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《见龙在田 而今迈步从头越》(中)
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文/李学寅
见龙在田,利见大人。
——《易经•乾卦》
核潜艇二次上马,使蛰伏了几年的这个“潜龙”重新浮出水面,秘密地成长于神州大地上。与其他事物的发展规律一样,核潜艇工程“见龙在田”,同样需要大德大才之人——参与这项事业的领导、专家、工程技术人员和设备制造者,对她精心哺育、抚养和扶持。
“模式堆”大论争
1965 年,核潜艇研制工程重新上马后,中央决定,第七研究院的舰艇原子能动力研究所划归第二机械工业部领导,专门从事潜艇核动力装置的研究设计,彭士禄担任了核潜艇动力研究室副主任兼副总工程师。与此同时,中国潜艇核动力研究工作最早的奠基人赵仁恺,在参加完成了为第一颗原子弹生产原料等科研任务后,也调到这里,担任这个研究室的副总工程师。从此,这两位研究核潜艇动力的“老总”,成了科研工作上一对情同手足的伙伴。中国核潜艇的“心脏”,也是研制工作中的“龙头”系统——核动力装置的研制工作,便在他们的带领下,全面展开了。
核动力装置的内核是原子反应堆。因此,反应堆是核潜艇“心脏”的“心脏”。核动力是利用核燃料铀 -235 的原子裂变释放的能量作为能源的一种动力。铀 -235 是一种具有放射性的稀有金属,它的原子核在一种不带电的粒子——中子轰击下产生裂变,放出两三个中子,同时释放出巨大的能量。新放出来的中子又去轰击其他的铀 -235 原子核,使它们裂变。这种裂变好像锁链一样,一环接一环连续不断,因此称为“链式反应”。核裂变放出的能量称为核能,也叫原子能。
据实验证明,完全“燃烧”一公斤铀 -235 得到的能量,相当于燃烧 2000 吨优质煤所得到的能量。核动力装置中的核裂变反应,是在反应堆内进行的。反应堆是人为控制核裂变反应的专门装置,有人形象地叫它“原子锅炉”。“原子锅炉”的种类不同,用钠作载热剂的称为钠冷堆,用高压水做载热剂的称为压水堆。当时世界上的核潜艇普遍采用压水堆。在采用压水堆的核动力装置中,核燃料在反应堆中进行裂变反应,放出热能,用这些热能加热高压水,水的温度可达 300 度而不汽化。再用这些过热高压水去加热淡水,产生蒸汽,驱动蒸汽轮机做功,带动螺旋桨推进潜艇航行。
原子能科学技术作为与航天科学技术、海洋科学技术并列的现代三大尖端科学技术的一个重要领域,本身就闪烁着令人目眩神曳的玄光。早在 2400 年前,古希腊哲学家雷基伯•德谟克利特提出了“原子是构成世界的砖头”的天才预见。他认为:“世界上的一切都是由不可分割的原子构成的。”“原子”一词,在古希腊语中就是不可分割的意思。1811 年阿伏加德罗又提出“原子组成分子”的概念。原子、分子学说的创立是人类认识物质微观世界的伟大里程碑。1897 年英国汤姆逊发现了电子。同年,法国柏可勒尔发现了物质的放射性。其后,居里夫妇发现不仅铀有放射性,钍、镭也有放射性。这个发现不仅突破了原子不可分割的神话,而且创造了人类利用原子巨大潜能的广阔前景。1890 年汤姆逊的学生卢瑟福通过实验,得出“原子不是一个实心的小球,而是一个非常空旷的世界”,“原子的质量并不是均匀分布的,而是集中在原子中央大约几百万亿分之一的空间里”。几乎同时,丹麦科学家玻尔发展了量子理论,与卢瑟福一道建立了卢一玻原子学说。他们认为:“原子是由带正电的紧密的原子核,以及带负电的按一定层次围绕原子核运动的电子组成。”1906 年,德国物理学家爱因斯坦推导出质能互换公式:E=MC2,为人类释放原子核巨大能量找到了钥匙。现在每一个上过物理化学课的中学生都懂得这个原模型和爱因斯坦公式,但人类为了得到这一点真知,从 1803 年道尔顿提出“物质是以原子为单位参加化学反应的”论断算起,足足用了 120 年的时间。
