大国重器：“东方红一号”背后的中国力量
2021-06-18玉然
玉然
2021 年 2 月 10 日，“天问一号”火星探测器在经历长达202天近2亿千米的星际旅行后，顺利进入火星轨道，并预计于五六月择机登陆火星，走出中国航天迈向深空的关键一步。
其实，俯仰人间今古，中国人对神秘宇宙的向往与探索从未止步。从远古时期的嫦娥奔月，到春秋时的弄玉乘凤飞天传说，从东汉张衡制作能飞木鸟，“假以羽翮，腹中施机，能飞数里”，到有着“世界航天第一人”之称的明朝万户创想用47个自制火箭翱翔天宇，中国人的飞天之梦已薪火相传了几千年。
然而，最先将飞天变为现实的是苏联。1957年10月4日，苏联成功发射了人类历史上第一颗人造卫星。美国则奋起直追，于1958年2月1日发射了“探险者一号”卫星。眼见苏联、美国已箭指苍穹，开启了人类挺进太空、角逐宇宙的序幕，曾经最早萌生飞天梦想的中国却刚从战争废墟中站起来，航空基础尚且薄弱，遑论航天……
“我们也要搞人造卫星”
1956年2月1日的中南海怀仁堂张灯结彩，毛泽东在此举行宴会招待全国政协二届二次会议全体委员。刚冲破美国重重阻挠回国的钱学森，受邀来此参加宴会。他走到大红请柬标明的第37桌，却被告知座次被毛泽东亲自勾到了自己座位的右边。
席间，毛泽东问：“学森同志，从现在起，我们抓紧时间，埋头苦干，争取在第三个五年计划末期，使我国在原子能、火箭等最急需的科学技术领域接近世界先进水平，能不能做到？”钱学森说：“只要计划周密，工作努力，是可以实现的。”
此时的钱学森心潮澎湃。作为世界“超音速飞行之父”冯·卡门的最得意门生，美国麻省理工学院最年轻的终身教授，美国人口中“抵得上5个师的兵力”“使美国空军飞机从螺旋桨式向喷气机过渡，并最后向遨游太空的无人航天器过渡的长远规划的关键人物”，45岁的钱学森甫一回国，便被视作新中国航天事业的引领者和奠基人。
1956年那个久违的春节，深感使命在肩的钱学森日夜奋笔疾书，将对中国航空的深入思考点点滴滴汇于笔端。大年初五，中国航天事业起步的奠基之作《建立我国国防航空工业意见书》被送到周恩来案头。
1956年10月8日，荒冢遍地、野兔出没的北京西郊，一个仅能容纳200人的简易礼堂内，中国航天事业的先行者们召开了具有里程碑意义的大会。会上，主管新中国科技工作的聂荣臻身着元帅服，在讲台前用浓重的重庆口音大声宣布：“中国第一火箭、导弹研究院国防部第五研究院，今天正式正立！”他勉励创业者们：在座的各位，你们是中国火箭事业的开国元勋啦！台下坐着小木凳、小马扎的与会者热泪盈眶。
然而当激情散去，现实的困境赤祼祼地展现在面前。五院成立之初，第一项工作就是给140多名大学生办“扫盲”训练班，由时任五院院长钱学森以及他点名调集的任新民等专家授课。这是一场不可思议的“扫盲”——除钱学森一人是火箭、导弹专家，其他人都只是相关领域的专家学者。后来成为航天计算机技术开拓者的朱正回忆说，他原来是学电讯专业的，但钱学森却要他给学生讲导弹的制导。钱学森给了他一本英文书《Guidance》，说：“你拿去学习，学懂了再给学生讲。”当时，他对英文“Guidance”怎么译都不知道，钱学森告诉他，译作“制导”。
就在中国航天蹒跚起步时，1957年，苏联卫星上天，引起了中国科技界和中央领导层的震惊。
1958年5月17日下午，中共八大二次会议现场气氛热烈，在热气腾腾的“大跃进”熏染下，与会者显得尤为“敢想敢说”。讨论中央工作报告时，一位代表突然发言：苏联老大哥的卫星已经上天了，我们中国是火箭的故乡，又是社会主义国家，无论如何也应该搞出自己的卫星！
