中国东风四号导弹研制史:加强中国的战略核力量

时间:2015-05-29 编辑:九秦军事网 来源:

中国东风四号导弹研制史:加强中国的战略核力量

    东风四号是中国第一个两级液体中远程地地导弹。第一级以东风三号为基础稍加修改;第二级为新设计的。导弹全长29m,最大直径为2.25m,起飞质量为82t。两级推进剂均用红烟硝酸和偏二甲肼。第一级发动机地面推力为1120kN,第二级发动机真空推力为320kN。主要解决了发动机高空点火和高空性能试验技术;级间连接和高空热分离技术;长细比加大后的姿态控制技术。东风四号采用捷联式全补偿制导方案,不但有横向导引,还有纵向导引,方法误差小。为提高制导精度,采用静压气浮技术。弹头为一枚300万吨TNT当量的热核弹头。东风四号导弹的研制成功,对加强中国的战略核力量,掌握多级火箭技术,发展洲际导弹,发射人造地球卫星,开拓空间技术,都起到了十分重要的作用。

    1.任务由来和方案设计

    1963年,《国防科技十年规划》中提出,地地导弹第二阶段的发展途径是以发展多级火箭为中心,研制出洲际导弹。当时在进行洲际导弹进行探索时,设计人员认为,从中程导弹到洲际导弹的跨度太大,中间应有一个技术台阶,设想以中程导弹为基础研制一个两级试验型火箭作为过渡,用以解决洲际导弹必须遇到的多级火箭技术。这个型号稍加改进可以作为发射卫星用的运载火箭。这就是多级试验火箭(代号“SDF-4”)。1964年初,国防部五院一分院刘瑄、张钧等主持进行了研制中远程地地导弹的技术途径的论证,提出要通过这个型号的研制,突破多级火箭技术。围绕多级火箭的各项基础预研也随之展开。当时提出应重点解决两级导弹的连接和分离,分离过渡段的姿态控制与发动机的高空点火等技术。1964年秋,中央专委、总参谋部明确提出,要尽快研制出一个远程战略导弹,以适应国际形势突变的需要。这样,该项计划就由研制多级试验火箭演变成研制一种新型的中远程战略导弹。

    国防部五院一分院对研制这种导弹应采取的技术途径做了深入研究。1964年底,提出了两种方案:第一方案是先研制一个以中程导弹为基础,稍加修改作为第一级,再用中程导弹单管发动机作动力装置设计新的第二级,组成一个两级导弹;第二方案是直接发展远程和洲际导弹,即设计一种大直径的两级导弹,装上不同重量的弹头,兼顾远程和洲际两种射程。当年12月初,一分院副院长屠守锷在向五院汇报时指出,该分院倾向于第一方案,认为这一方案关键技术不多,可以充分利用中程导弹的成果和工艺装备,能够加快研制进度,实现尽早研制成功远程导弹和实现发射人造卫星的目标。

    1965年2月3至4日,中央专委第十次会议确定,由国防部五院(已组建成为第七机械工业部)对中远程导弹组织论证,并提交报告。为此,一分院(已改称七机部第一研究院)发动群众对地地导弹发展途径开展大讨论。这次大讨论从2月18日开始,到3月7日结束,历时18天。周恩来总理还委派国防工办副主任赵尔陆参加讨论会。这个讨论会听取了各方面意见,不但提出了未来若干年的发展规划,而且还就一些导弹型号的技术途径进行了论证。当时,各方面都认为应当研制一个中远程的试验火箭,但是否单独作为一个型号,尚有争议。在对这个火箭的技术途径上,提出了控制系统采用位置捷联制导方案,惯性仪表采用气浮技术,计算装置用数字式方案,姿态系统用速率陀螺、燃气舵,采用自动化测试方案等。

    1965年3月8-9日,七机部一院党委常委会确定,中远程导弹作为一个独立型号列入研制规划。理由是:第一,在技术上可以为洲际导弹突破两级火箭的技术;第二,在军事使用上可以覆盖中程导弹和洲际导弹之间的区域,它还可以稍加改进用于发射人造卫星;第三,在时间上可以比洲际导弹快两年时间。

