中国第一枚探空火箭在上海升空始末

2022-05-07    作者:游本凤

  六十多年前的1960年2月19日,在上海南汇老港滩涂,曾经飞起过中国第一枚T-7M探空火箭,因而被誉为中国第一火箭。这一探空火箭是由早期的上海航天人白手起家、独立研制成功的。

  机电设计院从北京搬迁上海

  早在1958年,中科院就积极响应毛主席提出的“我们也要搞人造卫星”的号召,很快制定出了一个“上天”“入地”“下海”的宏大远景规划。所谓“上天”,就是研制出能把卫星送上天的运载火箭。这一规划的代号叫“581工程”,工程组长由大科学家钱学森担任,其任务第一步是设计发射我国第一颗人造卫星的运载工具。凭着一帮年轻人的热情,他们在很短的时间内就设计出了用液氟和甲醇作为推进剂燃料的运载火箭结构图,作为向国庆9周年的献礼,得到中央领导的高度重视。

  光有图纸,只是纸面文章,要让火箭结构图变成真正的火箭,其中最重要的是解决工艺和制造问题。于是,工程组将目光投向上海。上海作为我国的老工业基地,其制造实力雄厚,人才资源丰富。时任中科院党组书记张劲夫与上海市委第一书记柯庆施用电话进行沟通,提出将第一设计院搬迁到上海的设想。这一想法得到了柯庆施的大力支持。于是第一设计院当年就实施了整体搬迁,并更名为上海机电设计院。搬迁到上海后,首个办公地落户淮中大楼。从北京带队过来的是常务副院长杨南生,上海市委将上海机床厂厂长艾丁调任设计院党委书记,将上海交大副教授王希季调任设计院总工程师。巧合的是,王希季与杨南生是当年西南联大的校友。另外还抽调大批干部和科技人员对设计院进行了充实,人员由原来的100多人一下子增加到600多人。设计院在体制上实行中科院和上海市双重领导。

  量力而行研制小型探空火箭

  钱学森认为,那时新中国成立不久,工业基础薄弱,国家财力不足,而发射人造卫星是一项很复杂的系统工程。火箭研制应遵循从小到大、由易到难、由低级到高级的规律,设计院应降低目标,先从研制探空火箭起步,旨在掌握技术、锻炼队伍。

  根据钱学森的意图,他们决定一切从实际出发,量力而行,研制一种推力不大于3吨、采用常规推进剂、飞行高度在100公里左右的探空火箭,将此定名为T-7。然后在T-7基础上搞一个缩比模型火箭,命名为T-7M。T-7M长4.2米、直径250毫米、自重75公斤,可携带19公斤有效载荷,以硝酸和苯胺、糖醇混合液作为推进剂,推力为226公斤,发射高度为8~10公里。另外,火箭头、体分离后,可用降落伞对回收舱进行回收。

  院企合作大力推进研制进程

  当时在国内,除了钱学森,谁也没有见到过火箭,在研制中必然会碰到了许多问题,而设计院必须借助外力,用大协作来解决工程上的问题。于是,钱学森多次利用去上海的机会,走访和调研部分工业基础较好、加工能力较强的相关企业,加强院企结合,以解决探空火箭生产制造问题。如当时的空军13修理厂(在龙华飞机场内),主要帮助解决探空火箭的总装总调和整体检测试验等问题;上海柴油机厂主要以研制液体发动机为主及T-7M总装;上海机床厂帮助解决液压部件等问题;上海电机厂帮助解决振动台等问题;上海四方锅炉厂帮助解决火箭推进剂储箱和高压气瓶等问题。通过上下一同努力,很快在上海地区形成了一个比较完整的生产加工协作网。

  曾任上海柴油机厂厂长兼总工程师的赵世愚回忆,1959年下半年,钱学森陪同张劲夫等中科院领导、专家来厂参观调研,他们在参观了精密加工车间、高合金钢热处理炉等后,对该厂的高精度加工、模具制造和精密测量技术很感兴趣。正是这次参观调研,促成了液体火箭发动机研制任务落户该厂。

