科学人物钱学森:历尽千辛,兑现了对祖国的承诺

01、部署

1958年苏联卫星上天,咱们也想造卫星。

这任务落到了钱学森头上。

当时钱学森主要任务还是造导弹——要保证手里得有剑。

但是决定造卫星后,他也做了思考,说咱三步走:

  • 第一步,发射火箭;

  • 第二步发射一个小卫星试试;

  • 第三步发大卫星。

接下来就成立了一个代号581的小组,钱学森当组长,赵九章是副组长,还有其他一些研究员——研究工作开始。

这个小组等于大脑,负责领导,规划,协调。

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接着这个小组就规划,成立三个设计院:

  • 第一个设计院主要负责火箭、卫星的设计,搬到上海工作,因为当时上海那边有工业基础,方便组装卫星,火箭。

  • 第二个设计院负责自动控制系统,还在北京。

  • 第三个设计院负责造仪器。

不是简单的仪器,而是空间仪器。

到外太空后,太空环境什么样,需要什么样的设备支持外太空工作等等——就研究这些。

可惜第二、第三个没有正式成立,但是工作是做了的,在推进。

还是在力学研究所内研究这些东西。

分工后很快,第一设计院就设计好了运载火箭。

不久,中央拨了2亿人民币。

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这笔巨款不是只造卫星的,还要用于建风洞和自动化设备。

造卫星属于大工程,大工程每一步都得跟上,比如火箭推进剂的研究就专门设了一个部门。

02、火箭

经过研究,钱学森说:

火箭推进剂是关键,咱不研究落后的燃料技术,咱研究液氢/液氧发动机。

但这个过程真的很难,大概花了5年半的时间。

各种实验、计算、分析后,终于有点眉目了。

这五年的实验,收集了各种数据,储备了资料,理论上验证了:

燃料的可行性、火箭速度还有升空后振动情况等这些。

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  • 后来到1984年,咱们的长征三号就是用液氧/液氢技术。

  • 当时的这批技术骨干,后来继续在航天事业里,延续自己的研究;

  • 后来的长征五号的发动机,也是这项技术的延伸。

技术都是从小到大,一步步积累的,前人栽树后人乘凉。

在火箭研究方面,当时第一设计院成立后,又分为:

  • 110部,负责总体设计;

  • 120部负责发动机;

  • 130部负责标准设计;

  • 140部负责风洞。

全国各个大学的高材生,哈工大,南开,天津大学等,包括一些技术军人等——

总之都是我们自己人,开始研究运载火箭。

0起步。

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当时全国各地研究火箭的热情都很高,不仅中央这边研究,地方上也自己鼓捣。

太原就造了一款火箭,还请钱学森去看,但是有一些问题——尾翼不稳。

不过这也是一个好的探索,说明什么?

说明咱们中国人很聪明,封锁咱们没用,越封锁咱们越能够爆发洪荒之力。

当时第一设计院设计了多款火箭,从T3-T7M,各种失败,失败了再实验。

终于 1963年,T7M可以飞9.8公里了。

等于有了0的突破。

之后的6年里,好成绩不断。

  • 咱们国家火箭的许多个第一产生了:

  • 第一次用控制技术;

  • 第一次回收高空生物实验;

  • 第一次离开电离层。

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那时候的回收跟现在说的火箭回收不是一回事,主要是火箭发上去,有个返回舱,返回舱得安全回到地球。

跟现在的宇宙飞船回来差不多。

等于为咱们将来的返回式卫星和载人航天打下了基础。

这之后第一设计院继续努力,开始走上正轨,成为中国航天的储备力量。

钱学森造导弹的同时,做了这么多部署,这些部署他都要盯着看看,他工作太忙了!

周总理都说你别太累了。

03、人才部署

当时负责人是聂荣臻,钱学森是首席科学家。

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又找了一批科学家,其中包括大家比较熟悉的,哈军工的任新民,庄逢甘,梁守槃,朱正。

还有一些是其他部门来的专家、各地高材生。

钱学森带着这些人,先是学习,大家当时都没见过,他就给大家讲各种知识。

到这儿,可能有人会问:

导弹不就是火箭吗?之前部署的火箭技术是不是可以挪过来用?

