固體發動機助推東方紅衛星翱翔太空

楊南生

今年4月24日，是我國第一顆人造地球衛星——東方紅一號成功發射40周年紀念日，我院研制生產的長征一號運載火箭第三級固體發動機為衛星的成功發射起到了至關重要的作用。時光飛逝，但當年研制、攻關的情景仍歷歷在目。我作為當時的技術指揮者，在這特殊紀念日到來的時刻，對當年研制、交付和發射時的情景作些回憶，以饗讀者。

固體發動機的“頭生子”

中國航天科技集團公司四院在建院初期經過多年的艱苦探索，研究成功一種聚硫橡膠復合推進劑配方，進行試驗型固體發動機研制。這種發動機直徑只有大約300毫米，研制它的目的不在于實際使用，而希冀經歷一個發動機研制全過程，積累研制經驗，探討研制規律，總結研制程序，掌握研制技術。1 965年7月到8月，通過了6發飛行試驗考核，勝利結束了該發動機的研制。

直徑300發動機是四院的“頭生子”，也是我國的第一個復合推進劑固體發動機，它標志著我國已經初步掌握了研制現代固體發動機的基本技術，具備了進一步發展的基礎。在300發動機研制成功之后，四院開展了直徑770毫米發動機研制，極力想把這個發動機用于實際使用。1 966年1月27日，航天部的前身七機部決定：發射東方紅一號衛星的火箭長征一號第三級發動機由航天四院進行研制。于是從1 966年開始展開了我國第一種可用于實際的固體發動機研制。

“干打壘”里搞設計

這個時候四院剛從四川瀘州搬遷到還在建設中的內蒙基地。當時這基地只是一片黃沙中點綴著幾處空殼廠房，再加幾棟單身宿舍樓和一個用蘆席搭建的食堂。至于生產條件，則只有一條拼湊起來的臨時裝藥生產線。內蒙基地的生活條件更是艱苦到不堪而言的地步，那幾棟單身宿舍樓成了睡覺吃飯、學習辦公、設計畫圖的“綜合樓”；有家室的人員則分散借住在基地周圍一、二十里范圍的農戶家里，這住房卻是土坯壘砌的“干打壘”；一日三餐幾乎天天是窩窩頭就土豆或圓白菜；再加上塞外的氣候，地凍天寒、飛沙走石，真夠人受的。但是這一切困難沒有嚇倒任何人，整個隊伍滿腔熱情、樂觀愉快地投入生活和工作。

發動機直徑從300毫米一下子跨到770毫米，無疑是巨大而艱難的一步；總體部門提出的總沖和質量比等技術指標，對于新生的固體發動機來說，無疑也是夠嚴峻的；加之工作環境是高空，按要求旋轉；而且要求1968年就得交付。

我們首先確立了：實事求是，立足現實，力求先進而不盲目追求先進的設計指導思想。據此確定了選擇技術和材料的原則，對于再努力一下即可拿到手的技術和材料，力爭使用；對于雖然已有進展但離成熟還較遠的技術和材料，不盲目使用。

“革命風暴”中忙攻關

設計出圖后立即投人試制。此時是1 967年，全國正漫卷“史無前例”的“一月風暴”，正常的工作環境受到影響，致使本來就夠困難的試制工作更加舉步維艱，既要克服條件差帶來的困難，求解技術難題；又要排除動亂的干擾，掃除人為障礙。在111廠和211廠協作的發動機殼體試制，因為所用鋼的硬度大、焊接性差，遇到了很大的困難。四院派往協作廠的小分隊與協作廠的工人和技術人員，付出了很大的心血，才攻克了這個難題。在攻關的過程中，他們是要冒著動亂造成的生命危險的。111廠一位老工人就是在去上班攻關的路上被派仗的子彈擊傷了腿。在工作秩序受到干擾的情況下，為了維持試制，我和機關的有關人員就搬到生產區域去，吃在那里，住在那里；汽車沒有人開了，我們就騎上自行車在各廠所站之間奔波；工作場所里常常空無一人，部“革命”去了，但是像裝藥生產這樣的事情，一旦開始了就不能斷續，必須有人在崗位上堅持，遇到這種情況，我和機關管理的同志就挨門挨戶去動員人們上崗工作。試制工作就是這樣磕磕絆絆向前推進著，但是始終沒有停滯，這是值得慶幸的。

與試制同時進行的試車條件準備，如高空模擬和旋轉試車設施的建設，提高測試精度的研究等，也是在這樣的局面下艱難地進行著，同樣是一步前進一番辛苦。

在此期間解決的一個帶根本性的技術難題是裝藥裂紋問題。我們指導藥柱設計人員引入了粘彈性理論，分析裝藥產生裂紋的內在原因，逐漸解開了這個謎，認識到復合推進劑在慢速變形下的延伸率低于某個數值時，便適應不了裝藥固化降溫過程中所產生的熱應力，就會導致裝藥產生裂紋。基于這一認識，遂對復合推進劑增加了高溫慢速拉伸下的延伸率這樣一項指標，要求它必須達到發動機所要求的水平，從而保證發動機裝藥不會產生裂紋。實踐證明，這樣做的確從根本上徹底解決了裝藥裂紋問題。

