或间接参加仿制的单位多达1400余家。
1958年5月29日,聂荣臻和黄克诚来到国防部五院正式下达了P-2导弹的仿制任务。钱学森当即向国防部五院全体人员宣布了具体工作安排,要求在1959年10月前完成P-2导弹的仿制工作,以便向10周年国庆献礼。
实际上,苏制导弹的仿制工作早在P-1导弹样品1956年年底运至国防部五院时就已开始。根据钱学森的指示,1957年春,徐兰如和梁守槃、谢光选等人对P-1地地导弹样品进行了测试和测绘,基本摸清了P-1导弹的结构、元器件组成和所使用的材料等。为此,1957年4月24日,聂荣臻召开会议讨论了P-1导弹的仿制问题。6月,国防部五院召开喷气技术协调会议时还将P-1导弹的仿制定为基本研究任务.P-1导弹是苏联仿制德国V-2火箭的产物。它的技术在当时已无先进性可言,但它对从未见过导弹的国防部五院科研人员来讲仍“如获至宝”。通过对P-1导弹进行“反设计”,即逆向工程,国防部五院科研人员对导弹的认识有了一次质的飞跃。
《国防新技术协定》的签署意味着仿制P-1导弹已无必要。由于P-2导弹于1957年年底运抵北京时国防部五院的科研人员已积累了不少导弹“反设计”经验,所以在P-2导弹的设计图纸等技术资料尚未交付的情况下,国防部五院科研人员就毫不犹豫地开始了对P-2导弹的“反设计”。虽然P-2导弹是P-1导弹的改进型,但对它进行“反设计”仍非易事。国防部五院科研人员不畏艰难,在苏联专家和设计图纸、资料到来之前的半年时间里,慢慢摸清了P-2导弹的内部结构和材料、零件的性能,为之后的仿制工作打下了良好的基础。
当时,“大跃进”已在各行各业全面展开,“鼓足干劲、力争上游、多快好省地建设社会主义”被确定为党的总路线。在这种“大好形势”的推动下,国防部五院有人喊出了“三年打到太平洋,五年放个小月亮”的口号。为适应“大跃进”的形势,1958年6月16日,钱学森和王诤在向聂荣臻汇报时提出,准备仿制“1059”(P-2地地导弹)、“543”(C-75地空导弹)、“542”(C-2岸舰导弹)、“544”(П-15舰舰导弹)、“1060”(P-11ФM潜地导弹)5种导弹,并自行设计5种与之对应的导弹。聂荣臻当即指出:“当前的重点还是应该认真学习和掌握已有的导弹样品和资料,边干边学,培养壮大技术队伍,掌握科学技术,型号不宜一下安排过多,步子一下子跨得太大了易走弯路,还是少走弯路为好。国家花那么多钱请来了苏联专家,应抓紧时机尽量把他们的东西学到手。不然是个很大的浪费和损失。”[3]
图1-4 东风一号导弹在军事博物馆展出的雄姿
聂荣臻的谆谆告诫,如醍醐灌顶。国防部五院领导和科研人员意识到仿制是为了独创,创新需要有积累,无论在什么情况下,都必须保持清醒的头脑,坚持仿制练兵、循序渐进的方针。为此,他们及时将计划调整为:在首先满足仿制P-2导弹的前提下,着手进行老东风一号、老红旗一号的自行设计。至于其他3个型号的自行设计则暂时中止。这些决策无疑是正确的。因为20世纪五六十年代中国的工业技术基础非常薄弱,不要说自行设计了,即使是仿制也并非易事。当时,设计单位和承制厂在仿制过程中遇到了四大难题:原材料品种规格不全;生产设备不足;图纸资料不齐;工厂技术力量薄弱。
面对这些困难,大家在如何仿制的问题上出现了不同的看法。譬如在1958年11月初召开的国防部五院党委会上,一些同志主张走仿制飞机的路子,即先向苏联订购若干套散装件和原材料进行组装,然后在国内试制一些材料、元器件替代部分外购材料和元器件,以后不断提高材料和元器件的国产化率,减少外购材料和元器件。这样既练了兵,又可以按时完成计划,同时也为国内厂家试制材料和元器件争取了时间。另一种意见认为,上述意见过于保守。因为中国的工业生产大多采用苏联的技术标准,P-2导弹中的很多材料、元器件都能在国内生产,即便一些材料和元器件暂时还不能在国内生产,添置或改造若干设备后,也很快就能生产。所以,向国外订购一些原材料、元器件是必要的,但无须成套外购。在国内组织生产确实需要花费一些时间,甚至有可能推迟计划的完成时间,但这样做,有利于节约外汇,有利于控制导弹仿制的主动权,减少或避免外界的干扰或限制,当然也有利于今后的导弹自行设计以及中国工业生产技术水平的提升。经过充分讨论,国防部五院领导最终统一认识,决定迎着困难上,发挥举国体制的优势,开展全国大协作,尽最大努力提高导弹材料和元器件以及生产设备的国产化率。今天看来,如果当时国防部五院党委采纳了第一种意见,在苏联后来停止技术援助的情况下,中国航天工业的发展不可避免地会陷入更大的被动。
知易行难。在那个年代,顶着国内政治运动的冲击,立足于国内仿制苏联导弹,一心一意谋求国防工业的发展谈何容易!
