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霹雳神箭:中国核潜艇发展的开创性历程

时间:2023-08-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:苏联“列宁共青团号”核潜艇1958年5月14日,海军向中央军委上报了发展军用核动力装置和研制导弹核潜艇的建议。1970年8月28日,中国第一个核动力装置的陆上模拟试验反应堆运转试验顺利完成。1974年8月1日,第一艘攻击核潜艇被命名为“长征一号”,正式列装。当时的试验条件一穷二白,到了现在的年轻人难以想象的程度,技术的复杂程度也远远超出人们的意料,很多工作靠白手起家、土法上马。

霹雳神箭:中国核潜艇发展的开创性历程

核武器是大国国家安全的基石。中国奉行不首先使用核武器政策,这就对“后发制人”的核力量提出了更高的要求。一是可靠的生存能力,二是足够有效的打击能力。近年来,美国对中国的核力量越来越“重视”。美国有人声称,“俄亥俄”级战略核潜艇搭载的核弹头可在第一波核打击中消灭中国绝大部分甚至全部陆基核力量。不论美国是否掌握了我洲际导弹地井的精确位置以及能否在战时有效侦测到机动洲际导弹发射车的位置,其战略部署和战略野心迫使我们必须尽快提高核力量的生存性能,尤其是改变陆基单一部署的局面,实现核力量的海陆“两位一体”。正如《2008年中国的国防》白皮书所说的,海军要“增强核反击能力”。

核潜艇由于具有常规潜艇无法比拟的隐蔽性好、机动性强、活动范围广、续航能力大、战斗力强等特点,成为最理想的核报复力量。潜射弹道导弹属于第二次核打击能力,潜射核导弹与核潜艇的结合,作为陆基、空基、海基“三位一体”核打击力量的重要组成部分,具有极其重要的地位和作用。在突然遭到核袭击时,核潜艇的生存概率可达90%,也就意味着当陆地上一切核打击力量都被摧毁了,只要有一艘弹道导弹核潜艇幸存,即可“使对方受到毁灭性报复打击”,这是国家安全的有力保证。因此,世界军事强国都非常重视核潜艇和潜射弹道导弹的研制。我国也不例外

1955年,苏联首艘核潜艇“列宁共青团号”开工建造,1957年8月下水,1958年7月服役。1957年美国开始研制第一代潜地导弹,1960年7月用核潜艇首次水下发射成功。法国、英国也相继研制出潜地导弹,并装备潜艇。我国是一个海洋大国,有18 000多千米的海岸线。我们要有效地保卫自己的领土、领海,不能没有自己的核潜艇、自己的潜地弹道导弹。

苏联“列宁共青团号”核潜艇

1958年5月14日,海军向中央军委上报了发展军用核动力装置和研制导弹核潜艇的建议。经聂荣臻反复审核,海军重新修改后的《关于开展研制核动力潜艇的报告》由聂荣臻署名于6月27日呈报。29日,毛泽东批准了这一报告。

“长征一号”核潜艇

1959年10月,赫鲁晓夫来华参加国庆十周年庆典活动。当中方提出请苏联援助核潜艇技术时,赫鲁晓夫说:核潜艇技术复杂,你们搞不了,花钱太多,你们不要搞。苏联有了核潜艇,就等于你们也有了,我们可以组建联合舰队。毛泽东坚决地说:“你们不支援我们,我们自己搞。”1959年11月,中央军委决定海军负责牵头,核动力由二机部负责,艇体和设备由一机部负责。1962年,由于国家经济困难,中央决定先集中力量搞原子弹氢弹,核潜艇项目暂时下马,但保留少而精的骨干力量,集中研究解决核潜艇的一些关键项目。1965年核潜艇的研制工作重新上马。1968年11 月23日,我国第一艘核潜艇开工建造。1970年8月28日,中国第一个核动力装置的陆上模拟试验反应堆运转试验顺利完成。12月26日,中国第一艘核潜艇下水。从1971年4月起,这艘核潜艇成功地进行了各类试验,先后出海20余次,累计航行6 000多海里。1974年8月1日,第一艘攻击核潜艇被命名为“长征一号”,正式列装。