    1965年3月11日,一院党委上报了《地地导弹发展规划》(即“八年四弹”规划),其中规定东风四号中远程导弹采用两级布局,用东风三号中程导弹作为第一级,二级用单管发动机加高空喷管。技术关键是:两级火箭的级间分离,第二级火箭发动机的高空点火,提高陀螺仪和陀螺加速度表的精度,同时提出了东风四号的射程、精度等战术技术指标。“八年四弹”规划对1965-1972年间战略导弹的发展规划进行了系统的研究和规划,从两弹结合到中远程导弹,最后到洲际导弹,都做了明确的规定。该规划既考虑了国防建设的需要,又考虑了中国火箭和航天技术的长远发展;既考虑了技术上的可行性,又考虑了经济的承受能力,是一个科学、可行的计划。

    1965年3月20日,中央专委第十一次会议原则批准了这个规划,要求中远程导弹于1969年开始飞行试验,1971年定型。1965年5月,中央专委批准了中远程地地导弹的研制任务。七机部确定由任新民主持这项研制工作,从此,东风四号作为一个独立的导弹型号正式开始研制。

    1965年4月27日,为研制东风四号中远程导弹,一院提出两级火箭分离技术、弹头防热技术、第二级发动机、发动机高空点火、高精度惯性器件、自动化测试、数字装置、大型试验设备等作为重点研究项目。该院总体设计部在当月就发动机的性能指标提出了要求,液体火箭发动机研究所据此开展了图纸设计,尔后陆续下发图纸开始试制。在总体方面,一院党委在6月中旬决定,立即组织中远程导弹研制队伍,下半年要完成方案设计。同时,还提出了型号的研制进度。

    1965年7月15日,东风四号主任设计师第一次会议在第一研究院召开。会议讨论了导弹的研制途径,提出研制工作分两步走:第一步,充分利用东风三号中程导弹的技术成果,争取1967年二季度飞行试验,对精度不做更高的要求,目的在于解决两级火箭的关键技术;第二步是提高精度和解决与地面设备的配套问题。7月28日该院办公会通过了此项建设。到当年底,东风四号研制工作进展情况良好。已确定方案的有两级分离、二级弹体结构、二级执行机构、制导系统、稳定系统、地面测试设备、高空发动机输送系统、一级燃气舵等。待定方案有瞄淮、推力调节、头部分离、发射方式等。

    研制工作开始后不久,东风三号单管发动机(代号YF-1)用四氧化二氮代替原来的硝酸作为氧化剂进行研究性试车获得成功。“YF-1”的推力和比推力均有一定的提高,因而部分科技人员主张将“YF-1”发动机改换推进剂,同时提出加长推进剂储箱,改进控制系统等措施,研制东风三号甲代替东风四号。与此同时,第一研究院总体设计部又提出将原来提出的东风四号方案改用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂,提高两级发动机的推力,从而形成了东风四号甲的方案。

    1966年4月5日,七机部一院确定,在上述三种方案的基础上进一步开展东风四号方案论证。经过辩论,在各分系统提出的三个方案的基础上,该院办公会确定,鉴于东风四号研制一年多了,工作已全面铺开,无论指标和进展都已落实,决定仍按东风四号方案继续开展工作。5月31日,完成了东风四号的方案设计。其中包括:提出了总体方案;确定了各分系统的主要方案,并相互提供了初步设计所需要的条件;确定了大型试验方案;提出和落实了必要的预研项目和试验项目。

    在东风四号方案论证阶段,制导系统是关键内容之一。随着导弹射程的增加和飞行状态的变化,对制导和姿态控制系统的要求提高了。20世纪60年代初,科技人员在深入研究了捷联制导系统的线性补偿的理论后,在单补偿方案原理的基础上,从飞行干扰的特点及其对弹道的影响和导弹本身具有测量功能出发,建立了“变参数线性自动控制系统外干扰完全补偿理论”,为中国捷联式制导方案探索出了新途径。1965年8月,七机部一院召开了控制系统方案论证会,反复分析了东风四号采用捷联全补偿方案的利弊,认为采用捷联式全补偿制导系统加横法向导引控制,方法误差小,可以满足精度指标要求。它是在东风二号、东风三号制导方案基础上的进一步完善,技术比较成熟。当年11月,一院办公会议决定,东风四号采用捷联全补偿方案。这一方案不但有横向导引,还有法向导引,以保证导弹的制导误差更小。姿态控制系统研制的关键在于解决大长细比两级导弹弹性振动和晃动的稳定性,以及一、二级分离时产生的干扰对二级起控段稳定性的影响等问题。控制系统研究所采取选择合适位置安装俯仰、偏航速率陀螺和在飞行过程中改变校正网络等措施,妥善地解决了弹性振动与晃动的稳定性问题。