之后,卢瑟福和德国物理学家玻特、英国物理学家查德咸克等通过实验找到了中子。中子的发现和通过回旋加速器可以大量获得中子的试验,为人类最终打碎原子核释放核能找到了最理想的炮弹。1934 年后,意大利物理学家恩理科•费米,用中子轰击铀,发现了一系列半衰期不同的同位素。这种中子轰击,使原子核分裂的现象,实际上走到了发现铀 -235 裂变(核反应现象)的门口。卢瑟福逝世后两年,1939 年 1 月,德国科学家奥托•哈恩和弗理茨•斯特拉斯曼成功地分裂了铀原子核。他们用中子轰击铀时,发现铀受中子轰击后的一种主要产物,是质量约为铀原子一半的钡。
其时正值第五届华盛顿物理年会在华盛顿大学召开,玻尔和费米赶去参加。当玻尔把原子核的裂变发现介绍给大会,讲到实验结果是裂变过程,并且将释放出原子核中的巨大能量时,一些美国学者还没有听完报告,就离开会场,迫不及待地回到实验室做起实验来。一切结果表明,哈恩和斯特拉斯曼的发现是划时代的发现。他们发现的是铀的一种同位素,即铀 -235 的裂变。这种裂变是一个巨大的能源,所产生的能量可以驱使包括航空母舰在内的任何一种舰艇周游世界五大洋。这对于动荡不安的世界是一个多么诱人的能量和动力前景啊 !
1942 年 12 月 2 日下午,美国芝加哥大学史塔齐运动场西区的网球厅,人类第一座试验性核反应堆启堆成功,实现了人类自己制造并加以控制的链式反应,开辟了人类利用原子能的新纪元。1945 年美国新墨西哥州阿拉莫戈多上空爆炸成功了第一颗原子弹。1951 年美国爱达荷州阿尔柯的国家反应链式试验站的核反应堆首次发电成功,1954 年世界上第一艘核潜艇在美国柯罗顿市下水,1955 年苏联建成了人类历史上第一座核电站和“列宁号”原子破冰船……这些伟大的事件,一步一步宣告人类利用核能时代的降临。
中国的核潜艇工程研制伊始,上级向科研人员提出的要求是,这种动力装置一定要安全可靠,既适应长期水下远海活动,又能确保人员设备和环境安全;要以本国的工业和科学技术水平为基础,自力更生研制出来;还要适应中国海军指战员的科学文化水平,便于操纵、使用和维修等。要达到这些要求,必须首先确定一条研制艇用核反应堆的路子。据说,苏联的路子是,先搞成地上核电站,再把核电站小型化,装上“列宁号”破冰船,然后再精微化,装上核潜艇。中国没有陆上的核电站,核动力装置如何登上核潜艇一直存在争议。
核潜艇工程上马的时候,彭士禄领导的核动力设计研究室回到了二机部的编制序列。副部长刘杰见到彭士禄,第一句话就问:“士禄,准备好了吗?”彭士禄回答:“准备好了,设计方案、设备选型差不多了,该上马了。”
刘杰问道:“听说,你跟一些单位的专家争论得很厉害?” “是的。”像任何一个有成就的科学家一样,彭士禄所走的道路是不平坦的。他的理论和他的思维方式有时候甚至只有少数人能够理解他、同情他、支持他。比如在关于要不要建陆上模式反应堆,搞什么样的反应堆,模式堆堆形应该怎么布置等关键问题上一直都在激烈的争论中,可谓一波三折。
核潜艇二次上马前后,彭士禄综合同行们的正确意见,又对我国现有的苏联援建的重水反应堆进行了实地考察,回顾了 1959 年苏联专家的建议和在苏联的所学、所见、所闻,提出了适合我国未来核潜艇情况的一整套设想:营建什么型的陆上模式堆,模式堆如何结构布置等。
然而,有一所知名大学和某研究所的一些研究人员却拟写了一个与彭士禄针锋相对的“方案”,从根本上否定建立陆上模式堆的必要性,认为可以直接将堆建在艇上,一步到位。