第一次試車“倒栽蔥”

真是困難壓不倒英雄漢。第一臺GF-02厚壁發動機終于在1 967年底研制出來了，基本上符合質量要求，只是有些局部脫粘現象。在管理人員、技術人員和工人師傅“三結合”攻關的努力下，摸索出一套修補脫粘的灌漿方法，問題就解決了。這時候臥式旋轉試車設施還未建成，便用簡易的立式旋轉試車臺于1 968年1月26日進行了旋轉試車。當時發動機尾部朝天豎立在立式試車臺上，它的殼體周圍捆綁著十個小火箭，用以帶動發動機旋轉；在點火指令發出后，一條光彩奪目的“火龍”沖天而上，吼聲如雷，震耳欲聾，使在場的人們振奮得歡呼雀躍；然而過了30秒，試車臺底部冒出一股白煙，接著發動機帶著一身烈火飛離了試車臺，旋而轟的一聲一頭栽在地上，在試車臺周圍竄動，足足持續了一分多鐘才安定下來。當那個燃燒著的發動機像一條真的火龍在身邊不遠處亂竄時，真是危險極了，萬幸的是有驚無險，沒有傷著一個人。

試車失敗了。大家積極、認真地進行分析，結果找出原因是因為旋轉致使發動機頭部沉積了過量的來自燃燒產生的三氧化二鋁顆粒，導致頭部殼體過熱而燒穿，燃氣遂從這穿孔處噴射出來，便把發動機推離了試車臺。隨后針對這個原因決定對殼體絕熱層的設計進行改進。

改進之后試制了兩臺發動機，分別在1 968年7月和11月，用搶修起來的立式試車臺進行了試車。7月的試車，發動機全程工作正常，時間達41.8秒，唯一遺憾的是因試車臺線路故障使發動機未能旋轉。11月的試車獲得圓滿成功。但結果分析表明，三氧化二鋁的沉積量仍然有些偏高，隱藏著一定危險性，還需要進一步改進。為了改進，推進劑研究人員突擊做了實驗，據此決定對推進劑配方加以調整，在確保穩定燃燒的前提下，適當降低鋁粉含量；同時與總體部門做了協調，把發動機旋轉速度減小。此后的多次試車結果證明，這樣的改進可使三氧化二鋁的沉積量降低到合理程度。另外，1968年，在當時的八院協助下，并使用探空火箭發射到高空，完全驗證了點火系統的高空工作可靠性。

三年拿出“真家伙”

1 969年開始發動機正樣研制。這雖然與總體部門把計劃調整為1 969年進行合練試驗的時間表是適應的，但時間仍然是十分緊迫的；而且1 969年是動亂最厲害的年月，所以這一年是我們最緊張、最艱難的一年。我們的研制隊伍迎著困難，排除干擾，在這一年里試驗了1 5臺發動機，包括在臥式旋轉架上和高空艙內的熱試車，當年9月如期給總體部部門提供了三臺發動機，參加了在北京進行的全箭聯合試車，結果表明發動機全部合格，可以完全滿足總體要求。

1 970年初，我們又進行了一臺高空模擬條件下的旋轉試車，依然獲得圓滿成功。此后即開始了交付狀態發動機的生產，完成之后便結束了該發動的研制工作。在整個研制過程中，一共進行了1 9臺試車，其中有5臺是高空模擬試車，特別是最后5臺是連續成功的。作為從直徑300毫米的試驗型小發動機一步跨越到直徑770毫米較大型實用發動機，能達到這樣高的成果，使四院研制人員受到極大的鼓舞，大大提高了人們進一步推動固體發動機發展的信心。

東方紅衛星發射在即，1 970年4月10日晚，我與錢學森、李福澤、楊國宇、任新民、戚發韌等同志一道從發射基地趕到北京，向周總理等領導同志匯報關于衛星、火箭發射前的測試與準備情況。此后，中央批準衛星發射。

1 970年4月24日，那個讓中國人自豪和振奮的日子。那一天，我率四院試驗隊在20基地參加了衛星發射，圓滿完成了發射準備工作。當長征一號火箭轟鳴著升上天，在一定的高度上，四院提交的發動機最后有力的一推，使東方紅一號衛星按照方案設計，進入軌道，環繞地球飛起來，一曲《東方紅》樂曲響徹宇宙，播撒人間，莊嚴地向世界宣告中國的太空時代揭幕了!此時萬眾翹首，歡呼雀躍。我站在寒風飛舞的沙漠中，凝目長空，心潮澎湃，從研制啟動到發射成功，僅僅只有3年時間，這樣快的研制速度，在世界航天史上，不能不說是個奇跡!我們要為祖國做出更多、更大貢獻，創造更多奇跡的誓言，油然蕩漾在心海中。