兰宁远
1970年的4月24日,中国自主研制的第一颗人造地球卫星“东方红一号”发射成功,伴随着几代人成长的《东方红》乐曲传遍世界,中国人从此打开了通向太空的大门。50年来,在迈向航天强国的征程中,“东方红一号”已不仅仅是一颗卫星的名字,它更多地凝聚着一个民族厚重的精神,承载起了一个国家的荣誉。如今,东方红一号卫星成功发射的日子,成为“中国航天日”!
外国人能干的,中国人一样能干
第二次世界大战之后,世界上很多发达国家大量地投入人力、物力进行航天领域的探索,开展了一场此起彼伏的太空竞赛。
当时的苏联领导人赫鲁晓夫从“斯普特尼克1号”卫星的成功发射中,认识到航天技术的发展对提升苏联的国际地位会起到很大的作用,而且在外交层面上,如果有了这张王牌就可以增加谈判的筹码,因此他积极地支持苏联的太空计划。1961年,加加林完成了人类的第一次太空飞行。1965年,列昂诺夫实现了人类的首次太空行走。苏联屡屡夺得太空竞赛的头筹,让美国人不甘落后。1958年,美国公布了“水星号”载人飞船计划。1961年又组织了庞大的阿波罗登月计划。1962年,约翰·H.格林乘坐“友谊7号”飞船实现了美国人的航天梦。1969年,“阿波罗号”飞船载着阿姆斯特朗和奥尔德林首次完成了神奇的月球之旅,在这场竞赛中把苏联甩在了后面。
20世纪60年代末期,美苏两国都意识到太空不应只是各自炫耀实力、增加政治资本的地方,如何开发利用太空资源、开展应用型研究,成为两国领导人和科学家们思考的问题,人类对太空的开发逐渐回到了它的本質。
我们让目光回到20世纪50年代中期的中华人民共和国。当时,朝鲜战争的硝烟还未散尽,新生的共和国百废待兴。刚刚从战火中走来的中国人从过去百年的屈辱史中深刻地体会到落后就要挨打的道理。虽然新中国的成立,结束了国内几十年的战乱,但在国际上新中国还没有相应的地位,加之美苏之间的“冷战”升级,使得新中国的最高领导人毛泽东意识到,要想拥有独立的主权,在国际事务中以一个大国的身份出现,就必须在军事发展中掌握某种决定性的力量。特别是抗美援朝战争期间,由于中国的武器不如美国,我们在战场上吃了很多亏。在这种情况下,毛泽东发出了“向科学进军”的号召,明确要以原子弹和导弹为重点,发展尖端科学技术事业,进而研制发射人造卫星,迅速赶上世界先进水平。
1955年1月15日,毛泽东在中南海的住处召集中央书记处的全体成员开了一次扩大会议,做出了一项重大决策——发展航天和原子能事业,从此拉开了火箭、导弹和人造卫星研制的序幕。
这一年,一名留学海外的中国科学家受到了毛泽东和周恩来的关注,他就是著名的空气动力学家钱学森。钱学森是近代科学巨匠、20世纪世界最杰出的航天工程专家冯·卡门的学生,空气动力学第三代世界级权威,工程控制论的创始人,是20世纪应用科学领域最为杰出的科学家之一。20世纪40年代,钱学森的著作《工程控制论》出版,标志着他在学术成就上已经与冯·卡门齐名,成为闪耀于航空航天领域的巨星之一。当时,他正和冯·卡门一起从事空气动力学、固体力学和火箭、导弹的研究。当新中国成立时,他是美国加州理工学院喷气推进中心主任、教授。
新中国的成立,让钱学森看到了民族复兴的曙光。1950年,他决定以探亲的名义回国,却遭到美国当局无理拘禁,在联邦调查局特务的监视下滞留达5年之久。直到1955年10月,在周恩来总理的亲自安排下,中国代表在中美大使级会谈中经过多次严正交涉,钱学森一家才得以安全回到祖国。44岁的钱学森从此伴随着中国的航天事业,走上了艰辛的创业之路。
也是在1955年,为培养国防科技的尖端人才而成立的哈尔滨军事工程学院初具规模。这年12月,哈尔滨军事工程学院火箭专业教授任新民、周曼殊、金家骏3人,联名给中央军委写信,提出了在中国研制导弹武器和发展导弹技术的建议。
年底,钱学森到哈尔滨军事工程学院参观时,院长陈赓握着钱学森的手问:“你看,咱们中国人搞导弹行不行?”
钱学森毫不犹豫地回答:“外国人能干的,中国人为什么不能干?难道中国人比外国人矮一截!”
钱学森的话令陈赓感到很振奋,他听后连声说:“好!我就要你这句话。”
1956年是中国航天史上一个值得永远记忆的年份。元旦那天,叶剑英请陈赓、钱学森到家里吃饭,席间又谈起导弹的问题,陈赓提议,立即去找周恩来汇报。周恩来听完后,很赞同他们的想法,对钱学森说:“你们写个报告吧。”
1月25日,毛泽东主席在最高国务会议上说:“中国人应该有一个远大的规划,要在几十年内,努力改变中国在经济上和科学文化上的落后状况,迅速达到世界上的先进水平。”他还提出一个思考已久的想法,“从现在起,我们抓紧时间,埋头苦干,争取在第三个五年计划的末期,使我国原子能、火箭等最急需的科学技术接近世界先进水平。”
按照周总理的要求,2月17日,钱学森向中央提交了他回国后的第一份建议书。这份由他亲自撰写的建议书名为《建立我国国防航空工业的意见书》,第一次系统地提出了发展我国航天技术的建议,对中国火箭和导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案。报告受到了中央的高度重视,2月22日,周总理把这份意见书呈送给了毛泽东主席。自此,中国的导弹研制工作,正式提上了议事日程。
制定这样一个严谨系统的科学规划,是新中国有史以来的第一次。
3月14日,在周恩来总理的主持下,国务院成立科学技术规划委员会,陈毅、李富春、聂荣臻等开国元勋们组织全国600多名科技人员,经过长达7个月的广泛调研、周密筹划,新中国的第一份科学技术发展规划诞生了。这份《1956~1967年12年科学技术发展远景规划纲要》,从自然条件及资源、矿冶、燃料和动力、机械制造、化学工业、土木建筑、运输和通信、新技术、国防、农业林业牧业、医药卫生、仪器计量和国家标准、若干基本理论问题与科学情报等13个方面,明确了“重点发展,迎头赶上”和“以任务带科学”的发展方针,提出了57项重大任务、616个中心问题,并综合提出原子能的和平利用、无线电电子学中的新技术、喷气技术、生产过程自动化和精密仪器等12个重点任务。其中,《纲要》的第37项《喷气与火箭技术的建立》就是在钱学森的主持下,由任新民、沈元、王弼等专家共同完成的,他们提出的目标是,在这12年内使中国的喷气和火箭技术走上独立发展的道路。
任新民和钱学森一样,也是中国航天事业的主要奠基人之一。1949年,新中国即将成立的消息传到美国。正在美国布法罗大学任教的任新民,放弃了刚刚获得一年的职位,毅然回到祖国,还参加了中国人民解放军,成为一名现役军人。很快,任新民又做出了人生中的第二次选择,由机械工程专业改为导弹研制,投身到新中国的国防科技事业当中,从此再也没有改变。
中国航天事业发展初期的主要任务是为国防建设研制各类导弹。导弹的发射、飞行过程实际上就是火箭技术的一部分,特别是弹道导弹,起飞后直接冲出了大气层,在太空飞行的部分,更是需要雄厚的航天技术来支撑。
1956年4月,周恩来主持召开中央军委会议,根据钱学森的建议,决定组建一家导弹航空科学研究方面的领导机构——航空工业委员会,由时任中央军委副主席的聂荣臻担任主任,黄克诚、赵尔陆担任副主任,委员有王士光、王诤、安东、刘亚楼、李强、钱志道和钱学森等7人。在此基础上,5月10日,聂荣臻向国务院和中央军委报送了《关于建立我国导弹研究工作的初步意见》,建议成立专门的导弹研究院立即开展导弹技术的研究和技术干部的选调培养工作。5月26日,周恩来再次主持中央军委会议,确定由航空工业委员会负责组建导弹管理局(国防部五局)和导弹研究院(国防部五院),开始筹备导弹的研制发展规划。鉴于当时薄弱的经济和技术现状,周恩来对聂荣臻说:发展导弹不能等一切条件都具备了才开始进行,而应当采取集中力量、突破一点的方针,逐步开展起来。
1956年,中国人民解放军全面实行军衔制。金秋的一天,北京西郊的解放军466医院,一批解放军将帅们穿着崭新笔挺的55式军服走进简陋的职工食堂,参加一个后来被写入共和国航天史册的庄严仪式。中华人民共和国代国歌《义勇军进行曲》奏过之后,聂荣臻元帅对着台下的200多人,代表国务院和中央军委宣布了一个振奋人心的消息,“经过中央军委批准,国防部第五研究院今天正式成立了”。说到这儿,他转过头来看了看坐在身边的钱学森,指着他说:“这位就是大名鼎鼎的科学家钱学森先生,他现在是国防部五局的副局长,从今天开始,由他兼任第五研究院的院长,领导大家从事火箭和导弹的研究工作。”如雷的掌声中,钱学森站起身,微笑着向大家深深地鞠了一躬。聂荣臻接着说:“在座的各位,都是中国火箭事业的奠基人,现在人手虽少,但只要大家团结一心,艰苦奋斗,中国的火箭、导弹事业,一定会有美好的前景。”聂荣臻还明确了五院的建院原则:“以自力更生为主,力争外援和利用资本主义国家已有的科学成果。”这一原则得到毛泽东、周恩来的认可,后来,逐渐成为我国国防科技事业,乃至整个科技事业的基本建设方针。
这一天是1956年10月8日,中國火箭、导弹事业正式启动奠基。火箭、导弹既是国家防卫重器,也是发展航天事业的首要工具,所以,这一天也被作为了中国航天事业创建的纪念日。
代号“581”
1957年12月24日,一辆从莫斯科出发的专列抵达了中国北京。车上的102名苏联火箭技术人员给中国的专家们带来了一份厚礼——两枚P-1近程地地导弹。这两枚导弹运抵五院驻地后,五院领导立即组织全院人员参观这枚导弹,并请专家进行讲解。通过对实物的学习,大家对导弹和发动机有了初步的感性认识。在此基础上,科技人员兵分两路,一部分人员由任新民领导,进行发动机的测绘;另一部分人员则由梁守槃领导,进行发动机试验设备的初步设计??