  虽然火箭发动机也叫发动机,但和柴油发动机相比,无论是工作原理、燃料性质,还是产品外形、生产加工等方面,都有着天壤之别。当时厂里没有一个人接触过这类发动机,就是机电设计院的同志也没搞过。于是,院厂的同志们日日夜夜聚集在一起,边学习边摸索边攻关。从冲压模具的设计、制造、试验,到高强度铝合金的充气低压铸造、喷射器的精密加工和热处理,及推力室的成型、焊接和组装,一直到发动机的装配,许多技术难关都被他们一一攻克。在大家的共同努力下,他们只用了3个月时间,就将T-7M主火箭发动机组装成功。

  火箭发动机虽然研制出来了,但它必须通过试车台进行热试车来验证。经过多方协调,他们决定利用江湾机场内的一座旧碉堡,稍加改造后作为火箭发动机试车台。经热试车,测量出的数据完全达到预期的技术要求。就这样,中国第一台独立设计制造的液体火箭发动机在上海诞生。

  条件十分艰苦的滩涂发射场

  要将T-7M发射上天,还有个关键问题就是必须有个火箭发射场,在人口稠密的市区或郊区发射火箭肯定不行,到市外去一时不现实。经过反复研究,他们决定在人烟稀少的市郊海滨选择发射地。于是,由杨南生亲自带队,率领一帮设计院人员,两次骑自行车沿着上海川沙和南汇两县的沿海海塘边进行实地勘察,最后选定在南汇县老港镇东南的海边作为发射场。农村小道,车子根本开不进去。设计院只好动员了一大帮人,冒着深秋的寒风,硬是用最原始的运输方式将沉重的角钢和基建材料搬运到了那里。于是,一座20多米高的简易发射架就这样竖了起来。其他各项设施也搞得十分简陋,如借来的一台50千瓦发电机组就放在一间芦席棚的简易房子里;推进剂加注工具用自行车打气筒加压来替代;场区内的通讯联络连广播喇叭都来不及安装,各项工作命令全靠叫喊和手势来传递。

  老港发射场地处偏僻,人迹稀少,发射场海堤外是一片滩涂,附近除了空军的一个雷达站外再也见不到人烟。一切因陋就简,唯一的一间瓦房成了当然的发射指挥所。而电站、电气控制室、加料泵房、消防室等都是简陋的窝棚。T-7M火箭由上海柴油机厂内的黄浦江码头起运,通过水路运到老港发射场。而下船一段路则依靠人拉肩扛来搬运,费了很大的劲才将探空火箭安装到简易发射架内。

  他们前后只花了3个月时间,便迎来了1960年1月的首次试射。为了选择晴好天气发射,需要几天的天气预报,为此科技人员走访了上海气象局,得到了他们的大力支持;为了解决火箭飞行高度的测量数据,科技人员又走访了驻防上海的空四军,空四军指示由驻老港的空军雷达部队进行配合。

  一切安排就绪后,首次发射于1月25日进行。点火时,由于管道和推力室连接处振裂,使推进剂流出并在发射架上燃烧起来,导致发射失败。采取措施改进后,2月19日再次组织发射,终于获得成功。后来,T-7M火箭又组织了多次发射。

  T-7发射移师安徽广德603

  T-7M毕竟是个试验性质的“小玩意”,作为运载工具,离发射卫星相差甚远。当时T-7火箭研制也进展顺利,考虑到T-7体积较大,并且发射高度可达100公里以上,老港发射场已无法满足T-7需求。选择新发射场势在必行。因此中科院、上海市委商议决定在市外建立一个新的火箭发射场,1960年3月,艾丁等拿着上海市委的介绍信来到合肥市安徽省委,得到省委领导的热情接待和大力支持,并建议设计院到皖南广德一带选择发射场。经过实地勘察,最终选定安徽广德县誓节渡以南8公里的山区作为T-7发射场(代号603)。