一语未落，群情激昂。现场的毛泽东将开天辟地的大手一挥，用浓重的湘音宣布：我们也要搞人造卫星！随后又幽默地补充道：“当然啰，卫星应该从小的搞起，但是像美国鸡蛋那么大点的（8.2千克——笔者），我们不放！要放我们就放它个两万公斤的！”现场掌声雷动。
在周恩来、聂荣臻的具体指示下，中国科学院马上行动起来，组织钱学森、赵九章（1907—1968，空间物理学家，中国动力气象学的创始人）、郭永怀（1909—1968，中国近代力学事业的奠基人之一）等研究制定了中国人造衛星发展规划草案。为了组织与协调全院卫星和火箭探空的业务，还成立了中国第一个卫星小组“581”小组，由钱学森任组长。
1958年，是一个困难与激情交织的年代。为了向国庆献礼，中国科学院负责卫星、运载火箭总体设计的第一设计院工作刚刚起步，便开始忙于卫星和火箭模型的设计。然而，刚组建的卫星研制队伍两手空空，要啥没啥。没有办公地点，就在北京的西苑旅社租了几个房间；没有办公桌，就趴在水泥地上设计图纸。一群人靠着一把老虎钳，两把锉刀，几块铝皮和几张三合板，外加十几支蜡烛和几个手电筒，便开始了中国卫星、火箭雏形的设计与研制。在那全民“大跃进”，上下干劲高的年代，大家工作起来不分昼夜，困了伏案打个盹儿，饿了啃个干馒头，只用了几十天的时间，就初步设计出了一个运载火箭结构总图，制作了一个地球物理火箭箭头模型。
1958年10月1日，中国科学院自然科学跃进成果展览会在北京中关村生物所开幕。展览会展出的两个卫星模型里，一个放着科学探测仪器，另一个则放了一只金黄色的小狗。每当参观的人群来到卫星模型跟前时，这只小狗便不时发出“汪汪”的叫声。
毛泽东也兴致勃勃地前来观展。在观看火箭的“飞行”表演时，火箭刚一启动，本来坐着的毛泽东禁不住一下站了起来。当他突然发现火箭模型的起飞竟是靠人躲在背后用手拉橡皮绳时，忍不住一下笑了：“好！就这么搞！不要怕土，土八路能打败洋鬼子嘛！”
“大腿变小腿，卫星变探空”
理想很丰满，然而参与规划的领导者和科学家们都清楚，单靠这些，中国的卫星是上不了天的。为了在1959年发射第一颗人造地球卫星，向国庆10周年献礼，从未见过卫星和火箭的中国人再一次想到了“老大哥” 苏联。
1958年10月16日，中国科学院地球物理研究所所长、“581”小组常务副组长赵九章率领“581”小组副组长卫一清、卫星和自动控制专家杨嘉墀、空间技术和空间物理专家钱骥，以及翻译杨树智一行5人，专程飞往莫斯科。
然而，在莫斯科为期70天的考察即将结束时，在中国代表团的一再要求下，“老大哥”才把“小弟弟”带进了苏聯中央气象局火箭大厅。大厅中央躺着一枚探空火箭的头部，直径大约1米。中国专家只被允许站在距火箭3米远的地方踮脚探看和听取讲解。这是代表团距离火箭最近的一次。至于卫星，则连影子都没有见到。
代表团回国的时候，“大跃进”已经开始降温。在此背景下，中央高层也开始重新审视卫星发射问题，到1958年底，中央书记处总书记邓小平在听取汇报时指出：明年卫星不放，与国力不相称，一口气吃不成个胖子。有了邓小平的指示，中科院党组召开会议，提出了“大腿变小腿，卫星变探空”“着重打基础”的原则，决定调整任务，收缩机构，停止大型运载火箭和人造卫星的研制，把力量先转移到探空火箭上去。
探空火箭是在近地空间进行探测和科学试验的火箭。为了把北京的技术力量和上海的工业基础有机结合起来，1958年11月，中国科学院第一设计院负责人造卫星和运载火箭总体设计的技术人员从北京迁往上海，并由上海市从有关院校和工厂抽调部分科技人员、大中专毕业生和工人，组成了中国第一个完全依靠自己的力量从事火箭技术研制和专门承担探空火箭设计的单位——中国科学院上海机电设计院（1965年7月迁回北京，改名为第七机械工业部第八设计院）。其副院长是杨南生，总工程师是年仅37岁的王希季。
