出品:科普中国

制作:长征⑨号

监制:中国科学院计算机网络信息中心

为了更好地开展P-2导弹的仿制工作,在1957年的年底,国防部五院组建了两个分院:一个是以原六、七、八、九、十室为主体的一分院,另一个则是以十一、十二、十三、十四、十五室为主体的二分院。

我们其实可以这么认为,一分院主要负责的是看得见摸得着的设备,包括导弹弹体、发动机、燃料等等;二分院主要负责的是看不见摸不着的程序,包括控制系统、导航、参数标定等等。一分院有8个研究室,驻扎在北京市长辛店附近的云岗;二分院共有12个研究室和一个试制工厂,驻扎在北京市永定路附近。

时间到了1958年,这是一个特殊的年份。

在这一年的一月,毛泽东主席在最高国务会议上提出:要在15年内赶上英国。对于我国的航天事业而言,受此前苏联发射人类第一颗人造卫星的鼓舞,我国第一颗人造卫星的任务“581”也得到了提出。尽管,我国在当时还未能造出导弹来。

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(1)

△苏联的第一颗人造卫星

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5月29日,聂荣臻向国防部安排了P-2导弹的仿制工作,将我国仿制P-2导弹的代号定名为“1059”。意即,我国仿制的第一批导弹定于1959年10月份前出厂,争取国庆十周年内试射。

我们对于P-1导弹的学习与认识,靠的是反设计工作。但对于P-2导弹而言,我们又有了更新的手段。按照《新技术协定》的要求,苏方将向中方提供P-2导弹的全套图纸,将图纸翻译出来,就可以下发到各个厂家进行仿制,大大加快进度。但同时,对于P-2导弹的反设计工作也在进行中。

6月28日,苏联提供的第一批图纸资料运抵我国,国防部五院的技术人员立即开展了艰苦的翻译工作。北京的夏日酷热难耐,人们在汗水中将图纸一张张翻译,一张张复制。钱学森见此情此景,晚上常常与机关人员带西瓜去慰问参与翻译的人员。在一个月之后的7月28日,图纸全部翻译复制完成,下发到工厂。8月,来自苏联的导弹专家也来到了中国,开始具体指导仿制工作。

在仿制开始之前,先要确定导弹总装厂的厂址。

一个工厂需要大量的设备与熟练技术工人,新建一个厂显然不如改建一个厂来得迅速。同时,导弹与飞机同为利用空气动力学原理的飞行器,因此其生产也与飞机相似,那么,就需要从飞机制造厂中选择一个进行改建。再综合北京资源优势、厂房扩建潜力、保密需求等要素评判,最终位于北京南苑的211厂被选择成为导弹总装厂。这个曾经飞出过中国第一架飞机的工厂,也将把第一枚导弹送上蓝天。

仿制工作注定是一场苦旅,甫一开始,“四座大山”摆在了人们面前:

第一是苏联提供的资料不完全。尽管P-2导弹的总体资料比较完善,但一些细节方面则纯属一片空白。这样的问题主要是在导弹配套的地面设备上:例如加注设备需要定量定速加注燃料,但流量计、加注泵的图纸是没有的。遥测系统需要知道火箭的各种状态,包括火箭姿态、过载等等,但姿态传感器图纸缺失。最离谱的是,火箭发动机试制完成后需要试车,关于试车台的资料根本不存在,任新民去索要图纸的时候,却被苏联专家一句“等你们把发动机造出来之后,到我们苏联去试车”给打发了回来。如果这些问题得不到解决,那么我们只能得到一个看上去像P-2导弹的模型,不能投入使用。

第二是制造材料的缺乏。图纸只是图纸,需要找到合适的材料才能将其变成实物。尽管P-2导弹对于苏联而言算是较为落伍的产品,但国内的技术水平仍然不能达到要求。例如大面积铝合金板材、不锈钢组件、密封件等等,例如RD-101的火箭发动机密封件要求用十分细密的皮革制成,用苏式修辞就是“像3岁的小牛犊臀部没有挨鞭打的皮肤一样”(为此,翻译员在翻译的时候还闹出了笑话),像这样的材料在我国是比较难以获取的,而苏联图纸的原始设计要求就是如此,能不能用其它材料进行替代,谁也不好说。