正当中国的航天事业在一穷二白中迈出第一步时,美苏两国已经分别开始了各自宏大的航天计划,他们把航天领域的较量看作是国家实力的角逐,都渴望凭借举世瞩目的成就从气势上压倒对方。仅1951年和1952年,苏联就发射了6枚生物探空火箭。到1956年,苏联已累计发射了22枚火箭,上天进行试验的狗也达到20只。美国也毫不示弱,在1955年3月10日向全世界宣布了他们的“先锋计划”,准备短期内连续发射多颗卫星上天。就在美国为他们的这一计划沾沾自喜时,苏联却捷足先登,于1957年10月4日,率先发射了人类的第一颗人造地球卫星,成为世界上第一个掌握了卫星发射技术的国家。
1957年11月2日,毛泽东应邀参加纪念十月革命40周年的活动,率领中国代表团出访苏联,钱学森也在代表团的行列中。毛泽东抵达莫斯科的第二天,苏联又发射了第二颗人造地球卫星。
苏联的人造卫星抢先于美国发射升空,这无疑对同为社会主义阵营的新中国是一个巨大的鼓舞,也促使毛泽东意识到航天事业在国家发展中的战略意义,只有拥有足够的和平盾牌,才有对战争说“不”的资格。他在随后举行的社会主义国家共产党和工人党代表大会的开幕式上,用亢奋的语气对苏联领导人斯大林说:“希望你们在不长的时间里,再抛一个更大的东西上去,把资本主义世界远远抛在后边。那样,我们社会主义国家的日子就更加好过了,全人类就‘免于恐怖了。”
毛泽东讲这番话时,坐在台下的钱学森心里默默地回想了一遍百天之内世界上发生的事情——苏联发射世界第一颗洲际导弹,美国的人造卫星也正在不甘落后地进行着??钱学森意识到,一场世界范围的航天竞赛已经拉开帷幕。在这风云变幻的世界中,要想建立一套可靠的国家安全体系,导弹和卫星是必不可少的。特别是未来战争中,卫星将成为获取重要情报的工具,一旦战争爆发,对没有这项技术的中国来说,后果不堪设想。
想到这儿,钱学森坐不住了,散会后立即向毛泽东请假,要求提前回国。毛泽东从钱学森的目光中,看出了这位科学家“只争朝夕”的决心,便批准了他的请求。
钱学森一回到北京,就接连召集了几次记者会,热情地向记者们介绍卫星、火箭的知识,讲研制导弹、发射卫星的意义。在中国科学院、自然科学学会和科普协会联合主办的庆祝苏联十月社会主义革命40周年的大会上,钱学森又专门作了一场《喷气技术与人造卫星》的专题报告。他开阔的视野、前瞻的眼光、丰富的知识和富有激情的表达,瞬间便激发了科技工作者心中的强国心愿和飞天梦想。钱学森精心安排的这一系列活动,不仅对科技界是一次摩拳擦掌的鼓动,也在全社会唤起了一阵强劲“卫星热”,各界人士纷纷致信钱学森,建议尽快实施中国的太空计划。
1958年1月31日,美国的“探险者一号”卫星发射成功,世界上的第二个拥有卫星发射技术的国家诞生了。这个消息极大地震动了毛泽东。面对新的国际形势和高技术发展的迅猛势头,他下决心要鼓足干劲、追赶世界了。
1958年5月17日,党的八大二次会议上,在讨论中央工作报告时,身为八届中央候补委员、中国科学院党组书记的张劲夫,向毛泽东、周恩来等中央领导正式反映了科学家们的建议,他说:“苏联老大哥的卫星已经上天了,资本主义的美国也发射了卫星,我们中国既是火箭的故乡,又是社会主义国家,无论如何也应该搞出自己的人造卫星。”
张劲夫之所以在这个时候发言,是因为不久前,钱学森和竺可桢、赵九章等科学家联名正式向中央建议开展人造卫星的研制工作。张劲夫的话唤起了大家的共鸣,会场顿时热闹了起来,代表们议论纷纷??
毛泽东默默地听着大家的发言,不动声色地大口吸烟,等大家说完,他猛吸几口烟后,站起身来说:“苏联去年把卫星抛上了天,美国几个月前,也把卫星抛上了天。那么,我们中国怎么办?”说到这儿,毛泽东把话停了下来,环视了会场一周后,大手一挥,“我们——也要搞人造卫星!”
毛泽东的这番话道出了代表们的心声,也等于同意了科学家们的建议。会场顿时掌声雷动,毛泽东微笑着看着大家,等掌声平息后,又接着说:“我们要抛就抛个大的,要干就干一两万公斤的,不干美国鸡蛋大的。”毛泽东所说的“鸡蛋大的”东西,是指美国在1958年1月31日发射的“探险者一号”人造卫星,这颗卫星的重量只有8.2公斤。毛泽东用幽默的语言表明了自己的态度,新中国不仅要让卫星上天,而且还是一颗重型卫星。
八大二次会议结束半个月后,主管国家科技工作的国务院副总理聂荣臻元帅按照毛泽东的要求和周恩来的指示,组织张劲夫、钱学森等领导和专家召开会议,专门讨论研制卫星的实施方案。这次会议上,成立了中国的第一个星际航行委员会,由钱学森、裴丽生、赵九章等科学家负责组织与规划工作。
这次会议后,中国科学院和国防部五院将人造卫星的研制列为1958年的首要任务,重点研制高能推进剂运载火箭和重型卫星,计划在1959年新中国成立10周年之际,将第一颗人造卫星送上天,这个设想被称为“581工程”。同时组成了以钱学森为组长,赵九章、卫一清为副组长的“581”领导小组,具体组织实施人造卫星、运载火箭、卫星探测仪器设计以及空间物理的研究工作。
这项工程之所以被称为“581”还有一个原因。1958年1月,钱学森和几位与他齐名的科学家从国际形势出发,在向中央的联名建议中,描绘了一个大胆而浪漫的设想——入地、下海、上天。入地,说的是探測地球深部资源的核心技术;下海,指的是研制建造海军潜艇;上天,就是发展人造卫星和载人航天。这份报告第一次公开表达了中国开展载人航天的意向。这几位科学家除了钱学森之外,还有郭永怀、贝时璋??