    东风四号导弹射程远,因而对惯性器件的精度要求比东风三号高好几倍。惯性器件研究所选择气浮轴承以取代滚珠轴承,其优点是摩擦力矩小,在动态环境下摩擦特性稳定。自1965年开始,该所在研制气浮陀螺和气浮陀螺加速度表的过程中,经过反复试验、设计和加工,研制成功三段式圆柱组合和小锥式整体结构的气浮轴承。这种气浮轴承精度、可靠性高,稳定性好。气浮陀螺和气浮陀螺加速度表的研制成功,是惯性器件技术的一次重要突破。1966年3月,气浮双轴三自由度陀螺仪初样正式投产。

    2.关键技术攻关

    东风四号是中国第一种两级液体导弹。从技术上讲,它最大的难关是突破多级火箭技术。衡量火箭的一个重要技术参数是质量比,即火箭起飞质量与火箭空重之比。质量比越大,意味着推进剂的携带量越大,火箭的飞行时间也就越长,它所能达到的最大速度也就越大。但是,从技术的可实现上看,提高火箭的质量比是有限度的。当火箭质量比达到一定程度,如8-10左右,火箭结构强度和可靠性就会大大下降。另一方面,在火箭不断飞行过程中,推进剂不断消耗,而结构质量不变,火箭的加速能力持续下降。综合起来,单级火箭在工程技术的可实现上,达不到发射卫星所需要的最小速度,即第一宇宙速度。同样的原因,由于单级火箭所能达到的最大速度不高,也就很难达到远程导弹所要求的飞行距离(射程)。因此,远程导弹和运载火箭都必须采用多级火箭。

    多级火箭的级间分离难度很大。一方面要保证在分离时,火箭能够保持姿态稳定;一方面第二级发动机要实现可靠点火。多级火箭的分离既不能过早,也不能过迟,更不允许该分离而不分离。这就要求它的分离要及时、准确、可靠、安全。通常多级火箭的分离有热分离和冷分离的两种办法。

    热分离的基本程序是:在第一级工作的末尾,启动第二级发动机,然后关闭第一级发动机,并起爆炸断联结件。这种分离主要靠第二级火箭发动机的燃气流推开第一级,同时又使第二级在启动之前受到轴向推力作用而保证启动的可靠性,因而该方法简便、可靠。不过,在分离时第二级无疑要受到较大的扰动,并且要多消耗一些推进剂。

    冷分离又称减速分离,它的分离指令程序一般是:在第一级工作的末尾,先使级间联结件爆破断开,然后启动第一级的制动火箭或其他制动装置,再启动第二级的火箭发动机。在这种情况下,级间分离机构的组件少、也较轻,工作过程不会受到很大的轴向、侧向、振动等作用力的影响,级问分离平稳。但是,这种分离方式,对于控制系统的精度要求较高。

    东风四号是中国第一种两级火箭,为保证级间分离的可靠性,因而决定采用可靠性较高的热分离方案。通过分离运动学计算,级间气动力和气动热计算以及级间分离风洞试验和1:1地面分离试验等一系列研究和试验,选择合理的分离程序。同时在结构上采用斜拉金属杆式级间段,中间保留了很大的空隙,以便于第二级喷焰能顺利排出;在第一级推进剂储箱前底上,安装玻璃钢隔热层,以防在两级分离时二级发动机燃气流烧穿一级储箱前底。分离姿态控制技术同样是一个新课题。由于先点火、后分离,在分离过程中姿态控制系统不能立即接通,而使导弹处于暂时失控状态。在分离干扰作用下可能产生较大的姿态角偏差。为防止二级起控时舵角饱和,在可能出现较大分离干扰的波道中,控制系统放大倍数在开始几秒取低于额定值,这样级间分离段姿态能始终保持稳定,从而解决了分离的状态控制问题。