仅有核潜艇还不够,核潜艇上需要携带装有核弹头的战略导弹,才能构成一个国家的二次核打击能力。因此,研制潜射导弹对于提高我国战略威慑能力十分必要。根据中央军委的决定,1965年8月,七机部组建了第四设计部(简称四部),开始固体战略导弹总体设计的准备工作。中国潜射弹道导弹的发展从此拉开了序幕。最初,固体导弹的研制工作是从设计近程单级固体导弹开始的。1967年1月,在国防科委听取导弹方案汇报时,设计人员对研制这种固体导弹的必要性提出了不同意见,认为近程单级固体导弹的战术技术指标难以满足部队使用要求,主张立即研制中程潜地固体导弹。这个意见引起了中央首长和领导机关的重视。随后,国防科委在深入调查的基础上提出报告,经周恩来主持的中央专委会议研究确定,为了与导弹核潜艇研制取得同步,应提前完成中程固体导弹的研制。1967年3月18日,国防科委刘华清副主任召集有关工业部门、研究院、海军等单位领导同志开会,部署了潜地导弹(固体战略导弹)研制工作。会后,向各有关单位正式下达了任务。同年11月,海防导弹试验场上报《潜地导弹海上试验区方案选择报告》和《潜地导弹航区勘察计划报告》,不久获得批准。

研制潜地弹道导弹对我国而言是一个全新的重大课题,犹如是在一张白纸上研制,难度难以想象,因为潜艇在水下发射弹道导弹极为复杂,能够影响其成败的因素很多,潜艇、导弹、发射筒、海水、空气、水中空泡等要素中任何一项都可能产生问题,比如海水随深度变化而产生压力变化,还有海浪、海流等多种干扰因素,都能导致发射失败。在研制潜对地导弹之前,我国仅有研制地对地导弹的成功经验。而潜艇空间有限,环境条件差,又是动体,不可能把地对地导弹简单地搬到潜艇上用作潜射导弹。因为中国已研发的导弹全部使用液体火箭发动机,其庞大的体积,让“寸土寸金”的核潜艇难以接受。因此,必须首先攻克固体火箭发动机这个难关。此外,制导系统的小型化也必须解决。因为制导系统决定着导弹能否命中目标,其核心是惯性导航平台和能够计算弹道抛物线的计算机,这些设备要装在体积较小的“巨浪-1”身上,所有的元件都要大比例缩小,这也绝非易事。加之跨越近程单级的阶段,直接研制两级中程固体导弹,这个任务起点高,技术难度大,而我国水下发射技术完全是空白、既无资料图纸又无仿制样品、缺乏预先研究等众多困难,且当时财力相对薄弱。我国年轻的固体导弹研制团队要完成如此艰巨的任务,只能走自主创新、自行研制的发展之路。

中国海军第一种潜射弹道导弹“巨浪-1”

经过反复论证后,我国将首枚潜射导弹最初定位为“一弹两用”,既是核潜艇导弹,又可在陆地上作陆基机动导弹。

当时的试验条件一穷二白,到了现在的年轻人难以想象的程度,技术的复杂程度也远远超出人们的意料,很多工作靠白手起家、土法上马。有的单位在“干打垒”土房中搞科研,靠火炉取暖;西北基地中的研制人员吃的是“钢丝面”,喝的是“沙子水”;一些综合性的大型地面试验只能在废弃的食堂里进行;当时用的计算工具是计算尺、手摇计算机、电动计算机、模拟计算机,其中,模拟计算机的体积是10个大立柜的总和,功能不及现今拇指大的计算机集成芯片;为了算综合频率,他们用量角器一个点一个点地描绘在透明方格纸之上。而现在的电脑1秒钟就能完成的工作量,当时要花上5~7天。导弹要由潜艇水下发射,当时的难题是:导弹水下发射要做相关试验,却没有做试验需要的传感器。没有办法,科研人员只好按照教科书上的方法,用水银、玻璃管做压力测量。但当时的条件很差,特别订制的玻璃管都裂了,水银洒了一地。大家就蹲在地上,用容器一点一点将水银收起来,整整忙了3天。就是在这种艰难困苦的情况下,研制人员还是一点一点地拿到了导弹水下发射技术需要的基本参数。