8公里,飞向太空的第一步
研制导弹,得有一个试验的地方。结合苏联专家的意见,靶场勘察小组把靶场的场址选在了内蒙古阿拉善盟额济纳旗地区。1958年3月,正在朝鲜战场上的志愿军第20兵团,接到了回国组建靶场机构的命令,并组成以工程兵司令员陈士榘上将为领导的,以志愿军第20兵团领导机关为基础的特种工程指挥部,调集工程兵、铁道兵等数万人的施工部队开赴内蒙古额济纳地区,兴建我国第一个导弹、卫星试验靶场。
数以十万计的工程兵、铁道兵、通信兵、特种工程部队、汽车运输部队、建筑工人和科研院所的精英,从全国各地秘密进入西北大漠,惊醒了沉睡千年的戈壁滩,开始了建设导弹、原子弹研制试验基地的浩大工程。邓稼先、朱光亚、彭桓武、任新民、王淦昌、程开甲、于敏??一大批科学家消失在了大漠深处。
这一年,美国人已经进行了66次核试验和成百上千次导弹试验,而中国的科技人员们还没有见过火箭是什么样。主持组建导弹试验基地的孙继先将军拍着桌子说:“没见过又怎么样,我们就是不信这个邪。他们能造导弹,咱们就搞不出来?搞!”一个月后,战略导弹训练大队宣告成立,并从全军及科研院所、地方院校选调了上万名干部和科技人员,投入到运载火箭的研制行列。
按照毛泽东“我们要抛就要抛大的”指示,钱学森等科学家们提出了卫星研制的计划方案:第一步,发射探空火箭;第二步,发射小卫星;第三步,发射大卫星。任务的分工是:运载火箭以国防部五院为主,探空火箭和卫星及其观测工作以科学院为主。
科学家们从有限的公开发表的资料的字里行间,努力寻找有关空间科学技术的线索。中国科学院选择研制探空火箭作为叩开太空之门的前奏,成立了上海机电设计院,负责卫星总体设计和研制。
1958年8月20日,聂荣臻签发了由钱学森主持起草的《关于12年科学规划执行情况的检查报告》。这份报告第一次明确了发射卫星对于推动尖端科技的意义:发射人造卫星,将使尖端科学技术加速前进,开辟科学研究工作的新领域,为导弹技术动员后备力量。人造卫星上天,是洲际弹道导弹成功的公开标志,是国家科学技术水平的集中表现,是科学技术研究工作向高层空间发展的不可缺少的工具??
8月28日,毛泽东在中南海的书房中,专程请周恩来、聂荣臻、宋任穷、钱三强、钱学森等人讨论卫星研制方案。
“两弹一星”的研制初期,苏联在技术和专家方面给予了中国一定的支持和帮助。但1958年后期开始,中苏关系开始日渐恶化。按照1957年中苏两国签订的《关于在特种技术方面给予中国援助的议定书》,苏联应为中国提供火箭和导弹模型以及技术说明书,并支援一部分火箭燃料。但在具体实施过程中,苏联却没有完全履行这个承诺。这个问题一直困扰着钱学森。钱学森汇报说,我们的火箭导弹有理论基础,如果按照此前与苏联签订的协议,苏联尽早提供模型,三五年之内就有大的技术突破。而最关键的火箭燃料问题,苏联答应给,却迟迟没有运来,迫使研制工作停步不前。
听到这里,毛泽东的眉头渐渐锁紧了。钱学森发现后,把话停了下来,扭头看了看周恩来。周恩来点点头示意他说下去。钱学森又开始继续自己的话题,但显然调整了发言的逻辑,“虽然条件有限,但好在全国上下都动起来了。我们准备先集中力量搞出图纸和模型,在不依靠外援的基础上拿出自己的东西??”
这时,钱学森发现,毛泽东的脸上渐渐有了笑容,“学森同志,你谈得好啊。我们过去的三大战役取得胜利,就是运用了‘集中优势兵力,各个歼灭敌人的战略思想。我们今天搞建设,发展科技,还是要有大兵团协作的精神,这个思想不能丢,中国人要走自己的路就得这么干!”听了毛泽东的话,钱学森心里有了数,这位共和国领袖的态度十分鲜明,要立足本国、自力更生。
会后不久,中共中央决定成立国防部第五部,负责领导特种部队的组建工作。与之一并成立的,还有以聂荣臻元帅为主任、陈赓大将为副主任的国防科学技术委员会,统一领导国防科学技术工作。
1958年10月,中国导弹综合试验靶场正式组建。8个月后,在距离额济纳旗一千多公里的大漠里,中国核试验基地宣告成立。
1959年1月,中南海。新年刚过,中共中央书记处就召开会议,听取“大跃进”运动的汇报。在“极左”思想的影响下,各条战线的负责人都在摩拳擦掌、慷慨陈词,竞相汇报“放卫星”的“战果”。随着汇报的进行,主持会议的中央书记处总书记邓小平虽然不动声色地听着,但却停止了记录,面前的烟灰缸渐渐堆满了烟蒂。当听到中国科学院党组书记张劲夫说,争取今年之内就让人造卫星上天时,邓小平毫不客气地打断了他们的话。邓小平皱着眉头说:“今年放卫星不现实,我们的国力做不到。空间技术系统、复杂,不经历从小到大、循序渐进的过程是不可能的,我认为,还是从基础做起的好。”按照邓小平的想法,在当时还没有运载工具的情况下,中国的卫星计划应先从探空火箭开始。
周恩来和聂荣臻非常赞同邓小平的意见,他们在中国科学院提交的报告上郑重批示:搞探空火箭,是我们研究人造卫星的第一步任务。今后要在这方面下足功夫,为以后发射卫星打好基础。中国科学院迅速调整了计划,暂时停止大型运载火箭和人造卫星的研制,把精力集中到探空火箭上来,循序渐进地发展航天技术。
1959年1月6日,上海机电设计院全体人员接到通知,立即赶到上海市科学会堂,聆听中央领导的指示。几千人冒着严寒走进会场时,发现主席台上已经坐好了两个人。其中,一个是中国科学院的党组书记张劲夫,大家已经很熟悉了,而他身边的那位领导同志,头发略显稀疏,矍铄的眼神似曾相识,但却想不起来在哪里见过。大家正在诧异中,张劲夫开口说话了,“同志们,我和钱学森同志今天专门赶来和大家见面??”