第三是加工设备的匮乏。仅有原材料是攒不出导弹的,必须要经过加工。而P-2导弹的大尺寸零件较多,因此需要大吨位的水压机、大型车床等大部件;同时P-2导弹的一些部件工况极端,因此需要精密机床。但能够满足P-2导弹仿制需求的加工设备国内都十分缺乏,苏联专家在华期间遍寻国内的各个厂家,也不得不多次表示“没有条件制造,赶快向苏联申请订货。”而苏联的加工设备运输到我国是一个非常耗时的过程,究竟是自制还是外援,这也成为了人们需要取舍的问题。

第四是组装力量的薄弱。零件加工完毕之后就需要组装,而组装也是一门大学问。P-2导弹的各个零件除了极个别地方采用铆接之外,绝大多数部件的组装均需要焊接。而焊接又分为各个不同的工艺:从焊接装备看可以分为电焊、氩弧焊、气焊等;从工艺上看可以分为点焊、滚焊、对接焊等;而总装工厂一是人数不多,二是工种不全,三是经验不足,四是规程不严。而且导弹部件的测试工作也是重要的一环,如何在没有测试条件的情况下如何实现测试,将是导弹能否上天的核心。

一句话,“1059”导弹的制造从头到脚都存在问题。

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(2)

△中国首款导弹“东风一号”,代号1059

图片来源:百度百科

但没有什么问题是克服不了的。

因为我们的优势就是,集中力量办大事,以及自力更生。

在收到了问题的报告之后,国防部五院会同全国各个相关的工业部门,对P-2的仿制工作展开了全面的会战。全国直接、间接参加会战的单位1400余个,主要承制工厂60余个,他们将把3800多个导弹零部件问题给一一解决。

面对图纸不全的问题,我们自己独立开展研究、学习、设计工作。例如5D52发动机(即RD-101的国产仿制品)的试车台,尽管苏联有援建工程,但任新民也带领诸多技术人员,从消化RD-101发动机的资料着手,参阅大量相关外文资料,结合我国实际情况,经过两个多月的反复调研与计算,提出试车台设计任务书,并与航空建筑设计院一起设计了发动机试验站。

1959年夏天,二号试车台开始建设,任新民带领发动机设计人员会同广大干部、科技人员、技术工人一道,执行“三班倒”,日夜奋战在工地上,终于在同年年底完成土建与设备安装工作。但相关的仪器调试则又花了半年时间——尽管苏联专家能够提供部分帮助,但仍然有相当一部分问题是需要自己解决的。因此人们又在摸索中前进,通过实践总结出一个又一个经验,以及教训。

最终,在1960年6月,二号试车台完成了调试。试车台从零开始的建设过程也指导着人们研制更大、更先进的试车台,形成了具有我国自主知识产权的试车台设计技术。

面对生产材料缺乏的问题,我们积极开发新材料,同时尽可能用手头的材料作为替代。到1959年底,国防部五院一分院先后与东北轻合金厂、鞍钢、抚钢、大连钢厂、北京钢铁研究院等单位签订了试制各型金属材料的协议,共153项。还同各化工、建材、轻工、石油部门等20余家单位签订了各型非金属材料协议,共87项。此外还同洛阳轴承厂等零件厂签订了多份零部件提供协议等。另一方面,我们也向各兄弟单位求援,大量寻找成品元件,有时为了一个小小的零件,国防部五院的高层领导也要亲自出动向各个单位求援……

就这样,经过各个单位的反复协调与落实,一个全国性的协作网络得到构建。同时,结合我国的实际,一大批替代产品得到了大量使用:我们在反设计P-2导弹,吃透技术文件,大量计算验证的基础上,不仅总结出了相应的技术标准,还指出了苏联图纸上尚能优化的地方,并以此来确定需要使用的材料。

