科工力量:中國鑄劍人——核技術的突破與發展
【文/青嵐】
馬克思在《共產黨宣言》中,對第一次工業革命做了這樣的總結:“資產階級在它的不到一百年的階級統治中所創造的生產力,比過去一切世代創造的全部生產力還要多,還要大。自然力的征服,機器的採用,化學在工業和農業中的應用,輪船的行駛,鐵路的通行,電報的使用,整個整個大陸的開墾,河川的通航,彷彿用法術從地下呼喚出來的大量人口。”
那麼,落後國家又該如何啓動並推進工業化進程,最終達成變富變強的目標?
自重商主義先驅、法王路易十四時代的財政部長科爾貝以來,這一帶有巨大現實價值的問題,已經吸引了無數仁人志士思索與實踐,諾貝爾經濟學獎得主羅伯特·盧卡斯甚至有云:“一旦你開始思考(經濟)增長,便再也無暇顧及其他問題”。
中國,是人類工業化歷程的最新典範。
2011年,中國工業總產值首次超越美國,登頂全球第一,十年後的2020年,中國工業總產值已經達到了美國的1.6倍,其中製造業產值是美國的1.7倍。
每一場震撼人心的工業化奇蹟,都會催生出經濟理論的迴響,二戰前以蘇德為代表的“第一波”後發趕超,奠定了現代發展經濟學的初步研究範式與核心論題,二戰後以日韓為代表的“第二波”東亞案例,則形成了出口導向和官產學協同等重要理論總結。

廣東提倡深化工業互聯網發展應用,扶持企業轉型。圖為工人在內地一家照明企業生產車間工作(圖源:新華社)
而中國的工業化,以其超大規模、特殊環境與綿長後勁,足以被獨立劃分為後發趕超的“第三波”,為經濟理論的刷新,提供了豐富材料。正如科學史研究者托馬斯·庫恩所言,一旦某類活動找到了一種致勝的模式,即一種實;現可預測、可累積的進步的方法,它就達到了“範式”的狀態。中國後發趕超工業化的巨大成就,同樣在呼喚着對中國發展特有“範式”的刻畫和詮釋。
中國工業化的推進,匯聚了全政府乃至全社會的合力,涵蓋財政金融、城鄉結構、行政體制乃至外交戰略等眾多維度的中國工業化“大戰略”(Grand Strategy),已經超出了本書的研究範圍,本書所聚焦的,是作為大戰略核心構成部分的技術進步“中戰略”, 探究該維度下“中國做對了什麼”這一核心問題的答案。
落後經濟體的趕超進程,相當程度上等同於新技術知識的產生及其擴散過程,技術進步,構成經濟增長的核心動力,經濟增長,從而可被,也應被視為一個經濟體汲取先進知識、增厚其社會肌體中知識存量的結果。
熊彼特曾用“創造性破壞”一詞,揭示了工業文明的這一演化動力,“啓動並保持資本主義引擎運轉的根本動力來自於企業創造的新消費品、新的生產或運輸方式、新市場、新的產業組織形式。”這一論斷清晰體現出,工業化並非靜態均衡下要素投入的簡單累加,而是一個由科技創新驅動的動態過程,工業化進程的開啓及充分展開,有賴於一個與社會、歷史條件相適應的科技發展戰略驅動。
如果以工業化進程的績效作為戰略質量的衡量指標,顯而易見,中國的技術進步戰略極為優秀,而本書的主題,正是對此一發展戰略的機理與演進加以解析。
哈佛大學教授理查德·魯梅爾特,在其戰略管理名作《好戰略、壞戰略》中,指出優秀的戰略必須具備外部環境洞察、遠大抱負、連貫性活動這三大要素,在本書涵蓋的不同工業門類案例中,明顯體現出優秀戰略的上述基本特點。
在異彩紛呈的中國工業化微觀案例中,中國核技術的發展過程,尤其值得重視與研究,除了核技術本身在科技與政治領域的特殊地位,其對於理解中國科技發展戰略,更有着關鍵性意義。
兩彈一星工程的“中國精神”
一方面,以掌握核武器為目標的兩彈一星大科學工程,是中國科技發展戰略諸多傳統特徵的源頭。
另一方面,改革開放後民用核技術的迎頭趕上,又集中體現了這一戰略傳統成型後,對於中國工業化進程的重大價值。
兩彈一星工程的主要技術成果、大體時間進度及先進人物事蹟,通過數十年來的宣傳,已近乎於一種關於中國現代史的大眾“通識”,因而並非本節內容的重點,更令作者感興趣的,則是歷經時間沉澱,這一大科學工程在思維、觀念、方法、文化等諸多內涵上對中國科技發展戰略傳統的形塑。
如果説官產學三位一體,是後發趕超“第二波”,即日韓科技發展戰略的主要特點,並形成了如日本通商產業省、韓國經濟企劃院等技術官僚主導的發展戰略“總參謀部”,那麼中國工業化的“第三波”,在早期科學與產業基礎極度薄弱、與西方技術貿易也極為受限的情況下,則首先呈現出官產學共同體中“官”這一支柱的極大強化,強烈的趕超意志,直接來自於勢能更高的政治層面,而非技術官僚們所處的行政層面。
1955年1月15日,專門研究發展原子能的中央書記處擴大會議上,新中國第一代領導集體做出了戰略決斷,領導人強調:“出兵朝鮮我想了三天,要不要搞原子彈我想了三年,結論是兩句話,一,原子彈一定要搞;二,既然要搞,那就早搞。我們國家發現了鈾礦,也訓練了一些人,現在是時候了,該抓了。只要排上日程,認真抓一下一定可以搞起來!”