听到“钱学森”这个名字,张劲夫后来的话谁也没有听到,就被雷鸣般的掌声淹没了。钱学森微笑着向大家点了点头。紧接着,张劲夫传达了邓小平关于“现在放卫星与国力不相称,要调整空间技术研究任务”的指示,要求大家从“放卫星”的狂热中冷静下来,从基础开始,苦战三年,按照边战、边练、边建的方针,扎扎实实地突破关键技术,逐步实现卫星上天的任务。
张劲夫传达完邓小平的指示后,大家把目光集中在了身兼国防部五院院长和“581”组长的钱学森身上,期待这位仰慕已久的大科学家能说些什么。但钱学森什么都没有讲,只是用惯常的微笑看着大家。
半年过去了,1959年7月10日清晨,上海机电设计院党委书记艾丁刚刚来到办公室,秘书就送来了一份机要信件。从信封上熟悉的字体上,艾丁便知道这是一封至关重要的信件。他戴上老花镜,小心翼翼地拆开信封——
我建议,把上海机电设计院改组为一个设计和试验小型火箭的单位。其中,火箭发动机的推力在3吨以下,使用一般推进剂,不搞复杂的控制系统。调整后的设计院,首先开展小型探空火箭的研制……
信是钱学森亲笔所书。钱学森根据中央关于“运载火箭由国防部五院一家搞”的统一部署,对设计院的发展方向提出明确建议。
根据钱学森的建议,艾丁立即组织专家用了一个多月的时间,对小型探空火箭的设计和试验工作开始研究论证,对此前承担的任务进行了调整重组。8月4日,上海机电设计院向国家科委和中国科学院呈报了《关于加强上海机电设计院发展探空火箭技术的计划任务书》,提出在1960年试验一两种难度较小的探空火箭的目标。
此后,上海机电设计院在王希季等科技人员的密切配合和艰苦努力下,研制探空火箭取得了重大进展。
王希季是著名的卫星与返回技术专家,他1921年出生于云南昆明。1947年,考入美國弗吉尼亚理工学院,攻读动力和燃料专业。1949年,获得美国弗吉尼亚理工学院硕士学位。新中国成立后,王希季主动要求回到祖国,在大连工学院、上海交通大学、上海科技大学担任副教授、教授,从事航天型号的研制和空间技术的开发,是中国早期火箭技术研究的组织者之一,他曾主持了中国第一枚液体推进剂探空火箭、第一枚气象火箭、第一枚生物火箭和第一枚取样火箭的研制工作。我国的18种探空火箭中,有12种是由他担任型号负责人研制出来的。王希季创造性地把探空火箭和导弹技术结合起来,提出了中国第一枚卫星运载火箭的技术方案,并主持了长征一号火箭的研制工作。
1958年11月,当王希季被调往上海机电研究院担任技术负责人主管运载火箭研究工作时,身为上海交通大学工程力学系副主任的他只有37岁。那时,他既不具备火箭方面的专业知识,也未掌握相关的技术资料,领导的技术人员平均年龄只有21岁,根本就没见过火箭的“庐山真面目”。没有前人的经验可循,也没有现实的把握可言,只是靠着激情和朝气,王希季和副院长杨南生带领大家边学边干,废寝忘食地开始了大胆的尝试。
为了搞出中国的运载火箭,研制工作进行得非常艰苦,王希季他们土法上马,没有电子计算机就用电动计算机和手摇计算机,甚至干脆靠打算盘来进行计算。为计算出完整的飞行弹道,他们分成三个人一组,两人负责计算,一人负责校对,几个小组轮班倒,夜以继日地干,没过多久,光是演算纸堆起来就比桌子还要高。
然而,科学规律却不是光有热情和辛苦就能够改变和替代的。迅速赶上世界先进水平的强烈愿望,使他们忽略了国家的工业基础和技术实力,他们设计的型号T-3、T-4的第一、二级火箭,由于技术指标过高不得不放弃。T-5型火箭虽然完成了设计、制作和总装,但最终也未能上天,成了展览馆中的陈列品。
面对一再受挫的严酷现实,王希季渐渐地冷静下来,他认识到,承担这样一项前所未有的国家工程,目标与技术途径必须合乎国情和现实基础,否则只能欲速则不达。在国家经费投入有限、技术实践经验几乎为零的情况下,究竟选择怎样的技术途径才最能接近目标?经过反复思考,王希季心里渐渐有了数,他向上级领导建议,以技术难度较小的无控制探空火箭为突破口,循序渐进地创造条件,等条件具备后,再在适当的时候开始运载火箭的研制。
王希季的想法得到了钱学森的赞同,建议被上级采纳以后,王希季从急于求成的心理中走了出来,改用稳扎稳打的战术,开始了型号为T-7的无控制探空火箭的研制。为了确保研发顺利,他先从模型火箭T-7M入手。王希季提醒自己,要密切结合我国的实际,清楚了解此项技术和产品所处的社会环境和工程环境,在准确定位的基础上选择适当的技术途径。按照这样的定位,三个月后,王希季便拿出了液体推进剂探空火箭T-7M的设计方案:飞行高度为8~10公里,有效载荷19公斤。方案确定后,他仅用了三个月时间就完成了第一枚主火箭的总装工作。
1960年2月19日,黄浦江畔的老城上海还沉浸在过年热闹的气氛中,距离南汇县老港镇大约2公里的东进村的荒凉海滩上,却是一派紧张忙碌的景象。在这个由上海市气象局选定的天气晴朗的日子,我国第一枚液体推进剂探空火箭T-7M静静地竖立在20米高的发射架上。
这次期盼已久的飞翔背后,是难以想象的简陋的发射设施,发电机、起重卷扬机、望远镜都是临时借来的。没有电子对话设备,指挥员下达口令全凭扯着嗓子喊和挥舞信号旗;没有加注推进剂的设备,为火箭加压用的是给自行车打气的气筒;没有专业的遥测设备,数据接收是利用手动天线来跟踪火箭飞行??
时针渐渐地指向16时47分,“点火!”随着指挥员一声令下,现场的人员屏住了呼吸。一阵轰鸣过后,地面浓烟四起,火箭直冲云天。试验成功了,王希季喜极而泣。
T-7M火箭是后继实用型探空火箭的缩比试验型号,飞行高度虽然只有8公里,但却验证了火箭设计、生产工艺和试验技术的正确性,迈出中国探空火箭技术具有工程实践意义的重要一步。
两个月后的一个春日,上海降下瓢泼大雨,江湾机场内,王希季早早地在雨中等候着几位尊贵来宾的到来。午后时分,聂荣臻出现在机场,他此行的目的是观看T-7M火箭发动机的地面热试车。与他一同到来的,还有张劲夫、钱学森和中国科学院院长郭沫若。在他们到来之前,T-7M发动机的首次热试车已于4月2日获得成功,这天要进行的是第四次热试车。
热试车进行得非常顺利,一遍就获得成功。张劲夫指着简陋的试车台对聂荣臻说:“如果不是亲眼所见,真想象不出我们的火箭是在这个地方、这样的条件下搞出来的。”聂荣臻欣慰地点着头,他亲切地询问在场的每个人的年龄、来自哪个学校,当得知火箭发动机的设计方案是年仅37岁的王希季带着一群20多岁的年轻人,在没有苏联专家、没有参考资料,完全靠着几把算盘用了不到100天时间设计出来的时候,他被深深地感动了,紧紧地握住大家的手,不停地赞扬他们自力更生、艰苦奋斗、敢想敢干的精神。
此情此景,让钱学森回想起自己在加州理工学院参加火箭小组的情景,不禁感慨地对郭沫若说:“中国人不比美国人差,我们在美国初期干的时候,也和这差不多,中国人不必自卑。”郭沫若听后说:“要让国外的专家看了,会认为这是个奇迹的。”
听到这样的评价,王希季并没有表现出丝毫的兴奋,他对这个结果似乎有些不满意,低声说:“可惜飞得低了点,才8公里。”聂荣臻见状笑着拍了拍王希季的肩膀,鼓励他说:“别小看这8公里,这可是我们迈向太空的第一步呢。”
一个月后,T-7M探空火箭的模型被陈列在了上海新技术展览会会场中央最显眼的位置。这次,站在它面前的是共和国的最高领导人毛泽东。毛泽东围着火箭模型摸了又摸,看了又看,不时用手指在外壳上敲打几下。从眼神中,人们看出毛泽东似乎对飞行8公里的高度有些遗憾。不过,转过身来,他脸上却有了笑容,“8公里,也很了不起啊。不要怕土,土八路也可以打败洋鬼子嘛。我们就要这样搞,8公里、20公里、200公里地搞下去,搞他個天翻地覆,直到把卫星送上天。”