为了减少材料和元器件的外购比重,设计单位和承制厂通过全国大协作的方式,自行解决了仿制导弹所需的近三分之二的金属材料和非金属材料。如北京石油科学研究院在既无样品,又无其他技术资料的情况下,仅凭一份技术文件,硬是用含蜡量较低的克拉玛依油田的原油研制出了凝固点在零下45摄氏度的L-1润滑油,解决了舵机用的液压油问题。
解决生产设备不足问题丝毫不比解决材料不全问题轻松.A-3气瓶是为导弹推进剂箱体增压的重要配件,需要使用一种大直径的薄壁无缝钢管。而中国当时根本没有制造气瓶用的旋压设备,也没有对它进行热处理的重油正火炉,故难以生产所需的薄壁无缝钢管。于是,科研人员只好采用国产厚壁无缝钢管代料,依靠老工人的高超技艺,用车床加工的方法加工出了薄壁钢管。然后再采用自由锻造成型工艺代替旋压,用改造原有热处理设备的方法,制造出了完全符合技术要求的A-3气瓶。
苏联1958年6月至11月提供给国防部五院的生产图纸、技术条件、工艺规程及工装模具等图纸资料近1万册。但其中的一些图纸资料有短缺,尤其是地面设备和整机所属的二次协作件的资料短缺较多。如控制系统中的地面测试发射电气设备没有图纸,加注设备中涡轮泵的转子流量计也没有图纸。这些问题虽是局部的,但导弹是一个完整的系统,缺哪一部分都不行。因此,科研人员只得通过测试样机,绘制结构图和原理图,然后再进行设计计算。糟糕的是像发动机试车台这样的设施,不仅技术资料不全,而且连样机都没有。当时的现实是,从苏联引进试车台或必要的图纸资料已无可能,这就迫使国防部五院的科研人员只得依靠自己,走自力更生之路。
在仿制过程中,无论是技术工人,还是设计人员都捉襟见肘,能力素质也不满足需求。当时在仿制P-2导弹发动机过程中,五院技术人员和111厂技术人员、工人一起研究,边干边摸索,边摸索边干。111厂当时把该任务作为工厂首要任务,全厂干部职工发扬自力更生、艰苦奋斗、无私奉献的精神,冒严寒、战酷暑,睡在厂房里,吃在机床旁,许多同志日夜奋战在加工车间、总装现场和试验室。37车间一位老工人师傅为了攻克涡轮叶片装配关键,连续奋战了两个昼夜没回家,第三天厂长言乃昌亲临车间命令他休息,他被迫离开现场跑到车间盖设备的一个棚布下藏起来,厂长一走他又接着干了起来,直到把问题解决了才回家休息。涡轮泵试验台测试装置扭力计看不清数值,可能影响到导弹研制总体进度,厂党委马上决定,成立了由副总工程师方舟担当组长的攻关小组,大家把行李搬到车间,连续几个星期攻关,大年三十还奋战在试验室,最终解决了涡轮泵试验台的关键问题,受到当时在厂的苏联专家好评,同时也保证了总体进度。在全厂上下共同努力下。1960年9月,工厂完成了发动机所有部件加工及总装任务,并通过了热试车及导弹试射考核。以211厂为例,由于该厂是在飞机修理厂的基础上发展起来的,故铆接工有余、焊接工不足。但是,埋弧自动焊、合金钢点焊、铝合金点焊及手工自动氩弧焊等工种是仿制导弹时必不可少的。无奈之时,总装厂只能把数百名铆接工送到全国各地去学习焊接工艺。为了提高技术人员的素质,211厂先后选派了36名技术人员参加了苏联导弹营在国防部五院教导大队举办的培训。1958年5月开始,苏联派遣至一分院和211厂帮助仿制P-2导弹的专家逐渐增至30多人。211厂不失时机地挑选了70多名技术人员跟随这些专家学习,并把专家的建议及时整理汇编,印发给有关人员学习参考。
尽管在仿制过程中遇到的材料规格品种不全、生产设备不足、图纸资料不齐、工厂技术力量薄弱等问题解决起来非常棘手,但是最棘手的莫过于赫鲁晓夫背信弃义,单方面撕毁协议。1958年夏,因长波电台和联合舰队问题中苏之间发生了争执,加上当时中国正处于“大跃进”时期,苏联于1959年6月以苏、美、英等国正在谈判禁止试验核武器为借口,提出暂缓向中国提供原子弹教学模型、图纸资料以及一些重要原材料与关键元器件等。1959年9月底,赫鲁晓夫来华参加中国10周年国庆阅兵式时,双方之间的分歧进一步加大。1960年7月16日,苏联政府照会中国政府,决定自1960年7月28日至9月1日,撤走全部在华的苏联专家,同时停止发送建设急需的设备、关键部件和重要物资。这样,苏联留在国防部五院工作的最后3名专家也于8月12日被撤走。
在此情况下,五院党委迅速对发展思路作出调整。1960年在8月29日的第六次党委扩大会上,王秉璋指出,我们要实行三个转变:第一,要由自力更生为主、力争外援为辅转变到自力更生、奋发图强上来。“人家不给援助了,我们要自己干”。第二,要由以仿制工作为主转变到自行设计上来。“我们一定要争这口气,为党为国家争光。”第三,要由猛烈发展,全面铺开转变到缩短战线,保证重点上来。
苏联火箭发动机专家菲利波夫在撤走时,鼓励中方研制人员说:“我相信我走之后你们完全有能力把事情办成。”经过不懈努力,中国自行设计和制造了第一个大型液体火箭发动机试车台,1960年9月至10月,仿制的5D52发动机陆续通过了工艺试车和典型试车。
图1-5 1960年,刘瑄(前排右三)、张钧(前排右四)等欢送苏联专家
为使P-2导弹的仿制工作不至于因订购的重要原材料、基础元器件和关键设备无法获取而中断,王诤亲自起草了《关于为“1059”试制生产中采用材料的请示》,并于1959年7月8日报送此前基于航委和国防部第五部(负责常规武器研制)组建起来的国防科学技术委员会(简称国防科委)。同年11月9日,负责国防科委工作的聂荣臻召开专门会议,讨论了国防部五院的请示。聂荣臻指示航天“开门七件事”“材料先行”“定点协作”。大家意识到,如果不能解决重要原材料、基础元器件、关键设备问题,中国尖端技术的发展就很难取得突破。因此,有必要组织全国大协作,开展重要原材料、基础元器件、关键设备的联合攻关,尤其是重要原材料的协同创新。两天后,聂荣臻向中央军委并中共中央报送了《关于以自力更生为主,解决新技术所需材料问题的报告》,11月26日,聂荣臻又专门给中央报送了《关于解决新技术所需材料问题的报告》,12月20日,中共中央向各省市和中央各部委发出通知,要求“必须下定决心,不失时机地解决这个问题,万不能耽搁了”。
1960年年初,国防科委牵头在沈阳和哈尔滨分别召开了三委四部会议,提出了地地、地空导弹及其他新技术所需的新材料试制任务。到1960年上半年,仿制“1059”导弹所需材料的绝大部分都按技术要求试制成功。1960年至1964年,又试制出了金属和非金属材料4000多项,不仅为尖端武器的发展奠定了坚实的技术和物质基础,而且带动了冶金、化工等基础工业的发展。
在中央强有力的领导下,在各行各业的大力支持下,国防部五院在1960年9月10日,使用苏联专家认为有可能会爆炸的国产液氧和酒精,成功地发射了一发苏制P-2导弹。11月5日上午9时许,中国仿制的第一枚凝聚着中国人民自力更生精神和不屈不挠意志的代号“1059”的导弹在酒泉导弹发射试验基地腾空而起,7分钟后弹头准确命中550千米外的目标区。12月,中国又成功地发射了两发“1059”导弹。它表明中国已经初步掌握了导弹制造技术,同时坚定了中国依靠自身的力量发展导弹事业的信心。
2.C-75地空导弹的仿制
按照中苏双方签订的《国防新技术协定》,1959年苏联援助一个营的C-75防空导弹,连同全套装备抵达中国,由空军和国防部五院在长辛店共同组织了“543”教导大队,培训地空导弹部队和五院科技人员。1960年,苏联又运来了仿制生产用的全部设计与工艺技术资料,并派出专家协助仿制。仿制工作由三机部所属工厂承担,五院作为总设计师单位,派技术人员组成设计工作组,下厂参加仿制,负责处理有关设计技术问题。
苏联虽给了多方面的援助,但并不支持中国导弹事业自主发展。他们所提供的资料不包括研制过程的任何分析计算资料和参数选择的依据,也没有提供遥测弹的图纸,使你只知道“是什么”,但不知道“为什么”。当五院技术人员就此询问苏联专家时,他们的答复是:“你们不需要知道这些,如有需要可直接向苏联订购更先进的产品。”
1960年8月,苏联撤走专家、终止援助。此时,国内共有3个地空导弹作战营,只有50多枚苏联人留下的C-75导弹。偌大的中国领空,光靠50枚外国导弹怎么守护?