导弹不是火箭,火箭也不是导弹。

  • 导弹是发射出去后,还能控制和改变弹道的飞行武器。

  • 火箭是发射出去可以控制的运载工具。

有相通的地方,但是用途不一样,设计也不一样。

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  • 比如长征系列运载火箭很大,因为要到外太空,推进剂还有发动机得有劲儿。

  • 而导弹,你看阅兵时候展示的,一个车就能拉,而且有的还能拉好几个,体格都不一样。

内部的控制单元,发动机,燃料等等,都不一样。

具体到细节上,就更多不一样了。

当时大家都没有见过,钱学森讲得非常接地气,通俗易懂。

有学员说,院长,讲完我们在苏联援助的P-1教练弹上上手搞设计,就非常快。

钱学森讲课的讲义手稿叫《导弹概论》,但是无论是讲义,还是当时学生的笔记,都得留下来给保密人员保管。

一直到很久之后钱学森的儿子钱永刚教授,在家里发现了手稿。

现在已经不是秘密了,所以出版了,感兴趣可以买一本看看。

  • 买一本放到家里最显眼的位置,这就是镇宅神器。

  • 朋友来了,可以装一把。

  • 小孩子天天看着,每天都感觉自己的生活被高端知识笼罩。

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就这样,到1962年,钱学森就说,我们已经培养了一批人才。

有成果了!

人才也是部署的一部分——这批人才日后都成了中国航天的骨干。

这体现了他的战略考虑他考虑问题总是站在制高点。

比如,他就主张建立一个特殊的机构,叫作战使用研究处。

这个部门的主要任务是用运筹学研究导弹技术和实际需求的结合。

精度和威力指标怎么配合,要用概率论来分析这之间的相互关系,最优使用方案,最优布局,最优储备网,对抗措施……

当时咱们这里有个运筹学大师,许国志,就带着大家学习,研究。

不仅运筹学,概率论,排队论,线性规划,非线性规划,博弈论等等,都有。

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04、仿制

各部门安排好,接着要仿造苏联的导弹。

1956年,苏联同意援助咱们,承诺在导弹,原子能产业,雷达无线电设备,还有核试验上给援助。

当时给了4款导弹。

还派专家帮我们做导弹,同时也有留学生项目,这些留学生是去学火箭和导弹的。

其实他们也很矛盾,该给的给了,但是给的都是过时的。

比如他们给咱们的p-1导弹,到咱这儿后,钱学森一眼就看出这不过是V-2火箭而已,他早就见过。

来运送的专家,也不回应咱们这边的问题。

他们怕咱们发展太快,同时又根据协议不得不援助。

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钱学森也不是神,他也得仿制、学习。

过时咱也得接收,接收后你不能给这导弹露天放着呀,就搭了个吃席的那种棚子。

这样敌人飞机从空中就看不见了。

然后开始解剖导弹,学习,依葫芦画瓢设计、分析、手搓自己的火箭。

仿制过时的,有意义吗?

有意义!

你是从0开始,你要知道内部设计怎么做,发动机怎么按,燃料还有作战部等等——你得知道,然后才是创新。

把技术吃透,才能自行设计。

当时仿制也很难的,因为咱们各种材料稀缺,都没有,很多东西都是工人搓出来的。

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  • 就比如咱们当时不能生产不锈钢,进口这条路也被堵上,科技人员就和工人师傅用砂纸手工打磨除锈。

  • 还有密封垫圈,咱们没有,咱们就跟工厂配合,一年内生产了30多种胶来满足这个密封需求。

太难了,但再难也得上。

锚定了一个目标,剩下的就是想办法把事情弄成。

你发现没,越是限制,越能发挥创意。

有个研究就说,物料特别丰富,反而浪费,穷了,有限制了,反而创意百出。

所以,未必啥都有就是好的。

等咱们这边了解得差不多了,咱们就要开始实验了。

当时就到酒泉和内蒙古建了实验基地。

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但咱这边刚如火如荼的干起来,苏联那边心思开始活了,不愿援助咱们了。