聂帅说:“我们有自己的导弹了”
毛泽东的话大大鼓舞了航天科技工作者的信心和勇气,他们准备一鼓作气,向太空进军。
但正在这时,7月16日,苏联突然照会中国政府,要将援华的专家和顾问全部召回,而且不等中国答复,就在10天后通知所有专家都要在7、8月份离境。苏联政府还同时撕毁两国签订的《中苏国防新技术协定》,中止了343项专家合同和257项科研合同,断绝了火箭燃料的供应。燃料就像是炸弹中的炸药一样,是导弹的食粮。没有燃料,导弹就是一个无用的空壳。当时中国还没有掌握火箭推进剂的生产技术,失去了援助,研制工作几乎等于前功尽弃。刚刚起步的中国航天事业,还能否继续前进?年轻的共和国面临着一次新的考验。
消息传到北戴河。正在这里办公的毛泽东对前来汇报的国务院副总理李富春说:“赫鲁晓夫不给我们尖端技术,极好。否则,这笔账以后是很难还的!”他不仅没有任何的沮丧,相反还强调,“苏联人走了,但我们的尖端技术不能放松,更不能下马。”
1960年,中华大地遭受了前所未有的重大自然灾害,人民饱受饥饿的困苦。国防科技研制工作的脚步也放慢了。就在这时,我国登山健儿将五星红旗插上珠穆朗玛峰,给在困难中苦斗的中国人民带来极大振奋。周恩来总理不失时机地对科学家们说:我们在尖端技术上,也要像攀登珠穆朗玛峰那样,迎难而上,不断前进。
1960年7月和1961年8月,聂荣臻两次向党中央和毛泽东建议,力主在独立自主、自力更生的基础上,坚持科研攻关,继续研制导弹、原子弹。中共中央和毛泽东主席接受了聂荣臻的建议。
由于中国的导弹研制一开始就以自力更生为主要方针,因此,苏联技术援助的中止并未造成根本性的影响。相反,苏联撤走专家的现实,迫使中国更快地在独立自主、自力更生的道路上进入科研攻关的新阶段。
在周恩来和聂荣臻的亲自指挥下,航天战线开始了新型号中程导弹的研制工作。周恩来鼓励科技工作者说:“苏联采取掐脖子的办法,想把我们的火箭事业扼杀在摇篮里,那是办不到的,中华民族是有骨气的民族,也是有智慧的民族,没有什么力量能压服我们,也没有什么事情能难倒我们,只要大家拧成一股绳,就一定能把火箭送上天。”
聂荣臻元帅多次亲临国防部五院和酒泉发射基地,和钱学森一起与科研人员同吃同住,从基础研究开始,一道攻关。研制工作再次步入快车道,不久后,中国自主研制生产的火箭推进剂就运抵发射基地。1960年9月10日,在苏联专家撤走后的第20天,我国第一次在自己的国土上,用国产燃料成功发射了一枚P-2弹道导弹,写下了中国导弹发展史上的第一页。1960年11月5日,中国自行制造的第一枚近程地地导弹东风一号发射成功,导弹飞行了550公里后,弹头准确命中目标区,导弹技术迈出了突破性的一步。亲自主持试验的聂荣臻元帅高兴地宣布:“从此,我们有自己的导弹了。”
东风一号试验成功的喜讯传到上海,极大地鼓舞了正在进行探空火箭研制的技术人员。
1960年,探空火箭的发射工作移师到了安徽省广德县誓节镇的一处荒无人烟的山坳里,代号“603”的探空火箭试验基地正式建成。这年6月底,第一枚T-7探空火箭加工完成,运抵刚刚交付使用的发射场。7月1日火箭进行试射。然而,点火后发动机的管路突然发生爆裂,发射失败了。
12月,经过近半年时间改进的T-7火箭再次进行试验。为了鼓励科研人员,钱学森亲自来到603发射场,指挥火箭发射任务。12月28日清晨,场区的气象条件符合发射要求,发射进入了预定程序。但当火箭完成推进剂加注后,天气突变,风雨交加,发射只得暂停。接下来的时间里,气象人员不断测量风速,时间一分一秒地过去了,风速虽然不断变小,但仍大于6米/秒的允许风速。终于风速减小到了4米/秒,现场指挥决定继续发射。可就在要下达点火口令时,风速又突然变大,考虑到钱学森已在风雨中等待了很长时间,现场指挥决定闯一次试试。结果,点火后,火箭虽然升空了,但却过早转向,没有达到预定高度。
钱学森在离开现场前,对火箭飞行中可以目视的一段现象做了分析。他认为,失败是由于切变风引起火箭飞行失稳造成的。
根据钱学森的判断,科研人员想出了一个办法,在T-7火箭的尾部串联一枚固体助推器,这样火箭飞出发射架时速度就会提高,风的影响就相对变小,发射的高度就会增加。按照这个办法,火箭串联了助推器后,又进行了4次试验都获得成功,而且飞行高度也从8公里提高到了60公里。
T-7是我国第一代气象火箭中的率先型号,也是我国第一枚真正意义上的探空火箭。这枚火箭由固体燃料助推器和液体燃料主火箭串联而成,主火箭采取自燃推进剂,起飞重量1138公斤,可以探测40~60公里以下的大气温度、气压、风向和风速,它的研制成功对中国航天事业来说,是一次来之不易的突破,由此揭开了我国火箭探空活动的序幕。
首批太空乘客“小豹”和“珊珊”
1962年,為了满足中国科学院对气象火箭的新要求,专家们对T-7火箭进行了改进,改进后的型号称为T-7A气象火箭。T-7A火箭全长10.32米,主火箭直径0.45米,助推器直径0.46米,起飞重量1145公斤,能将40公斤的箭头送至115公里的高度。
探空火箭研制初期的试验重点是加速度,后来随着轨道的升高和飞行时间的延长,开始对真空失重效应作了较多的试验。一般说,在距离地球 15.3公里的高度,动物肺泡的气体压强同外界大气压强相等,如果突然置于该高度,可能引起爆发性缺氧,最先受伤害的是大脑,接着是心脏眼睛等部位。在距地球19.3 公里的高度,暴露在外的动物体液便转化为气体而形成气泡。如果时间过长,受损伤部位的功能将难以恢复。由此可见,无论是动物还是人,暴露在宇宙真空环境中都是不能生存的。
为此,美苏两国在载人飞行前,都进行过大量的动物试验。1946年,美国第一次发射生物火箭,对植物种子、细菌和果蝇等生物进行真空效应试验。实践证明,经过粒子辐射的果蝇,生殖细胞内的大量染色体断裂,有的生物体出现染色体畸变、显性和退行性突变等。1948年,美国将一只猴子送到62公里的高空,因降落伞失灵致使任务失败,后来进入太空的实验鼠和实验猴都成功返回。苏联从1949年到1959年的十年间,共将44只实验狗和一只实验兔送入太空,实验结果和回收成功率都高于美国。1961年1月和11月,美国分别将两只黑猩猩放在“水星号”飞船上,它们均成功返回后,才把两名宇航员送上太空。
T-7A气象火箭的成功,为等待已久的我国空间生物试验提供了条件。为了试验的顺利进行,研制人员对T-7气象火箭再次进行了改进,改进后的火箭型号为T-7A(S1)生物试验火箭。T-7A(S1)的箭头由密封生物舱、遥测舱和回收舱组成,内部装有生命保障系统、摄像系统和磁记录设备,为生物在太空的生存创造必要的条件,并记录它们的姿态变化和生理参数。中国科学院还专门组建了一家生物物理研究所,承担航天飞行环境对人和生物的影响及其防护方法的研究工作。当时,这还是一门新兴学科,人们在这方面的知识几乎是一片空白。
1964年7月19日,中国第一枚生物火箭T-7A(S1)在广德发射成功,把8只大白鼠送上80公里的高空。当时,中国还没有掌握卫星回收技术,火箭到达80公里的高空后,回收舱弹出,降落伞打开,回收舱降落在地面。1965年6月1日和6月5日,在广德又进行了两次相同的试验,火箭飞行高度达60~70公里。研究人员在每枚火箭的箭头里都装载了4只大白鼠和4只小白鼠,还有12支分别装有果蝇、须酶等样品的生物试管。这两次试验的主要目的是,通过测量大白鼠在飞行过程中的心电变化曲线,进行血液理化分析;连续拍摄飞行中大白鼠由超重状态到失重状态的姿态变化;通过解剖,观察飞行环境和高空环境对白鼠组织器官的影响。同时,对回收后的白鼠和果蝇进行繁殖,观察飞行环境和高空环境对遗传的影响,此外,试验与考核密封生物舱、生物生命保障系统、摄影系统和心电遥测数据获取系统及安全返回救生装置等工程设计的合理性和可靠性。