彭士禄坚信自己的意见是正确的。如果不按这种意见去做,我们的核潜艇将“难产”,即使痛苦万分地“分娩”出来,其实用价值的保险系数也将是很低的。因此,不能迁就和让步。
他认为这是成败攸关的一场争论。原因有两条:一是大家都没有造过核潜艇,只是见过国外公开发表的照片,对这个未知数谁心里也不敢说完全有底儿;二是要建的陆上模式堆不是纸上谈兵,也不是仿真,而是真刀实枪,完完全全是真实的一点不带假的原子反应堆。这当然不能掉以轻心,等闲视之。
争论虽然“剑拔弩张”,有人甚至说彭士禄独裁,但科学是不听从独裁的,在科学技术方面既有自己独到见解又善于发扬民主作风的彭士禄和赵仁恺,将研究所内不同意见的骨干人员,组成了一个技术专案组,广泛听取各方面的意见,并到核潜艇总体研究所和总装生产厂,与那里的科技人员商讨,还走访了组织领导过尖端科学技术工程的钱学森、朱光亚等著名科学家,然后,开展了一场各抒己见的学术讨论。
反对搞模式堆的人认为:根本没有必要搞这种劳民伤财的东西。因为建立核动力装置 1:1 的陆上模式堆不仅试验经费提高一倍,而且会推迟核潜艇下水的进度,还不如直接将反应堆装艇试验,试验成功后就可以交部队作战斗艇使用,岂不多快好省 ? 若不完全成功,经过修改后交部队作训练艇用,然后再修改生产战斗艇,也未尝不可。
彭士禄和一部分人则认为:艇上核动力装置我们没有搞过,技术上百分之百成功没有把握,不经过模式堆进行模拟试验就直接装艇危险性太大;即使基本成功不出大问题,在艇上修修改改,换装设备也很不方便;模式堆并不是试验完就报废了,花这个钱是有长远意义的,是“吃小亏占大便宜”。最重要的是只有这样才能保证核潜艇一次性建造成功。同时,还等于建了一座核动力装置实验堆,可以培训工人和艇员,这个钱不白花。
经过争论,反复研究分析,最终意见逐渐取得一致,特别是中央专委同意建陆上模式堆后,反对的人就不说话了。但是,在建造什么类型的模式堆和堆形是一体化布置还是分散布置的问题上,彭士禄又同一些专家学者爆发了一场不轻松的论争。
彭士禄主张上压水堆,堆舱内各部件分散布置。
而有些人偏主张搞增殖堆,因为这种堆先进。但这种堆非常娇气,一旦泄漏了,容易引发爆炸,特别难伺候。他们还主张,即使上压水堆,也要搞一体化布置,就跟集成电路板似的,把有关的零部件都压缩在一个密封容器内。这的确先进,体积小,但一个零件坏了,就得打开密封盖修理。
彭士禄说:“你们的意见我不敢苟同,我不准备当它们的保姆。”可他们说:美国第一艘核潜艇上的是压水堆,第二艘上的就是增殖堆,法国正在研制一体化。
彭士禄说:“人家是人家我是我。事情太重大了,关系到核安全,我虽然胆大,但还不敢冒这个险。我料定,美国人胆子再大也不敢冒进,法国人至少 70 年代中期才能搞成一体化。”
当时,由于受国外先进科技信息的影响,在反对爬行主义、提倡赶超世界先进水平的口号下,一些专家不顾国情和现状,产生了一些过激的念头。这种思维方式往往很能吸引一些人,因此在方案设计论证的过程中一般人顶不住。但彭士禄坦诚直言,敢于公开站出来,从理论和实践的结合上毫不留情地指出对方的偏颇。
他问对方:“你为什么要把设计搞得那么复杂 ?” “不复杂怎么体现世界先进水平呢,你看过外国杂志介绍没有 ? 我们太落后了。”
彭士禄说:“世界上关于这方面的事故太多了。你想过没有,我们的工业和工艺水平都不如人家。”
“当然不如人家,但我们觉得不应该迁就保护落后。要有雄心壮志,敢于赶超人家的先进水平。”
彭士禄回答道:“这不是落后,只是方式不同,外国核潜艇动力堆也不完全都是一体化的。”
“那将来人家说这落后了怎么办 ?” “怎么办 ? 按我们的方案办,你们的意见可以写成备忘录,留在技术档案里。我不怕有人说我们不够先进。世界上先进的东西由于工艺水平达不到老出毛病,还能说它是先进的吗 ?”
