《观棋》第49期：一万年太久，只争朝夕——“长征一号”火箭的漫漫长征

源济

观棋丨一万年太久，只争朝夕——“长征一号”火箭的漫漫长征
澎湃防务  2016-09-30 21:09

在共和国六十七载漫漫征途中，航天工程的伟大成就已经远远超出其技术范畴，成为国家与民族屹立于世界东方的精神丰碑。值此普天同庆之时，笔者借中国科技馆9月17日首次展出“长征一号”运载火箭实物之机，以时间为主线梳理“长征一号”研制过程，让大家更加全面的认识中国航天第一步的艰辛与不易，同时向缔造这一工程的民族脊梁们致敬！





1956年我国制订了《十二年科学技术发展远景规划纲要》，提出“重点发展、迎头赶上”和“以任务带学科”的发展方针。苏联发射人类历史上第一颗人造卫星以后，国内科技工作者一致认为发展人造卫星符合这两条方针，可以带动诸多新兴技术加速发展。中科院成立第一设计院负责卫星和运载火箭总体设计。





在大跃进的热潮中，中科院也不能独善其身。1958年10月5日中科院向聂荣臻副总理呈送报告，提出运载火箭设计要两条腿走路：国防部五院以仿制苏联弹道导弹为主，搞一套基于常规推进剂技术运载火箭方案；中科院摸着石头过河，开展高能推进剂研究，搞一套技术先进、运载能力更大的运载火箭方案。





1958年11月，为把北京的科研力量和上海的工业基础有机结合起来，中科院第一设计院迁往上海，与此同时从上海有关院校和厂所抽调人员补充进来，成立了中科院上海机电设计院。此后的岁月中虽然研制主体几经变更，但上海地区还是参与、抓总研制了多个运载火箭型号。





上海机电设计院在王希季的带领下提出一种使用液氟/甲醇推进剂的二级火箭方案，一子级代号T-3、二子级代号T-5。液氟作为氧化性最强的单质，在制备、储存与转运等过程中存在的一系列问题远超当时我国工业基础的应对能力。火箭研制被迫中断。





大家并不死心，转而提出T-5火箭方案。这是一种带有制导系统的探空火箭，以德国V-2为技术蓝本。此时国防部五院正在仿制V-2的苏联版本R-2，国家显然不会支持上海搞重复建设。1959年，根据邓小平、钱学森等人的指示，全院转而研制小型探空火箭，581工程彻底终止。





60年代初期，上海机电设计院在成功研制并多次发射T-7探空火箭后再次提出研制带有制导系统的T-8和T-9运载火箭，希望以此引领中国的航天技术发展。国防部五院在成功试射“东风一号”后也开始走自主研制路线，希望逐步甩掉苏联尾巴。此后几年中，“东风二号”及其改进型相继成功试射，“东风三号”的研制也十分顺利。





面对仿制领域的巨大成功和自研领域的徘徊，上级部门希望利用现有的导弹改装运载火箭。1962年国防部五院为了加强火箭研制力量将上海机电设计院划归其管理，T-8、T-9项目终止，中科院也失去了独立研制运载火箭的机会。





在论证洲际导弹方案时，国防部五院的研究人员认为从中程导弹到洲际导弹的跨度太大，需要一个过渡型号练兵。1964年初，五院一分院在中远程地地导弹论证会上正式提出以中程导弹为基础研制一个两级试验型火箭（代号SDF-4），用以突破洲际导弹关键技术。这个型号稍加改进还可用于卫星发射。





同年秋，中央专委、总参谋部明确提出，要尽快研制出一种远程战略导弹，以适应国际形势突变的需要。此时的七机部对洲际导弹研制进度过于乐观，认为在70年代初就可以定型，何必半路插进一个没有明确作战目标的中间型号，双方的意见出现了分歧。