好的戰略,當然不只是設定一種抱負或願景,更必須包含合理可行、連貫推進的行動方案。 為了貫徹戰略決斷,保障兩彈一星大科學工程實施,出現了中央專委(專門委員會)這一計劃管理的常設機構,由國務院總理親自抓總,確保人財物等一切資源的集中。

兩彈一星工程中形成的這種高層級、強力度、長期延續的戰略意志,是中國科技發展戰略的首要特色,其影響與效能,至今未衰。
國民黨政權遷台後的核武開發嘗試,是一個兩彈一星工程的“完美”反面典型。
1965年8月,宋美齡開始了對美國長達14個月的訪問,此次訪問的重要內容,就是遊説美方對大陸核工業基地進行外科手術打擊,宋美齡甚至提出“借師助剿”,租借美方轟炸機,由國軍飛行員駕駛,執行對大陸西北地區核設施的大規模空襲,以打消美方親自下場的顧慮。
對這個瘋狂的提議,即便以超級鷹派著稱的國務卿臘斯克也表示了禮貌的回絕。
自恃“自由世界”中流砥柱的蔣介石當局,轉而開始了自行開發核導的努力,美國對此曾一度持曖昧態度,比照南非、以色列等白人政權“自己人”的待遇睜一隻眼閉一隻眼,到1975年9月,台灣中山研究院完成了原子彈理論模型設計,根據中情局評估,距離製造出實彈已經只有三四年時間。
然而隨着其後大陸與美國關係正常化的發展,台灣的“利用價值”驟降,發展核武器的“優待”自然也很快消失了,1977年4月,卡特政府對台當局下達了《六點要求》,指令其終止與民用核能研究無關的開發活動,停止重水堆運轉,並在關鍵設施安裝美方人員直接掌握的監控設備,台灣方面的第一次核武研發闖關失敗。
1982年8月17日,中美《八一七公報》發表當天,蔣經國任命台軍“參謀總長”郝伯村兼任中山科學院院長,在美方高技術武器可能“斷供”的形勢下,加速自主研發,核武器研製也悄然重啓,郝伯村提出,核計劃的發展目標是衝刺到核門檻的最後階段,以備日後一旦有需要,能夠在三到六個月內製造出實戰化核彈。
在中斷五年後,台灣方面再一次開始核武開發的闖關,除了中山科學院核能研究所原班人馬外,還與在美國的一位C姓華裔教授搭上了線,利用其人脈在加州理工大學的超級計算機上進行核爆理論試算,大大加快的研究進度。
1985年,中山科學院在九鵬基地完成首次代用材料爆轟試驗,1987年,以鈈239為材料的900公斤級核航彈完成詳細設計,截至1988年,台灣方面已經掌握了五十多公斤武器級鈈庫存,根據美方事後邀請其項目參與人員所作的對比評估,台核彈研發進度已經顯著領先於當時“調門”最高的伊拉克。
就在萬事俱備,只欠臨門一腳的時刻,“美國友人”又一次出手了,1988年1月,中山科學院核能研究所副所長張憲義上校突然失蹤,直到幾日後“美國在台協會”代表上門問罪,台灣方面才知道,張憲義已經使用CIA提供的假護照出逃美國,並將台核武計劃機密和盤托出。
這一次,美方對踩到“紅線”的台灣釜底抽薪,拿出了一份“毫無談判餘地”的協議,直接要求拆除重水反應堆,剝離了其核材料生產能力,並勒令台方交出相關研究資料,對張憲義事件的進一步調查也被叫停,顯然美方不希望其他佈置的“線人”暴露。
無論得意時作棋子,還是失意時成棄子,依附於美國的本質決定了台灣追求“戰略自主”是不切實際的幻想,對於過河卒子不符合自身意圖的亂動,特別是在核武器這一戰略領域的自作主張,美國的出手並不會比對敵人温柔多少。

被狠狠敲打的台灣方面,只能發揚“我待美國如初戀”的樂觀精神,端正態度,自我消化,正如台灣核武計劃另一位深喉賀立維所感嘆的:“我們靠美國的日子還長得很”。
海峽兩岸軍用核技術迥異的發展,凸顯出戰略意志的重要性。
戰略意志為什麼重要?原因並不難理解:後發趕超的戰略實施過程中,外部環境有很大不確定性,這種不確定性既來自於經濟層面,如中心經濟體資本、市場與技術的開放度,也來自於政治層面上的外部遏制與干預, “第二波”工業化的優等生—日本,正是由於無法抵禦美國在貿易摩擦中施加的巨大壓力,無法繼續堅持其選擇發展道路的獨立性,政治層面“戰敗”,結束了技術官僚的發揮空間。
兩彈一星工程實施中,還形成了這樣幾個鮮明的特徵,也深刻影響了中國科技發展的戰略傳統:
任務牽引,基於現實的工程應用要求,自頂而下拆解總體目標,落實為工程各環節各條線的詳細任務,賦予學術與工業界明確的方向感,這一思維方法,即其後《1956-1967年科學技術發展遠景規劃》所提煉的“以任務帶學科”原則。
精益管理,工程應用的目標進行精心權衡,先解決有無問題,即實現從0到1的突破,在隨後的技術深化過程中,則強調廣泛預研、充分試驗後的躍進,每一次任務邁上一個清晰的技術台階,正是這樣的指導思維,使中國得以用“五常”中最少的核試驗次數,實現基本同等的技術能力。
拿來主義,面對一個新領域缺少技術知識,甚至不知道自己缺少什麼的窘境,積極引進外部世界資源,在突破核技術的案例中,除了早期通過《國防新技術協定》等合作框架,從蘇聯獲取援助、派遣留學生以外,在中蘇決裂後的60年代中期,中方還抓住中法建交等有利時機,從歐洲進口了一批精密加工設備和儀器、材料。
以我為主,相較直接進口先進成品,更青睞引進設計生產知識與訣竅(Know-how),哪怕為此付出任務進度適當拉長、成本適當抬高的代價,體現出對國內消化吸收的極端重視,通過與佈局完善的國內學術、工業體系對接,使相關主體在學習的過程中,逐漸形成自主研發的初步能力,並通過任務牽引加以驗證。