为了说服他人,贯彻自己的设计思想,彭士禄走访权威和领导。
恰在这时,原子能科学家钱三强被任命为二机部副部长。他在二机部办公大楼的走廊上与彭士禄相遇,立刻一见如故。他们来到钱三强的办公室,彭士禄滔滔不绝地说出了自己的设计理由。
钱三强不住地点头,最后,他拍着彭士禄的肩说:“不管怎样,至少你把我说服了。”
几天之后,二机部批准了他的设计选型方案。他真是又惊又喜。显然,钱三强的权威和名望起了作用。
于是,潜艇核动力装置和陆上模式堆的设计工作在彭士禄的主持下,争分夺秒地向前推进。
应当说明,这场争论是不奇怪的。有文章说:法国搞核动力也不是一帆风顺的,他们在 1960 年以前,也曾遇到很大的波折。在技术上就有重水堆、气冷堆和压水堆之争。之后,同时进行石墨气冷堆、压水堆、快中子增殖堆的研究和设计,直到 70 年代中期才搞出一体化的新型潜艇。
但事实证明,以彭士禄为代表的一方意见是切合实际的。因为压水堆在核动力工程的应用上是比较成熟的。美苏英法的第一艘核潜艇使用的都是这种堆,并且都不是一体化的。美国第二艘核潜艇搞的是钠冷堆,但老出问题,叫人提心吊胆,最后把它拆了,改成了压水堆。就连世界各国的核电站,大多也使用压水堆和分散布置。在 60 年代中期,彭士禄的选择无疑是正确的。
美国的核潜艇之父里科弗博士 80 年代访华,有人提及钠冷堆和一体化问题,他说:“什么一体化,我可胆小不敢搞。”
1965 年下半年,核动力装置进入初步设计阶段。核动力装置的系统和设备拟分装在核潜艇的反应堆舱、主机舱和副机舱中,为了保证其大小满足舱室总体尺寸的限制和安装要求,制作了这三个动力舱 1:10 的模型,经反复平衡协调,直至 1967 年才完成,这为陆上模式堆的施工设计起到了非常大的作用。
深山峡谷摆战场
陆上模式堆的成功与否直接关系到核潜艇的成败,因此至关重要和紧迫。根据中央 1964 年制定的要“靠山、分散、隐蔽”建设国防工程后方基地的方针,1965 年,中央专委决定将潜艇核动力研究设计基地和核动力陆上模式堆建在三线建设的战略大后方——四川西南山区夹江县的山沟里。于是,在潜艇核动力研究设计基地主要领导周圣洋和副总工程师彭士禄、赵仁恺的带领下,核动力研究所和其他有关人员,在展开对核动力装置扩大设计和工艺设计工作的同时,也开始了陆上模式堆试验基地的设计和建设工作。
1965 年底,周圣洋组织科技人员去四川夹县考察选点。1966 年 2 月,按照组织分工,刚过不惑之年的核潜艇陆上模式堆副总工程师赵仁恺,带领数百名先遣队员组成的陆上模式堆工程设计队——一支“垦荒之旅”离开北京,赶到施工现场,怀着满腔的热情,开始了试验基地和陆上模式堆的建设工作。
这个沉睡千年的山谷仍保持着原始风貌,但在世外桃源里,没有任何科研条件。一切都是白手起家,从头干起:选点、修路、盖房、架线、引水,研究尖端科学技术的专家们,成了“铺路工”“泥瓦匠”。汗水,浸透了他们的衣服;跑路,磨穿了他们的鞋底,但赵仁恺和广大科技人员人人心里像烧了团火,一心只想为中国的核潜艇事业贡献力量。赵仁恺更是身先士卒,没日没夜地奔波在工地第一线。
