高能燃料推进剂的研制与生产

马伟华 薛志强

“两弹一星”工程是中华人民共和国成立以来最具代表性的大科学工程之一。以往对此问题的研究，多关注于原子弹、氢弹、导弹和卫星等核心问题，以及与此相关的关键人物的研究，着重从宏观上总结“两弹一星”工程的成功经验，这些研究厘清了“两弹一星”工程的主要脉络和关键问题。事实上，如果能够换一个角度，从微观运行机制上探究，从一些相对边缘的领域和人物进行审视，或许更能加深我们对“两弹一星”工程的认识。高能燃料推进剂的研制生产就提供了一个很好的案例，本文结合第一手档案文献，重点以偏二甲肼的研制生产展开论述。

一 高能燃料推进剂研制初期的情况

高能燃料推进剂的研制是“两弹一星”工程的重要环节之一。因为导弹和卫星的发射，以及原子弹、氢弹的实战运用，都离不开高能燃料推进剂的使用。在中央决定研制导弹之初，钱学森提出，“搞导弹主要看你火箭用什么燃料，火箭的燃料很重要。钱学森说一定要搞新的高能燃料。科学院要把科研重点放在开发自己的高能燃料上，这样火箭才能做得大，射的远”([1]，页42)。高能燃料推进剂的研制生产最初由中国科学院负责。

高能燃料推进剂的研制对试验场地有一定的要求，“每一种高能燃料研制出来后都要试烧，要试车，火箭的发动机、尾巴的喷管均要试验”([1]，页42)。中国科学院党组书记张劲夫和钱学森在京郊选定了一片林地，成立由力学家林鸿荪负责的力学所二部研制高能燃料。同时，中国科学院的一些相关院所配合参加工作，如化学所二部、大连化学物理所、长春应用化学研究所、上海有机化学所也都接受了任务。高能推进剂最初选择相对容易的液氧，“因为钱学森、郭永怀他们有这方面的专长，实验基地的主要实验方向是先试验液氧，要把氧气变成液体，它需要低温”([1]，页42)。科学院物理所的低温实验室，就专门研究如何实现低温。张劲夫回忆：“高能燃料是导弹的一个关键所在。科学院当时承担的是最重要的任务，就是做高能燃料的研究开发，提供给五院。”([1]，页42—43)高能燃料研制成功后，五院以此为基础设计发动机，经过多次试验，最终成功。经过多方努力，1960年我国第一枚导弹发射成功。

虽然我国第一枚导弹实现了突破，但“我国第一枚导弹的射程太短，更不能用来发射原子弹、氢弹。钱学森又提出，一定要进一步地搞高能燃料，加大它的推力、速度。新的高能燃料主要是液氢，他的推力大，导弹的温度相对也高了。这就需要科学院再研究耐高温的材料”([1]，页43)。这个阶段，中国科学院仍发挥主要作用，“导弹方面，科学院主要配合研制出高能燃料，液氧和液氢以及固体高能燃料，研制出耐高温材料”([1]，页44)。中科院高能燃料推进剂初期的研制采取了比较稳妥路线，主要是研制生产液氧、液氢。

与此同时，针对更高性能导弹的研制，钱学森对高能燃料推进剂提出了开拓性、挑战性的研究规划，“有一段时期，用液氧和煤油做发动机燃料，是国外热门的研究方向。但钱学森认为，对于战场上使用的导弹，这种方案不实用……按照钱学森的意见，中国导弹使用偏二甲肼和四氧化氮作为发动机燃料”[2]。钱学森的建议指明了高能燃料推进剂的研究方向，具有战略性意义。“两弹一星”元勋任新民回忆说：“美国和前苏联由于液氧实验不成功，改走了偏二甲肼和四氧化氮的路线。这是我们后来才知道的。”[2]