精神動員,將科研生產活動與家國情懷進行強有力的情感連結,為官產學共同體注入超乎經濟理性的凝聚力與鼓動力,“兩彈一星精神”即為典型,在價值判斷和審美層面,錨定了學術與工業界的文化基因,這一看似不可量化的精神因素,卻往往能通過對微觀個體,尤其是其中技術領袖潛移默化的影響,有效提高資金、技術等資源投入的效益,對後發國家工業化具有重大價值,核工業系統泰斗彭士祿即為典型。
由兩彈一星工程所形塑的中國科技發展傳統,其後有力反哺了民用核技術的發展,也使之成為“中國製造”在新世紀迎頭趕上的代表性案例。
中國核工業人的“二次創業”
1970年2月8日,在聽取了上海市用電嚴重短缺的彙報後,周恩來總理親自批示:“從長遠看,要解決上海和華東地區的用電問題,要靠核電。”中國民用核能發展從此起步,根據總理批示日期,核電站項目被定名為728工程。
728工程的壓水堆方案,與軍用核技術有直接承襲關係,可以説,正是軍用核動力堆在這一階段的突破,為728工程提供了實施基礎,故此,我們有必要對第一代軍用核動力堆的發展做出適當梳理。
1958年6月,蘇聯援建的試驗重水反應堆和迴旋加速器(一堆一器)在北京401所試運行成功,標誌着中國核工業科研生產體系初步成型,核技術的國防應用,也緊鑼密鼓地被提上議事日程。
6月21日的軍委擴大會議上,最高領導人做了一錘定音的決斷“原子彈就是這麼大的東西,沒有那東西,有人就説你不算數。那麼好吧,我們就搞一點吧。搞一點原子彈、氫彈、洲際導彈,我看有十年功夫完全可能…一年不是抓一次,也不是抓兩次,也不是抓四次,而是抓他七八次。”
6月27日,尖端國防科研的實際主管者聶榮臻元帥,向中央提交了《關於開展研製導彈原子潛艇的報告》,提出“本着自力更生的方針,擬首先自行設計和試製能夠發射導彈的原子潛艇,待初步取得一些經驗以後,再考慮原子飛機和原子火箭等問題。初步安排如下:一、以xx型潛艇的資料為基礎,先設計試製xx噸的原子潛艇,接着再設計xx噸的,前者爭取在1961年10月1日前下水”。
1958年7月,代號09的核潛艇工程正式啓動,其中最核心的系統,無疑是核動力反應堆。
1961年底,09工程原本規劃的核潛艇下水時點,項目本身由於經濟和外交形勢陷入困境,在資源緊張的情況下,二機部不得不將核武器研製列為“一線”任務力保,而包括核潛艇在內的其他工作列為“二線”任務,進度大為放緩,1963年正式明確“下馬”。
不過在核潛艇工程暫時停頓的日子裏,中央專委繼續批准保留了一支50多人的科研隊伍(715所),繼續從事核動力裝置和潛艇總體等關鍵項目預研,彭湃烈士之子彭士祿,正是這支隊伍的技術負責人。
在彭士祿以身作則的模範領導下,這羣來自不同工業部門,平均年齡不到30歲的年輕人,以“屁股要圓、腦袋要尖”的精神,坐定冷板凳,苦練基本功,真正形成了一支有凝聚力和戰鬥力的隊伍,也成為未來中國核動力研究的“黃埔軍校”, 紮實走通了“引進-消化-創新”的學習曲線。
中國核動力研究設計院原總工程師黃士鑑,曾這樣回憶當年715所的氛圍:“我這輩子感到那段時間真是過得非常有意義。我們當時都是年輕人,精神狀態非常好…彭士祿的威信是這時建立起來的,包括他後來領着我們來四川,在陸上模擬堆建造過程中的決斷力。大家都服他!”
1965年,隨着國民經濟好轉和兩彈工程突破,核潛艇這一戰略武器平台再度“上馬”,中央專委明確了兩步走的工程實施戰略,第一步先攻克核動力難關,造出攻擊型核潛艇;第二步再突破導彈應用於潛艇水下發射的難關,造出導彈核潛艇。
業已準備充分的軍用核動力科研隊伍,獲得了自主創新的施展空間。
在彭士祿這位技術會戰“帥才”的帶領下,715所選定四川省夾江縣,建設一座和艇用壓水堆性能一致的陸上模式堆(196堆)進行測試,這個代號909的潛艇核動力研究設計基地,就是日後大名鼎鼎的中國核動力研究設計院。
1970年8月30日,在彭士祿等909基地科研人員的見證下,196堆啓堆試驗達到額定功率,主汽輪機超過原定設計指標,中國核動力發展自此進入了新的歷史篇章。
728工程的30萬千瓦壓水堆技術方案,直接脱胎於為核潛艇配套的第一代動力裝置,在上海組建成立的項目設計單位—上海核工程研究設計院(728院),相當比例技術人員也來自於909基地。
1971年10月,二機部部長劉偉一紙急電,把核反應堆設計專家歐陽予召回北京,向其傳達了新的任務:中央決定在上海附近建立一座核電站,要求二機部支援一名總工程師。
而正賦閒下鄉勞動的歐陽予,是當時最合適的人選。
抗戰烽火中入學武漢大學電機系的歐陽予,在學校就加入了中共地下黨組織,1953年被派往蘇聯莫斯科動力學院深造發電機工程,1955年中央發展核工業的戰略決策下達後,歐陽予又奉命臨時調整學術方向,兼學核技術,並在蘇聯原子能研究設計院等單位考察工作過半年時間,回國後歷任北京核工程研究設計院總工程師等重要職務,是我國第一座軍用核材料生產堆的總設計師。
臨危受命的歐陽予,從此一頭扎進了民用核能領域。
在歐陽予的傑出領導下,上海核電站研發從天馬行空的概念論證,轉變成了腳踏實地的技術工程,從熔鹽、重水等候選提案中,明確了壓水堆這一主流技術路線,並完成了核電站選址的踏勘比選工作,最終在1981年11月,歐陽予牽頭編寫的《728核電站開展工程建設的可行性報告》獲得國務院審議通過,728工程正式立項,次年,中國政府鄭重宣佈了建設秦山核電站的決定,並列為六五期間國家重點建設工程。