例如一分院第七研究室(今航天材料工艺应用研究所)主任姚桐斌带领团队与有关工厂密切配合,在一年内,利用30余种胶料试制出176种不同要求的密封件,大量替代了特殊皮革的原始要求。在全国各个单位的通力协作下,“1059”导弹的各种材料与元器件问题正在逐渐地得到解决。

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(3)

△姚桐斌

图片来源:百度百科

面对设备匮乏的问题,我们用已有的设备进行改装。例如“1059”导弹的大尺寸钣金结构件需要一个千吨水压机——在今天当然不算什么,但是在当时,全国只有武汉锅炉厂才有这套装备,而且加工锅炉的模具与导弹完全不一样。因此负责导弹加工的211厂技术人员认为,可以安装一个类似转接器的过渡模座予以解决。尽管苏联专家反对这套“土法上马”的方案,并指出良率过低的潜在风险,但即便是这样,211厂领导认为,只要有哪怕一两个成功,那也是成功。同时为了打消锅炉厂对于水压机损坏的顾虑,聂荣臻亲自出面向湖北省委与武汉市委做了思想工作,这才让水压机用于“1059”导弹的制造,经过多次尝试,终于成功。

而另一方面,我们也独立自主地研制了一些特殊设备。例如本来应该由苏联方面提供的用于焊接弹头的特殊焊机迟迟未到,屠守锷仅凭一张苏联专家绘制的草图,带领三名技术人员从零绘制出特殊焊机图纸,等到特殊焊机送到的时候,弹头早已由这台自制的焊机焊制完毕。

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(4)

△屠守锷

图片来源:百度百科

面对技术薄弱的问题,我们的设计代表入驻工厂,现场解答技术工人提出的各种设计问题。同时对于一些不严格按照规章制度开展生产的厂家,我们也设立了“一票否决”制度。

例如5D52发动机各个部件由若干个生产厂家分别研制,410厂承制发动机主体,111厂承制涡轮泵。原先发动机的活门由西安的一家飞机发动机活门厂生产,但由于特殊的时代背景,工厂的规章制度被破坏,盲目地追求数量与进度,不按规定生产,导致良品率很低。苏联专家甚至为此出离愤怒:“对产品质量如此不负责任,简直是对国家的犯罪!”因此很快国防部五院将活门的生产任务转移到211厂进行。同时410厂与111厂的每一个零件与工序都得到了进一步严格的检查与执行,从根本上提高了生产技术水平。

在生产出导弹分段之后,还需要开展一系列试验。例如导弹的各个结构需要开展静力试验以验证其静强度,而当时专用的强度实验室还在建设中。为了快速开展静力实验,屠守锷率队因陋就简,选定一个旧机库,土法上马,开展实验:机库的净高不够,人们就在地上挖一个大坑来变相增加高度;而主要的实验设备静力实验平台则是用旧飞机上拆下来的5个液压传动筒跟自制的承力地轨完成的。

短短半年时间,这个旧机库就变成了一个简易力学实验室,连苏联专家组总顾问阿尔希波夫也为之惊叹——特别是当他挑剔地比对实验大纲之后,发现所有的设备都完全符合要求的时候。

对于看不见的控制和制导系统,控制系统组组长黄纬禄、制导系统组组长梁思礼带领团队从零开始进行研制。在基于自己参观V-2导弹的经历,并仔细研究了P-2导弹的控制与制导系统之后,黄纬禄认为导弹的控制系统与他参与的项目有相当的共通之处。既然原理可以把握,那么仿制就不是问题。

就这样,黄纬禄和梁思礼带领年轻的研制团队围坐在黑板前,不断地讨论,记录,将P-2导弹的控制系统逐渐分解,消化吸收。几个月后,黄纬禄和梁思礼带领控制和制导系统组绘制出了P-2导弹控制系统的图纸。

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(5)

△梁思礼(左一)

图片来源:百度百科

除了导弹的系统之外,导弹发射场的地面系统也同样重要。这些地面设备包括导弹发射系统、燃料加注系统、飞行遥测系统等等,主要负责人为谢光选。这些地面系统需要分别由多个厂家予以协作研制,但每个厂家之间的业务显然是不同的——有设计车辆的,有搞无线电的,还有实验设备厂家……

