“兩彈一星”孕育出的長征火箭_風聞
太空精酿-航天学博士-2020-05-28 16:26
世界上航天運載火箭的種類和命名方式繁多,各航天大國都有自己中流砥柱的火箭家族。例如蘇聯/俄羅斯大名鼎鼎的聯盟火箭家族,已經發射了約2000次,當之無愧的世界火箭之王。美國的宇宙神和德爾塔系列,憑藉超高成功率(聯合發射聯盟成立後100%成功)和可執行任務種類繁多特點,成為NASA各知名且昂貴任務的載具。歐洲的阿麗亞娜火箭系列,不僅扛起了歐洲航天,也一直是國際商業發射市場上的有力競爭者。
對於中國而言,我們的核心火箭家族則是長征系列,從它的名字就可以看出它的定位。長征火箭的名字來自毛澤東著名的《七律·長征》一詩,寫於1935年10月,當時紅軍正處在生死存亡的關鍵時刻,中央剛從一片混沌的環境中看到了陝甘寧邊區這片曙光,並最終確定為長征目的地。毛澤東因而詩興大發,創作了一系列佳作。該詩描述了長征期間紅軍不畏艱難、勇往直前的精神,最著名的一句是開頭“紅軍不怕遠征難,萬水千山只等閒”,用來描述中國火箭、甚至整個中國航天,都再恰當不過。

《七律·長征》(圖源:百度百科)
目前,長征系列火箭是我國航天技術發展的絕對主力支撐,按照航天科技集團統計的數據,長征火箭承擔了我國96.4%的發射任務,發射航天器總質量佔中國發射總質量的99.2%。從1970年長征一號成功首飛,到今天現役的長征二號、三號、四號、五號、六號、七號、十一號幾大系列幾十個型號,此外還有數個新型號,以及長征八號、九號系列等處於論證預研中。長征火箭家族真正扛起來整個中國航天。
就像長征經歷了一波三折,長征火箭的起步也異常艱辛。新中國剛從抗日戰爭和解放戰爭的深淵中爬出後,很快又被迫捲入抗美援朝戰爭,隨後又是充滿不確定性的東西方對峙和冷戰,可謂內外交困。在這種時刻,中國亟需握緊自己的拳頭自衞,這個重拳就是後來的“兩彈一星”計劃:原子彈、導彈和衞星。

“兩彈一星”元勳圖錄
在強烈的民族使命感引領下,中國很快聚集了以23位“兩彈一星”元勳引領的國士們。23位元勳中,其中有21位都有留學經歷,16位是博士,最終學歷大都是國外頂級院校研究所。在1950那個年代,從航空航天、核物理、高新材料、力學等專業優秀畢業,世界頂級學校和頂級專業,他們本身已經是世界頂級的人才,在全世界都極其搶手。

“兩彈一星”元勳的學歷放到今天依然無比耀眼(圖源:維基)
例如,中國歷史上唯一一位享受中國科技領域最高級別榮譽稱號“國家傑出貢獻科學家”的錢學森也身處其中,他在1938-1947年發表了幾十篇在該領域內舉足輕重的文章,可以説有劃時代的意義,他在超高速空氣動力學方向和他導師馮·卡門共同是開山立派級的存在,參與了美國一系列風洞的論證和建設。他也是噴氣推進實驗室(NASA的絕對核心)四位核心創始人之一、麻省理工學院正教授、加州理工大學正教授、V2火箭及其總師馮·布勞恩審問組主力成員、美國空軍顧問/上校,隨便一個都是了不起的成就。他當時在國際上的地位,相信很多人都已經瞭解。

“國士無雙”錢學森
經過舉國之力的投入和一大批科技工作者的忘我奮戰。1960年11月5日,中國仿製的第一枚導彈發射成功,中國突破“第一彈”;1964年10月16日15時中國第一顆原子彈爆炸成功,中國突破“第二彈”。此時,還剩下“一星”。但毫無疑問,解決“一星”的關鍵在於如何克服地球重力和空氣的阻礙,核心變成如何擁有一枚航天運載火箭。
事實上,冷戰之後東西方陣營的運載火箭思路都高度一致,甚至基本同源:由遠程/洲際導彈改型為運載火箭,而前者則源於納粹德國戰敗後的V2火箭技術。蘇聯拿走了大量的圖紙、技術資料和生產設備,美國拿走了大量半成品和大量人才,雙方都在V2火箭技術的基礎上,擁有了各自的最初導彈型號,進而改造成運載火箭。
中國的思路亦是如此。由於已經突破了導彈技術,可以藉由已經成熟的東風二號、三號中遠程導彈經驗,尤其是東風四號遠程彈道導彈技術進行改進。經過了數年艱苦攻關,長征一號火箭逐漸成熟,終於在1970年4月24日完成了我國航天的首次發射,將東方紅一號衞星送入太空,《東方紅》的樂曲響徹太空。這一天,因而成為我國的航天日,它也標誌着“兩彈一星”計劃圓滿成功。

長征一號火箭發射(圖源:航天科技集團)
東方紅一號的軌道是一個大橢圓軌道,由於軌道特點,它所受到的太空攝動力環境並沒有大幅度降低它的軌道。因而,直到進入太空50年後,東方紅一號依然在太空中飛行,雖然它已不再工作,但它也成為中華民族航天探索史上的不朽豐碑。

東方紅一號衞星(圖源:國防科工委)
長征一號完美完成了歷史賦予它的使命,實現了中國航天從0到1的歷史性突破,但它也有一些重大不足,其中最重要的就是運力。長征一號運力僅為(近地軌道)300千克左右,能執行東方紅一號、實踐一號這種小型任務,但遠遠不足以完成複雜的航天任務。它的主要推進劑為偏二甲肼和硝酸-27S,發展潛力較低,長征一號的擴展空間並不大。此時,以東風五號為標誌洲際彈道導彈技術愈發成熟,我國也有技術基礎進行更多級數、更大質量、更強運載能力的火箭研發能力。在這種背景下,長征一號被雪藏,事後提出的幾次改進方案也並未深入,長征一號成為歷史。接力棒開始傳給後輩長征二號、三號、四號等新的系列。
時至今日,依然可以感受到60多年前這些“兩彈一星”元勳的人格魅力。或許從另一個角度更能凸顯他們的偉大。當時的中國在科研領域是標準的一窮二白,科研工作者的待遇遠沒有大家想象的高,于敏參與原子彈項目,領了5塊錢獎金;又攻克了氫彈,也僅是另外5塊錢獎金。此外,這些頂級學術巨擘一旦選擇回國,基本意味着學術生涯的結束,新中國根本不可能有條件支持他們繼續做出世界級的科研成果,只有工程實踐上一個又一個從0到1的需求。而且條件是,篳路藍縷,以啓山林。
有時候我們會感嘆大自然美麗的風景,有些風景的存在就像是鬼斧神工、天工造物一般不可思議。人類的精神世界亦是如此,的確有一些人的精神世界,偉大到讓人覺得不可思議的地步。
向他們致敬!
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(本文是航天系列科普24講第7篇,全部文章將在一年內更新完畢,敬請期待!)