1947年，王希季抱着“工业救国”的理想，以优异成绩考入美国弗吉尼亚理工学院。两年后获硕士学位。当王希季正准备继续攻读博士学位时，传来了新中国成立的喜讯。他很快找到了留美科学工作者协会，要求立即回国。当时美国政府为了阻止中国留学生回国，提出了许多优厚的条件，而回国的留学生在国内每人只能优待600斤小米。不少同学都劝他读完博士再回国，甚至干脆留在美国，但他却毫不犹豫地踏上了归国的商船。
王希季出任上海机电设计院总工程师后，带领一群平均年龄20多岁的年轻人“摸着石子过河”，开始了艰难攻关。
当时只有19岁的张晖，便是那群年轻人中的一个。多年后他回忆当时的工作状态：我们白天干活，晚上就趴在油灯下查资料，学理论，边学边干。冬天特冷，夏天蚊子又大又多。适逢三年困难时期，每月只有20斤定量，根本填不饱肚子，不够吃的话就在稀饭里一个劲地加水。缺油少肉没鸡蛋，连青菜都无法满足需要，就吃萝卜皮，甚至有时就用酱油拌上一碗白开水下饭。不少人因营养不良而得了浮肿病。“但大伙的心里都憋着一股子劲儿，像烧着了一团火，脑子里成天想的似乎不是如何填饱肚子，而是怎样尽快把探空火箭搞上去！”
作为技术负责人的王希季，恨不得一天24小时都用在工作上。火箭的图纸有上千张之多，他一张张认真审核，发现问题马上请相关人员逐一修改，改后还要再详细审查一遍，直到确保丝毫无误。多年后他曾感慨地说：“记得那时我们领导和科技人员都非常忘我地工作在科研生产第一线，每天晚上12点钟之前大家都不回家，因此院办公室主任每次都来催促我们赶快回去睡觉。”
然而最初制定的“T—5”探空火箭方案起点无疑太高。科研人员千方百计地攻克了设计、制作和总装工作后，却因为没有发动机试车台，又不具备供应、储存、运输和加注液氧的设施，不得不被迫中止了研究。这枚相当现代化的“T—5”探空火箭，最终成了一件漂亮的展览品。
1959年12月6日，时任国家主席刘少奇在视察“T—5”火箭的研制生产情况，并听取王希季汇报后，关切地问：“你们有没有考虑做一些比这小一点的火箭？”王希季回答：“明年我们就要搞一个更小的火箭。”
于是，研制工作转向了相对简单轻巧的“T—7M”无控制探空火箭。
目标降低了，但困难仍是一个接一个。制造火箭所需的许多精密部件都没有相应的工业制造支持，在当时的国际环境下，也不可能从国外引进，研究人员便到图书馆找资料，跑科研单位请教，下工厂实地考察，到物资部门了解材料品种规格等，依靠自己的力量设计制造。有时甚至“土法上马”，因陋就简，如“T—7M”火箭采用的爆破薄膜铣削深度公差要控制在0.005毫米以内，当时的机械加工条件无法实现，两位平均年龄只有20岁的姑娘便靠手工制作，经过近千次试验后终于达到了设计要求。此外，用小台钟改装成延时装置，控制爆炸螺栓点火时间；把小灯泡敲碎，取其钨丝裹上硝化棉制成点火装置等，诸如此类“土发明”屡见不鲜。土归土，但科研工作者们严格按科学规律办事，各个环节都通过充分的试验来验证了其可靠性。用钱学森的话说就是“用不十分可靠的元件做出非常可靠的系统”。
场地设置也颇费周折。没有发动机燃料系统实验室，王希季找遍设计院的每一个角落，最后选中了厕所门前约5平方米的小天井，在那里搭起了液流试验台，测试室则就近由厕所改装而成。火箭发动机试车有高压气、有毒气体、高温火焰，时刻存在爆炸、中毒和起火的危险，杨南生便找到一座当年侵华日军废弃的旧碉堡。在那个寒冬腊月，科技人员搬砖砌墙当“泥瓦匠”，很快利用碉堡的夹道建成了一个防爆、防毒和防火的发动机试车台。