在潜地导弹方案论证中,科研人员遇到了一系列复杂的技术问题,诸如潜艇空间有限,导弹外形尺寸有严格限制,弹头核装置、装弹仪器设备必须轻型化、小型化;水下发射方案及水下运动规律;在潜艇运动和海水浪、涌、流的作用下,导弹点火时的大姿态稳定;导弹水下严重受力引起的载荷、强度设计计算;导弹气密、水密性保证;油雾、盐雾、霉菌等恶劣环境下的防护,能够较长时间安全可靠地在潜艇上存放……经过长期艰苦的努力,他们实现了一系列技术突破。其中最为典型的主要有:

“巨浪-1”型导弹水下发射

黄纬禄

一、如何选择导弹水下机动发射技术的试验途径。潜地导弹武器系统由战略核导弹和潜艇上的发射系统两部分组成。如何使导弹顺利出水,是整个研制过程中最重要的步骤之一。美国人20世纪50年代初就着手研究,他们谨小慎微地走了五步:陆上固定发射;陆上水池摇摆台发射;试验船水面发射;水下摇摆筒发射;最后一步才进行潜艇水下发射。这样由简到繁,循序渐进,一道一道试验程序相衔接,在技术上比较稳妥,但实施起来毕竟动用设备太多,耗资太大,周期太长。美国潜地导弹上艇前就进行了上千发模型弹发射试验。我们在研制潜地导弹之初,也曾经有人按照这个路子设想过,计划在内陆靶场建造水池,安装浮船,设置造波装置等。承担潜地导弹设计研制任务的第七机械工业部四部,总设计师黄纬禄带领设计人员分析研究了国内外研制固体潜地导弹的经验和教训,从中国国情出发,经过上上下下反复研究和论证,最后还是决定放弃国外采用的建造陆上水池、人工模拟海洋等一系列耗资巨大的试验方法,研制出一种具有回收功能的全尺寸模型试验弹。这是一个创造性的、大胆的想法,不但加大了理论论证上的难度,也增大了试验风险,但却走出了一条适合中国国情的新路子。据潜射导弹副总设计师侯世明讲,为了节约资金,取消了建设陆上水池进行模拟水下发射的试验阶段。总设计师黄纬禄提出了“台、筒、艇”三步发射的试验程序,引起轰动,并得到国防科工委的认可。“台、筒、艇”的试验方案就是:第一步在陆上发射台发射,第二步在陆上的发射筒发射,第三步从潜艇水下发射遥测弹。与美国同类型的导弹相比,大大简化了试验设施,节约了研制时间和成本,为国家节约资金几十亿元。即直接从陆上进入艇上,先用缩比导弹模型在水池内进行发射试验和水筒试验,然后再研制一种能回收的全尺寸模型弹,直接在水下运动的潜艇上进行发射试验。这样,省去了建造陆上水池和配套设施的浩大工程,既快又省,是一个大胆创新的方案。

为获取导弹水下基本力学参数,进行模型弹入水深度的试验是必经步骤。模型弹重量近10吨、长达10多米,投在什么地方、怎么投,都是难题。同事们议论纷纷,黄纬禄却胸有成竹,心藏“奇招”。1970年7月的一天,在新建成不久的南京长江大桥上,停放了一台巨大的吊车。似火的骄阳下,黄纬禄带领设计研制人员将一个大家伙以各种姿态反复投入水中。这次试验获取了大量重要数据,暴露出一些问题。由此,研究人员采取多项针对措施,对导弹设计进行修改完善。在几个月后进行的模拟火箭弹射试验中,整个试验过程均与设计所预想的一致,试验取得圆满成功。事后黄纬禄在自传中写道:“与美国先在陆上、后到海上的弹射模型导弹相比,我们采用潜艇直接从海上发射模型导弹的方式,省去了一个投资巨大的水池,缩短了研制周期,节约了研制经费,大大简化了潜地导弹的研制。”