1983年6月1日,在驚天動地的開山整地巨響中,位於嘉興市鹽城縣秦山海岸的核電站開始了外圍工程建設,包括歐陽予在內的核工業建設者們,吃住在這片荒山野嶺搭起的臨時住宅裏,日以繼夜奮戰施工。
他們不是孤軍奮戰,除了秦山現場施工隊伍,還有分佈在全國的核工業及相關工業系統六百多家工廠、十萬名以上工人和技術人員參與了設備製造和安裝測試,全國一盤棋的大力協同,使這一超級工程逐漸從圖紙變成了現實。
1991年12月15日,中國大陸第一座核電站——30萬千瓦的秦山核電站一期正式建成,併網發電,使我國成為世界上第七個可以自主設計建造核電站的國家。

秦山核電站一期30萬千瓦機組,雖然功率等關鍵性能在建成之時已經算不上優異,但卻標誌着中國核工業人完整走完了一個民用核電站巨型工程的研製全流程,完全自主研發的秦山一期反應堆成套技術,不久就出口巴基斯坦,中巴兩國合作建設巴基斯坦恰希瑪核電站的協議,標誌着中國從此跨入核電站出口國俱樂部。
有心的讀者不難察覺,從周恩來總理的728工程批示,到秦山核電站一期併網發電,間隔長達21年。
與同樣高度複雜的核武器、核潛艇項目相比,這是一個長得異乎尋常的工程週期,以核潛艇為例,依靠陸上模式堆(196堆)提供的動力裝置性能試驗、驗證數據,核潛艇工程進展相當順利,首艇長征一號於1970年12月26日下水,次年即完成反應堆裝料與核動力裝置聯調,1974年8月1日正式服役,09工程第二步,即導彈核潛艇首艇長征六號,也於1981年建成下水,83年8月1日正式服役。實現了中央專委的既定戰略規劃,中華民族,自此擁有了自己的海基核反擊平台。
梳理秦山一期項目史,從728批示到1981年可研報告獲批,項目論證等前期準備工作歷時十一年,事實上,本書後續描述的不少尖端科技領域,在八十年代後曾不約而同出現過發展的階段性減速。
這種減速,在表象上可被歸結為這樣一些原因,如中央財力相對下降導致的投入不足、體制內外待遇落差導致的人才流失,乃至民間網絡上諸多更具民族主義色彩的激憤“陰謀論”。
真正的原因,乃是新中國在改革開放打開國門後,發展戰略本身正經歷着一場重構。
此時的日本及亞洲四小龍,正處於在社會、政治、經濟、科技發展上水乳交融的巔峯時期,顯示出後發趕超“第二波”,即出口導向戰略的強大效能,相比之下,蘇東式強調進口替代的“第一波”發展模式,曾被學術界期待能夠更有效組織科學技術創新,卻在以應用領域快速模仿見長的東亞“第二波”面前相形見絀。
對於當時的中國決策者而言,利用世界市場、拉近技術差距,這些美好願景與最終實現之間,橫亙着發展戰略上的認識落差,新中國第二代領導集體,如同今天最出色的創業者,深愔“精益創業”的智慧,微觀層面充分放權,鼓勵無數個體對自身利益最優的追求,在邊界可控的前提下,觀察總結宏觀湧現出的共性規律,扶優汰劣,並在這一過程中完成官產學共同體最重要支柱,即政治領導人與技術官僚羣體,對“第二波”後發趕超戰略的學習內化,並與“前30年”已經成型的發展戰略傳統相融合,最終形成中國特色的“第三波”發展理念。
秦山一期的發展,正是受到了這一發展戰略“再學習”階段的影響。
同一時期,核電站的用户部門—電力系統,傾向於引進法國第二代核電技術,藉助香港資金,建設大亞灣核電站,從投入產出的經濟核算來看,這無疑是遠優於全自主建設秦山核電站的方案。
在引進項目的實施上,也可謂“兵強馬壯”。由彭士祿擔任廣東大亞灣核電站籌備組總指揮,在他主持下,大亞灣項目確立了引進法國M310壓水堆的技術路線,完成了這個中外合資巨型工程主要商務談判工作,提煉總結了核電建設“資金、進度、質量”三大控制的管理方法論,形成了許多改革開放之初開歷史先河的市場經濟做法,還留下了從909基地帶來的昝雲龍等一批青年領軍人才,被評價為“在整個廣核的項目過程中功不可沒”。
某種程度上可以説,秦山一期能夠立項上馬,經濟價值是難以服眾的,更多的考慮是以這一項目維持核工業系統科研生產單位的運轉,這在八十年代基本建設、技術改造經費極度緊張的情況下,無疑是“奢侈”的目標,因而在高層批示中,也出現了“下不為例”的告誡。
改革開放後,工業界對外引進與“以我為主”之間如何平衡與銜接,此時還是一個充滿未知的課題,與當年蘇聯的援建相比,掌握先進技術的歐美發達國家企業,更赤裸裸要求着真金白銀或者市場份額作為對價,有限的資源,似乎僅能在“引進”與“自主”之間做二選一的投入。
決策層自上而下,工業系統自下而上,都在努力求索着這一課題的理想答案。
核工業系統,通過自身的巨大努力,為這一課題的解答,做出了寶貴貢獻。
針對核電領域新問題,中央適時調整了核工業部與水電部之間的權責劃分,體現出發展戰略“再學習”中快速試錯、快速調整的精益管理作風。
此次調整後,彭士祿調任核工業部總工程師,並擔當重任,負責秦山核電站二期項目的籌建工作,1989-1992年,又擔任秦山二期聯營公司首任董事長,在秦山二期項目最艱鉅、最關鍵的階段發揮了一錘定音的作用。
而秦山核電二期,在中國核工業發展史上又有着特殊重要的意義,它既是中國核電發展兩條早期脈絡:秦山一期和大亞灣項目的交匯點,也是中國核電技術實現跨越式發展的原點。

在中國民用核電站的技術進化圖譜上,秦山二期居於主幹和源頭的地位