根据聂荣臻的指示,依靠和发挥中国自己专家的作用,在二分院提出“学习C-75,吃透C-75,仿出‘543’”的响亮口号,加快仿制的步伐。1961年9月,国防部五院决定地空导弹由二分院抓总,从组织体制上将二分院调整为型号设计院,集中了一支包括钱文极、蔡金涛、吴朔平、黄纬禄、梁思礼、张履谦、陈怀瑾等专家在内的科技队伍,加强了C-75地空导弹的仿制力量。“543”导弹的总设计师为二分院的副院长钱文极,各驻厂工作组的负责人均由各主管单位技术负责人担任,这样就从组织上保证了整个武器系统技术协调的高度一致性。1964年3月,仿制的C- 75导弹被正式命名为红旗一号。
在工厂按图仿制的同时,国防部五院具体组织全面开展了“543”的“反设计”工作,目的是通过自己的努力,更深入地掌握整个武器系统及各分系统的性能、内在运行机理和规律、参数选择的依据等。二分院于1962年5月召开了由各研制单位及高等院校参加的“543”反设计工作报告会,交流成果,总结经验。
为了掌握导弹及弹上各分系统在实际飞行过程中的运动规律,获取导弹飞行中的第一手资料,设计人员提出了自行研制“543”遥测弹的任务,得到了领导的支持,并在沈阳112厂安排了6发遥测弹的试制生产任务。后来,又成功进行了高低空多种作战空域条件下的遥测弹飞行试验,获取了大量飞行试验中的实测数据,从中发现并验证了导弹弹性振动对控制系统工作影响等情况。
在地面制导雷达的仿制中,雷达扇形扫描天线的设计极为复杂,要求很高,工厂生产的产品合格率极低。1965年7月,钱学森指名要求二院23所的雷达专家陈敬熊组织攻关小组,彻底攻克这个技术难题。陈敬熊带领攻关小组在吃透其设计原理的基础上改进了设计,使产品合格率大大提高。
随着仿制工作的进展,“543”逐步进入外场及飞行打靶试验。1963年首次成功进行了2发模型弹的飞行试验,1964年全武器系统进行战斗弹打靶试验,结果在打实体靶机时,引信没有引着战斗部。设计人员通过大量试验及分析,靶机在不同角度对引信的有效散射面变化很大,有时不足以启动引信。在对引信及靶机采取相应的技术措施后,第二次试验一举成功地击落了靶机,实现了仿制导弹的定型。此后,定名为红旗一号的导弹开始自己生产并装备部队。
在“仿出、摸透”的方针指引下,国产红旗一号已在一些重大问题上跳出了依样画葫芦的框框,有所创新,为今后走自行设计道路奠定了基础。
红旗一号有了,但是作战性能还不太好。怎么改?一是增加作用距离,要打得更远一点;二是要打得更准一点;第三,要有抗干扰能力。
五院院长王秉璋和钱学森一起听了雷达控制专家张履谦的汇报,王秉璋表示:“雷达能提高15%的作用距离,能提高100米的测量高度,导弹威力能增加10%,还具有抗干扰性能,用这个方案我赞成”。钱学森说:“作战性能有提高,技术继承性好,关键技术已经解决,我同意用这个方案”。就这样,红旗一号的改进型方案很快就批准了,改进后的导弹取名红旗二号。
“543”教导大队完成培训任务后,空军即着手组建地空导弹部队,开始装备进口的“543”导弹系统,随后装备国产红旗一号导弹系统。随着中国防空力量的加强,台湾地区的普通战斗机、轰炸机已不敢入侵大陆领空,但是美制高空侦察机RB-57D和U-2还不断从高空入侵进行照相及电子侦察。由于其飞行高度很高,高炮和战斗机都无法拦截它,红旗一号和红旗二号导弹便成为有效打击它的唯一武器。
空军地空导弹部队组建后,使用进口的“543”导弹和红旗一号、红旗二号导弹,与台湾省“黑猫中队”进行了一场高水平、高智慧的较量,打了好几场漂亮仗。从1962年9月到1967年9月共击落5架U-2飞机,由于中国大陆有了自己的反击武器,加上中美关系趋于缓和,中国台湾省“黑猫中队”于1970年被迫停止活动。1974年后,美国终止了对中国的高空侦察计划。
3.П- 15舰舰导弹的仿制
中国拥有绵延3.2万千米的海岸线、6500多个岛屿、300万平方千米的海域。一旦国家受到外来威胁,保卫万里海疆,维护国家主权,海军必须拥有先进的海防导弹。
1959年,中国开始仿制苏联提供的П-15舰舰导弹,仿制代号“544”导弹。国防部五院一分院组建了海防导弹总体设计部(第四总体设计部),开展“反设计”,并派人下厂参加仿制生产工作,二分院也抽调人员参加了弹上末制导雷达、自动驾驶仪的仿制设计工作,三机部南昌320厂负责弹体制造与总装。
П-15导弹的仿制生产刚刚有点眉目,1960年8月,苏联政府单方面撕毁协议,撤走专家,几乎把П-15导弹的仿制逼上了死路。为了及早给中国军队提供现代化的武器装备,中央决定收缩战线,集中力量先发展地地导弹和地空导弹,在取到突破或解决有无问题后,再发展海防导弹。
1965年4月,国防部五院三分院改组成飞航式舰舰和岸舰导弹研究院。早在1961年一分院已把第四总体设计部划归三分院,集中负责海防导弹的研制。经历5年艰苦奋斗,终于突破难关,1966年“544”导弹仿制成功,该型导弹定型后被命名为上游一号,装备到海军导弹快艇上,比原定计划提前了2年!从此,中国开天辟地拥有了第一种舰舰型号的海防导弹,人民海军的武器装备开始进入导弹时代。
通过仿制,中国已经初步掌握了导弹制造技术,同时坚定了中国依靠自身的力量发展导弹事业的信心。
三、导弹的自行设计
1.中近程导弹的自行设计
1960年2月,中央军委召开第六次扩大会议,讨论并通过了《国防建设工作纲要》,提出了尽快突破“两弹”[4]技术的任务,并确立了“两弹为主,导弹第一,努力发展电子技术”的国防尖端技术发展方针。为了进一步加强国防部五院的领导力量,促进苏制导弹的仿制与改进工作的开展,1960年3月,中央决定:由空军司令员刘亚楼兼任国防部五院院长;空军第一副司令员王秉璋兼任国防部五院副院长,主持日常工作;钱学森改任国防部五院副院长,分管研究设计工作。同月,国防部五院党委召开扩大会议,明确提出今后的研制工作重点由仿制转为东风二号和红旗二号的自行设计。
国防部五院工作重点由仿制转入自行设计后,迫切需要充实一批研究设计人员、工艺技术人员和管理干部,并加快火箭与防空导弹总体及发动机研究院、火箭与防空、飞航式导弹控制系统研究院、发动机与全弹试车台、空气动力研究所四个研制基地设施的建设。
图1-6 1960年2月,一分院第一届群英大会召开
