来自太空的中国之声·“上得去”

如何把第一颗人造卫星“东方红一号”送入轨道，在设计之初就产生了相当大的讨论。

基于1965年3月钱学森提出的“八年四弹”计划，我国的“东风三号”、“东风四号”等导弹陆续完成设计。前面我们提到，导弹可以改造成火箭，那么利用已有的设计方案，对飞行程序、结构等条件进行一定的修改，就能大大减少研制时间，保证时间节点。

同年9月6日由中科院向七机部八院提出运载火箭设计要求，基于当时的各个要素考量，八院就卫星指标（总质量100公斤，轨道倾角42°，近地点350公里，远地点700 公里）进行了论证，定下了三种方案：

方案一：采用中远程导弹（即“东风四号”）的一级与二级，搭配一个直径0.77米的固体火箭发动机作为第三级。这个方案的优点在于，一级与二级可以直接采用现有设计方案，劣势在于0.77米固体火箭发动机需要重新研制。

方案二：火箭的一级与二级与方案一相同，第三级由3个直径0.3米的固体火箭发动机FG-01A并联而成。这个方案的优点在于，火箭发动机可以全部采用现有设计方案，劣势在于3个并联的固体火箭发动机运行，风险较大。

方案三：火箭的一级与方案一相同，但二级采用一个重新设计的高空级，包括第二级本体与高空发动机。这个方案的优点在于省去了第三级，有较大的发展前途（巧合的是，这个方案恰恰成为了“长征一号D”运载火箭的设计基础），但由于需要新设计第二级火箭，无法保证火箭的按期交付。

因此经过了计算与分析之后，八院正式决定采用方案一。

（左）方案一的结构图，实际上也是笔者基于公开资料自行绘制的“长征一号”结构图；（右）“长征一号”实物照片

1965年10月25日的“651会议”上，钱骥提出，为了增加镍镉电池以延长卫星寿命，卫星的质量增加至120公斤，要求运行轨道的近地点在250-350公里之间，远地点在800-1000公里。轨道组组长李颐黎等人在综合考虑了运载火箭能力、发射轨道误差等因素之后，最终建议卫星轨道定为近地点200-350公里，远地点1000-1600公里，并得到了代表们的通过。

然而这42°的轨道其实相当于是从酒泉卫星发射中心（北纬41°）一路向东发射，最大限度地利用地球自转速度。但这个轨道并不利于后续返回式卫星的任务，而卫星途经的轨道附近又需要设立一系列的测控站。那么自然而然的，由于测控站的建设成本很高，为了防止重复建设的情况发生，理当考虑后续的卫星发射任务。

1966年4月1日晚，中科院与七机部就卫星轨道问题再次协商，由八院总工程师王希季领衔的团队提出返回式卫星的轨道要求，建议放弃预设的42°倾角方案。当月18-28日，中科院力学研究所就轨道问题再次召开会议，对42°倾角、60-70°倾角（返回式卫星）、90°倾角（极轨卫星）进行充分论证，正式敲定火箭向南发射，进入60-70°倾角轨道的方案。这个方案在后来还被赋予了一层深意——全球绝大多数的城市都在极圈内，卫星运行在这个角度，能够让全球绝大多数的人们看到它。

从酒泉卫星发射中心（北纬41°）发射，轨道倾角i = 42°和i = 70°情况的卫星飞行路径。经知友@鸑鷟鹓鶵 勘误，图中“襄阳”位置应当为“贵阳”

1966年8月，我国第一枚运载火箭正式命名为“长征一号”，开始进入方案设计阶段。

然而即便是规划好的方案，也还会有改动。

1966年10月，八院在接收了一院的“长征一号”弹道数据与程序时发现，原方案由于火箭第三级的质量过小，第二级将能够飞行近5000公里，最终会落到印度尼西亚的国土范围内！即便印尼是“万岛之国”，落到土地上的概率相对有限，但产生国际纠纷显然是不允许的，因此三级火箭被要求增重至1800公斤以上。经过与研制第三级固体火箭发动机的四院沟通后，第三级火箭发动机的药柱增长，在增重的同时，运力进一步得到提升。