钱学森指明的科研方向具有前瞻性，但从理论假说到实2际研制还需要科研工作者付出努力。据报道，1958年，当时正在中国科学院应用化学研究所攻读副博士学位姚树人(1)姚树人(1929—2015)，原海军工程学院院长，高分子化学专家。，接到一年内拿出一吨偏二甲肼液体燃料的任务：“1958年底，姚树人带领的科研组奇迹般地造出中国第一滴可储存高能火箭液体燃料。次年，他们圆满完成任务，拿出了一吨这种燃料。”[3]姚树人研制偏二甲肼用的是锌粉还原法。工业上制备偏二甲肼还有另外两种方法——悬浮催化加氢法(简称“加氢法”)、氯胺法(又分为气相氯胺法和液相氯胺法)，加氢法和氯胺法后来主要由化学工业部组织实施。

钱学森所在的国防部第五研究院上报国家，通过有关部门给化工部下达了研制偏二甲肼的任务。为确保急需，化工部采取了三条技术路线同时上马，适时取舍的办法。1958年8月北京化工研究院开始氯胺法合成偏二甲肼的研究，1958年10月沈阳化工研究院开始了加氢法合成偏二甲肼研制。1958年10月，吉林化工公司染料厂在中国科学院长春应用化学研究所工作的基础上(即姚树人采用的锌粉法)，建立了1.5吨的试验装置，开始中试研究。1958年底，为使用单位提供了纯度为98%的合格样品40公斤。1959年9月，这套装置移交给吉林化工设计研究院。

尽管偏二甲肼作为燃料推进剂具有优势，但其问题是存在剧毒。化工部就曾因为毒性的问题，暂停了偏二甲肼的研制生产，“关于高能燃料偏二甲肼的研究工作，我部从1958年就开始做过，并取得一定成果。但使用部门因该项燃料有毒，能否应用，一时未能决定。因此曾停顿了一段时间”[4]。1961年5月化工部征得国防科委的同意，锌粉法中试研究和加氢法合成偏二甲肼的试验室研究停止试验。

当时对能够采用偏二甲肼作为推进剂还存在争议，这些争议可能主要来自苏联专家。时任发动机过程研究所所长的梁守槃(2)梁守槃 (1916—2009)，导弹总体和发动机技术专家，中国导弹与航天技术的重要开拓者之一，中国科学院院士。回忆，能否使用偏二甲肼作为燃烧剂成为当时争论的重大技术问题。苏联专家认为，用偏二甲肼作燃烧剂虽然可获得较高的比冲，但有剧毒，而且毒性是积累性的，使用偏二甲肼等于抱着老虎睡觉[5]。这种情况下，梁守槃与军事科学院合作，经过研究得出以下结论：“偏二甲肼及其燃气虽有毒，但可以通过人体自身的代谢将毒性物质排出，因此是非积累性的中毒，并找到了解毒的特效药，从而闯开了偏二甲肼不能作为液体火箭发动机燃烧剂的‘禁区’。”[5]这个研究成果彻底扫清了偏二甲肼研制的拦路虎，接下来要解决的问题就是获得成功研制偏二甲肼的方法。

二 北京化工研究院采用液相法成功研制偏二甲肼

中国科学院在液氧、液氢等推进剂的研制中发挥了主要作用，从1958年开始，化学工业部则在推进剂研制生产中渐渐挑起了大梁。据化工部二局干部的汪廷炯回忆，化工部1958—1968年间先后研制生产仿P- 2近程导弹所用化学推进剂、红旗1号低空弹道用化学推进剂、偏二甲肼与无水肼、固体推进剂等产品[6]。时任化工部一局干部的岳中回忆：“国防科委五局孙式性同志诚挚地对我说：‘苏联专家就要撤走，化工部在无外援的情况下，要下个决心，争口气，迅速攻下液氧、高浓度过氧化氢、固体高锰酸钾催化剂、冬卡等化学推进剂原材料难关，以应急需，时不宜迟’……1961年春，钱学森同志在一次会议上说：‘化工部要救救我们的命呀!’”[7]偏二甲肼的研制、生产基本上由化学工业部主导。

在偏二甲肼的毒性问题解决后，国防部第五研究院推进剂专业组向国防科委递交了“关于偏二甲肼毒性防治研究工作情况的报告”。紧接着，国防部第五研究院于1962年9月25日向国防科委提交《拟采用偏二甲肼作为液体火箭燃料》的申请：