东风-5”导弹发射井

按照这个方案,海防导弹试验场建造出一个巨大的钢铁圆筒,垂直置于厚厚的水泥壁中,一半深深埋在地下,一半裸露在地面上,作为运载火箭陆上发射井。设计单位、生产单位、试验单位利用发射井进行了多次试验。凡是要获得的数据,以及预计可能会出现的问题,都经过发射井实射模型弹来检验。

利用发射井做实验,险象环生。有一次,发射动力系统做比较实验,点火后,模型弹顺利出筒,但高压气体把发生器的弯管冲破,击穿了厚厚的水泥筒墙,个别配件飞了出去,落在几十米之外的车上,把车顶砸出一个大窟窿。一名潜艇艇长目睹了这一切,惊得目瞪口呆,若是潜艇遭受如此重击,钢壳肯定会被击穿,后果不堪设想。(www.xing528.com)

平时的填弹、维修保养也与危险同行。有一个叫李银芳的哈军工毕业生,从事弹体专业,整天在发射井里钻来钻去,爬上爬下,对导弹精心维护。装填模型弹时,有时会因某个小部位不合适被卡住,需要参试人员从发射筒口钻进去。由于壁缝极其狭窄,做任何一个动作都非常困难。有时为了纠正弹体错位,李银芳就在狭缝中指挥,只要稍有故障,他就会被挤成肉饼。有一次发现一处漏水,必须用一种特制的胶补上,接触这种胶后会发生积累性中毒,按规定每人一次只准连续干10分钟,要几个人轮换。可是那个地方很狭窄,工作起来很困难,李银芳有些不放心,自己冒着危险延长时间,结果他的眼睛视力下降了,左眼最终失明了。

“巨浪-1”陆筒发射

二、选择何种发射方式。一种是采取燃气动力、导弹水下冷发射方式,即潜射弹道导弹依靠核潜艇燃气弹射动力,在浮力作用下上浮至水面,弹出水面后,导弹发动机在水面点火。这种方式的最大难点是点火时间的掌握,从弹射出导弹到导弹出水的时间非常短,必须在导弹弹出水面后的一瞬间就立即点燃火箭,点火稍有延迟,导弹重新落入水中就点火失败了。点火时机的掌握和固体燃料火箭点火装置的设计变得更加困难。

另一种是采取水下点火发射方式,即潜射弹道导弹弹射出核潜艇后,依靠自身动力在水下点火,飞出水面,飞向目标。好处是:第一,可以保证潜射弹道导弹在大深度发射,最大发射深度超过了100米,提高了发射隐蔽性,提高了战略核潜艇的生存概率;第二,由于潜射导弹是水下点火的,以自身的动力飞出水面,因而可以避免水面点火点火时机不易掌握和控制的技术难点,而且这种水下点火的潜射弹道导弹受水面风浪的影响小,在大风浪海况情况下依然能将导弹发射出去。而在水面点火潜射弹道导弹,受水面风浪影响很大,大风浪海况下是禁止发射的。由于水下点火的潜射弹道导弹,在水下高压环境下很容易熄火,在大深度高压环境下,潜射弹道导弹要进行抗压处理,弹体除了要密封良好外,还要能随着导弹所在深度的减少而逐渐减压,技术难度实在高。

我国采取的是燃气动力、水下冷发射方式。但要将一个十几吨重的导弹从水下几十米深处推出水面,并使之具有一定的出水速度和较小的出水姿态角,并保持弹体初始姿态的稳定,有大量复杂技术问题需要解决,除需要在导弹外形设计上采取一定的技术措施外,还要选定一种动力源,使导弹在发射筒内就能获得足够大的初始速度。承担发射装置研制的设计人员在没有任何经验可借鉴,也没有任何外国资料可参考的情况下,利用相当简陋的研究条件,边探索,边总结。他们首先对导弹水中运动做理论分析,然后再用模型弹试验结果去修正。通过大量的理论分析计算和不同比例的缩比模型弹、全尺寸模型弹上千次试验,终于找到了导弹水下弹道计算的基本力学参数,摸清了导弹水中运动和出水的姿态变化规律,掌握了导弹水中运动复杂的受力情况。经过反复分析论证,最后选定了燃气动力、导弹水下冷发射方式。