为解决国防部五院人手不够,尤其是研究设计人员不足问题,1960年3月中共中央向全党发出《关于迅速完成提前选调给国防部五院应届大学毕业生的通知》,要求各省、市、自治区党委指定组织部部长亲自负责挑选审查,确保质量和数量。该年暑期,4000名理工科大学毕业生来到了国防部五院,占当年全国高校毕业生总数的11%。同年,国防部五院还从中等技术学校选调了2000余名毕业生。此外,这一年,军队还为国防部五院选送了4000余名技术类复员转业军人以及3000余名各类干部和服务人员。至1961年3月,国防部五院在职员工数迅速发展到27500余人,其中一分院15600人(干部800人、科技人员5360人、警卫部队及其他职工1475人、211厂7965人),二分院10614人。当时,从军队调到国防部五院担任一、二分院主要领导以及担任机关部门、设计部、研究所、研究室负责人的都是非常优秀的军、师、团级干部,如一分院首任政委谷景生和第二任院长刘瑄都曾在抗美援朝上甘岭战役中建立功勋。
尽管当时中国国民经济建设遇到了暂时的困难,但国防部五院的四大研制基地建设并没有因此而受到影响。1960年,北京市所属两家建筑公司投入国防部五院四大研制基地建设的人数达6000余人。若加上沈阳军区派来参加建设的三个步兵团、兰州军区的两个汽车团、广州军区的一个工兵团和南京军区的一个工兵团等,1960年投入国防部五院四大研制基地建设的人员高峰时达1.5万人。1960年,国防部五院总开工面积达72万平方米,当年完成交付使用的接近10万平方米,1961年上半年又交付了近20万平方米。
在研制基地建设如火如荼地展开之时,国防部五院的科研人员挤在喧闹的旧飞机库里开始了东风二号导弹总体设计方案的论证。
当时,P-2导弹的仿制工作已接近尾声。在仿制过程中,国防部五院一分院的科研人员发现“1059”导弹的推力和射程还有潜力可挖。一分院设计部曾利用“1059”导弹发动机的零部件进行提高承载能力的试验,证明加大推进剂的流量,提高燃烧室的压力,还可以提高发动机的推力。他们对导弹的总体方案与弹体结构进行深入分析后认为,在“1059”导弹基础上进行一些改进设计,可以将导弹射程由550千米提高到1000千米左右。在“大干快上”成为一种风潮的年月,一些人主张直接设计射程达1500千米~2000千米的中程导弹,而不是射程只有1000千米的中近程导弹。而另一些人则认为,在苏联决定撤走全部专家、停止提供技术资料和关键设备的情况下,不应急于求成,而应稳扎稳打,采用“小步快走”的方式推进自行设计工作。这就提出了一个问题,自行设计的第一步究竟该怎么走?是迈大步,还是迈小步?
后经充分讨论,多数人认为,研究、设计、试制、试验所需的一些配套设施才刚刚开始兴建,加上科研人员不足,且缺乏独立研制经验,没有预先研究基础,先设计一个中近程的导弹比较现实。于是,国防部五院建议先充分利用P-2导弹的仿制成果,尽快研制出一个射程达1000千米的中近程导弹。聂荣臻批准了这一建议。根据中央的决定,国防部五院科研人员于1960年7月提出了中近程导弹东风二号的总体设计方案。
与“1059”导弹相比,东风二号导弹主要作了三个方面的改进。①加大发动机的推力。因弹体直径没有改变,这样就必须增加弹体的长度,以扩增推进剂贮箱的容量。②减轻弹体的重量。主要是将液氧贮箱改为承力的单层薄壁结构,尾段由钢结构改为圆柱形的铝合金结构,并采用小三角尾翼等。③提高控制系统的精度等。至于地面设备,在充分利用“1059”导弹设备的基础上,对公路运输车、起竖托架、移动工作台等进行了改进设计。
1960年8月,国防部五院召开方案论证会,批准了中近程导弹的总体设计方案。9月成立了以副院长林爽为主任委员的中近程导弹设计委员会。尽管东风二号导弹是在“1059”导弹的基础上“爬高”,具有较大的技术继承性,但是在设计过程中仍然遇到了很多棘手问题。当时,参加设计的工程技术人员,绝大多数是刚迈出校门的年轻人。虽然一些人参加过P-2导弹的仿制,并在仿制过程中学到了不少生产方面的知识,但搞导弹设计,都还是第一次。好在几位老专家搞过工程设计,不少人对P-2导弹进行过“反设计”,在苏联学习导弹设计的留学生也已开始陆续归国,更重要的是大家都怀有“为国家争光,为民族争气”的强烈责任感。所以,在苏联撤走专家,停止提供重要原材料、基础元器件、关键设备的情况下,研制人员面对困难毫不气馁,通过群策群力,协同攻关,顽强拼搏,当年年底就完成了全部初步设计。
当东风二号导弹总体和各分系统的设计图纸陆续下厂生产、开始相关试验时,“大跃进”加上自然灾害造成的粮食供应困难变得越来越严重。由于物资匮乏,营养不良,国防部五院科研人员的体质开始急速下降,七成以上的人患上了浮肿病。聂荣臻得知这一情况后,利用老战友、老部下的关系,向各大军区紧急调集了一批肉、鱼、黄豆等副食品,分配给了科研人员,而党政干部没有从中拿过一点。中央领导的亲切关怀,党政干部的廉洁自律,极大地鼓舞了科研人员战胜困难的勇气。可是,国民经济面临着严重的困难乃客观现实。在此困难时期,一些领导同志认为,科技事业尤其是国防尖端项目花钱太多,影响了国民经济其他部门的发展,因此主张导弹、原子弹等国防尖端项目暂时“下马”。当然,这种意见遭到了很多人的反对。
1961年7月中旬,在北戴河召开的国防工业会议上,主张优先搞飞机和常规装备,暂时不搞导弹、原子弹等尖端武器的观点逐渐占据了上风。聂荣臻深感不安,他于7月下旬赶到北戴河,马不停蹄地找人座谈,做耐心细致的说服工作。他的态度很明确,“两弹为主,导弹第一”的方针是中央军委一年前就定下来的,我们不能遇到一点困难就动摇。仿制的近程地地导弹已试验成功,自行设计的中近程导弹正在进行研制,原子弹已开始基本理论和关键技术的攻关。只要齐心协力,加上政策措施得当,经过艰苦的努力,争取三年或再长一些的时间,突破“两弹”技术是完全可能的。聂荣臻后来在其回忆录中写道:“对我来说,态度一直是明确的,为了摆脱一个多世纪以来我国经常受帝国主义欺凌压迫的局面,我们应该发展以导弹、原子弹为标志的尖端武器,以便在我国遭受帝国主义核武器袭击时,有起码的还击手段。同时,通过制订十二年科学规划和前一段研制尖端武器的实践,我们已经深感‘两弹’是现代科学技术的结晶。坚持搞‘两弹’,还可以带动我国许多现代科学技术向前发展。所以,我们不应该‘下马’,应该攻关,这就是我当时坚定不移的信念。”[5]
北戴河会议结束后的第四天,即1961年8月20日,聂荣臻向中央呈送了《关于导弹、原子弹应坚持攻关的报告》。毛泽东主席、周恩来总理等中央领导对“两弹”不下马的意见给予了坚定的支持。至此,研制东风二号导弹的计划总算没有中途夭折。