秦山二期原計劃繼續引進國外二代核電站技術,但由於其後的風波和西方制裁,導致與日本、德國等賣方的成套引進談判無法進行下去,彭士祿果斷抓住這一時機,上書提出“以我為主,中外合作”的建設方針,即依託已經引進的廣核M310壓水堆技術作為參考,在充分消化吸收的基礎上,根據國內工業配套能力,形成自主設計的核電站方案,核島、常規島少量國內確實無法加工的器件進行中外合作,選取國外供應商配套。
彭士祿確立的這一建站方針,可以説在至暗時刻挽救了中國核工業。
八十年代軍轉民浪潮中,核工業系統長期陷於困頓,軍品任務明顯萎縮,在民用領域,也難尋用武之地,“下不為例”的秦山一期後,新核電項目在國外先進方案的擠壓下,似乎已經沒有了技術落後的國內院所“練手”機會,核二院等單位,甚至要靠給啤酒廠設計產線來維持生計,人才流失嚴重,梯隊面臨斷檔,機構積累的工程技術知識與訣竅(Know-how),不斷耗散。
發達國家的“卡脖子”,卻意外成為核工業人“二次創業”的東風。
通過彭士祿開風氣之先引進的招投標機制,他一手帶出來的子弟兵—中國核動力研究設計院(909基地),得以打破部門和地域條塊分割的體制藩籬,參與併成功中標秦山二期反應堆系統設計,由此進入了民用核電產業。
在參考百萬千瓦級M310壓水堆設計的基礎上,核動力院結合軍用動力裝置從0到1的正向研發經驗積累,對堆芯燃料組件進行了大膽修改。
對於核反應堆這樣各種器件緊密耦合的複雜裝置,堆芯組件的修改,意味着幾乎整個核島都需要針對性地重新設計適配,正是通過秦山二期反應堆(CNP600)設計的磨礪,核動力院等國內院所,完成了對法國二代壓水堆技術的透徹消化吸收,實現了跨越式的技術進步,與國外核電工業水平幾乎已沒有了“代差”。
秦山二期這一案例,對理解後發趕超的“中國範式”有重大價值,在頂層戰略之外,中國科技創新的績效,同樣依賴於產業內部微觀主體的能動性發揮。
核工業領域,原有的科研生產體系,在引進技術很可能“重起爐灶”的壓力下,為自身的生存,奮力吸收消化技術知識,主動打破原有體制藩籬,證明了自身承接技術引進並再自主創新的能力,以及這種創新主體組織能力的不可替代。
技術進步上對外引進與“以我為主”的命題,就這樣在一個個關鍵性行業的具體實踐中,沉澱出明確的協調框架、路徑與方法,形成中國科技發展戰略不可或缺的微觀組成部分,更重要的是,工業界的這種奮鬥,是對兩彈一星工程以來,前30年形成的後發趕超戰略諸多特色的繼承與發揚。
“第一波”與“第二波”發展戰略的精華元素,通過改革開放後微觀層面與宏觀層面同步發生的“尋優”過程,逐漸糅合為中國特色的“第三波”。
進入新世紀,在經濟發展的需求驅動下,中國核電站建設迎來了新一輪熱潮。
這輪空前的浪潮,又將被導入怎樣的方向?
核工業系統提出以國內已經掌握的百萬千瓦級二代壓水堆技術為基礎,引入新的核安全系統設計,小步快跑升級到第三代核電技術。
基建計劃部門則提出,成套引進美國西屋公司AP1000方案,一步到位跨越到第三代核電技術。
擁有更大政策話語權的“引進派”在激烈的辯論中最終勝出。
2006年12月,中美簽署《關於在中國合作建設先進壓水堆核電項目及相關技術轉讓的諒解備忘錄》,約定中方在取得AP1000相關技術後,改進開發的更大功率堆型,可以作為中方知識產權對外出口。
“美國高科技”的光輝形象,是AP1000能夠在競爭中脱穎而出的隱秘助力,然而美國製造業的硬實力,卻已經無法匹配其深入全球公眾心智的強大軟實力。
AP1000方案的全球首個落地項目—中國三門核電站,原計劃2013年正式建成投產,然而美國廠商提供的核心部件—反應堆主泵出現明顯質量問題,導致最終併網發電推遲了五年之久,項目預算也由於拖期嚴重超支,西屋電氣在此期間,還經歷了肥皂劇般的轉賣和破產清算等大戲。
這種美國本土裝備研發項目越來越“習以為常”的鬆垮狀態,極大震撼了中國人,AP1000高枕無憂的技術路線“大一統”地位,也明顯動搖。
自主創新的第三代核電方案,迎來了轉機。
此時,核工業系統傳統雙雄:中核、中廣核集團,分別提出了ACP1000和ACPR1000+的三代核電方案,追根溯源,其都脱胎於核動力院在秦山二期完成的CNP600方案,在國家相關部門協調下,兩套方案最終融合為第三代核電的中國明星—華龍一號。

華龍一號方案,很快顯示出在技術、成本、效率上相對AP1000的優越性,不僅在國際市場上連續取得突破,甚至福建漳州核電等原定採用AP1000機組的項目,也中途轉換規劃,改建華龍一號機組。
中國核工業從秦山一期起步,經歷了引進美國、法國、俄羅斯、加拿大核電技術的“萬國牌”階段,並在這一階段完成了技術消化和產業升級,為國之重器—“華龍一號”的誕生創造了基礎,中國民用核技術,也終於實現了從跟跑到領跑“迎頭趕上”的歷史性跨越。
在“第三代核電”的戲劇性博弈中,中國核工業系統的堅忍不拔固然是核心因素,如業內泰斗彭士祿,就曾長期為第三代核電的自主創新奔走呼籲。彭士祿和李定凡等老一代核工業領導,還曾聯名上書,提出核電行業重歸“大一統”的方案,建議重新統一國內所有的核電設計、投資和建設力量,有利於發揮體制優勢,集中力量辦大事,也避免不同核電集團在海外的惡性競爭。
另一方面,不能不承認,美國核工業的“不爭氣”,也葬送了本已板上釘釘的AP1000前景,為華龍一號的崛起,讓出了空間。
從產業發展方向領軍者,到被嘲笑調侃的笑料,美國核工業的衰落,正是冷戰後美國製造業演變進程的縮影。