“巨浪-1”导弹陆上机动

三、改装发射潜艇。潜地导弹的载体是潜艇。从1968年开始,由海军装备部牵头,成立了专门的办公室,负责组织协调发射潜艇的改装。首先在陆上对艇上导弹武器系统的设备进行各种试验,调试合格后,又拿到艇上进行单机调试,系统联调,包括静态、动态试验。改装以后又进行多种试验,不仅考核发射装置、发射动力系统、全武器系统的合理性和协调性及潜艇改装的质量,同时也培养了首批潜艇水下发射运载火箭的试验人员及使用人员。

四、选择恰当的导弹弹体、两级动力装置和制导系统等问题的解决方案。导弹外形除头部与尾罩两级均为圆柱体,弹头因受长度尺寸和安装核装置的限制,选择了组合锥形。为了承受导弹发射时高温高压燃气的作用力,导弹尾端设计了外形为椭球形的尾罩。考虑到导弹长度受限制和气密、水密要求,两级之间采用封闭式热分离方案等。其两级动力装置为固体发动机,采用新研制的复合推进剂和高强度钢壳体。在固体发动机研制中,首次采用了较先进的摆动喷管(一级)和液体二次喷射(二级)的推力矢量控制方式。为了提高导弹的命中精度,准确控制二级发动机按指令关机,在二级发动机前封头上设置了3个反向喷口,以实现推力终止,并提供头体分离的反向推力。同时,还对控制、遥测、安全、弹体结构和地面设备等分系统方案做了大量论证工作。1968年确定了各分系统的方案,并做了相应的设计和试验。

五、研制引导雷达。引导雷达的作用在于火箭刚出水的那一瞬间,立即捉到它,并把信号迅速传给其他测量装置,引导全部测量设备跟踪目标。显然,发射运载火箭,不能没有引导雷达。但是,我国那时还没有引导雷达。由于运载火箭出水后,速度极快,光学测量仪器来不及反应,普通雷达因视角太小,也没有办法捕捉住目标。因此,虽然曾经立项,但因为技术难度很大,不久即下马。后来,还是海防导弹试验场勇挑重担,接下了这个难啃的硬骨头。研制引导雷达必须在原有一般雷达的基础上解决三个难题:一是解决圆极化问题。雷达电波有两种传播方式,横向传播和纵向传播,而这两种传播方式的雷达,都不适应运载火箭发射的要求,必须改装成“十”字形的、纵横交叉的圆形传播方式。二是解决数据输出问题,一般雷达只能看图像,通过荧光屏显示。而改装后的雷达,要能够把信号输入计算机。三是加速研制无线电随动系统,提高精度和增加稳定性。试验一开始很不顺利,屡败屡试,一大半人中途退出,最后只剩下四五个人。就在他们需要支持的时候,从数千里之外的试验场吹来一股冷风:“算了,搞不下去别硬撑,趁早撤回来吧。”这四五个人就是不信邪,他们暗下决心,试验要继续,搞不成功决不收兵,一定要把腰杆挺得直直地回去。经过两年零八个月的苦战,三个主要难题都被突破,引导雷达终于研制出来了,运回试验场进行检验,完全符合要求。

六、形成测控系统(测量、安全控制和信息传输系统)。这是完成水下发射试验任务的重要手段。它通过光学、无线电、雷达等测量设备,获取导弹出水后的各项飞行参数,经电子计算机处理,及时显示和判断导弹飞行状态。一旦导弹出故障,危及重要目标时,及时通过安全控制系统,将导弹在空中销毁。对它的要求是:信息灵、精度高、判断准、反应快,不能漏炸故障弹,也不能误炸正常弹。为完成这一系统,海防导弹试验场成立了测控所。设备的安装、联试、校正工作量很大。例如,正常情况下,测控中心大型计算机从开始安装到投入使用起码需一年时间。测控所在电子工业部、中国科学院参试人员的大力协助下,在测量部队的配合下,夜以继日地攻关,研究出了一套计算机应用软件,把数百台测量、安全控制、数据传输、计算机及外围设备有机地连接组成测控网。经过4年多的顽强拼搏,完成了全套软件的设计任务。这套软件把整个测控系统的硬件设备连成一个整体,使各部分正常协调工作。有了它,可以通过指挥中心的各种显示记录仪,随时了解导弹的飞行情况和运动轨迹。