偏二甲肼是一种能量较高、性能较好的液体火箭燃料。鉴于偏二甲肼燃料能量高、性能好、毒性不大、又可防治、经济性也较好，因此，我们拟将这种燃料作为一种可储存自燃性液体推进剂大规模发展。[8]

申请同时提出，根据研制工作需要，1963—1965年每年计划约需60吨偏二甲肼；自1965年以后，每年需要偏二甲肼的混合物250吨；此需求要化工部安排解决。

这个要求对化工部来说是个不小的震动，因为当时只有一个年产3吨的试验装置。化工部在1962年12月7日呈递国防科委《关于偏二甲肼的建设问题》的报告，指出目前仅有吉林化工公司按照较旧的亚硝化法小型车间进行试制，和北京化工研究院按较新的氯胺法进行探索试验。前者原料消耗多，收率不高，成本较贵，而后者技术方面存在问题较大，一时难于突破[9]。根据实际情况，化工部提出利用较现实的亚硝化路线，抓紧作技术改进研究，争取1963年完成60吨/年车间设计；对较先进的氯胺法路线，要求1963年完成模型试验，提供250吨/年车间设计数据。另外，对于偏二甲肼所需原料二甲胺亦专门作了安排。

根据形势的要求，化工部一局于1963年4月9日向上海化工研究院、沈阳化工研究院、北京化工设计院、北京化工研究院等单位发出《准备参加肼类燃料技术会议》的通知，讨论、交流技术问题。时任北京化工研究院第五研究室副主任的李俊贤(3)李俊贤，1928年3月生，中国工程院院士，著名化工合成专家，我国化学推进剂原材料产业的主要创始人之一，聚氨酯工业的奠基者之一，长期从事有机化工品的合成研究。参加了此次会议，他回忆了当时讨论的情形：

化工部一局于1963年5—6月(准确时间记不得了)在北京化工研究院二楼会议室召开设计、各研究偏二甲肼单位及上海化工研究院参加的会议，……讨论氯胺法偏二甲肼情况及下步课题分工。记得上午意见比较集中，即(一)一致认为气相氯胺法困难较多，难于一下突破，应立即进行液相氯胺法研究。(二)多数人意见(包括周励、于世贤同我)认为北京院已有分析、测试方法及合成、后处理设备，进行液相氯胺法研究可以加快进度。但部里的同志表态要回去研究。[10]

化工部领导研究的结果是北京化工研究院继续用气相氯胺法研制偏二甲肼，液相氯胺法安排给上海化工研究院研制。尽管化工部领导已经做出了安排，但李俊贤等人从专业技术角度出发，决定违反上级指示，继续采用液相氯胺法研制偏二甲肼。

在布置少量人员继续对气相氯胺法进行研究的同时，李俊贤安排骨干继续研究液相氯胺法。李俊贤在《回忆液相氯胺法制偏二甲肼研究和生产》一文中写到：“专题组长于世贤和我深入地分析了液相氯胺法的特点，……我们排除各种不同意见，决定突击研究液相氯胺法合成偏二甲肼的工艺。”[11]尽管瞒着上级进行研究，但经过李俊贤等人的努力，液相氯胺法研制偏二甲肼最终获得成功。在北京化工研究院1964年5月18日下发的《关于国防化学工业打歼灭战的通知》中，把液相氯胺法合成偏二甲肼列为北京院的歼灭战项目，表明这项研究获得了上级的认可。

北京化工研究院五所二室的工作进展，经化工部汇报给国防科委。1964年10月5日，在国防科委召开的112- 1预备会议上，国防科委直接对液相法合成偏二甲肼研制工作下达了任务。为了检验小试结果，北京化工研究院提出了《关于偏二甲肼中间试验设计方案》，报给化工部批准，开始了10吨/年的中间试验。然而七机部对偏二甲肼的需求数量又比1962年提出的要求高出许多，原来的中试规模过小。1965年1月25日，化工部二局在北京化工研究院五所组织召开关于加速液相氯胺法合成偏二甲肼试验与设计会议，停止了原来的中间试验，并对一些急需做的补充试验进行了安排。1965年1月28日，化学工业部作出《关于加强液相氯胺法偏二甲肼研究与设计工作的通知》，要求北京化工设计院在七月份提出300吨/年规模的初步设计。