由于防空的需要,模式堆要建在靠山隐蔽处;又由于反应堆需要大量的淡水冷却,模式堆要紧靠一条大河。匆匆修建的实验室和住房都是简陋的平房,依山靠水散落在山沟里,由于地势低,屋内屋外都很潮湿,其艰苦程度难以描述。
笔者在采访赵仁恺时,他给我一篇回忆文章,里边是这样写的:
1965 年中央决定在三线建设战略大后方,潜艇核动力陆上模式堆和核动力研究设计基地定点在四川西南山区。由于任务十分紧迫,我们把原设计草案的参数、要求重新整理审核好,在这个基础上,分析和听取各地单位的反馈意见,重新审核了设计方案。1966 年,我即率领设计队奔赴现场。大家为了抢时间建设核动力研究设计基地,都是无条件离开北京,奔赴祖国最需要的地方。到那里一看,沉睡了千年的山谷仍保持着原始风貌,青山、绿水如入画境;深谷幽兰飘洒着清香,显得那么宁静、安详、朴实、美丽,好似现世桃源。我们这一批“外来者”的闯入,搅动了山谷的平静,但给山谷带来了时代的气息。
陆上模式堆的建设是以“革命”的形式进行的,一切打破常规,当时对外连接的道路刚开始修建,交通不便。我们骑着驴进山,在没有任何基础的山沟里面建造模式堆。从配套设施到生活条件,包括吃饭、住宿的地方,都要从头开始。首先进驻的设计队以一座农村小学校作为立足点,男同志住在小学礼堂,竹片床,打通铺,与鼠蛇共居;女同志住山村木楼的角上;借用两间小学教室当设计室,点着煤油灯从事设计工作;生活上自办伙食,粮食要到山下几公里远的镇上自己扛,打柴上山、挑水下河。夏秋虫咬蚊叮,冬天陋室灌风。但大家甘献丹心,从不言苦,把艰苦创业视为己任。
山区农村另有情趣:每天朦胧将晓,乡村小学教师用纸话筒广播的女高音传遍山谷,在万籁俱寂的晨曦中,宁静而清脆,睡梦中听来像是一曲动人的旋律;地质队进点,带来了柴油发电机,晚上放电影,引来了满山火龙,
老乡们都打着火把来看电影,这在封闭的山谷中算是千年盛事……
生活工作在这样一个艰苦的环境中,我们设计队的年轻人满腔热血,将青春和生命融入核潜艇事业中,不计一切地日夜战斗在山谷里。不久道路通了,电送来了,施工队伍进来了,整个山谷沸腾了,原始山寨开始了一场轰轰烈烈的科技攻关会战。
当年在这里参加会战的年轻科技人员曾毅志曾写下这样的诗篇,精炼形象地记录了他们当时的工作和生活,请看:
现场生活不怕苦
席棚草屋泥土墙,河沟取水苦倍尝。
通勤卡车绕山路,夜宿工地啃干粮。
养鸡喂鸭柴煤旺,开荒种地瓜果香。
露天电影自排戏,乐享清贫历沧桑。
工地会战不畏难
山沟僻壤扎营盘,千军万马战犹酣。
科研施工分秒抢,昼夜不停忙攻关。
任凭寒暑风雨狂,再苦再累也心甘。
身居三线担重任,卫国忠魂系海天。
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虽然我们来自五湖四海,虽然我们讲着不同的方言,但是我们一起诉说心事,我们是真真正正的兄弟。战友、战友,这么多年了,你还好吗?还常常想起我们在艇上的日子吗?神圣神奇的潜艇,让我们知道,原来濳艇人的友情更让人牵挂!过去通讯不发达,许久没有彼此消息,也许我们奔波忙碌,很久没有联系过了,但是希望你知道,我一直惦记着你。微信让我们慢慢都联系上啦。即使过了几十年,我们都已老去,即使岁月带走了我们的青春,带不走我们潜艇人的深厚感情!