“巨浪-1”导弹

七、解决通信问题。潜地导弹是潜艇在水下几十米发射的。潜艇下潜之后,怎样与指挥部联络?发射的瞬间信号如何传出去,这也是一个难题。起初,设计人员曾考虑搞一部密封电台,或者设计一座小型报时台。权衡再三,均感不理想。后来,通过分析研究大量的国内外有关资料,他们创造性地提出了由潜艇拖带浮筏天线的设想。围绕这个设想,他们反复进行论证。诸如天线能不能引出来、导线对电信号的消耗等,他们都周密地进行计算研究。方案成熟后,交付造船厂制造。这个通信浮筏,不仅解决了通信的传输问题,同时也是发射艇在水下航行位置的可靠标记,给测量设备瞄准跟踪提供了很大的方便。

八、水下模拟弹发射试验。上述一系列难题的解决,都依赖于大量的陆上、水上和水下试验。特别是水下模拟弹试验,可以综合检验弹体、发射装置的可靠性,训练发射艇艇员、测控操作人员的战术技术动作。模型弹准备进行首次水下试验时,潜艇部队的一位领导提出了一系列问题,例如,运载火箭点火后,其固体火药喷射的烈焰摧毁力到底有多少?高温高压可能造成的后果如何?发射筒会不会残留火药产生第二次燃烧?运载火箭离艇产生的反作用力,会不会使潜艇撞海底,造成潜艇失控?模型弹一旦坠落会不会砸到潜艇上?诸如此类的问题都非同小可。甚至有人指着潜艇说:“弄不好,这是一副铁棺材。”当然,这些可能危及水下潜艇安全的问题,设计、研制人员先前都做过认真的分析和测定。譬如对火焰喷射力、后坐力等,陆上试验中都掌握了一定的依据。对模型弹下落会不会砸艇,曾在南京长江大桥做过落水试验,证明入水深度在安全范围内,并且设置了控制弹体落水姿态和速度的装置。但研制试验人员还是认真地进行了复查和进一步论证。

“巨浪-1”导弹

试验推迟两周后,又按计划继续进行。发射潜艇拖带通信浮筏,在数艘舰艇的尾随下驶向发射试验海域。潜艇按预定程序下潜,正准备进入发射阵位时,通信浮筏的牵引钢缆和通信电缆受风流影响,被推进器叶片打断,浮筏离开潜艇,漂荡在海面上。在出师不利的情况下还要不要继续试验?大家认为,行动已全面展开,空中、水上、水下已经全部封锁,不应该让抢到的时机轻易溜走。于是水上、水下重新做出协同规定,浮筏没了,潜艇系浮标做标志;电缆断了,改用天文钟校时;无线电通信中断,用水声通信机保持指挥。潜艇重新就位,重新下潜。在发射深度,艇长把潜艇操纵得稳稳当当。“5、4、3、2、1,发射!”口令余音未落,模型弹从水下冲出水面,升到预定高度,然后安全落入水中,浮出水面。潜艇上浮了,全体参试人员欣喜若狂。试验表明,他们已经迈进了潜地导弹研制的成功之门。此后,又多次进行水下模型弹试验,取得了不同海情条件下的试验参数,验证了导弹发射动力系统设计的正确性及操作使用的安全可靠性,为潜地导弹水下发射开辟了道路。

知识卡

导弹安全自毁系统

导弹起飞后因故不能执行预定任务时,为保障地面安全和防止泄密,使导弹在空中自行销毁的装置。装有常规战斗部的导弹多采用引爆战斗部的方法进行自毁。装有核战斗部的导弹采用的安全自毁系统能使发动机、推进剂贮箱等进行自毁,同时又使核战斗部实施化学爆炸,以防止核爆炸。导弹安全自毁系统通常由安全引爆机构和爆炸器两部分组成。

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