如果説所謂的“第三代核電”上,美國廠商還能在國際市場有所斬獲,那麼在“第四代核電”,即快中子、熔鹽等堆型的研發和工程運用上,美國企業在產業版圖上已經難尋蹤影,而在中遠期發展方向,即核聚變堆的研發上,美國同樣已經被中法等國拋在了身後。
中國的託卡馬克事業
核電技術的中遠期技術方向—聚變堆的發展史,同樣能夠展示這種戰略技術領域滄海桑田的格局變化。
二戰結束後,戰爭所催熟的種種科學技術成果,開始大規模轉化為普通人能夠享受到的新奇產品,走入美國中產階級千家萬户,如同今天“萬物互聯”願景下,學界與商界對5G\6G技術及其應用場景的熱情探索,原子能的商業應用也出現了許多“腦洞大開”的想法,從給孩子的放射能啓蒙玩具,家用放射能花肥,到無限續航里程的核動力汽車。
利用核聚變這一恆星級的能源,則是更有想象空間的方向。
1953年起,在原子能委員會第二任主席,劉易斯·斯特勞斯的熱情支持下,美國開始了代號舍伍德(sherwood)的核聚變反應堆工程研究,基於從原子彈到商用核裂變反應堆的發展經驗,斯特勞斯自信滿滿地預測,也許是明天,也許是最晚十年之後,總之到1970年代,核聚變發電站將使能源變得過於廉價,以至於失去了核算意義(too cheap to meter)。
另一位高水平的戰略家,哈德遜研究所創始人赫爾曼·卡恩則相信,可控核聚變帶來的過剩能源,將使資本主義陣營的物質生活達到極大豐富,每一個普通人都將在未來享有今天百萬富翁的生活水平,徹底“消滅”無產階級,從而使美國在與社會主義陣營的冷戰競賽中最終勝出。
舍伍德計劃明確了可控核聚變的基本方法論,即將輕元素“燃料”加熱至恆星級的超高温度和壓力並保持足夠長時間,使輕原子核之間出現足夠強度的聚變反應,以至於釋放的巨大能量可使這一過程自我維持下去,維持平衡之外的過剩能量可為人類所利用。
要實現這個看似簡單明瞭的設想,最大的難點很快浮現,那就是如何將加熱至上億攝氏度,處於等離子體狀態的“燃料”容納起來,約束在一個高壓狀態下,地球上任何材料直接接觸這一高温等離子團,都將瞬間氣化,只有基於電磁力的強磁場約束具備工程實現可能。
在舍伍德計劃中,同時鋪開了仿星器、磁鏡、箍縮等多種不同形式的磁約束技術路線研究,然而率先“突破”的卻不是美國人。
1957年8月,英國大型箍縮裝置ZETA啓動,在其後的試驗中測得大量中子,英國人據此認為該裝置內的高温等離子體已經發生了聚變反應,次年1月,這一成果被廣泛公佈,作為應對蘇聯發射衞星震撼性影響的反宣傳,被鼓吹為邁向無限能源的第一步,西方陣營在和平利用原子能上的領導力體現,不過僅僅四個月後,這一結果就被證實是高能等離子體不穩定運動所致,與核聚變無關。
ZETA醜聞對Z箍縮這一當時最主流技術路線聲望的打擊,以及同時期核聚變研究的熱心倡導者,劉易斯·斯特勞斯卸任原子能委員會主席,使第一次可控核聚變研究的熱潮悄然終結。
直至60年代末期,蘇聯長期獨自堅持的託卡馬克(Tokamak)磁約束技術路線對外公開了驚人的等離子體約束性能,並得到了英國研究團隊的確認,為實現輕元素聚變的“點火”條件打開了新的想象空間,也因此掀起了第二波世界性的核聚變研發熱潮,當時的美國科學界樂觀地判斷,基於託卡馬克路線的核聚變反應堆將有望在1980年代中期開始發電。
蘇聯人實現了原理驗證的託卡馬克,技術的大規模深化卻是在美國完成的,這一耐人尋味的事實,凸顯出此時美國工業界的創新活力。
1978年,中國托克馬克技術先驅,與陳景潤等人一道被特批晉升正教授的青年才俊陳春先,啓程赴美考察可控核聚變技術發展情況,訪問美國期間,他被現代產業與前沿科學的緊密互動所深深震撼,託卡馬克這一技術路線一旦方向明朗,美國人便能夠依靠齊全而雄厚的產業體系和高效的市場化資源配置,“一哄而上”,快速集成出大大小小一百多套託卡馬克裝置,遍地開花,迅速趕超了蘇聯水平。
陳春先從此成為了創新成果孵化“硅谷”模式的熱心踐行者,被譽為中關村下海第一人,1980年12月,陳春先拉着物理所的10多位學術骨幹一起成立了“北京等離子體學會先進技術發展服務部”,這實際上是中關村第一家民營科技公司,陳春先的事蹟被正面報道後,激勵了一位名叫柳傳志的中科院技術員下海創業,此為後話。
在兩大陣營你追我趕的同時,中國的核聚變研究還在艱難地起步階段徘徊。
1955年10月8日,被軟禁5年之久的錢學森一家通過深圳羅湖橋口岸,終於回到新中國,與他同行的還有李整武、孫湘這對博士夫婦以及他們剛剛滿月的孩子。
李整武先生(因檔案登記筆誤,後改名李正武)回國後,很快提出了開展“可控熱核反應”,也就是可控核聚變研究的倡議,在不久後公佈的《1956-1967年科學技術發展遠景規劃》中,正式列入了“進行有關熱核反應控制的研究”這一內容,不過優先級還無法與核武器研究相提並論,並未馬上開展實質性研究。

李正武(資料圖)
1957年末58年初星際航行(蘇聯衞星發射)與受控核聚變(英國ZETA裝置)接踵而至的突破性進展及其地緣政治影響,刺激了中國科技與工業領域的“大躍進”熱情,已經開展的科研項目指標越提越高,諸多還未開展研究的空白領域也順勢起步,1958年5月,中科院物理研究所內組建了第一室103組,由李正武夫人孫湘先生牽頭,正式開始了中國可控核聚變的研究工作,中科院當年的《工作躍進計劃》中明確提出,“要在1961年內利用高電流脈衝放電的方法,製造出攝氏500萬度以上的高温”,這一指標顯然是意圖追趕上當時最先進的ZETA裝置性能,同年10月,103組研究團隊使用小型脈衝放電裝置製造出的高温等離子體作為中科院國慶獻禮重點成果之一,得到人民日報報道,被譽為“人造小太陽”。