1960年2月19日，中国第一枚自己设计研制的液体火箭终于竖立在了上海远郊一个20米高的发射架上。借来一台50千瓦的发电机，四周用芦席一围，顶上再盖一张油布篷，就成了“发电站”。“发电站”离发射架和“指挥所”有100多米，中间横着一条飘着死鱼与枯枝败叶的小河，来不及架设通信线路，没有扩音器，也没有步话机，发射场总指挥下达命令，只能扯着嗓门大喊，或使劲挥动手臂打哑语。给火箭加注推进剂时，没有专用加注设备，只好用自行车的打气筒做压力源；没有自动的监测定向天线，就靠几个人用手转动天线去跟踪火箭。
就在这样的条件下，随着一声令下，火箭腾空而起，在8000米的高空留下了中国火箭史上里程碑式的一笔。
1960年5月28日，上海延安西路200号锦江小礼堂，毛泽东在视察了“T—7M”探空火箭实物后称赞说：“8公里， 那也是非常了不起的呀！”“我们要20公里、200公里地搞上去！”
随后短短几年时间里，从更先进的T—7火箭成功升空，到载有雌雄两只小狗的生物试验火箭完成高空往返，中国的火箭研制自力更生、一步一个脚印地走出了一条逐渐明朗的道路。
重启人造卫星计划
1964年，对中国的科技界来说，无疑是一个值得贺喜的年头。这年6月29日，在钱学森的带领下，我国自行研制的第一枚弹道式导弹发射成功。接着，10月16日，我国第一颗原子弹也爆炸成功。这标志着我国技术水平上了一个新台阶，新型材料、电子原件、仪器仪表、精密机械、测试技术、计量基础等得到了新的发展。在此基础上，发展人造卫星的问题便被提上了议事日程。
1965年三、四月，国防科委多次召集钱学森、赵九章等专家学者就发射人造卫星进行了充分的讨论，并形成报告，上报中央。中央对此十分重视，经过慎重研究后，批准并责成国防科委具体组织协调。从此，中国的人造卫星的全面研制正式开始。
1965年4月，中科院专家潘厚任、何正华和胡其正等组成卫星总体组，负责完成卫星初步设想方案。同时，力学所、电子所、自动化所和原“581”小组等中科院其他有关的研究所亦纷纷行动起来。
现在有个说法叫“996”工作制，但当时为了尽快完成任务，科研工作者主动放弃了大量休息时间。潘厚任就在采访中回忆过“一连工作了三天两夜，当时站着都能睡着”的情景。凭着这种高涨的热情和忘我的工作精神，他们仅用了十余天，就拿出了卫星的初步方案，并为之取名“东方红一号”。
随后， “东方红一号”便进入工程研制阶段。为全国协作方便和保密起见，再加上提出搞人造卫星建议的时间是1965年1月，于是该任务被定为“651” 任务。
1965 年10月，北京友谊宾馆见证了中国航天史上的一场著名的头脑风暴，这就是“651”会议。在这场长达42天的会议上，专家们白天开会讨论，晚上计算，对第一颗人造卫星的总体方案和科学探测目标进行了论证。为了保证这“天字第一号工程”的实施，在“651”会议上，周恩来曾强调，只要“651”需要的，全国的人、财、物，不管是哪个地方、哪个单位的，一律放行，全面绿灯。
1966 年初，中国科学院经请示报告聂荣臻后，正式成立了“651”设计院，由赵九章任院长，抓第一颗人造卫星总体方案和筹建试验室的工作；1966年5月又组建了代号为“701”的工程处，由电子学科学家陈芳允担任技术主管，负责地面观测系统的设计，以及台站选址、建设等工作。
然而，正当中国第一颗人造卫星进入技术攻关阶段，卫星本体、运载火箭和地面观测三大系统的研制工作取得可喜进展时，史无前例的“文革”打乱了既定的节奏。中科院是“学术权威”扎堆之地，自然成为“文革”主战场，一时间，关于科研工作者的大字报铺天盖地，不少专家遭遇抄家、隔离审查和残酷批斗。“东方红一号”的倡导者、“651”设计院院长赵九章在“文革”之初便被以“反动学术权威”的罪名剥夺研究工作，后不堪红卫兵迫害，含冤自杀！更让人震怒的是，为后来的火箭、卫星制造攻克材料和工艺难关的中国航天材料奠基人姚桐斌，竟在自家门口被红卫兵武斗致死！正在人民大会堂举行欢迎外宾宴会的周恩来闻知消息，失态将手中的酒杯跌落摔碎。他责令公安部门彻查此案，并指示有关部门立刻列出一张有贡献、需保护的科学家名单，强调必要时用武力保护，这才避免了更多科学家遭受迫害，确保了科研工作不被完全中断。