    东风四号二级发动机YF-3与一级单管发动机YF-1相比有较大变化与改进:涡轮泵固定在推力室身部侧面;使用了承压能力高的蝶形膜片式的气动活门;用小机架把推力传递到储箱锥底;工艺上首次大量采用精密铸造零件,提高了质量和性能,同时还采用爆炸成型工艺,生产出集合器弯管等组件;采用了大面积比的玻璃钢喷管延伸段;推力室头部再生冷却隔板改用燃料冷却,使氧化剂全部流经推力室身部等。

    由于YF-3是在接近真空条件下工作的,为了充分发挥高空发动机的效能,采用了大面积比的喷管,这样可使燃气充分膨胀,从而提高了发动机比推力,使推进剂的化学能最大限度地转化成发动机的动能。在方案论证阶段,曾选择辐射冷却化铣钛合金喷管与烧蚀玻璃钢喷管两种方案。一院211厂试生产的强力旋压成型的钛合金喷管延伸段先后通过了6次热试车考验。但由于钛合金板材加工难度大,报废率高,造价昂贵等原因,此方案最后被放弃,改用玻璃钢喷管方案,由建材部251厂试制。玻璃钢喷管取材易,成本低,并可使喷管外壁工作温度低,对导弹尾舱内的仪器和舵机的那个的热影响小。开始试制是采用低压固化玻璃布带工艺,在发动机热试车中,喷管延伸段多次断裂,导致试车失败。材料工艺研究所提出高压固体工艺,并采用改变树脂配方、改进生产工艺等措施后,解决了延伸段问题。

    YF-3是中国第一台高空发动机,工作在60千米以上高空。保证发动机高空顺利点火启动成了研制工作中的重大技术难关。在张贵田主持下,液体火箭发动机研究所科技人员从实际出发,根据发动机燃料和氧化剂相遇就自燃点火的情况,经过研究分析和反复试验论证,提出了解决方案:为二级发动机造成一个在高空跟地面一样的点火环境,并进一步改造了发动机有关系统,保证两组元进入燃烧室有合适的时差,并采取在燃烧室喉部粘合堵盖、副系统加薄膜等措施,确保发动机启动时,所有腔道均保持有与地面相同的点火环境。这样,推进剂二组元既能够可靠点火,又不会出现爆燃。

    1980-1983年,东风四号完成了设计与工艺定型。1983年6月29日,国务院、中央军委批准东风四号导弹核武器定型。1988年8月6日,改进后的东风四号核弹头定型。

    东风四号导弹从研制到定型长达18年之久,比原定的研制计划大大推迟,影响了部队的装备时间。除了中间一度下马,拖延了研制进度外,在整个研制过程中,由于增大射程、改变发射方式,导弹的技术状态做了多次重大修改,每改一次就要增加一个批次的飞行试验,使得整个研制周期拉长。一个导弹武器系统,战术技术指标要充分论证,尽量不要在研制过程中修改指标,从而避免修改总体方案,改变技术状态,拖延研制周期。

    早在1968年,东风四号首次发射试验前,二炮就决定两个团准备转型东风四号,1970年10月又决定组建了第三个“东四”团,当时部队急需这种能打到苏联欧洲地区和美国关岛的中远程导弹。然而由于东风四号的研制进程一再延迟,部队长期处于等待装备的尴尬状态。甚至直到东风四号定型后,由于配套装备未能及时到位,部队在一段时间内仍无法进行系统训练。因此,东风四号直到80年代后期才开始形成战斗力。

    1986年夏天,二炮下达了由某旅执行东风四号定型后生产的首批产品的抽检飞行试验任务,飞行试验中同时进行核弹头的“冷”试验,由某团首次执行弹头装检任务,标志着部队开始从保障型向作战型的转变。经过三个月的发射前训练准备,11月19日,在国内最大射程条件下进行了飞行实验,落点偏差纵向0.754km,横向0.31km,核弹头“爆炸”高度偏差仅为0.78米。这次发射同时也是二炮一次模拟核反击作战演习。演习背景是超级大国为争霸世界对我国突然进行核袭击,在严密防护下,我军实施核反击作战,重创敌军,粉碎其霸权主义的阴谋。