哪怕在指导的过程中也是各种傲慢。

比如导弹氧化剂,他们说咱们的液氧不合格,非要从西伯利亚运来。

当时梁守槃就计算,计算完了,他说咱们的绝对没问题。

结果,果然没事。

反抗权威需要勇气,也需要扎实的知识。

当时咱们就有勇气和知识。

他们的专家走了之后,我们说,我们自己试一试,这对我们也是一种锻炼。

而且当时在钱学森的部署下,咱们不是啥也没有,各个地方的积累,也到了一定程度。

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05、自己来

咱们中国人解决复杂问题的能力特别强。

当你解决了一个复杂问题,积累的很多东西,都是可以迁移应用的。

当时咱们仿制的时候,很多材料都是自己生产的,自主生产率达到三分之二。

导弹的控制系统,之前在钱学森的部署下,黄纬禄带领研究控制系统,成功了。

就是这么一盘点,钱学森说咱自己能干。

于是,1960年11月5日,咱们的1059仿制导弹,发射成功,后来改叫东风1号。

接着东风二号就不是仿制了,我们要自主设计。

但东风二号发射失败了。

东风二号原定射程1000公里,全长20.9米,起飞质量29.8吨,原定是射程提升,精度没有那么高的要求。

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要提高射程,发动机就得厉害,咱们的发动机设计师是任新民。

怎么设计的咱不知道,给咱讲估计咱也听不明白。

总之就是经过多次实验,还有弹体结构的改良,控制系统也做了校正,咱们觉得差不多了。

1962年3月4日,开始发射实验,当时梁思礼——他也是工程师,是梁启超的儿子。

梁思礼就回忆说,东风二号上天就跟喝醉酒一样摇摇晃晃,69秒后倒栽葱似的,坠毁在发射台不远处。

当时大家被吓了一跳,因为导弹嘛,在近处爆炸。

另外,害怕之后,沮丧就跟着来了。

有人哭,有人把头埋沙子里,有人昏厥过去,反正就是伤透心的感觉。

——付出那么多,没有成功,的确会有这种情绪。

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领导没有怪大家。

钱学森就说咱分析分析,领着故障小组在事故现场分析了10天。

之后,又花3个月,把各个元器件还有各个系统,每一点都捋清楚,最后发现是振动耦合导致弹体失控。

振动耦合是指两个或多个原本独立的振动系统,互相影响了。

我和你,我们去公园锻炼,我也在振动,你也在振动,然后因为一些物理原因,咱们两个相互作用。

比如我大声唱歌,你咣咣拍腿,这都是声音,声音是振动产生的,那我们的声音互相干扰了,就发生了振动耦合。

——东风2里面的系统之间互相影响了。

后来咱发现,仪器舱跟弹体振动发生了耦合。

仪器舱里都是控制系统,控制系统被干扰、被影响,导弹可不就喝醉一样晃晃悠悠,飞行失控。

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其实还有发动机的问题,发动机问题更大,但是这个不好说清楚,而且也不好解决。

钱学森跟任新民各种商量,经过82次实验,1963年底解决了问题。

问题解决后,并没有立即发射。

当时定了个制度:把故障消灭在地上。

后来成为一个重要的工作准则,咱们航天部门根据这个准则,制定了各种检查制度。

最终在1964年,东风二号再次发射,成功了。

准确命中目标,中国第一枚国产中程导弹诞生!