除了中科院,在“大家來辦原子能科學”的大躍進激情下,當時的國內核技術研究另一重鎮、二機部原子能所也組建了第14研究室,開展可控核聚變研究工作,不僅如此,原子能所所長錢三強先生甚至倡議;“各省市都搞一個反應堆和一個加速器“,1958年11月 ,黑龍江省原子核物理研究所正式成立,依託哈爾濱地區良好的工業和院校環境,很快也開展起核聚變研究。
進入1959年,可控核聚變的研究被進一步提速,以中科院物理所為例,該所將人工控制熱核反應列為重點項目,計劃“四年內達到實現人工控制熱核反應,建立一種可控制熱核反應方案”,根據當時物理所制定的可控核聚變研究八年規劃,最終目標是到1967年前後,將實現核聚變反應堆發電,且發電成本要低於水電站,這一目標甚至超過了當時最樂觀的美國科研規劃進度。
脱離實際的規劃在三年困難時期理所當然地遭受挫折,幾家研究單位規劃的大型裝置很難得到經費支持,骨幹人員如孫湘、王承書等學者也被調入兩彈研製任務,可控核聚變研究實質進入了停頓狀態,在這一階段,“調整、鞏固、充實、提高”的八字方針是主基調,1963年,整合了黑龍江原子核物理研究所等地方單位的東北技術物理研究所,被進一步劃歸二機部管理,中科院物理所核聚變研究組也正式撤銷,1965年,在三線建設的形勢下,二機部進一步將原黑龍江所與原子能所第14研究室的可控核聚變科研力量整合,在四川樂山籌建二機部585研究所(即日後的核工業西南物理研究院),成為中國可控核聚變研究的“國家隊”。
在理順了隊伍之後,中國可控核聚變研究重新出發。
1966年4月,國家科委在哈爾濱召開了可控核聚變為主題的“第三次全國電工會議”,同意中科院物理所恢復核聚變研究,並明確了技術路線的分工,科研力量更強的二機部585所主攻當時最有前景的磁鏡方向,中科院則承擔箍縮類裝置的開發。
1969年,負責585所籌建的李正武先生帶領原14室全體人員南下,與前期抵達的原東北所職工會合,585所正式進入工作狀態,孫湘先生也回到了李正武身邊,這對博士伉儷從此心無旁騖地投身到了中國可控核聚變事業之中。
585所初期的科研重點放在了代號303工程的超導磁鏡上,以今天的眼光來審視,這是一個相當有遠見的研究思路,目前有數傢俬營企業也正在試圖從這一方向突破小型核聚變堆,不過在當時,低温超導這一關鍵技術還遠未成熟,嚴重拖累了303工程進展,同一時期,中科院的箍縮裝置儘管率先實現了高温等離子體聚變中子的放出,但箍縮這一技術方向的未來前景更為渺茫。
託卡馬克衝擊波出現後,對於這一革命性的技術突破,國內的反應應該説相當敏鋭。
1970年,中科院物理所當時的青年天才陳春先,率先提出了與中科院電工所正在開發的大型儲能裝置結合,建設“強磁場環形熱核反應實驗裝置”(即託卡馬克裝置)的設想,在這位極具傳奇色彩的人物多方奔走活動下,1972年10月4日,相關設想得到了周恩來總理的批示,總理指出受控熱核反應研究應當“兩條腿走路,百家爭鳴”。

藉助這股東風,1973年1月,中科院在合肥建立了受控熱核反應研究實驗站,1977年,代號八號工程的中大型託卡馬克實驗裝置獲批立項,定點合肥,中國科學院隨後正式組建了等離子體物理研究所作為業主單位,中國可控核聚變研究四川、安徽雙中心的格局初步成型。
也是在這一時期,作為老大哥的585所經過全所大討論,毅然決定放棄已經投入多年的磁鏡和仿星器技術路線,將科研重點放在託卡馬克(當時稱為‘環流器’)裝置上,1973年,在李正武、孫湘夫婦的奔走努力下,代號451工程(二機部‘四五’期間第一號重點項目)的中型託卡馬克裝置正式上馬。
相比起在第二次核聚變研究熱潮中獨領風騷的美國人,中國人的眼光和嗅覺絲毫沒有落後,但薄弱的產業底子如同老邁的手腳無法配合意識,使中國託卡馬克研究在前期仍然大大落在了世界水平的後面。
1979年,中國經濟進入又一個調整階段,在"調整、改革、整頓、提高"的新八字方針指導下,中科院的中大型託卡馬克裝置“八號工程”被迫下馬,研製保障條件更好一些的585所中型環流器項目得以保留,並最終於1984年成功啓動,被命名為“中國環流器一號”。
中國環流器一號的研製成功,只能説解決了從零到一的有無問題,其性能被含蓄地界定為“在第三世界核聚變研究的裝置建造、實驗研究水平上處於領先地位”,與主流大部隊還有不小的差距。
1991年,中科院等離子體所與俄羅斯庫爾恰托夫研究所達成合作協議,引進後者研製的T-7中型超導託卡馬克裝置,並會同俄方專家進行深度改造,最終於1994年建成了我國第一個超導託卡馬克裝置HT-7,其性能再進一步,“毫無疑義地處於第三世界的領先地位,將接近國際聚變研究的前沿”,也就是説,能夠被主流學界“看得上眼”了。HT-7這一較大科研裝置的建成,也使周恩來總理當年批示的,等離子體所與核工業西南所的可控核聚變研究“兩條腿走路”格局名副其實。
中國的可控核聚變研究水平,在“兩條腿”協調地邁進中明顯加速,HT-7建成後不久,西南所與德國方面達成協議,拆運德國退役的ASDEX中型託卡馬克裝置回國,以其兩大主機部件和支撐系統為基礎,輔助系統國內配套,於2002年底完成了中國環流器第二代裝置HL-2A的建設,
在中國人一步步向上攀登的同時,美國人則如同龜兔賽跑中的那隻兔子,親手掐滅了自己在第二次核聚變研究浪潮中的勢頭。