    1992年7月24日,该旅在东北基地又使用东四03批一枚导弹进行训练发射,在同样射程条件下,横向及纵向偏差均小于0.25km,远高于导弹定型指标。

    90年代,东风四号生产了04批。1997年秋,某旅成功执行了批抽检飞行试验。

    2002年8月28日,某旅千里机动,在28基地完成了东风四号导弹实弹抽点发射任务。在远距离机动驻训、随机抽点的全新复杂环境里完成了数十个科目的演练,创造了同型号导弹发射史上发射时间最短、射击精度最佳的新纪录。

    2004年7月,从未打过实弹的某旅发射四营执行发射任务,打出了东风四号导弹近年来的最佳精度。2004年底,该旅进行了扩编,新组建了两个发射营及部分保障分队,当年组建当年即形成战斗力。2005年,该旅对一枚已经超期服役两个周期的东风四号导弹成功进行了延寿飞行试验。

    2008年11月,某旅成功执行东风四号试验发射任务。2009年3月,该旅再次成功发射东风四号导弹,多项数据刷新纪录,验证了该型号导弹良好的技术状态和战术性能。

    东风四号导弹是承前启后的重要型号,它的研制成功意义重大,为中国多级火箭的发展积累了宝贵经验,为发射第一颗人造卫星奠定了基础。航天部门还在东风四号的基础上研制了新型固体远程导弹的弹头试验弹,为第二代小型化热核弹头的研制做出重要贡献。作为一种老当益壮的战略武器,东风四号还将服役一段时间,保持我国的战略核反击力量。

    1966年3月3日,YF-3发动机首次全系统试车成功。10月8日,首次100秒长程试车获得成功。为了取得二级发动机高空性能参数,考核发动机的高空点火和工作情况,需要进行发动机的高空环境试验。液体火箭发动机研究所设计了一个抽真空扩散试验舱作为发动机高空模拟试验装置,利用发动机喷焰喷射抽空作用,在试验舱内形成高空低压环境。1966年9月,高空模拟试验装置研制成功,11月2日,首次进行的二级发动机高空模拟试验,获得了高空性能参数,高空推力达到290千牛,完全满足火箭二级对发动机推力的要求。以后,又多次进行改进设计和地面试车,并经导弹飞行试验考验,证明二级发动机工作可靠,选定的点火方案可行。

    为了减少东风四号的长度和结构重量,第二级的储箱采用了先进的共底储箱方案,同时还采用了锥形承力后底,使发动机推力直接作用在箱底上。共底储箱结构一是要防止渗漏;二是要防止共底受负压。因为一旦发生破裂和渗漏,两种推进剂碰到一起就要爆炸。因此要按外压设计共底;生产中要有严格的检漏措施。二级箱体共底叉形环和壳段的焊接处空间太窄,不能用气动涨圈撑圆来保证焊接前的装配质量。一院211厂反复试验后,用特殊的对接接头形式解决了储箱的拼底焊接问题。

    七机部一院还与协作单位共同努力,解决了弹头高速再入防热的问题。东风四号弹头采用高硅氧/酚醛材料模压端头体、端头帽和天线窗,大面积防热层采用高硅氧/酚醛材料重叠缠绕、常压固化工艺。核战斗部由核武器研究院负责研制,为300万吨当量的热核弹头,在东风三号弹头基础上改进而成。

    东风四号导弹射程远,测速精度要求高,特别是对试验场及航区的安全控制要求严,原有的以光学设备为主体的测量系统已不能满足飞行试验的要求,必须建立以无线电设备为主体、光学设备相配合的新的测控体系。