1967年3月，为减少“文革”冲击，周恩来宣布对从事卫星研制工程的单位实行军事管制，由钱学森挂帅，从299个单位抽调1356人，集中进行卫星与火箭的研制。卫星发射工程庞杂，钱学森建议建立卫星总体设计部，由38岁的留苏航天专家孙家栋负责。孙家栋“初生牛犊不怕虎”，挑选出专业互补的18名骨干，组成“航天18勇士”，开始了新一轮的攻关。
卫星研制过程中困难不断，但研究者们无所畏惧，一路“过关斩将”。为调节卫星温度系统，1968年夏天，研制人员借用海军后勤部队一个冻猪肉用的冷库模拟卫星在太空中的寒冷环境进行试验，研制人员在零下十几度的冷库里冻得鼻青脸肿、直跳脚，最终为卫星设计拿到了数据。
卫星天线在展开试验时突然折断，为了查明原因，大家在废品库里做试验，飞速旋转的天线万一折断甩出去，就像射出的箭，危险性极大，负责人戚发轫便给每个试验队员找了个包装箱盖做“盾牌”，透过箱盖的缝隙可以观察天线旋转，最终找到了天线折断的症结……
正是凭着这股不服输、敢拼搏的精神，卫星研制工作才得以步步推进。
“上得去，抓得住，看得见，听得到”
在当时的国际环境下，“东方红一号”作为中国的“争气星”，最初就被设定了一个总的要求：“上得去，抓得住，看得见，听得到。”
“上得去”是指其运载火箭“长征一号”发射成功，并把“东方红一号”送入既定轨道。
为充分利用即有技術，减少研制阻力，尽早将卫星送上太空，钱学森主张运载火箭尽量使用导弹成熟技术，因此“长征一号”是在“东风四号”两级导弹的基础上，加上第三级固体发动机改制而成的。具体研制工作由“长征一号”总设计师任新民主持和协调。
根据计算，“长征一号”将“东方红一号”送入预定轨道没有问题，尚需考虑的是火箭的发射方位及第一、二级火箭脱落后的降落地点如何避免国际纠纷。于是， “长征一号”的轨道设计师们钻进计算机房里开始了紧张的运算。当时的科研条件十分简陋，计算多用半自动手摇计算器进行，任务急的时候连算盘都用上了。据时任七机部轨道组组长李颐黎说：“（轨道计算工作实行）三班倒，每个人算8小时就下班。必须两个人对着算，因为很有可能算错。要保证质量，所以算一条轨道要一年的时间。”
经过千百次的运算比较，最终选定了一个最佳方案：火箭发射方位定在东偏南68.5度，这样可使全球各大洲的人都能看见“东方红一号”的飞行；同时这个角度可保证第一级火箭工作完毕后，其残骸坠落在甘肃境内，第二级火箭残骸坠入南中国海，第三级火箭残骸则在广西北部上空与卫星一起进入运行轨道，不会引起国际纠纷。
与此同时，“长征一号”第三级固体发动机也进入紧张研制。
1964年8月，调任七机部第四研究院副院长的杨南生挥别繁华大都市上海，匆匆赶往四川泸州高坝——中国固体火箭发动机研制基地。在这里，杨南生带领技术人员经过多次试车及冲击、振动等试验，终于解决了药柱表面裂纹和发动机不稳定燃烧问题，在1965年7月至8月，取得了6次飞行试验全部成功的佳绩。
1965年冬，第四研究院从泸州迁至内蒙古。杨南生多年后回忆：“当时这基地只是一片黄沙中点缀着几处空壳厂房，再加几栋单身宿舍楼和一个用芦席搭建的食堂。至于生产条件，则只有一条拼凑起来的临時装药生产线。那几栋单身宿舍楼成了睡觉吃饭、学习办公、设计画图的‘综合楼；有家室的人员则分散借住在基地周围一、二十里范围的农户家里。一日三餐几乎天天是窝窝头就土豆或白菜；再加上塞外的气候，地冻天寒、飞沙走石，真够人受的。但这一切困难没有吓倒任何人，整个队伍满腔热情、乐观愉快地投入生活和工作。”