欢呼

接着又发了两次还是成功,后来又接着发了5次,还是成功。

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不仅是咱们的科研人员刻苦攻坚,后来咱们总结:

制度管理,协调管理的方式方法也很重要

后来还衍生出系统科学、体制研究,钱学森就写过这方面的文章。

如何管理,如何去划分任务,如何多部门合作……

包括咱们后来的探月工程,没有之前的管理经验还有系统工程的方法,也是不行的。

06、8年4弹

1965年到1972年,这八年期间咱们要研制4款导弹,射程由近到远,最远是洲际导弹。

  • 首先是东风二号甲,是东二的改进款,主要是发动机更大,制导更先进。

  • 其次是东风三号,中程导弹;

  • 东风四号中远程导弹。

  • 东风五号洲际导弹。

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当时咱们已经有了原子弹。

西方媒体嘲笑我们没有运载工具:飞机不行,也没有导弹。

其实咱们1964年就有东二了,不久之后东三,东四,东五都出来了。

当时有部门专门研究两弹结合,都有部署。

东风二号甲就是针对跟原子弹结合设计的。

  • 当时导弹工作其实叫造枪。

  • 作战单元叫子弹,导弹叫枪。

钱学森带着团队下了很大的功夫,力保万无一失。

经过多次沟通,协作——因为当时这是顶级机密,知道的人还不能太多,只有几个紧要的工程人员知道。

很多人都不知道自己在做什么,做出来之后钱学森得反复核对。

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终于,在1966年10月,带着核弹头的导弹,在罗布泊试爆成功。

当时钱学森跟聂荣臻流着泪抱在一起,太不容易了。

咱们从原子弹到核导弹用了2年,这速度太不可思议了!

苏联当时用了6年。

中国速度,震惊全球。

接着咱们没有停止,开始创新。

东风三号就采用了很多新技术,比如全惯性制导,还有四机并联发动机。

这个发动机在研制过程中不断出故障,任新民带领技术人员试了又试,提出70多个方案,一直不理想。

最后钱学森加入,思考了好久,说这个是不是高频震荡有问题。

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果然,是燃烧室和燃气相互耦合,就采用了一些措施,经过几次实验,成了。

他怎么灵机一动,就能想出来?感觉像神来之笔。

主要是长期积累,而且各个学科都有涉及,力学,自动化,流体力学,系统科学,数学,化学等等。

还有各个部门都向他报告,他都听技术细节,等于在他这儿汇总了。

本来就聪明,知识多,看得更综合,当然更深刻。

总之,经过刻苦攻关,1967年,东风三号发射成功。

接着就是东风四号,更厉害了!

有两级,第一级快熄火时候点燃第二级,这样飞的更远,而且制导精度也很高。

1970年,东风四号发射成功。

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这个很重要,因为它攻克了发动机高空点火技术,还有分离技术。

为咱们送卫星的火箭打下基础。

之后咱们在东风四基础上,增加了一些控制系统再增加一级发动机,就成了长征一号运载火箭。

然后1970年4月24号,长征一号运载火箭发射了咱们的第一颗人造卫星,东方红一号。

到这儿闭环了,从1958年想造卫星,经过部署,分配任务,各部门努力,终于技术积累,人员积累到火候了,成功了。

对,无论是中国军工还是中国航天,有钱学森这个战略科学家,都是非常幸运的。

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刚才咱们说8年4弹,最后这一弹就是洲际导弹。

本来1972年基本完成了,但是当时社会动荡,没有往前发展。

到1977年,各项工作正常,钱学森已经是66岁的老人了。

还是不辞辛劳,亲自挂帅,洲际导弹技术要求更高。

但是远洋测量船都需要各种部署和技术安排。

到时候要打到公海上,不能有大的误差,不然容易引国际纷争。

而且你还得打的准,别人看着呢。

钱学森就说咱要比美国和苏联都准,咱们要争口气。

最终再次成功。

当时从西北起飞,飞了9000公里,到了南太平洋。

到这儿,东风五号洲际导弹才算给8年四弹计划画上完美句号。

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本来1972年应该完成,但是中间动荡,有延期,到1980年,圆满成功。

到这儿,钱学森回国25年后,兑现了给祖国的承诺。

其实他还做了其他的工作,这篇我们说的是大家普遍知道的事情的主线。

其他的事情也很精彩,下一期咱们再接着说。