尽管有相关的图纸可以参考,有苏联专家予以指导,但谢光选还是成为了一个“大忙人”,他不仅需要带队下工厂与工人师傅交流,还需要负责起草遥测系统的操作规程,甚至还需要清楚地了解各个地面设备的生产厂家、存在的问题、解决方案等等。在不断的协调中,地面系统团队也正在逐渐变得成熟,对于导弹的配套系统应用也更加得心应手。

除了P-2导弹之外,C-75地空导弹、C-2岸舰导弹的学习仿制进程也全面铺开。为了更好地主持各型导弹的仿制工作,1959年下半年起,钱学森在力学所的办公时间缩短,在国防部五院的办公时间延长,而且为了防止行政后勤事务干扰到自己的科研教学进程,1960年3月,他还主动提出降为副院长。聂荣臻理解钱学森的苦恼,决定让空军司令刘亚楼则兼任了院长,空军副司令员兼参谋长王秉璋担任行政副院长,而钱学森担任技术副院长,可以一头扎进组织导弹仿制的工作中去。

在这段仿制的生涯中,国防部五院的人们不辞辛劳,天天在办公室-食堂-宿舍的三点一线之间奔忙——有些团队的办公室跟宿舍甚至就在一间楼里头,累了就躺床上歇一会儿,起来继续工作;还有些团队的办公点就在一个机库内,夏天热如蒸笼,冬天又冷如冰窟;还有不间断的飞机起降的轰鸣声……而就是在这样的艰苦环境下,“1059”导弹的工作却在一点点稳步地向前推进着。

1960年2月5日,导弹的第一个部段——酒精贮箱成功通过验收,仿制成功。接下去的两个月内、导弹的尾段、液氧箱、仪器舱等各个部件都陆陆续续地传来捷报,导弹即将步入总装工作。

然而即便到克服了众多困难,见到光明的时候,仍然有新的阻力出现。

为了检验国产燃料的性能,我们将尝试发射一枚P-2导弹来予以演练。但此时,苏联专家却认为我国兰州化学实业公司生产的液氧不合格,杂质过多,迟迟不愿意放手,并一直要求用苏联产的液氧。尽管西伯利亚的气温常年很低,但液氧-183℃的沸点无疑会让其在长途运输的过程中跑得一点不剩!

为了用铁一般的证据证明苏联专家的观点是错误的,梁守槃经过了反复的计算,认为液氧的杂质完全在可控范围内,即便全部氧化也不会发生爆炸,为此,他还立下了军令状。苏联发动机专家组组长施涅金在审核了设计要求、计算过程、样品化验数据之后,也明确表示“中国的液氧性能完全符合要求”。除此之外,北京酿酒总厂生产的高浓度酒精,天津东方化工总厂生产的过氧化氢也被证明是完全符合要求的。

而正当“1059”导弹的全部进展顺利推进,即将开始首次试射的时候,一则消息如同晴天霹雳一般让所有人为之错愕。

参考资料:

1.中国航天科技集团公司组织编写. 钱学森的航天岁月[M]. 2012,中国宇航出版社:北京.

2. 谭邦治. 任新民院士传记[M]. 2014,中国宇航出版社:北京.

3. 谭邦治. 梁守槃院士传记[M]. 2014,中国宇航出版社:北京.

4. 黄道群. 黄纬禄院士传记[M]. 2014,中国宇航出版社:北京.

5. 史颜莉. 谢光选院士传记[M]. 2014,中国宇航出版社:北京.

6. 贺青. 屠守锷院士传记[M]. 2014,中国宇航出版社:北京.

7. 石磊, 梁红, 杨利伟. 苍穹大业赤子心——梁思礼传[M]. 2017,中国科学技术出版社&上海交通大学出版社:北京,上海.

8. 韩连庆. 组建初期的国防部第五研究院[J]. 科学文化评论, 2013, 10(4): 39-52.

三千铁浮屠冷锻甲(长空万里东风起)(6)

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