在小型动物成功“飞天”之后,大型动物飞行试验即将开始。1966年7月,广德县的发射场又迎来了一枚新的生物火箭T-7A(S2),这次乘客的身材要比白鼠大好多倍,第一个担此重任的动物是狗。
上天的小狗,要经过严格的“选拔”,除了身体健康、反应灵敏、性格温和、善解人意之外,对体重也有严格的要求,太胖不行,太瘦也不行,最好在6公斤左右。按照这个标准,工作人员精心挑选了30多只符合条件的小狗,最终遴选出一只小公狗“小豹”和一只小母狗“珊珊”。
火箭发射之后,要经历“主动段、失重段、返回段”三个不同的阶段,小狗在不同阶段的心率、血压、体温、心电和呼吸等生理指标,对于未来的载人飞行有着重要的参考价值。因此,“小豹”和“珊珊”在成为中国的首批“太空乘客”之前,还得接受震动器、离心机等各种各样的模拟训练。这些训练项目也是航天员上天前需要进行的。
7月15日,“小豹”被选中第一个上天,成为我国生物试验火箭的首位大型动物乘客。火箭发射后,“小豹”被送上了离地面近百公里的高空,正在空中的空军直升机和地面的民兵战士密切注视着天空。当吊着生物舱的降落伞出现在众人的视野中,地面顿时欢腾起来。搜救人员迅速赶到着陆点,打开生物舱,小心翼翼地把“小豹”抱了出来。“小豹”目光炯炯地坐在托盘上,受到了英雄般的热烈欢迎。
7月28日,“小豹”归来十几天后,“珊珊”成为第二个生物试验火箭的大型动物乘客,箭头生物舱完整无损地回收,“珊珊”同样安然回到了地面,出舱之后,它把头依偎在科技人员的身上,欢快地摇动着尾巴。
这两次生物火箭试验开创了我国宇宙生物试验的先河,为航天医学积累了宝贵的经验。在这两次飞行试验中,火箭上安装的设备准确地记录下了小狗的心电、血压、呼吸和体温等生理参数,还用条件反射试验装置观察了小狗的高级神经活动。“小豹”和“珊珊”也一举成名,被送往北京,在著名生物学家贝时璋的陪同下,受到中国科学院院长郭沫若和党组书记张劲夫的“接见”。
在成功把大白鼠和小狗送上天之后,当时的科技人员准备一鼓作气,把与人生物体征更加相近的猴子送上天。但就在钱学森满怀希望地筹划此事的时候,“文化大革命”爆发,在安徽广德的科研人员被紧急召回北京参加“文革”,被迫陷入政治漩涡当中,送猴子上天的计划被迫中断了。
但值得欣慰的是,在那个特殊的年代,中国的导弹试验和核武器试验取得了突飞猛进的突破。1964年6月,我国自行研制的第一枚东风二号导弹试验成功;10月16日,第一颗原子弹爆炸成功。1966年10月27日,大漠上空再次腾起了巨大的蘑菇云,东风二号甲导弹和核弹头的“两弹结合”试验获得成功,中国从此拥有了实用型导弹核武器。1967年6月17日,我国第一颗氢弹爆炸成功。从制成原子弹到制成氢弹并试验成功,美国历时7年零4个月,苏联历时4年,中国只用了两年零8个月。
中央专委的产生
在中国突破原子彈、氢弹技术的同时,随着高科技的迅猛发展,世界大国激烈较量和竞争由陆地扩展到太空。
20世纪60年代,为了在太空竞赛中拔得头筹,苏联和美国分别从佛罗里达的海岸和丘拉塔姆的荒原发射了30多艘载人飞船,完成了60多人次的太空飞行。特别是,1961年4月12日,苏联发射了世界上第一艘载人飞船“东方一号”,航天员加加林成为人类第一个进入太空的人。国外航天界的消息传来,大大刺激着中国航天人的神经,加快了他们追赶的步伐。但依照航天技术发展的规律,要实现将载人航天器送入太空的目标,首先要解决把人造卫星送上天的问题。
1961年6月,中国科学院在钱学森、赵九章、裴丽生等科学家的主持下,召开了历史上的第一次“星际航行座谈会”,专题探讨包括载人航天在内的有关航天飞行的问题。1963年,中国科学院成立了星际航行委员会,对载人航天飞行正式开始理论研究。
1965年,为拟定人造卫星规划方案建议书,星际航行委员会成立了4个专业组,其中就有一个由中国科学院生物物理所负责的生物组,这个组一成立,就在随后召开的卫星系列研讨会上提出了发展生物卫星以及载人飞船的设想。10月,国防科委主持召开了“空间技术论证会”,正式提出发展载人飞船的问题。鉴于中程导弹、各种探空火箭、固体火箭的研制和发射试验都取得了较大的进展,获得了必要的储备,这次会议决定,在研制远程导弹的同时,开始着手为发射人造卫星而研制运载火箭。
1966年1月,国防科委主持召开“宇宙医学、宇宙生物学规划会议”,这次会上,形成了《载人宇宙航天规划医学、生物学部分》草案,建议成立宇宙医学和生物学专业组和航空宇宙医学和宇宙生物学研究中心。3月,在钱学森的主持下,国防科委和中国科学院在高度戒备的北京京西宾馆联合召开了一次严格保密的会议,与会的42人是蔡翘、贝时璋、沈其震等航天和生物学方面的顶级专家。这次会议的情况没有对外公开,内部称之为“宇宙飞船规划会议”,一直进行了20多天。会议结束时,中国载人航天以及研制宇宙飞船的发展规划草案出台了,按照这个规划,将以科学实验卫星作为开始和基础,以测地卫星特别是返回式卫星为重点,在此基础上研制载人飞船。
规划草案送达周恩来的案头。作为國务院总理的他,还兼任着一个不为人知的职务——“中央专门委员会”主任。
中央专门委员会简称“中央专委”,它的成立是国防科技事业的一个重要事件。那还是在1962年11月,中央政治局的一次会议上,在讨论到第一颗原子弹的研制问题时,时任解放军总参谋长、国防工业办公室主任的罗瑞卿大将建议说:“为了加强对尖端事业的领导,我建议成立一个中央专门委员会来组织实施统一领导。”主持会议的中共中央副主席刘少奇当即表示支持,“这个建议很好,现在到了真抓实干的时候了。谁来挑这个头呢?我看还是请总理来挑这个头才行。”与会者听后纷纷表示赞同。11月3日,毛泽东批准了这个建议,并亲笔写下了一句振奋人心的批示:“很好,照办。要大力协同,做好这件工作。”
中央专委就这样诞生了,当时的组成人员包括周恩来、贺龙、李富春、李先念、薄一波、陆定一、聂荣臻、罗瑞卿,以及国务院和中央军委有关部门的负责人赵尔陆、张爱萍、王鹤寿、刘杰、孙志远、段君毅、高扬等15人。
中央专委是在党中央直接领导下,具有高度权威的行政权力机构。周恩来作为中央专委的主任,上到决策部署、下到每一次试验任务都亲自组织,一直工作到他生命的最后一刻。周恩来逝世之后,中央专委保留了下来,工作方式没有变,权力职责也没有变,专委主任这个职务也一直由后来历任的国务院总理来担任。
钱学森虽然不是中央专委的成员,但却几乎列席了每一次会议,后来他回忆说,“原子弹要爆炸、导弹要发射、卫星要上天,千军万马的事,必须要齐心协力才行啊。那时中央专委决定的事情,要哪个单位办就必须办,没什么二话,好多协作都是这样完成的。”
“文革”开始后不久,为加强航天技术的研制力量,党中央、国务院、中央军委对国家的航天科研部门进行了调整。以前是由中国科学院牵头,其他单位协作,但随着研制的进行,这样的模式已不能适应形势,迫切需要一个专门的机构来组织实施。1967年6月27日,中央军委批准了周恩来和聂荣臻的建议,由国防科委组建中国空间技术研究院,将分散在中国科学院、七机部和其他部门的空间技术研究机构集中起来,实行统一领导,以保证第一颗人造卫星顺利上天。为避免冲击,周恩来特意安排将空间技术研究院列入部队编制,研制人员都穿上了军装。