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这里的问题在于，我国从来没有建立一个专门的航天管理机构，国防科委作为中国航天工业的实际指挥者既无力也无心发展民用航天。虽然在1965年国防部五院“集体转业”变成国家部委，但支持国防建设、满足军队需要仍然是七机部的头等任务，是其主要拨款来源。





整个60年代，面对美苏两个核大国的双重压力，军队进入长期临战状态。国防建设的指导思想从“打什么仗造什么武器”变成了“有什么武器打什么仗”，进而催生出大量技术水平低下、升级潜力有限的“应急武器”。弹道导弹因其技术含量高、固有研制周期较长，看似不会有应急之作，但也仅仅只是看似不会罢了。





1965年3月8-9日，七机部一院党委常委会确定中远程导弹作为一个独立型号列入研制规划。导弹从技术上兼顾为洲际导弹探路和发射人造卫星，并为军方提供一种介于中程和洲际之间的核打击能力。两天后，一院党委上报了《地地导弹发展规划》(即著名的“八年四弹”)，该规划通盘考虑了航天的军用和民用发展，兼顾了各方利益。





1965年5月，中央专委批准了“东风四号”中远程地地导弹的研制任务。七机部一院随即展开总体设计工作。王希季和他的队伍也在这场争论中抓住了机遇。早在一年前，为了不影响五院既有的弹道导弹研制任务，聂荣臻指示上海机电设计院承担运载火箭总体设计。次年7月，全院迁回北京，更名为七机部第八研究院。





由于弹改箭的总基调已经确定，七机部一院正在研制的“东风四号”中远程弹道导弹成为王希季仅有的选择。八院于1965年10月拿出了以“东风四号”为一、二子级，以固体火箭发动机为三子级的总体方案。与此同时，一院一部作为“东风四号”的“娘家”也在单位内部论证中得出与八院一致的结论。





双方的不谋而合与我国当时的航天技术储备不无关系。在液体火箭发动机领域，六院正在全力研制基于红烟硝酸/偏二甲肼可储推进剂的YF-2和YF-3高空发动机，无力在短时间内另行研制上面级的液体火箭发动机；在固体火箭发动机领域，四院刚完成300毫米直径的GF-1（固体发动机一号）研制，具备了一定的设计、制造能力。





就在“东风四号”开始方案设计后不久，YF-1用四氧化二氮代替红烟硝酸作氧化剂进行研究性试车获得成功，其推力和比冲均有一定提高。一院内部出现两种声音：部分科研人员主张用增程型“东风三号甲”代替“东风四号”；一院一部则提出射程和运载能力均有提升的“东风四号甲”方案。





前者看似可以满足部队急需，却无助于型号发展和队伍建设。而弹道导弹作为一个整体，变更推进剂涉及到发动机结构和贮箱尺寸调整，等于重新设计了一个型号。因此，两种方案都会大大延长研制周期。直到1966年5月一院召开办公会才一锤定音，继续按原方案研制。





1965年8月，中央专委批准了中科院提出的人造卫星发展规划方案，提出争取在1970年前后发射人造卫星。同年10月召开的“651”会议首次提出了第一颗人造卫星的总体方案。1966年3月，七机部召开的“卫运一号”火箭论证会通过了八院的方案。





作为“长征一号”总体单位的八院并没有大型号研制经验，而实际研制、生产“东风四号”的一院则作为分系统配合八院工作。频繁的跨院技术、生产协调耗费了很多时间。文革爆发后，七机部行政科研两条管理线几近瘫痪，直到1967年八院才结束长达两年的方案设计转入初样。

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面对这样的乱局，聂荣臻、钱学森采取了一系列调整措施。1967年11月1日，国防科委下令把“长征一号”研制任务由八院移交给一院，将四院划为三子级分系统研制单位。随着卫星和测控分系统研制单位陆续完成调整，651工程各大分系统首次纳入国防科委的统一指挥下。