    1965年3月,根据东风四号导弹和东风五号洲际导弹的研制试验计划,酒泉导弹试验基地向国防科委提出了研制无线电弹道测量和试验场安全系统的申请。6月,国防工办、国防科委联合给四机部下达了研制任务,代号为“154工程”。该工程由十院19所负责技术抓总,由该所魏鸣一任总设计师。154工程分两期进行。一期工程采用连续波短基线干涉仪测速、单脉冲雷达定位混合体制的中精度无线电外弹道测量系统,以满足东风四号导弹飞行试验的需要。一期工程包括8个分系统:连续波测速分系统、单脉冲雷达定位分系统、引导分系统、时间统一分系统、安全控制分系统、弹上设备分系统、数据传输分系统和电波传播特性研究。

    在国防科委154工程办公室的组织协调下,各研制和生产单位密切配合,于1969年10月研制出中国第一套无线电弹道测量系统,并于11月参加了东风四号中远程地地导弹的首次飞行试验。在试验过程中,“154”无线电弹道测量系统基本上完成了弹道测量任务,表明中国研制的无线电测控系统是成功的。1970年4月,该系统又参加了东方红一号人造地球卫星发射时对运载火箭主动段的测量,以后又多次参加了东风四号的发射试验,都完成了任务。该系统作为中国早期的无线电测控系统,在研制方案中,暂时避开了一时难以解决的连续波定位技术,不仅缩短了研制周期,而且还有利于集中力量突破相位锁定、基线电缆传输、单脉冲体制应用和液压伺服传动等关键技术。

    导弹飞行的外弹道测量参数较少,要了解火箭发动机、控制系统的工作情况,必须发展遥测技术。在研制“154”无线电测量系统的同时,导弹试验的遥测技术也有很大进展。七机部一院704所首次研制成功BWY-3型大容量无线电遥测系统。该系统信道容量大,可同时测量100多路缓变参数、10多路速变参数和特征时间参数。弹上首次采用电子交换子,地面记录设备首次采用磁记录器,事后数据处理首次采用计算机快速处理,大大提高了处理效率。1969年11月,该系统参加了东风四号导弹首次飞行试验,圆满地完成了接收、解调、记录遥测信号的任务。在以后的洲际导弹飞行试验中,又成功地用于主动段弹体遥测参数的测量。

    为了提高遥测弹头测量的可靠性,采取了多种手段并用的技术途径。东风四号遥测弹头采用硬回收、弹射回收和中速率无线电遥测三种手段,在试验过程中均获得成功。硬回收技术,在反复研究、试验后,采用多层复合结构的硬回收装置,磁带保护良好,记录参数得以重发。

    参照东风三号大型试验的经验,东风四号导弹从1967年至1969年,进行了较充分的各种大型综合性地面试验。除了常规的全弹振动和全弹电气系统匹配试验外,还进行全尺寸晃动试验,以确定储箱中推进剂晃动的动力特性及防晃装置的阻尼特性。全弹试车和第二级简易试车进行了6次。简易试车主要检验储箱共底、锥底方案及动力装置系统方案。全弹试车是各系统在地面进行一次比真实略为苛刻的动力环境条件下的综合性检验和考核。通过一系列试验,取得丰富的资料和数据,为飞行试验打下良好的基础。

    自从1966年5月31日国防科委、中国科学院、七机部共同商定发射中国第一颗人造卫星的运载火箭长征一号以中远程导弹为基础,加装第三级固体火箭而成后,人造卫星计划就与中远程导弹紧紧地联系在一起,因而受到中央的高度重视。1967年11月23-24日,国防科委和国防工办联合决定,要求七机部一院在1968年4月进行中远程导弹全弹试车,5-6月进行合练,7月开始飞行试验,力争1968年国庆节前发射卫星。1968年1月4日,中央专委办公室通知:中央专委第十九次会议确认:东风四号是一个重要型号,不能放弃,不能动摇。要积极调整力量,安排落实,并要求争取在1968年发射第一颗人造卫星。

    在东风四号进行大型试验的关键时期,七机部的科研工作受到“文革”的很大干扰和破坏。为克服“文革”造成的影响,周恩来于1969年4月9日、5月7日、5月10日三次召见七机部一院与东风四号全弹试车的有关人员,进行耐心细致的说服工作。他明确指出,试车是关系国家荣誉的大事,任何人不得干扰。为了明确责任,确保产品质量,按计划研制,他要求承担研制任务的人员服从指挥,坚守岗位。在周恩来的直接过问下,5月19日和6月4日东风四号一、二级试车均获成功。