  发射场的建设者经过日夜奋战,及时修通了主干道到誓节渡的公路,确保设备、产品和人员的运输。同时平整场地,安装设备,建造试验设施,其中有发射控制室、发动机测试室、推进剂贮藏箱和加注房、助推器固体装药间、气象观察室等。他们还设计了52米高的笼式发射架,发射架由上海江南造船厂加工制作。一时间,高高的发射架拔地而起,显得巍峨壮观。从当年3月选址到7月T-7首次点火,前后只用了四个月时间。

  在603基地建设的同时,设计院加快了T-7的研制步伐,同时改造了江湾机场的发动机试车台。1960年4月2日,T-7发动机推力室首次进行热试车成功。4月18日,再次进行热试车,聂荣臻、张劲夫、武衡、杜润生、钱学森和刘述周等领导亲临现场视察。热试车再次获得圆满成功。

  1960年6月底, T-7运到603发射场,7月1日首次发射,由于发动机推力室在启动时管路爆裂,发射失败。经过采取措施改进,9月13日再次组织发射,T-7火箭直刺蓝天,飞行高度为19公里,箭头回收成功。到1963年,T-7除第一次发射失败外,其余 10次发射均获成功,T-7火箭设计定型。T-7火箭的研制成功揭开了我国火箭探空活动的序幕,成为我国空间科学技术发展史上的第一个重要成果。

  1963年底,国防科委要求T-7能携带40公斤有效载荷上升到60公里以上,最好为80-100公里高度,以探测60公里上下的气象参数;箭头和箭体分别可安全回收,以便重复使用。新火箭由王希季领衔试制,被命名为T-7A。研制人员首次采用铝蜂窝结构尾翼,减轻了主火箭的结构重量,增大了助推器和主发动机的能量,提高了发动机的性能,使T-7A性能有了显著提高。1963年12月22日,T-7A首次发射成功,飞行高度达到125公里,为当时国内飞行高度最高的火箭。

  T-7A火箭最初是作为气象火箭研制的,后来发展成为空间技术试验火箭,到1969年止,共进行了23次发射试验,除两次因发动机故障未达到预定高度外,其余的飞行试验都达到了预期的目的。

  开展搭载动物回收试验

  1961年4月12日,苏联第一位航天员加加林乘坐东方一号飞船首次飞天成功。这一消息给设计院的科技人员以极大鼓舞,于是他们大胆提出了利用探空火箭开展小动物发射和回收试验,这一设想得到了中科院领导的大力支持。说干就干,他们对T—7火箭进行了必要改进。该火箭头部是回收舱,包括密封生物舱、供气系统、摄影系统、心电遥测系统和回收系统。试验的目的主要是研究高空环境对生物的影响,考验密封生物舱、供气系统、摄影系统、心电遥测系统的可靠性。进行生物试验的动物有小白鼠,以及装入试管内的果蝇、酶、菌类等及其他生物制品,发射高度在70—80公里之间。发射活动共进行了3次,并用高速摄像机拍摄下了那些小动物在高空从超重到失重状态下的图片。结果,那些小动物都安全地活着回到地面。

  接下来进行的是小狗飞行试验,上天的小狗要经过严格遴选,除了身体健康、反应灵敏、性格温和、善解人意外,其体重要求在6公斤左右。当时从30多只小狗中选出了小公狗“小豹”和小母狗“珊珊”。他们还对两只上天小狗进行了强化训练,如将小狗放到冰箱里进行低温训练,放到振动器上进行振动训练,甚至将小狗装进铁桶内,用高速离心机旋转进行离心训练等,使得小狗的心理素质和身体素质得到明显增强。上天之前,还在小狗体内植入记录血压和心电的有关器件,用于记录和测试小狗在主动段、失重段和返回段时的心率、血压、心电和呼吸四大生理指标。这些数据对日后的载人航天有着重要参考价值。

  1966年7月,探空火箭搭载小狗飞天回收成功。当搜索队员迅速将它们从返回舱内解救出来时,天外归来的小狗依然活蹦乱跳。试验队员将它们高高举起,欢呼中国历史上首次狗类动物飞天试验的成功。这两只天外归来的小狗一下子成了“动物明星”,曾被专程护送到北京,在著名生物学家贝时璋的陪同下,受到中科院院长郭沫若和党组书记张劲夫的“亲切接见”。