为了尽快获得规模化生产的各项数据，1965年2月10日，北京化工研究院向化工部二局并化工部领导递交了《关于组织偏二甲肼会战的报告》，提请北京化工设计院、上海化工研究院、沈阳化工研究院、军事医学科学院等机构派人参加科研会战[12]。偏二甲肼的科研会战开始后，经过近50天的日夜奋战，按时提供了建厂数据。科研会战期间，研究室主任李俊贤和专题组长于世贤，负责会战的组织领导工作，制定研究方案，精心安排试验，每天都用卡片把试验目的、内容、要求通知各会战小组，在技术问题上严格要求和把关，他们经常在一线指导工作，组织技术攻关，每天只能休息几个小时。由于组织领导得好，措施得当，使会战井井有条、高效率地完成预期的任务[13]。

李俊贤在《回忆液相氯胺法制偏二甲肼研究和生产》一文中，这样总结会战成功的原因：“(1)全体人员有强烈的责任感，有必胜的信心，要在几十天内提供数据，因此安排试验比较周密，措施得当。不争功、不争名、不怕苦，为了满足国防需要，人人千方百计搞好操作，不管是技术领导还是党政领导，每日工作都在16—17小时以上。(2)研究、设计人员紧密配合，设计人员到现场收集数据，研究人员不管有多大困难，都尽可能满足设计需要……(3)三结合、大协作充分体现在我们工作中。我们研究目标请设计部门提意见，请有经验的专家给出主意，请搞精馏的同志指导并一起突击，材料试验请五所一室承担，从而较快完成了任务。”[11]会战结束后，北京院五所于1965年9月16日向化工部报告了这一阶段的工作，总结了其中获得的各项科研数据，表示液相氯胺法加碱工艺研究可初步告一段落，其余研究工作可在以后研究中进行，不必再采用会战方式进行。

1966年1月12日，国家经委、国家科委、中国科学院、高等教育部和化工部在北京联合召开“化工生产重要科技成果座谈会”，李俊贤出席了这次会议。在这次会议上，评选出包括液相氯胺法合成偏二甲肼在内的“十六项意义重大的科学技术成果”，国务院副总理薄一波同志接见了出席会议的全体同志。

三 液相氯胺法合成偏二甲肼的规模化生产

偏二甲肼在实验阶段获得成功以后，建厂投产成为满足国防需要的迫切要求。这时，生产偏二甲肼的重要原料二甲胺也成功研制生产，曾任化工部上海化工研究院副院长兼副总工程师的金经真回忆：“1966年上海化工研究院采用高压法中试研制成功二甲胺，并在黎明化工厂建厂投产。”[14]在北京化工研究院五所的液相氯胺法合成偏二甲肼取得突破、进行扩大合成试验后，化工部于1965年2月19日向中央十五人专门委员会呈递了《关于解决1965—1969年偏二甲肼问题的报告》，明确为了满足七机部1965—1966年的需求，吉林偏二甲肼年产180吨的车间应在1965年上半年建成，下半年试车投产；同时力争1966年在黎明化工厂采用液相氯胺法建成一个年产300吨的偏二甲肼车间，以满足七机部1967年的需要[15]。几经比较，黎明化工厂厂址最终确定在青海省西宁北32公里的毛家寨，利用下马的陶瓷厂建设。该地址符合中央提出的“靠山、分散、隐蔽”的六字方针，也有水、电、原料供应和运输的办厂条件，中共中央西北局和青海省委同意了该选址。