由于中央的战略意志坚定,国防部五院的组织执行力强,加上已经有了一定的技术积累,在国家制造汽车和飞机都很困难的年代,国防部五院在1962年2月20日就完成了第一发东风二号导弹的总装工作。此时,离东风二号导弹初样生产转入试样生产还不到十个月的时间。为稳妥起见,国防部五院决定推迟起运时间,再次对这发导弹进行综合测试。同年3月4日,中国自行设计的第一发中近程导弹东风二号导弹终于登上了由北京开往酒泉的列车。
好事多磨。1962年3月21日上午9时许,东风二号导弹进行首次飞行试验。然而,点火起飞后没过几秒弹体就出现较大的摆动和滚动,之后发动机舱起火,火苗从尾舱内窜出,随后发动机熄火。69秒后,导弹坠毁在距发射台不到1千米处,地面被炸出一个深4米、直径22米的大弹坑。在人们还没有从惊愕与悲痛中完全清醒过来时,聂荣臻就打来电话交代匆匆赶到爆炸现场的钱学森:“要认真总结经验教训,但不要追究责任。因为是试验就有失败的可能。”王秉璋在4月14日的党委会上强调:对试射结果分析研究工作,由各级技术指挥员领导,以总设计师系统为主来进行。全院由钱学森领导。这种信任与鼓励,使年轻的航天事业开拓者们深受感动。
国防部五院很快就启动了故障分析与故障复现试验工作。科研人员首先从总体设计入手,然后像剥洋葱那样,一层一层地对各分系统进行大量的分析计算和研究试验。经过一个多月的奋战,终于找到了导致失败的两个主要原因。一是在总体设计时,把导弹当成了刚体,没有考虑到细长弹体在飞行中的弹性振动。实际上,细长的弹体飞行时会像挑扁担那样振动。由于弹体的弹性振动与校正导弹姿态的控制系统的复位作用发生了耦合,致使导弹的弹性振动进一步加剧,以致飞行失控。二是发动机和弹体结构强度存在薄弱环节,导致飞行中发动机和弹体结构破坏而起火。显然,仅有导弹仿制的实践经验是不够的,仿制有利于“知其然”,但很难“知其所以然”。而要搞清设计原理,掌握设计方法,不进行艰苦的理论学习和大量的实践探索是不行的。
通过深入总结,国防部五院认识到,这次试验失败暴露出的问题是多方面的。在设计方面,对导弹的设计原理和设计方法还没有吃透,对导弹系统的复杂性认识不足,对设计方案的可行性论证与地面试验验证重视得不够。在管理方面,没有建立技术责任制,没有严格按研制程序办事,对产品存在的缺陷与隐患没有及时采取有力措施加以消除。在思想上,急于求成,缺乏科学的态度,对独立研制的困难估计不足。这次试验失败表明:当初搞仿制练兵是必要的。如果直接搞自行设计,遇到的挫折可能会更多。第一次自行设计迈小步是正确的,如果直接搞中程导弹,遇到的困难可能会更大。
从失败中得到的教训往往比成功的经验更宝贵。国防部五院为确保东风二号导弹再次试验的成功,采取了一系列行之有效的整改措施。一是抢建急需的研究试验设施,加强预先研究。尽管当时国家仍处于经济困难时期,但国防部五院仍在国家的大力支持下,于1962年至1964年间,抢建了火箭发动机试车台、全弹系留试车台、热应力实验室、水力实验室、控制模拟实验室、超音速风洞、跨音速风洞、高速高温电弧风洞等实验设施以及计算、材料、测量、强度、元器件等研究机构。二是健全各项研制管理制度,尤其是技术责任制。系统总结建院以来,尤其是在东风二号导弹试射失败以来的经验教训基础上,国防部五院于1962年11月颁布了《国防部第五研究院暂行条例》(以下简称《七十条》),从制度上对研究、设计、试制、试验工作、科技队伍建设、党的组织建设等进行了严格的规范。设计师系统与技术指挥线由此建立,科研工作中的外行领导内行、政治冲击业务的倾向受到了遏制。三是修改导弹设计方案,加强地面试验工作,不带疑点上天。经过修改设计后研制出的导弹,增加了弹体的强度,改善了发动机的结构,先后通过了17项大型地面试验,包括发动机性能和可靠性试车、控制系统与遥测系统的匹配试验、全弹振动试验和多次全弹试车等。
图1-7 东风二号导弹在发射场起竖
1964年5月25日,东风二号导弹再次运抵酒泉导弹试验发射基地。6月29日,中国自行设计的中近程导弹再次进行发射试验,获得了成功。7月,国防部五院又进行了两次同型号的导弹发射试验,均获成功。
2.海防导弹的自行设计
1966年“544”导弹仿制成功后,对于自行设计海防导弹上下争论很大。当时苏联只提供了生产图纸,没有提供设计资料,因而很多人都担心我们自己会不会设计。聂荣臻和钱学森都给研制人员鼓劲,要从理论上吃透苏联的资料入手。
图1-8 梁守槃
时任三院副院长梁守槃在回忆仿制“1059”导弹过程时说:
我向钱学森提出来,我们是不是搞一个反设计?假定苏联没有给我们图纸,只有这个导弹的指标,就是要飞起来打600千米,我就以600千米的指标,按照设计公式来设计,设计以后跟苏联的资料对比,尺寸一样不一样,各方面一样不一样。如果有不一样的地方,也就是苏联专家说的“会摔下去”的地方,应该找出来为什么我设计的跟理论公式不一样,而苏联那个理论公式他是怎么样得到的,找出理论与实际之间的联系。我说应该按照反设计当中得到的数据来做。后来我们搞了反设计,成功了。
其实,早在1963年4月,科技委第一次年会上李同力在《海防导弹发展途径》报告中已经提到:“在舰舰型基础上,先搞岸舰型,再搞空舰型;先搞近程再搞增程;并着重研究了岸舰导弹的研制规划设想”。在会上专门安排了岸舰导弹研制任务,强调说:“三院搞岸舰型号要抓紧,越快越好。科技人员要和工厂搞好三结合,找到一条多快好省发展飞航导弹的途径。”1965年4月23日,在国防工办和七机部召开的会议上,确定在上游一号舰舰导弹的基础上,增加射程,把它搬上岸,改型设计成为岸舰导弹——海鹰一号。国防工办决定海鹰一号导弹武器系统的技术抓总工作由七机部三院,即飞航式导弹研究院承担,三院副院长梁守槃担任此型导弹武器系统的总设计师。三机部320厂承担导弹设计和生产总装工作。
梁守槃带领科技人员在上游一号的基础上,很快投入了海鹰一号岸舰导弹研制工作。320厂也借助前期仿制的经验迅速完善技术方案,也开始了全面研制。1966年12月,320厂研制的海鹰一号导弹完成设计,被运往基地打靶试验。试验时,导弹的飞行姿态和弹道都很正常,飞得很好。但是,按照设计,海鹰一号的末制导雷达应该搜索到目标,然后瞄准目标进行攻击,然而飞行试验中,这枚导弹却没找到目标,径直飞走了。这次试验虽然证明了导弹射程可达70千米,但因未击中目标,试验仍然不能算成功。对此,320厂分析认为,可能是因为冬天太冷,雷达出现了问题。第二年1月又打了一发,不行,4月再打一发,还是不行。最后证明,问题不在于天气冷不冷。
为什么连打三发都失败了呢?就在大家感觉无计可施时,梁守槃在发射现场找来各种图纸资料,经过反复计算分析,终于找到了症结所在。他摸了摸大大的脑门,肯定地说:“是发射架振动对导弹有影响!”