比起有“东风三号”的设计经验可循，稳扎稳打推进的火箭一二级而言，这个第三级的固体火箭发动机显然是跨越式发展。在此之前，四院固体火箭发动机团队已经在杨南生副院长的带领下，于1965年8月成功研制出以聚硫橡胶-铝粉-高氯酸铵为推进剂的300 毫米直径固体火箭发动机FG-01A，迈出了我国现代固体火箭发动机研制的第一步。下一步就是将固体火箭发动机的直径扩大至770毫米，定名为FG-02，它将能够满足卫星发射的需求。但相对于FG-01A而言，FG-02的截面积翻了一倍，而且这样的发动机本身不具备控制系统，为了防止其发生失控的现象，综合减重考虑，它还需要点燃发动机外壳上的起旋火箭产生切向推力，让发动机绕着轴线自转，实现类似陀螺一般的旋转平衡，技术难度也变得更大。

还有一样更重要的事情就是，它需要在1968年交付使用。

留给四院的时间只有三年了。

彼时他们刚从四川泸州搬到了内蒙基地，说是基地，其实还是茫茫戈壁中的几个空壳厂房，以及零星几栋单身宿舍楼。其它的楼房一概没有，就连食堂都是用芦席搭建的——显然，宿舍楼作为仅有的楼房，将在接下去的岁月里变成集吃饭睡觉、学习办公、画图设计的“综合楼”。有家室的人们生活在楼里不方便，就借住在附近10公里范围内的农户家中。住的是土坯“干打垒”，吃的是白菜窝窝头，塞外的寒风时不时裹挟着砂石呼啸而过，这个环境即便是今天的荒野求生爱好者，估计也觉得十分难熬。但就是在这样艰苦的情况下，他们完成了FG-02发动机的设计方案。

然而让人难熬的不只是自然环境，还有人为因素。

1967年1月，从上海起源的风暴刮遍了全国，一时间，运载火箭的研究工作遇到了非常大的阻力。

这群内蒙戈壁滩上的人们也受到了波及。

固体火箭发动机的药柱在点燃后，会产生大量高温高压的燃气，导致发动机外壳处于极端的环境之中，因此材料是固体发动机的核心。为了解决材料不过关的问题，四院与协作单位加紧协调，但混乱的环境让协调工作变得无比艰难——各个厂区的距离遥远，需要开汽车通勤，而现在汽车没人开了，就只能骑着自行车穿梭于荒漠之中。研究人员不仅要额外付出更大的心血，还要冒着生命风险——有些老工人甚至被子弹打中了腿！

院外的秩序一片混乱，院内也一样。工作场所常常空无一人，但时间不等人，特别是发动机的药柱生产工作更是一刻也不能马虎，否则就可能导致药柱报废，前功尽弃。因此，机关管理的同志们还得挨家挨户动员人们重返岗位。就这样，在断断续续的研制中，1967年11月，第一台770毫米厚壁FG-02发动机试制完毕。

受到波及的除了四院之外，还有整个七机部。“651”任务的核心是推进卫星的工程研制，各个研究所之间的联络较为松散，在混乱中更是各自为战，没有任何成果。这让聂荣臻元帅十分着急，他与钱学森协商重新组建卫星任务院所。为了保证1970年我国第一颗人造卫星能够如期发射，中央决定将四院之后的航天科研院所全部合并为中国空间技术研究院，这个研究院将在翌年2月20日成立。

因此在1967年11月1日，国防科委发出《关于“长征一号”任务移交问题》的通知，要求八院将运载火箭研制任务移交给一院，由“东风四号”总设计师任新民兼任“长征一号”总设计师；八院则划归在中国空间技术研究院中，继续完成属于它的工作。

这样的调整在一定程度上挽救了固体发动机的进度。1968年1月26日，FG-02发动机开始了试车工作。按照飞行时序要求，它需要工作40秒。彼时卧式旋转试车台还没完成，人们就做了一台简易的立式试车台，如果难以想象的话，就想一下这台发动机喷口朝天，倒栽葱的样子就行了。

随着一声点火令下，一条长长的火龙直窜天际，随之而来的是怒吼的啸叫声。

在场的人们发出了欢呼。

然而30秒后欢呼变成了惊呼。

一条火舌突然从底部窜出，将发动机推离了试车台。随后发动机从试车台上滚落，开始快速旋转起来。想象一下这个画面吧，一台半人高的钢铁疙瘩原地打转，还喷着火，那是一副怎样危险的景象。