然而“文革”浊浪袭来，这个深藏大漠的基地也无法幸免于难，工作一时近于瘫痪，连工作、生活不可或缺的车辆，也不再发动。为了抢在塞外高原的黄金季节建设高空模拟旋转试车用的试验设施，杨南生这位“海归”专家骑着一辆半旧的自行车，奔走在方圆十多公里的厂区、家属区，敲开一家家紧闭的房门，动员从事研究、装药、试验等方面的骨干出来工作。因为太过劳累，杨南生患上了坐骨神经痛，有时不得不用单腿蹬车，多次连人带车掉进雪坑里。最终，一个个有志者受他感染，站出来与他共同担起了历史重任。
经过三个春秋的艰难攻关，“长征一号”各系统零部件从四面八方同时运往火箭总装厂。
“抓得住”是指地面观测站能够对卫星进行实施跟踪测量。负责解决这一难题的是陈芳允。但在极左政治冲击下，1967年，陈芳允这个“反动学术权威”被稀里糊涂弄到陕西渭南的某测控基地，每天的工作是上山打猪草。但他始终无法忘却卫星使命，白天劳动，晚上便佝偻着身子，趴在微弱的油灯光下写写画画，绘制卫星的跟踪测量网图。后来形势有所好转，他便跋山涉水，在全国各地勘察卫星跟踪点。当时正值大串联火热进行，火车拥挤不堪，陈芳允乘火车往返于各地，常常找不到座位，有时一站就是一整天。
跟踪网点敲定后便投入建设，短短几年间，各地观测台站相继建成。由于条件限制，从发射场区到各观测台站的指挥通信和数据传输主要是靠明线来完成。为了防止出现人为破坏和自然中断等情况，在两万多公里的线路上，68万多名民兵沿线一字排开，每根电线杆下派一名民兵日夜护线，从而确保了信号的安全、畅通。
“听得到”是指卫星在太空播放的《东方红》乐曲能让地面收音机接收得到。为解决这个问题，潘厚任和同事们用了3个月，到商业部的一个库房里把全世界各种类型、最先进的新型收音机都借过来，依次对其灵敏度进行测试，再反过来推算卫星需要的发射功率。测算后发现，要让普通收音机收到信号，卫星就得安装大功率发射机，如此一来，卫星总重量将超过1吨。而最好的办法就是通过地面站转播。后来人们听到的《东方红》乐曲，就是地面跟踪站接到了卫星信号再转发出去的。
为使《东方红》乐曲在太空播放悦耳嘹亮，设计人员何正华、刘承熙深入调研，多方比较，最后决定用电子线路模拟铝板琴，并采用无触点电子开关，满足了设计要求。为确保电子线路、元件承受得住火箭发射时的力学环境考验，又能耐恶劣的空间环境运行，且不受电磁干扰而使乐曲错乱，承担制作工作的北京控制工程研究所一丝不苟地做了大量试验调试，终于找到解决方案。
“看得见”是指卫星必须在地面上肉眼可见。可“东方红一号”在太空的运行轨道距地2400多千米，这样一个直径仅1米的球形72面体怎么可能在地球上肉眼看见？
有人提出在卫星上套上个皮囊，上天后充气打开，以此扩大闪光面积。但这个想法立即被否定了，因为皮囊无法承受太空的极端温差。且套上皮囊后卫星天线无法展开。不过，受其启发，专家们想到“观测裙”设计。
“观测裙”研制任务落到七机部第八设计院的“回收伞”专家史日耀身上。最初的设计是做成折叠伞式，上天前收拢，上天后再打开。但当在真空条件下做模拟试验时，发现只要旋转，“观测裙”就被甩得死死地粘贴在一起，根本达不到预想的效果。后来他们又把“观测裙”设计成一个球形的观测体，在表面镀上一层高质量的铝，并进行抛光。观测体在上天前不“充气”，只是一个又轻又扁的物体，上天后，利用末级火箭自旋时产生的离心力给其“充气”，使其膨胀成一个面积可达40平方米的球体。如此才解决了“看得见”难题。