经过计算,他发现海鹰一号发射架动作的时候,跟导弹的动作有共振问题,仿佛半瓶水受力后在瓶子里摇晃,导弹发射出去时,在发射导轨上一晃动,雷达就失灵了。
1967年7月,国防科委和国防工办召开会议,钱学森和专家们一致认为,是导弹的振动环境恶劣使末制导雷达处在时好时坏的“临界”状态,造成了海鹰一号目盲,看不见目标。
于是,梁守槃向试验人员抛出了他的“锦囊妙计”:将发射导轨锯短1.2米,将导向梁末端底板下弯20度,同时将天线回调角提高0。1度,以减少发动机喷流引起的振动。320厂又加强了弹体的刚度,为雷达采取了减震措施。果然,再次试验,导弹准确地命中了目标。困扰大家几个月的难题,就这样被鬼斧神工般地解决了。海鹰一号先后进行了25次飞行试验,1974年定型,装备在中国自行研制的051驱逐舰上。从此,中国海军有了能出远海执行任务的导弹驱逐舰。海鹰一号岸舰导弹的飞行成功,标志着中国海防导弹艰苦创业,走上了独立发展的道路。
随后,国家要求七机部三院和三机部320厂同时设计研制一种射程更远的海防导弹。
鉴于320厂已把70千米射程的岸舰导弹命名为海鹰一号,七机部就把射程提高到100千米,导弹命名为海鹰二号。
没有参考资料,没有实践经验,摆在三院面前的困难和压力可想而知。海鹰二号导弹的射程要加大到100千米,发动机所装的燃料就要多。原来“544”导弹的燃料贮箱差不多有五六米长,如果射程增加了一倍,贮箱岂不是也要加长一倍?但是贮箱太长,刚度和强度就会下降,在发动机的振动下,箱体很容易散架。
为了避免振动,三院的技术人员巧妙地将悬挂式双层箱体改为承力式单层箱体,减轻了结构重量,增加了燃料箱的容积,使得海鹰二号导弹在重量增加不到二分之一的情况下,有效射程增加了两倍。
1966年9月至1967年3月,导弹完成了静力试验、振动试验和全弹地面热试车。然后又经数十个航次的试验,证明火控系统性能符合设计要求。1967年春进行全弹试车和全套地面设备对接试验,随后在靶场进行全武器系统瞄准精度试验,并在同年9月首次打靶成功。从第一发靶场试验成功到结束研制性飞行试验,一共发射4发,全部命中目标。1970年,射程达100千米的海鹰二号七发六中,通过了定型试验,并装备海军部队。
海鹰二号导弹采用的是雷达末制导,很容易受到干扰,影响导弹打击精度。钱学森指出要发展红外末制导的方向。三院科技人员又经过几年的刻苦攻关,研制成功红外导引头,从而提高了导弹的突防能力。采用红外末制导,需要解决目标红外特性变化大,在远射程上实现对其自动搜索、捕获、跟踪难度大,海上背景干扰复杂等问题。科技人员克服重重困难对海鹰二号导弹进行改进,派生出海鹰二号甲红外弹。又另将海鹰二号弹改装单脉冲体制的雷达导引头,选用新的高度表,以降低导弹平飞高度,实现超低空飞行,研制成功海鹰二号乙降高弹,使海鹰二号导弹形成了一个完整的系列。
海鹰二号导弹采用的发动机是涡喷发动机,还不能有效地解决高速飞行问题。时任海防导弹系列总设计师的梁守槃提出,研制一种采用冲压发动机、超低空、超声速飞行的海防导弹。有人担心技术难度太大,不易成功,于是他写信给钱学森寻求支持。
早在1962年国防部五院科技委首届年会上,就提出了将来反舰导弹采用冲压发动机的建议。冲压发动机结构简单,速度高,经济性好,可提高突防能力,是第二代反舰导弹动力装置的一个方向,全力支持开展冲压发动机预研工作。1964年,钱学森指出:“冲压发动机是个好发动机,但是个‘复杂’的高级发动机,要得到好的性能,必须做细致的研究工作。”而且他还主持研究了低空超声速岸舰导弹采用冲压发动机做动力装置的可行性,明确指出从飞航导弹的发展来看,冲压发动机符合中国的实际情况,使用范围越来越广,可用于新的海防导弹研制型号,还建造了一系列冲压发动机试车台,包括低空的、高空的、直连式和自由式的试车台,为冲压发动机的研制创造了条件,奠定了超声速反舰导弹的动力基础。
1969年8月,国家正式决定研制低空超声速反舰导弹,导弹取名鹰击一号反舰导弹。这种导弹巡航速度为2马赫,最大射程50千米,其主动力装置采用冲压发动机,具有空防能力强、弹小威力大、安全方便等特点。鹰击一号反舰导弹1979年开始飞行试验,1984年9月定型试验取得成功,这标志着中国跨入了掌握冲压发动机技术的世界上少数几个国家的行列。
按照海防导弹发展规划,在自行研制反舰导弹成功之后,应当向发展小型多用途反舰导弹方向迈进。1970年,三院开始研制重量仅为700千克,射程25千米~50千米,采用两级固体发动机,速度为两倍声速的小型导弹。起初,研制的导弹是未列入国家计划的遥测弹,所以科技人员戏称之为“小二黑”,这是一种小型多用途,能实现掠海飞行的固体反舰导弹。研制方案1977年9月通过上级批准,导弹名为鹰击八号反舰导弹。
1978年后,三院根据钱学森、梁守槃提出的设计思想,采取措施,挖掘潜力,闯过一道道技术难关,研制出一种小推力、长时间工作的巡航发动机,以及小型化的自动驾驶仪、抗海浪干扰的无线电高度表、小型末制导雷达等部件,圆满完成全弹研制工作。
1984年鹰击八号导弹通过海上定型飞行试验。它采用两级固体发动机,具有超低空掠海飞行、空防能力强、命中精度高、一弹多用和小型化的特点。鹰击八号共有装于飞机、舰艇的五种型号。在当年10月1日举行的国庆35周年阅兵式上,鹰击八号导弹方队通过天安门广场接受检阅,在观礼台上的外宾不禁惊呼:“飞鱼,飞鱼!”