1986年,耗費三億多美元(相當於今天的近10億美元)研製的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室巨型磁鏡實驗裝置MFTF,在建成的第二天即被通知封存棄用,上峯給出的理由是為了平衡預算,這一鬧劇折射出,可控核聚變研究在美國業已政治化的困境。
自里根以降的共和黨人,對於可能影響到油氣生意“大循環”的可控核聚變,始終報有敵視態度,即便里根發起了最初的ITER國際聚變實驗堆合作倡議,但着眼點也更多放在了粉飾形象的對外宣傳價值上,對於其經濟前景不報期待,按照美國人的測算,一個可能的核聚變發電廠,其發電成本充其量可以將將追平現有燃煤發電,並非公眾幻想中點石成金,無本萬利的生意,國內對聚變發電驗證堆的建設成本估算,也達到了約150億美元的驚人水平,超強磁場的承載材料、超高能等離子體的約束控制、聚變中子射流的防護,都還有許多技術上的不確定性。
而在環保議題上日益極化的民主黨,則將其政策主張與風電、光伏等分佈式清潔能源路線深度捆綁,顯然是由於這個圈子裏的金主更加慷慨。於是打環保牌,本應大力支持核聚變研究的民主黨陣營,反而也對可控核聚變加以妖魔化,例如公知名人傑里米·裏夫金就曾感慨,可控核聚變將是我們星球上能發生的最糟糕的事情,取之不竭的能量會帶來愚民羣氓巨大的浪費,乃至加快耗盡地球的資源。(“It’s the worst thing that could happen to our planet.”)
在這種“左右夾擊”的窘境裏,美國可控核聚變研究本就不算很高的投入一次次縮水,70年代研究熱潮中建成的大科學裝置相繼停用廢棄,學者梯隊也出現了青黃不接的現象。
而HT-7與HL-2A兩個進入國際主流水平的託卡馬克裝置,則為中國可控核聚變事業贏得了實質性躍進的“敲門磚”。
2003年,中國以“平等夥伴”身份加入了即將開始實質性工程建設的國際聚變實驗堆ITER計劃談判,2006年11月,正式簽署了ITER計劃協議書。
所謂平等夥伴,是指分擔一部分資金,享受全部的項目權益。加入ITER後,中方將能夠共享這一巨型託卡馬克裝置獲得的各種研究成果,既包括受控核聚變各類科學現象及其控制手段知識,也包括一個巨型科學裝置的項目管理規範等軟科學成果,ITER為中方所分配的設備採購包,還有力帶動起相關工業領域的產品、材料、工藝、標準進步。
2006年,中科院等離子所在合肥建設的先進實驗超導託卡馬克實驗裝置,簡稱EAST,正式投入使用,EAST較之上一代平台HT-7,綜合性能有了大福提高,從“進入國際主流水平”躍進到了“國際先進水平前列”,作為世界上性能最好的託卡馬克裝置之一,承擔起了為ITER進行先期驗證實驗的重任。
2009年,核工業西南物理研究院提出的中國環流器二號M(HL-2M)裝置也獲得批覆立項,這台級別與EAST類似的裝置,除了承擔ITER等未來巨型反應堆的預研驗證工作,更重要的用意在於消化ITER項目中得到的成果,通過走通一個同類大科學裝置從設計到建造調試的完整過程,帶動國內相關產業。
這正是經典的中國式科研方法論,本書後續將加以詳述的,集成創新“跳躍”與自主創新“下蹲”的黃金組合。
2020年12月4日,中國人自主設計建造的HL-2M裝置在成都雙流的西物院基地成功放電,標誌着中國可控核聚變技術已經邁開雙腿,穩穩站在了聚變技術的最前沿。
在HL-2M佔據着媒體聚光燈中心位置時,中國可控核聚變已經又邁出了新的步伐,2019年,十三五規劃中的十大超級科學實驗裝置之一,“聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施”(CRAFT)在合肥正式開工建設,這一研究設施將補足ITER原理驗證堆與中國核聚變發電工程驗證堆(又名CFETR)之間的最後一塊拼圖。
通過預研與試製、試驗,儲備超導磁體和偏濾器這兩大核心繫統的關鍵技術。降低未來核聚變電站的建設風險,該設施超越ITER的超強性能,還能夠帶動高能粒子與等離子體的基礎科學研究,乃至深空推進技術探索。
2030年前後,根據ITER和CRAFT所獲得的成果,中國核聚變發電工程驗證堆將正式投入運行,再經過20年左右的長期運行驗證,2050年代,中國人將很有希望率先摘取人類科學事業的一個聖盃—實現受控核聚變的實用化、馴服這一恆星級能量來源。
中國託卡馬克聚變裝置的先驅者,傳奇人物陳春先於2004年不幸病逝,他下海後的創業遠沒有達到柳傳志等中關村後輩的高度,但是可堪告慰的是,他開啓的中國託卡馬克事業,在今天已經站在了世界最前沿。
或許更有意義的是,陳春先在美國國勢巔峯期所親眼目睹,並且終其一生試圖實現的那種產業與科研、市場與行政有機結合,良性循環,生機勃勃的科技進步環境,已經在今天的中國實現了。
中美之間核工業科研、生產能力的消長變化,或許證明這樣一個道理:科學、產業、文化社會緊密耦合正向循環的“盛世”,並不屬於某種特定的意識形態或社會制度,其內在生命力,藴藏在發展戰略之中,科技發展戰略的耗散、磨損與老化,導致了產業現象層面外顯的諸多現象,而如何塑造與維護良好的發展戰略,中國後發趕超這一發生在當下的“第三波”工業化奇蹟,將為觀察者提供豐富的解析樣本。
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