    1969年7月17日、18日、19日和25日,周恩来又连续召开会议,解决长征一号火箭二级和三级的地面试车问题,并委派钱学森处理有关试车事宜。并要求参加东方红一号卫星发射工程的29个单位共计3456人必须坚守岗位,服从指挥。

    1969年7月30日,七机部一院提出东风四号01批一组飞行试验大纲。8月22日国防科委批复同意。同年8月27日,第一枚东风四号试验弹出厂,运往酒泉基地,准备进行飞行试验,负责首次试验的技术指挥是任新民。东风四号的试验不仅关乎中国第一种中远程导弹的研制成功,也直接影响到长征一号能否发射成功中国的第一颗人造地球卫星。另外,由于东风四号的射程增大,在试验时是否会由于控制系统故障而使导弹飞出国境也是要考虑的重大问题。为此,周恩来在发射前专门听取了汇报,详细询问了导弹的质量和所采取的飞行安全措施。

     3.飞行试验与技术改进

    东风四号导弹首次发射试验确定为“短程总体方案验证”试验,在酒泉试验基地进行塔架发射,旨在考察总体设计方案的可行性,重点考核两级分离和第二级发动机高空点火性能。1969年10月,01号导弹在发射阵地进行最后的准备时,由于发生一级发动机断流活门误爆事故,导致必须更换一级发动机的重大事故。经检查,事故是由于测试路线设计不周所致。这枚导弹在更换发动机后转技术阵地重新测试,因而没有参加首次飞行试验。

    11月16日,02号导弹进行飞行试验。火箭点火升空后,由于指令系统发生故障,在飞行中第一级未关机,第二级未点火,两级未分离,导弹自毁,试验失败。经检查,试验失败的原因是飞行中程序配电器中途停转,主要是设备的质量问题所致。导弹既存在着技术和工艺质量问题,加上在试验基地检测时,操作失误和处置也有不当之处。为此,全体参试人员深入总结经验,认真贯彻“严肃认真,周到细致,稳妥可靠,万无一失”的试验方针,进行了大量的单机试验和多次系统检查测试,排除了系统之间出现相互干扰等故障和隐患。对程序配电器采取提高可靠性措施并增加第一级关机时间备保信号,以确保两级能够按计划正常分离。

    1970年1月30日,更换发动机后的01号导弹在酒泉试验基地进行飞行试验获得成功,两级分离正常。第二级火箭发动机高空点火成功,控制仪器工作正常,弹头落于预定弹着点附近,落点偏差很小,试验获得成功。此次试验结果证明,中远程导弹总体技术方案可行,各系统工作协调。这次成功发射具有重要意义,它一方面标志着中国掌握了两级火箭技术,同时也为长征一号运载火箭发射成功中国第一颗人造卫星打下了坚实的基础。三个月后的1970年4月24日,以东风四号导弹为基础加装第三级固体发动机的长征一号火箭将中国的第一颗人造地球卫星东方红一号成功地发射到近地点439千米,远地点2384千米,倾角68.5度的近地轨道上。我国成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。

    为了进一步检验东风四号导弹的战术技术性能,随后开始长程试验,并考核井下加注、井口发射方案及武器系统性能。与之前的东风系列导弹相比,井下加注、井口发射方案大大减少了导弹在地面的暴露时间,提高了生存性能。长程试验主要在东北导弹试验场进行。东北试验场于1967年4月在深山密林中开始施工建设,于1970年8月建成了试验场区。1975年9月,中央军委决定将东北试验场改编为东北导弹试验基地。夏冰任司令员,杨同善任政治委员。基地成立后,根据试验任务的需要,又扩建了一部分试验设施。