在一次巴黎国际航展上,鹰击八号导弹再次亮相,外国人才知道这不是法国研制的飞鱼导弹,而是中国人自己研制的导弹,参展的中国科技人员骄傲地告诉参观者:“这是我们自己设计制造的导弹,它比法国的‘飞鱼’飞得更远。”
这一系列的成功表明,中国已经掌握了导弹设计的基本理论与方法,并依靠自己的力量实现了导弹生产关键技术的突破,为后来导弹武器装备的独立研制打下坚实的基础。
四、探空火箭的试制
1957年10月4日,苏联成功地发射了人类历史上的第一颗人造地球卫星,在国际上引起了强烈的反响。尽管10天后中苏签署的新技术协定中并没有纳入卫星技术援助条款,但对中国来讲,那已是一份沉甸甸的厚礼了。为显示社会主义国家之间的团结与友好,很少出国的毛泽东主席决定亲自率团赴莫斯科参加“十月革命”40周年庆祝大会以及国际共产党和工人党代表会议。在毛泽东主席抵达莫斯科后的第二天,即11月3日,苏联又发射了一颗更大且肉眼可以看得见的人造地球卫星,大长了社会主义阵营战胜资本主义阵营的信心。访苏期间,毛泽东主席对苏联率先发射人造卫星一事给予了高度的评价。也就是在那个时候,他提出了中国要用15年的时间赶上英国的目标。
1958年元旦,《人民日报》刊发了题为“乘风破浪”的社论,向全国人民提出“用15年左右的时间,在钢铁和其他重要工业产品产量方面赶上和超过英国”的口号。受其鼓舞,中国科学院的一些科学家在1958年春提出了“上天、入地、下海”的口号。其中,“上天”是指研制和发射人造卫星。时任中科院副院长的张劲夫1958年5月在参加八大二次会议时,向周恩来总理反映了科学家们的建议。几天后的5月17日,毛泽东主席在大会上明确提出“我们也要搞人造卫星”。之后,聂荣臻责成中国科学院和国防部五院尽快组织有关专家拟定卫星发展规划。7月,中国科学院就完成了卫星发展规划的拟定。该规划主张卫星发展分三步走:第一步发射探空火箭,第二步发射小卫星,第三步发射大卫星。规划明确要求只争朝夕,苦战三年,实现中国第一颗卫星上天。
为了实现“上天”目标,中国科学院决定将人造卫星的研制列为1958年的第一项重点任务(代号581),并成立了以钱学森为组长,赵九章、卫一清为副组长的领导小组,负责筹建3个设计院以便推进此项工作。为了充分利用上海地区的工业基础,加快人造卫星的研制,中国科学院与上海市商定,第一设计院卫星总体设计部和发动机部的100余名技术人员于1958年11月从北京迁至上海,并由上海市从有关院校和工厂抽调部分科研人员、大中专毕业生和工人,共同组建上海机电设计院,由杨南生主持工作、王希季为总工程师。11月,在武昌召开的八届六中全会上,张劲夫向中共中央书记处汇报了科学家对研制人造卫星的意见和规划。中央非常赞成,决定拨2亿元人民币专款支持中科院搞卫星。
1958年年底,根据《国防新技术协定》赴苏考察两个多月的中国科学院高空大气物理代表团回国。赵九章、卫一清、杨嘉墀、钱骥等科学家在考察过程中深深地认识到发射人造卫星是一项技术很复杂、综合性很强的大工程,需要有较高的科学技术水平和强大的工业基础作后盾,而且必须坚持从小到大、由低到高、循序渐进的方针。为此,他们向上级领导建议卫星研制从长计议,从基础抓起,应先从探空火箭搞起。
1959年1月,中国科学院副院长张劲夫传达了时任中共中央委员会总书记邓小平“卫星明年不放,与国力不相称”的指示。中国科学院党组讨论后作出决定:纠正在基本条件不具备的情况下急于搞人造卫星的偏向;调整任务,收缩机构,停止大型运载火箭和人造卫星的研制,集中力量搞探空火箭,以探空火箭练兵,进行高空物理探测;同时开展人造卫星有关单项技术研究,以及测量、试验设备的研制,为发展中国航天器技术和地面测控技术作准备。
根据中国科学院的“缩短战线,突出重点”的指示,上海机电设计院决定1959年重点抓好探空火箭五号(T-5)等火箭项目的研制工作。由于T-5的一些技术指标定得比较高,故上海机电设计院在研制过程中遇到了不少难以克服的困难,以致T-5完成总装后只能用于参观展览,无法用于飞行试验。
在研制T-5过程中,上海机电设计院意识到在技术储备不足、国家投资有限的情况下,要使探空火箭在短期内搞出成效,必须从技术难度比较小的无控制火箭入手。为此,他们在1959年8月向国家科委和中国科学院上报计划任务书时将无控制探空火箭列作1960年度的中心任务。为谨慎起见,他们决定在发射实用性探空七号气象火箭(代号T-7)前,研制一款试验用的探空七号模型火箭(代号T-7M)。
从1959年10月起,首先进行T-7M液体火箭的研制.T-7M模型火箭,箭体直径250毫米,起飞重量190千克,飞行高度8千米~12千米,由火箭箭体结构、回收降落伞、发动机、推进剂贮箱、输送管道、高压气瓶等组成。在研制人员的努力下,1959年年底,上海机电设计院研制的T-7M总装出厂。1960年2月19日T-7M在上海市南汇县境内的简易发射场进行飞行试验时首次获得基本成功。尽管该火箭总长度是4.21米,箭体直径只有0.25米,但是机电设计院在没有专用加注设备,只能用自行车打气筒作为压力源来加注推进剂,以及没有通信设施,只能依靠叫喊和手势下达发射命令的情况下,能够将火箭发射到4千米以上高空,实属不易。1960年5月28日,毛泽东主席亲临上海新技术展览会尖端技术展览室观看了T-7M,认为这是一项“了不起”的技术成果,并鼓励大家一步一步把探空火箭搞上去。领袖的赞许极大地推动了中国探空火箭事业的发展。之后,机电设计院使用T-7M进行了一系列飞行试验。虽然饱尝了失败的艰辛,但也为T-7的研制积累了不少宝贵的经验。
图1-9 1960年5月28日毛主席在上海参观T7-M探空火箭的照片
T-7M火箭的发射成功,加速了T-7液体气象火箭的研制进程.T-7是由第一级火箭(固体发动机)、第二级火箭(液体发动机)与箭头组合而成的两级无控制火箭。其运载系统的总体设计单位为上海机电设计院,探测系统的总体设计单位为地球物理研究所,总装单位为空军第13修理厂.T-7的首次飞行试验于1960年7月1日在安徽广德探空火箭发射基地进行,但遭遇失败。9月13日,机电设计院又在该基地进行了第二次发射,取得成功。不过,12月底进行的另一次飞行试验又出现了故障。1961年,T-7又连续进行了5次飞行试验,除最初的一次外,均获成功。