我们的卫星叫“东方红”
1964年,在全国各族人民的共同努力下,终于战胜了三年自然灾害,我国的经济形势开始好转。这年10月,人造卫星倡导者之一的赵九章赴西北基地参加导弹发射试验。东风二号弹道导弹的试验成功,让他信心倍增。他经过分析比较,得出一个结论,根据现有的运载火箭的条件,完全可以把人造卫星的研制提上日程了。12月27日,三届全国人大会议在北京召开。毛泽东、周恩来等中央领导悉数到会。会议期间,赵九章特意致信周恩来,并提交了一份“开展卫星研制工作的建议”。几天后,钱学森也给聂荣臻写信,认为可以考虑放卫星的问题了。不久后,周恩来就批准了这一方案。
1965年5月,中央专委做出决定,由中国科学院负责卫星的工程总体设计和技术抓总工作。7月1日,中科院受国防科委的委托,向中央专委呈报了《关于发展我国人造卫星工作的规划方案建议》,就发射人造卫星的主要目的、十年奋斗目标和发展步骤、第一颗人造卫星可供选择的3个方案、卫星轨道选择和地面观测网的建立、重要建议和措施等问题作了详细的论述。8月2日,中央专委召开会议,正式批准了这个规划方案,卫星研制工作正式立项。这次会议重要的一项议题就是明确卫星研制的基本方向和路径。这是一颗科学探测试验卫星,任务是发展我国对地观测、通信广播、气象等领域的经验,扩展设计数据,发射时间定在1970年。会议还宣布在中国科学院设立一个代号“651”的卫星设计院,原来代号“581”的任务改称为“651”任务。
这次会议提出的卫星总体技术方案通俗地概括为“上得去、抓得住、听得到、看得见”。这十二个字看起来简单,执行起来难度却非常之大。
“抓得住”是指卫星发射后,不管气象情况如何,都能对卫星进行跟踪测量。当时,虽然光学观测技术比较成熟,但由于光学观测受到日照条件、天气阴晴变化和卫星亮度等级的限制,不宜作为主要跟踪手段,而无线电观测可以在全天候下工作。因而,测量方式以无线电观测为主,光学观测为辅。当时可供选择的无线电设备有单脉冲雷达、比相干涉仪、多普勒测速仪。用前两种设备测轨方法比较成熟,但造价昂贵,对地面建站要求高;多普勒测速仪造价低廉,但对跟踪精度和计算方法无把握。为了摸清情况,中国科学院专门组织专家进行了模拟计算,最终采用了测控专家陈芳允提出的跟踪测轨方案。
“看得见”是指在地球上人们能用肉眼看见卫星。卫星的直径只有1米,为了“看得见”,技术人员把卫星外形设计成由72面体组成的一个球体,为的是让卫星在轨运行时能够产生不断闪烁的效果,这样在地面比较容易观测。
“听得到”是说要能用一般的收音机收听到卫星发送的声音。苏联第一颗人造卫星的呼叫信号是嘀嘀嗒嗒的电报码,遥测信号是间断的。有专家建议,中国要超过苏联,就必须发射一个连续的信号,而且要有中国特色,建议播送《东方红》乐曲。《东方红》诞生于20世纪30年代的陕甘宁边区,抒发了人民群众拥护共产党、翻身求解放,建立新中国的豪迈之情。随着60年代大型音乐舞蹈史诗《东方红》的诞生,这首歌随之红遍全国,成为红色中国的象征。对于如何产生《东方红》乐音,专家们提出过几种方案,经过比较,决定采用可靠性高、工作寿命长、消耗功率小、乐音悦耳嘹亮的电子音乐,采用电子线路产生模拟铝板琴声奏出。
这次长达42天的会议过后,中央专委组建了651设计院和701工程处。前者负责卫星本体的设计研制和总体协调;后者负责地面跟踪台站的总体设计和筹建。卫星本体、各分系统、地面台站选点等工作全面铺开,另外,在全国各地安排落实了近200个预研和试制项目,大到分系统、小到元部件,卫星的研制工作全面开始。1967年12月,国防科委审定了总体方案和各分系统方案,正式命名中国第一颗人造卫星为“东方红一号”。1968年1月,国家正式批准了研制任务书。
按照總体设计方案,“东方红一号”将由七机部研制的长征一号运载火箭来发射。1965年10月,上海机电设计院从上海搬迁到北京,成为七机部第八设计院,开始长征一号的总体方案论证。王希季作为上海机电设计院的总工程师,承担了研制的重任。王希季和大家有一个共识:发射卫星与发射导弹所需要的火箭加速器是一回事。鉴于当时弹道导弹已经研制成功,中央决定将现有的“东风”系列导弹改装成卫星运载火箭。但是,经过论证,“东风”系列导弹并不能直接改装成卫星运载火箭。于是,王希季又提出另外一个方案:以中程液体推进器导弹为第一级和第二级,再研制一个固体推进剂火箭作为第三级的运载火箭。简单地说,就是把探空火箭技术和导弹技术相结合,来研制长征一号运载火箭。在杨南生等专家的配合下,王希季他们将地地导弹与探空火箭、液体推进剂导弹和固体推进剂火箭结合,用T-7探空火箭加上一级固体火箭,再在箭头上安装长征一号第三级火箭点火装置,组成一枚技术试验火箭,证明了固体火箭可以在320公里高度可靠点火。紧接着,王希季和杨南生联手合作,最终完成了在400公里椭圆轨道70度倾角时运载能力达到300公斤的设计方案,并研制了玻璃钢大喷管等一系列关键部件。
卫星设计方面,钱骥等专家也很快拿出了初步设计方案。按照原定的方案,卫星应当是一枚科学探测卫星,除了要播放《东方红》之外,还要装姿态控制系统和多项科学探测仪器。但在研制过程中,技术人员发现这些系统和仪器非常复杂,难以协调。于是,他们又提出了另一种简便的方案,按照工程卫星来设计,只安装《东方红》的乐音装备,不装探测仪器。只要卫星上天,能播放音乐,就说明中国已掌握了火箭、卫星、测控、发射、地面环境等一整套卫星工程技术,任务就算成功。这样,以后再上科学探测仪器就不难了。最初,这一方案很多老专家并不同意。无奈之下,钱学森亲自上门做工作,向他们解释,这不是废除原方案,而是把原方案分为两步,先用最短的时间实现卫星上天,再在此基础上发射科学探测卫星。钱学森真诚的态度最终说服了大家。共识达成之后,在孙家栋的带领下,科研人员对原方案做了大胆的简化。
发送《东方红》乐音,采用1台发射机交替发送《东方红》乐音。不过,要让普通收音机直接收听到卫星播发的《东方红》乐音,需在卫星上安装大功率发射机,但那将使卫星的重量超过1吨,这对于当时中国火箭的运载能力来说显然是做不到的。“东方红一号”最终选择了一段40秒《东方红》的乐曲,用可靠性高、工作寿命长、消耗功率小、乐音悦耳嘹亮的电子音乐播放。事实上,当时的人们并没有直接听到卫星发回的声音,而是由卫星发射信号,经过大型地面站接收后,再通过中央人民广播电台转播的办法来实现。
毛泽东称他们是“放卫星的人”
正当“东方红一号”卫星研制紧锣密鼓地进行时,1966年,“文化大革命”爆发,651卫星设计院院长赵九章被错误打倒。1968年10月,赵九章不堪受辱服药自尽。噩耗传来,不仅震撼了正在从事卫星研制的专家和科研工作者们,也让周恩来焦急万分,他亲临工程研制一线,竭尽全力排除“文革”带来的种种干扰,特意安排将空间技术研究院列入部队编制,研制人员都穿上了军装。周恩来在中央专委会议上定调:“651总抓由国防科委负责,钱学森参加”,“由钱学森负责卫星、运载火箭和地面系统三个方面总的技术协调和组织实施工作”。1968年2月20日,划归国防科委建制的中国空间技术研究院宣告成立,钱学森被任命为首任院长。中科院的研制队伍5000多人、试验基地、科研设施、工厂,以及研制任务本身,全部移交国防科委新成立的研究院管理。研究院成立后,周恩来当着众人的面对钱学森说,你是技术总管,任务就交给你了!