1965年1月，化工部在《关于加速液相法324研究与设计工作的通知》中，要求北京化工设计院七室于7月份提出300吨/年的初步设计，年底完成施工图设计以保证大厂建设进度。黎明化工厂于1965年三季度开始土建动工。黎明化工厂的设备由化工部基本建设总局具体安排，由国家相关部委协调解决。化工部基本建设总局1966年6月8日给化工部高扬部长等《关于黎明化工厂设备安排情况报告》中，表明黎明化工厂的建设得到一机部、物资部、七机部、化学工业部等单位的支持。1966年6月，液相氯胺法主要科研工作者李俊贤被任命任化工部青海黎明化工厂副厂长兼总工程师。

1966年9月13日，设备安装结束。该单位人员洪虎(4)洪虎，1940年生，曾任吉林省省长。被任命为车间主任，当日就进行水联动试车，20日化工试车。10月3日出合格产品6公斤。经开车试生产，发现在原有设计上有多处错误，存在简陋、施工质量低劣等问题。黎明化工厂是建在青海高寒地区，冬天气温都在零下20—30℃，露天管道阀门未加伴管保温，到处结冰堵塞。加上氯气输送和次氯酸钠制备设计不合理，在常温下液体无法计量，致使氯胺的连续合成无法实现。全厂管线阀门跑、冒、滴、漏现象严重，使框架基础下沉。外管道敷设在马路上，使全厂交通堵塞，基于以上原因，造成整个生产难于运行。

尽管工人、干部工作很努力，但试车就是出不来产品。李俊贤作为主管生产的副厂长和总工程师，充分调查研究试车失败的原因。黎明化工厂于1966年11月21日向化工部原料工业公司上报了《关于调整1966年“324”产品任务的紧急报告》，指出影响正常试车最突出的问题是设计问题和操作问题。化工部对偏二甲肼试车非常重视，先后召开多次会议，找问题、分析原因及研究解决问题的办法。偏二甲肼车间由于存在的问题太多，小修小改解决不了问题。经过反复研究，化工部做出对黎明化工厂彻底改造的决定：“黎明化工厂生产的‘324’产品，是当前国防急需的重要产品，其投产迟早和产量多少直接影响到国防建设，我们必须作为一项政治任务来完成。”[16]化工部随即布置了建设公司、生产调度局、化工原料工业公司、负责设计的第六设计院、负责施工的第六化建等机构的职责和任务。

黎明化工厂作出彻底改造偏二甲肼工程的决定后，化工部派出陶涛(5)陶涛(1917—2013)，曾任化工部副部长。等组成的工作组，亲临现场办公，指导改建工程。上级部门也对黎明化工厂的厂长、书记做出了调整，六化建、第六设计院、军管组代表等部门成立了以金洪涛、李俊贤为骨干的黎明化工厂试车、交工、验收委员会。第六设计院在现场的设计人员约40多人，经常和研究及生产人员一起讨论技术问题。副厂长李俊贤、车间主任洪虎、研究人员董礼川、马世鑫等，在试车期间每天奋斗在一线，及时处理出现的问题，督导每一步操作过程，实地培训工人[17]。在全体同志的努力下，改建后的工程于1968年1月27日化工试车，2月8日出产品，至19日生产出合格产品8吨。

此后，各方继续研究液相氯胺法生产偏二甲肼过程中的问题，化工部指示成立了663工作小组，对试车中所暴露出来的问题，提出措施意见，组织解决。经过设计修改，偏二甲肼生产工艺指标逐步得到控制，产量也逐步提高。1968年，共生产120吨偏二甲肼。1969年偏二甲肼转入正常生产，当时国家急需偏二甲肼产品，但在生产过程中，原有的精馏塔型不能达到设计能力。车间主任洪虎带领职工提出改造方法，使生产能力提高了40%。

在黎明化工厂生产获得成功后，化工部先后安排红星、星火两个化工厂采用液相氯胺法工艺生产偏二甲肼。在建设期间，黎明化工厂还向星火化工厂输送了大批的技术骨干。此后偏二甲肼的生产量不断提高，黎明厂1970年的产量就达到501.46吨/年。1970年4月24日，我国第一颗人造卫星“东方红号”上天，此次发射就使用了偏二甲肼推进剂。