1962年1月,上海机电设计院遵照国防科委和中国科学院的指示,开始在T-7的基础上研制一款可承载40千克的探测仪器,飞行高度达60千米的探空气象火箭。机电设计院后来将其命名为探空七号甲(代号T-7A)。为使T-7A达到规定的技术指标,机电设计院对T-7进行了一系列改进,譬如采用铝蜂窝夹层尾翼、薄壁贮箱和三杆式推力架等,减轻主火箭结构质量;增大助推发动机的总冲和推力,提高主火箭点火时的飞行速度等。1963年1月1日,上海机电设计院划归国防部五院建制。当年12月,上海机电设计院使用T-7A进行了两次飞行试验,火箭均飞达125千米的高空。不过,两次飞行试验均因箭头和箭体回落速度过快,导致降落伞在高空被烧坏,从而造成回收失败。后经改进,T-7A于1965年1月达到设计定型要求。之后,上海机电设计院又研制了许多新型探空火箭,并配合有关研究机构开展了一系列高空气象探测活动。与此同时,中国还利用这些探空火箭从近地空间的垂直剖面对电离层、电子浓度、宇宙线和磁场强度等进行了测量,获得了不少有价值的资料。
1960年前后,苏联和美国先后启动了载人航天计划。为此,两个超级大国发射了一系列高空生物试验火箭,以研究空间环境对生物和人体的影响,解决空间生物保障系统的工程技术问题。受其影响,中国科学院生物物理研究所同上海机电设计院合作,于1964年7月19日,成功地发射和回收了中国第一枚生物火箭,飞行高度达70千米,测量并拍摄了生物在超重、失重环境下的生理状态,使中国迈出了宇宙生物学研究的第一步。随后,中国又多次进行了更复杂的生物火箭发射试验。
20世纪60年代前期,中国科学院系统不仅在研制、发射探空火箭方面取得了显著进展,而且在开展空间科学技术单项课题研究和试验设备研制方面,也取得了一批成果。在学术理论方面,重点开展了空气动力学、结构力学、天文与空间物理、数学与自动控制、空间生物学、最佳轨道计算、卫星温度控制以及无线电技术、惯性器件技术、遥感技术、回收技术等的研究。在空间环境模拟设备研制方面,先后研制成功了中小型热真空试验设备、中小型离心机、振动台、冲击台、噪声设备以及电子、质子辐照试验设备。另外,还研制了多种空间物理探测仪器。这些学术理论成果和技术成果,为中国后来研制人造卫星打下了良好的基础。
自1965年上海机电设计院搬迁到北京后,改称为七机部第八设计院,开始研制和平二号两级固体气象火箭,标志着中国探空火箭技术由液体火箭转入到固体火箭的新阶段。从1970年起开始小型固体气象火箭——和平六号的研制。自1967年起中国开始研制和平三号高空取样火箭及挺进一号甲等动力学取样火箭、挺进二号超音速取样火箭等。这些火箭的研制和发射,为中国空间科学发展、气象探测、核武器试验取样与测量作了贡献,也使中国探空火箭技术有了新的发展和提高。
1968年8月8日和8月20日首次发射了两枚三级火箭,该火箭是由T-7A和末级固体火箭串联组成的三级火箭,发射的目的是弄清固体火箭发动机在高空环境下点火系统的工作可靠性,试验获得圆满成功。两枚火箭分别飞到101千米和312千米高空,不仅创造了中国探空火箭飞行的最高纪录,而且为中国空间科学技术发展作出了贡献。
在早期探空火箭研制方面,中国的高等院校,特别是北京航空学院(现北京航空航天大学)、北京工业学院(现北京理工大学)、中国科技大学也做了不少有益的探索。
北京航空学院根据国家的要求,于1956年成立了火箭专业,后在苏联专家的指导下,于1958年将火箭专业扩充成了火箭系。因教学和科研工作的需要,北京航空学院很早就开始了探空火箭的设计与试验。虽然身处学术象牙塔,但在各条战线都在“大干快上”的形势下,北京航空学院的有关领导和教师也提出,力争在1958年国庆节前把自己研制的探空火箭送上天。在院领导的统一指挥和苏联专家的帮助下,火箭系于1958年9月22日在吉林白城靶场成功地发射了一枚北京二号探空火箭。这一次主要是试验一级固体发动机,第二级没有装药柱,只是代之以配重。随后,他们在第二级火箭上装上液体发动机或固体发动机后连续进行了5次发射试验,4次取得了成功。后来,周恩来总理视察北京航空学院时还前去参观了火箭系牵头研制的北京二号探空火箭。
北京工业学院很早就成立了导弹专业。导弹专业有关领导和教师早期主要关注的是两级无控制固体探空火箭。他们将其命名为东方火箭(代号DF)。据北京工业学院退休教授徐令昌回忆,东方火箭于1958年9月8日在河北省宣化机场进行了首次发射,至1960年8月一共发射了16发。9月8日发射的2发两级火箭飞行正常,但9月25日和10月9日在吉林白城靶场进行发射时,均因发动机爆炸而失败。1958年12月至1959年2月,北京工业学院又在昌黎靶场进行了10次两级火箭试验。尽管遭受了发动机爆炸、尾翼折断之类的失败,但有多次取得了成功。1960年8月在内蒙古靶场进行的两次试验也都获得了成功。
中国科技大学的探空火箭研制工作最早由钱学森发起。1958年秋末冬初,新成立的中国科技大学力学和力学工程系,在系主任钱学森的鼓励下,成立了以学生为主体的火箭小组。12月27日,14名同学在北京郊区的荒山中,点燃了又一枚模型火箭。小火箭越飞越高,通过简易方法测试,大约达到约4500米的高度。此后,小火箭又进行了多次成功的发射,引得学校领导纷纷前去观看他们的发射试验。1959年4月15日,中国科技大学又成功发射了一枚新研制的小火箭。人工降雨和防雹火箭研制、发射成功的消息传出,犹如一颗石子投入满池春水,激起层层波浪.5月底,中央气象局要中国科技大学生产25枚试验用小火箭;同时,北京大兴地区进行了小火箭人工降雨试验;6月份,吉林地区也用该校的小火箭做了人工降雨试验,都取得了一定的效果。紧接着,中国科技大学接到了1000支小火箭的订货单。
虽然高等院校研制的探空火箭都是试验性的,并不具有太大的实用价值,但如果高等院校不能源源不断地为航天事业输送经过一定训练的年轻科技人才,很难想象中国的航天事业能够如此快速地发展。
探空火箭的成功研制,为中国研制火箭、发射卫星奠定了技术基础,在人才培养和航天学科建设等方面发挥了不容忽视的作用。
[1] 石磊,王春河,张宏显,等。钱学森的航天岁月[M].北京:中国宇航出版社,2011:120.
[2] 周均伦。聂荣臻年谱(上卷)[M].北京:人民出版社,1999:590.
[3] 周均伦。聂荣臻年谱(下卷)[M].北京:人民出版社,1999:643.
[4] “两弹”,指“导弹、原子弹”。1960年,中央军委为国防工业的发展确定了“两弹为主,导弹第一”的方针,从而揭开了中国国防工业以自行研制为主的新时代的序幕.
[5] 聂荣臻。聂荣臻元帅回忆录[M].北京:解放军出版社,2005:645.