    地下发射井中的东风4号导弹。井下加注、井口发射将大大减少了导弹在地面的暴露时间。

    1970年11月23日,在东北试验场进行了东风四号首次长射程飞行试验。但又因数字计算装置故障,致使一级火箭关机预令信号未能发出,二级火箭未能点火,飞行至一级推进剂耗尽关机后,因姿态失稳在空中自毁。周恩来总理当即指示:“要总结经验,再接再厉,争取下次打好。”当地政府和群众发现并提交了导弹残骸,为分析故障提供了重要依据。发射部队和研制单位组织技术人员对试验资料和残骸进行了仔细分析,找出了失败的原因,并在设计上采取了相应的改进措施。

    1971年11月15日,东风四号第二次长射程试验获得成功,射程3772千米,这也是东四首次采用井下加注、井口发射方式发射。但弹头再入烧蚀破坏,端头烧穿。试验证明,该导弹在长射程状态下,各系统工作协调、可靠。这次试验还考验了发射方式,并取得了弹头再入试验环境和弹头烧蚀的资料。此次试验成功表明东风四号具备了中远程射程能力,标志着中国完全解决了两级导弹的级间连接和分离技术,发动机高空点火技术,导弹的姿态控制和制导技术等难关,把中国的导弹技术推进到一个新的阶段。

    1969年3月中苏珍宝岛事件后,苏联对中国的核打击危险急剧上升,部队急需能够对苏联进行有效核反击的导弹。当时东五导弹尚未首飞,而“八年四弹”中制定的中远程导弹射程不足以从中国西部打击莫斯科,于是要求增加东四射程。1970年6月,七机部负责人钱学森、杨国宇到第一研究院听取意见,表示同意中远程导弹增大射程的建议。7月,加大推力的发动机通过了280秒长程试车。随后,国防科委正式向中央专委呈报中远程导弹增程建议。8月,周恩来在中央专委会上正式批准增程方案,并指示:不要改动太大,要快点搞出来。由于“文革”的影响,这项研制工作几乎陷于停顿状态,直到1975年经过调整、整顿,才出现转机。该导弹经改进设计采取增大射程的技术措施后,从1976年5月起,进行了多次考核性飞行试验。

    1976年5月15日和8月25日,经过改进的东风四号02批1组两次飞行试验相继成功,证明增程设计是正确的,弹头防热层得到考验,满足提高射程后防热能力的要求。随后进行东风四号全程飞行试验。1977年9月30日,首次全程试验由于一级在飞行84秒时安全接点回路出现故障,导弹自毁。11月22日,第二次全程飞行试验取得圆满成功,射程达到4167千米,考核了两弹匹配性能。这也是二炮部队首次发射该型号导弹。为了加强对改进工作的领导,1978年1月,正式任命李一鸣为中远程导弹总设计师。1979年4月,任命冬春为总指挥。1978年7月31日、9月16日和12月23日又进行了三次全程飞行试验,前两次取得成功,第三次失败。这几次试验,初步验证了东风四号导弹的战技性能,考核了核弹头的引控系统。为提高精度,东风四号从02批第8发开始还进行了横向修正,取得较好的效果。

    东风四号研制任务书要求导弹应具有加注推进剂后,在井内停放15天,然后提升到井口发射的能力。1980年2月9日成功进行了验证此功能的飞行试验。

    东风四号导弹在第二批改进中,还针对发射方式、储存性能、安全性能等进行了大量改进,以增强导弹的生存能力和使用性能。1975年5月,中央批准了东四增加平洞贮存、拖架场坪发射方式。1980年8月2日,首次采用拖架场坪发射方式发射成功,导弹飞行正常,弹头命中精度很高。飞行试验中同时进行了核弹头的“冷”试验。此次试验成功意义重大,中共中央、国务院、中央军委于8月5日特向东北基地发了贺电。同年10月31日,第二次拖架场坪考核试验也获成功。

    至1980年10月底,东风四号02批共计11发的发射试验证明:导弹两次改进方案正确可行,导弹全系统性能符合战术技术指标要求,新的发射方式可行,发射设备和发射程序符合战斗状态下的基本要求。通过这些试验还检验了弹头再入强度和防热性能,考验了全系统在高温、低温、加注停放、贮存、淋雨及风载条件下的技术性能。在此期间还进行了两弹结合模拟试验,磁记录装置弹射回收试验,弹上仪器工作寿命试验,并检验了系统夜间操作、反应时间等战斗性能。

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