发动机的顶端烧穿了。

顶端烧穿的发动机出现了漏气，导致药柱的燃速大幅减缓，这个铁疙瘩又发了一分多钟的疯，终于安静了下来。所幸，没有伤到人。

后来的检验报告得出结论，由于发动机采用的燃料会产生大量炽热的三氧化二铝，尽管它们中有一部分会随着燃气喷出，一部分会粘附在内壁上，但依然有少量的粉末脱离了粘附，随着发动机的自转，沉积在头部，导致烧蚀。

在对壳体进行了改进之后，同年7月与11月，FG-02发动机又分别在修复完毕的立式试车台上开展了两次地面试车，其中7月份的试车由于线路原因，试车台未能起转。总体来看，两次发动机试车结果较为正常，但三氧化二铝的沉积量仍然稍高，因此设计师们对燃料的配方进行了调整，将铝粉含量适当减少，同时把发动机的自转周期从240转数/分种减少至180转数/分钟。同年，FG-02发动机还借助八院提供的探空火箭开展了高空试车实验，也获得了成功。

固体火箭发动机正在吊装

由于铝粉的含量减少，发动机药柱的燃烧温度因此有所降低，发动机的排气速度也随之降低，FG-02的比冲也略低于设计值。接到这个消息后，一院对“长征一号”的飞行时序再次进行了微调，给火箭的二级附加了一个转弯段，让入轨高度在440公里左右，仍然能够安全入轨。

很快，1969年来到了。FG-02为了满足当年实现“长征一号”全箭合练的目标，开展了正样研制工作。然而此时的外部环境也进入了更加混乱的境况，即便是这样不利的条件下，人们还是克服了困难，一连试验了15台发动机。

同年5月19日，“长征一号”的第一级发动机YF-2试车成功，YF-2发动机由4台YF-1发动机并联而成，燃料是偏二甲肼，氧化剂是硝酸-27S。这种推进剂的好处就在于能够接触自燃，因此广泛用于早期的洲际导弹与运载火箭中。

1969年7月，为了继续推进“长征一号”的进度，周恩来总理分别于当月17日、18日、19日、25日召开四次会议，委托钱学森全权处理火箭试车事宜，参研运载火箭工作的3456名一线人员得到了保护，要求他们坚守岗位、听从指挥。中央专委为此还开具了特别公函，一旦出现问题，可以向全国各个单位无阻求援。这一切都让“长征一号”的研制工作在保护中继续顺利进行。

1969年8月22日，“长征一号”的第二级发动机YF-3成功实现地面试车。YF-3发动机基于YF-1的技术，同样使用硝酸-27S与偏二甲肼作为推进剂，由于YF-3的工作环境在高层稀薄的大气中，为了更好的运行，YF-3的喷管尺寸更大，且重新布置了涡轮泵等组件，以减少占据空间。

当日，第三级发动机FG-02再次试车成功。

发动机的试车成功后，接下去就是全箭试射的操作了。

1969年11月16日，“长征一号”进行了首次试射。

然而这次试射以失败告终——由于一个程序配电器故障，导弹的一级未能关机，第二级也未能点火。

随后，技术人员对火箭的程序配电器新增了冗余设置，同时新增了液位关机与时间关机设置，实现了三重保险。

1970年1月30日，又一枚遥测试验箭进入了发射场。

这一次，地面遥测数据显示，运载火箭的二级与三级均成功实现了正常的分离与工作。后续对火箭二级残骸的回收分析也表明，二级的点火、启动、关机是成功的。

自此，“长征一号”运载火箭已可以实现“东方红一号”的发射任务。

1970年2月24日，“长征一号”合练箭出厂。

次日，国防科委决定，“长征一号”不再进行模拟载荷发射试验，直接发射“东方红一号”卫星。

同年3月26日，“长征一号”运载火箭出厂，周恩来总理告诫参试人员“千万不要认为工作已经都做好了，一定要过细地做工作，要搞故障预想，对各种可能产生的情况，都要做足准备。”

经过了足足5年波折，人们克服了各种各样难以想象的困难后，“上得去”的目标即将实现。

← To be continued……