一院对“长征一号”的总体设计进行部分修改后于1968年2月转入初样研制，但即便如此仍然无法实现中央专委第十九次会议提出的1968年发射第一颗人造卫星的要求。原定于4月的全弹试车一直拖到次年9月初才彻底完成，周总理甚至为此召开数次协调会。局势之乱可见一斑。





为了加快研制进度，飞行试验也做了调整：零一批次第一组、第二组的火箭技术状态都一样。第一组的两发“东风四号”既要考核总体设计的可行性又要兼顾“长征一号”主动段测试，只要一发成功便可发射卫星；第二组的两发“长征一号”互为备份，力保成功。





一组一号弹在发射阵地进行最后准备时，由于一级发动机断流活门误爆导致导弹返回技术阵地更换一级发动机。实施首飞的二号弹接连发生一级不关机、二级点火失败和一二级不分离等故障导致试验失败。最终，换发后的一号弹于1970年1月30日试射成功，保住了任务节点。





1970年4月24日，“长征一号”将中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功送入轨道。1971年3月3日，“长征一号”备份箭将“实践一号”科学试验卫星送入轨道。此后由于运载能力所限，“长征一号”退出历史舞台。





“长征一号”实际上是中国第一种具备洲际射程的运载器，但当时的弹头防热技术无法解决洲际飞行带来的再入加热问题。“东风四号”早期试射中就发生过弹头无法耐受再入加热被烧穿、解体的事故，在新材料新工艺难以突破的情况下只能靠加厚防热层暂时解决。





改进“长征一号”的工作自1969年已经开始。为了发射“灯塔一号”导航卫星和“实践二号”科学试验卫星，一院一部提出采用液氢/液氧推进剂上面级的“长征一号甲”火箭。由于氢氧火箭发动机研制进展缓慢，又改为采用可储推进剂上面级的方案，80年代初航天规划调整时该项目才被取消。





此后，基于通用上面级的“长征一号丙”和从意大利购买上面级的“长征一号M”先后下马，一院也没有精力打理这个过时型号。单就在故事即将结束的时候，又是一个弹道导弹项目拯救了“长征一号”。





一院在研制“东风三十一”远程弹道导弹时为了加快研制进度，曾改进数枚“东风四号”作为弹头试验弹DF-31TS。该弹二子级换装使用可储推进剂的YF-40发动机，上面级由FG-36固体火箭发动机和DaFY 2-1双组元液体姿控发动机组成。





这种火箭的二级构型可将900千克的卫星送入200千米高、31.5度倾角的近地圆轨道；三级版本则能将350千克的卫星送入903千米高的太阳同步轨道。在更换SPAB-14B固体上面级后还可以发射更重的载荷。但由于缺乏市场需求，“长征一号丁”最终黯然退役。

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其实路子并未堵死，一院可以把二级版“长征一号丁”包装成“东风四号”深改方案向二炮推销。这种导弹配合第二代小型化弹头可作为“东风三十一”的有力补充，还能充分利用原有阵地，总成本比制造新导弹、构筑新阵地要低的多，并可在短期内提升我国的战略威慑能力。





综合有限的图文信息可知这枚展品是个“组装机”：弹体是1984年生产的“东风四号”，还参加了当年的国庆35周年阅兵式。由于二子级加了盖板，我们无从知晓这枚弹是否按照“长征一号丁”的设计更换了二子级发动机。整流罩说明“长征一号丁”至少生产了四发。由于火工品不让进京，所以这枚火箭缺失了上面级。严谨的讲，它既不是“长一”也不是“长一丁”。





作为一种技术水平和运载能力有限的型号，“长征一号”在为两代洲际导弹探路和解决人造卫星运载器有无问题后也算是功德圆满，围绕“651”任务我们初步建立起一套自给自足、配套完备的航天体系。按照“弹改箭”的总体发展思路，“东风五号”担负起开拓“长征”运载火箭新时代的重任，这将是一段更加艰难的征途。