1962年之后，采用锌粉法、加氢法研制、生产偏二甲肼的路线也并未停止。化工部从1962年9月至1963年10月相继下发文件指示吉林化学公司筹建偏二甲肼生产车间，1964年3月吉林染料厂开始筹建4号车间。1965年7月化工部组织了锌粉法中型试验的技术鉴定，颁发了技术鉴定证书，随后该工艺投入大规模生产。1970年，为国防建设生产偏二甲肼319吨。但该方法因大量消耗当时国内短缺的有色金属锌粉，成本比氯胺法贵2—3倍，且其中间体亚硝基二甲胺是毒性很大的致癌物质，故于1972年2月停产。加氢法生产偏二甲肼一直由沈阳化工研究院承担，也成功获得了实验数据和中试试验，后来鉴于催化加氢法的唯一目的仅在于改造吉林染料厂的锌粉法。经请示化工部，最终停止了催化加氢法的研制工作。

四 结语

通过以上论述，我们对高能燃料推进剂的研制生产有了清晰的认识，也对“两弹一星”工程的微观运行机制有了深刻的了解，以下经验值得注意和借鉴。

第一，在高能燃料推进剂研制、生产过程中，科学家充分发挥了主导作用，行政、生产等部门都服务于科研。这其中钱学森的贡献尤为突出，他高瞻远瞩的战略眼光从宏观上把握了高能燃料推进剂的科研方向，明确指明了偏二甲肼的研制路线。在具体的科研过程中，强调以科研结果为导向，以研制生产出偏二甲肼为所有活动的最终目的。这样一来，姚树人、李俊贤等许多科研人员的科研热情和天分在科研过程中被激发出来，突破了一个个技术难关。在具体生产过程中，科研人员“一竿子插到底”，李俊贤从北京化工研究院的科研人员变身为黎明化工厂的技术负责人，对液相氯胺法合成偏二甲肼的技术路线全程负责。朱光亚总结“两弹一星”的经验时说：“要注意发挥专家和科技人员的智慧与作用，群策群力，在集中指导下发扬民主，在民主基础上进行集中，保证各项任务的顺利完成。”[18]整个偏二甲肼的研制生产过程，正是此的完美阐释。

第二，“两弹一星”工程的微观运行机制——透明管理、学术民主、大力协同、三结合([19]，页129)，以及多方探索等策略([19]，页151)，在高能燃料推进剂的研制生产过程中得到了充分的体现。透明管理方面，在偏二甲肼的研制生产过程中，化工部领导始终和科研人员在一起讨论、解决实际问题。尽管李俊贤违背上级安排的科研路线，但因为工作最终取得成功而没有受到批评。“科研、生产、使用单位三结合和科技人员、工人、领导干部三结合；要坚持两个三结合，走群众路线。”[20]在偏二甲肼的生产中更是得到充分体现，李俊贤总结偏二甲肼会战成功的原因，三结合也是重要一条。多方探索策略亦是如此，从一开始化工部就开始采用多种方法研制偏二甲肼，锌粉法、加氢法研制生产偏二甲肼的路线也在一直进行，许多时候是齐头并进式的态势。直到液相法完全成熟之后，锌粉法、加氢法才因为成本高等因素逐渐停产。

第三，科技工作者任劳任怨、艰苦奋斗的作风保障了科研生产的顺利进行。“两弹一星”工程的各项工作，最终要靠具体科研工作者和生产者来实现。在科研过程中，科研工作者始终保持了良好的科学精神，不计名利，刻苦钻研。李俊贤同事、参与过该项工作的张泉回忆了黎明化工厂的工作环境：“吃的是难以消化的青稞饼，有时连青稞饼都供不上，只能吃水煮大豆(蚕豆)。山沟里九月份就下雪，住在无暖气的工棚里，早晨起来毛巾冻得梆梆硬……李俊贤在这样恶劣的气候条件、这样的生活条件和这样的政治环境组织新建厂的试生产，遇到的困难可想而知。”[21]广大科研和生产工作者艰苦奋斗、努力拼搏的作风，使得他们克服种种困难，圆满完成了偏二甲肼的生产任务，保障了整个“两弹一星”工程的顺利进行。