思考“东方红一号”卫星的研制工作时,钱学森首先考虑的是要建立一个卫星总体设计部,加速卫星工程的实施。可由谁担任卫星总体设计部的领导呢?钱学森的目光锁定在了年仅37岁的导弹总体设计部副主任孙家栋身上。
孙家栋年少时的梦想是当一个土木建筑师,后来在一个偶然的机会参了军,去苏联茹科夫斯基空军工程学院飞机制造专业学习了整整八年。回国后,孙家栋一天飞机制造的工作都没干,就被安排从事导弹研究。而正当他打算终身致力于导弹事业时,却不想又和卫星结了缘。还是在五院研制导弹的时候,钱学森就与孙家栋有不少接触,这个年轻人的睿智给钱学森留下了深刻的印象,所以,他决定让这个优秀的年轻人试一试。
此时,正处在“文革”混乱时期,如何迅速建立起一支卫星的总体设计队伍,是摆在孙家栋面前一个十分棘手的问题。经过考察、挑选,孙家栋选定了18个人,这便是中国航天史上著名的“航天十八勇士”。他们是:戚发轫、沈振金、韦德森、张福田、彭成荣、尹昌隆、朱福荣、孔祥才、王壮、杨长庚、王大礼、张荣远、刘泽光、郑忠琪、林殷定、鲁力、王一方、洪玉林。
当时,赵九章等人已经写了长达300页的卫星研究课题,但还没完全深入。孙家栋翻看着文件,想起了聂荣臻元帅的八字方针“尽量简单,尽快上天”。为了集中精力保证主要目标,孙家栋决定,凡是和“抓得住、看得见、听得到”有关的技术都要攻破和确保,无关的、来不及的就不上。按照这个原则,以“上天”为主题,只有30多页的新方案很快出炉。“东方红一号”卫星外形为近似球体的72面体,直径约1米,质量为173公斤,采用自旋姿态稳定方式,转速为120转/分,利用太阳角计和红外地平仪测定姿态。卫星仪器舱为圆柱形,安装在卫星中部。在舱罩与底盘的连接部位装有密封圈,以保证仪器舱的密封。仪器舱底座是卫星的主要承力结构件,也是卫星与运载火箭连接的重要部件,既能承受卫星自身的重量,又可以在发射时承受运载火箭的推力。
方案有了,但因为卫星设计方案事关重大,需要中央领导签字确认后才能真正开始研制。可当时正处在“文革”旋涡之中,领导无人敢拍板。无奈之下,孙家栋亲自找到国防科委副主任刘华清,开门见山地说:“这事儿现在就你最有发言权。你懂得签,不懂也得签,否则没法做。”刘华清看着孙家栋坚毅的眼神,二话不说就在方案书上签了名。
拿到“军令状”,孙家栋没有丝毫兴奋,相反心里还相当沉重。苏、美、法等国卫星纷纷上天已成事实,时不待我。为确保卫星按时上天,孙家栋和戚发轫他们在没有良好空调和防尘的总装车间里,装配调试出一颗正样卫星;利用容积较小、缺乏太阳模拟器的热真空室,完成了空间模拟试验;利用楼顶及自制简易微波暗室,完成了卫星天线性能试验。一个个技术难关逐一攻克,可等到组装卫星的时候,一个“非技术问题”带来的“技术问题”却把大家难倒了。各个研制单位都要在自己研制的分系统中镶嵌毛主席像章,这样卫星就超重了。这让孙家栋苦恼不已。一天,孙家栋接到通知,要去人民大会堂向周恩来总理汇报卫星进展情况。是否该如实汇报像章的问题,他想了整整一夜。第二天汇报时,孙家栋决定还是要利用这样一个难得的机会征求一下总理的意见。周总理听后对在场的人说:你们年轻人对毛主席尊重、热爱是好事,但是大家看看我们人民大会堂这个政治上这么严肃的地方,也不是什么地方都要挂满毛主席的像。什么地方、什么时候挂都是非常严肃的事情。周总理的一番话,终于让这个棘手难题得到了解决。
1970年3月21日,“东方红一号”卫星完成了全部总装任务。5天后,周恩来批准火箭、卫星正式出厂。4月1日,随着火车的一声鸣笛,东方红一号卫星如期抵达东风基地。4月14日,卫星测试的各项工作已经基本就绪,周恩来再次听取发射场人员对火箭、卫星情况的汇报。钱学森、任新民、孙家栋、戚发轫、杨南生等专家都参加了这次汇报。周恩来对卫星能不能入轨、入轨后能不能准确地唱响《东方红》乐曲问得非常仔细。周恩来还躬身趴在地毯上,双手扶着一幅巨大的世界地图,对东方红一号将要飞经的每个外国城市一一查看。他一边看一边对研制人员说:“你们要对我国第一颗人造卫星飞经各国首都的时间进行预报,因为到时候能让外国友人准时看到我国第一颗人造卫星发射的讯息,听到《东方红》乐曲,这对第三世界国家的人民来说是个极大的鼓励。”
4月17日,火箭和衛星进入2号发射阵地。18日,火箭与卫星开始垂直测试;19日,各分系统测试,一切准备就绪。4月24日15点50分,钱学森在发射场接到了周恩来专门从北京打来的电话。周恩来在电话中说,毛主席已经批准了这次发射任务,希望大家鼓足干劲,细致地工作,要一次成功,为祖国争光!
21时35分,当倒时计数器上出现“0”字时,发射场地下控制室操作台前的操作员胡世祥果断地按下了“点火”按钮。霎时,大漠戈壁地动山摇。10分钟后,卫星顺利进入轨道。21时48分,发射场上空的高音喇叭里传出测控系统报告:“星箭分离,卫星入轨。”同时,国家广播事业局报告,收到了我国第一颗人造地球卫星播送的《东方红》乐曲,声音清晰洪亮。这一天,《东方红》的乐曲从太空传到了世界各地,中国成为世界上第五个独立研制并发射人造地球卫星的国家。
一天后的傍晚,新华社发布了一条震惊世界的消息:1970年4月24日,中国成功地发射了第一颗人造地球卫星,卫星运行轨道的近地点高度439公里、远地点高度2384公里,轨道平面与地球赤道平面夹角68.5度,绕地球一圈114分钟。卫星重173公斤,用20.009兆周的频率播送《东方红》乐曲??
这一天,周恩来总理刚刚抵达广州,参加越南、柬埔寨、老挝三国在中国召开的“印度支那人民最高级会议”。一进会场,周恩来就兴奋地对代表们说:“为庆祝这次大会的成功举行,我带来一个礼物。昨天晚上,我们国家成功地发射了第一颗人造卫星!”
喜讯传遍全国,城乡一片欢腾。中国人第一次激动地仰望太空,寻找着那颗名叫“东方红一号”的人造卫星,每个人的脸上都洋溢着作为华夏子孙的自豪和骄傲。
这一年,距离毛泽东发出“我们也要搞人造卫星”的号召,整整过去了12个年头。虽说比苏联晚了13年,比美国晚了12年,但东方红一号不仅全部达到了设计要求,而且173公斤的体重比前4个国家发射的第1颗卫星质量总和还要超出29.8公斤,远远超过了8.22公斤的美国卫星、83.6公斤的苏联卫星的重量,实现了毛泽东“鸡蛋那么大的我们不抛”的梦想。
“东方红一号”卫星的工作寿命是20天,但它实际在太空中工作了28天。1970年5月14日,由于电池耗尽,卫星停止发射信号。但是直到今天,东方红一号卫星仍在它的轨道上,每一个晴朗的夜空,都有机会看到它闪烁的身影。
此时,新中国的“两弹一星”伟业宣告完成,中国成为世界上第五个可以独立研制和发射人造地球卫星的国家。
一周后,是1970的“五一”国际劳动节,按照惯例,北京市要在天安门广场举行大型的群众联欢。“东方红一号”卫星遨游太空,为欢庆70年代的第一个“五一”增添了喜悦的气氛。傍晚,毛泽东、周恩来特意把钱学森、任新民、戚发轫等参加“东方红一号”卫星和长征一号火箭研制及发射的有功之臣请上天安门城楼,和国家领导人一起参加观礼。钱学森他们登上城楼的时候,周恩来特意把他们介绍给了柬埔寨的西哈努克亲王,称他们是“中国放卫星的人”。
“东方红一号”的发射成功意味着中国具备了进入太空的能力,标志着一个最早萌发飞天梦想的民族已经敲开了世界航天俱乐部的大门。随后,中国又陆续发射了自己的返回式卫星、地球静止通信卫星、载人飞船、空间实验室??最终成为能够与美俄比肩的航天大国。改革开放后,“长征”系列火箭进入了国际商业发射市场,中国逐渐成为引领人类和平利用太空的先锋。
2016年3月8日,国务院批准,将“东方红一号”卫星的发射纪念日——4月24日,正式确定为“中国航天日”!