在中国第一颗原子弹爆炸成功60周年这一值得纪念的时刻,让我们共同回顾长光人参与“两弹一星”事业的光荣历史,聆听我国首台大型电影经纬仪诞生的故事。
150-1电影经纬仪
20世纪60年代初,国外敌对势力对我国实施封锁和孤立政策。为保护国家安全,党中央决定独立自主地发展我国的原子弹、导弹技术,这就需要在靶场上建立一套大型光学观测系统,对导弹轨道进行跟踪及精密测量。
为了适应这个需要,国家部署了“150工程”,即有关现代靶场光学测量设备的工程性研制任务,这是一项综合性强、难度高的研究任务。我国那时候只有一个可供远程发射火箭使用的靶场,且只配备了观测极限距离在 100 千米左右的光学电影经纬仪,远远达不到观测需要。导弹靶场任务则需要配备能观测到 100千米以上距离的光学观测设备。当时除了美国、苏联外,没有哪个国家具备这样的研制能力。
时任国防科委副主任的钱学森点名由长春光机所负责大型电影经纬仪的研制任务(150-1工程)。
电影经纬仪是跟踪测量飞行器飞行轨迹的光学测量仪器,它是电影摄影机与经纬仪相结合的仪器,能在固定位置上测量目标的方位角和俯仰角,对飞机、火箭和航天器轨迹进行测量以及对其起飞、着陆与飞行做实况记录。
光机所即将研制的这台大型电影经纬仪,是一项“庞大的工程,是一台包括光学、精密机械和自动控制等综合技术的大型精密测量装备。”预计总重量将大于 5t,经纬仪望远镜的口径达到600mm,能对弹道轨迹进行跟踪记录、测量角坐标,并同时摄取导弹姿态,通过 2-3台经纬仪的同步测角交会以获得飞行目标的空间轨迹。
国家要求这台电影经纬仪作用距离、定位精度、测速精度等性能指标必须优于当时同类型的国外进口仪器,达到世界先进水平。对于 20 世纪 60 年代国际上对中国的封锁而言,研究人员能够参考的科技资料太少了。
据王之江回忆,那时候国内光学工业的水平尚达不到研制这台电影经纬仪的要求。王大珩提到“150-1工程”研究初期的困难,曾表示,一来没有国外大型仪器可以借鉴,二来能参考的资料只有国外一般文献中的少许描述和一些仪器的外形照片,科研人员颇有无从下手之感。当时可以参考的材料只有科研人员看到图片后估量口径是在500多毫米。王大珩对仅能参考到的美国产ROTI-П型经纬仪图片和简单的指标数据做了分析,他在方案里预测,大型电影经纬仪的口径应是600-700mm,重量为6-7t。后来国家不惜重金,通过非常的途径购进了少量中小型的相似设备,供我国科研人员参考。尽管如此,研制难度仍然很大。
王大珩对开展“150-1”工程做了再三考虑。他认为,前期有三件重要工作。一是提出由0308工厂负责大型电影经纬仪制造工作。0308 厂即光学精密机械仪器实验工厂,于1960年1月由国家计委批准建设,配备了全套设备,这个厂为长春光机所制造了大批高精尖的科研仪器,令长春光机所光学、机械加工水平闻名全国。二是 1960年11月光机所与机械所的合并,原机械所大批人员参加到“150-1”工程研究中来,这增强并集中了研究所从事“150-1”工程的技术力量,也影响了研究所后来的发展方向。三是王大珩向国家申请了150万美元的外汇,用于进口部分精密机床。以上3件事,从人员和装备上为光机所展开大型电影经纬仪的研究和试制工作奠定了较好的基础。
研制期间经受了文化大革命的严酷考验,全国反右斗争波及光机所,科研生产受到很大冲击,许多同志甚至冒着生命危险,在枪林弹雨中坚守岗位。在王大珩的再三请求下,光机所被聂荣臻元帅特批为军护单位,成为当时全国唯一一个军护单位。
根据大型电影经纬仪的设计要求,经过研究将这项庞大的任务分解成了包括工程样机总体设计、光学总体、光学设计、光学玻璃制备及检测、光学工艺及镀膜、跟踪系统、特殊控制元件等60个实验项目,中国科学院调集了全国各地的精干力量来到光机所,在王大珩、唐九华等人的组织下,将任务分解成几十个专题、几百个子项目,由所内所外600多名科研人员大力协同,夜以继日地开展攻关。当时这台电影经纬仪在技术上主要有3个方面的难度:摄影距离、测角精度和跟踪精度。这也是判断成品经纬仪是否能够顺利交付使用的重要指标。围绕这些难题,科研人员开展了紧张的攻关。
长春光机所的老人们回忆起那时候王大珩参与设计的情形道:
“150工程中,有一个直径接近两米的端面滚动轴承,它是支撑整台装置实现 360度旋转的重要部件。轴承面的平面度要求甚高,因为它的偏差将直接影响测量系统的垂直轴偏差……王大珩先生运用他丰富的光学知识,提出了一个大胆而富有创新精神的想法,将一台立式车床进行改装,保证研磨盘在转盘上旋转时有足够的稳定性。同时,在立式车床旁装一台牛头刨床,利用刨床刀架的往复直线运动,拉动工件沿研磨盘的直径方向作往复运动。如此,如同研磨光学镜面的办法,硬是把轴承端面研磨到了 3-5微米,使整台仪器的测量精度达到了国际水平。”
经过5年半的艰苦努力,“150-1型光学电影经纬仪”于1965 年被研制出来,并一次试验成功。这是中国自主研制成功的第一台大型电影经纬仪,其性能超过了当时苏联的同类设备,与当时美国正在使用的电影经纬仪水平相当。该大型电影经纬仪的技术指标,在观察距离上远远超过了150干米,实际达到 210千米。后来使用单位反馈的材料显示,天气晴朗的时候,150-1工程电影经纬仪可以观测300-400千米。在测量精度上,当时美国是20角秒,而我国自行研制的大型经纬仪精度分析是14角秒,性能更优越。且在“150-1型光学电影经纬仪”使用长达20年后,机器仍然稳定可靠,保持了出厂时的精度。
王大珩总结“150-1”工程的研制成功“开创了我国自行研制大型精密光测设备的历史,为国家节约了大量外汇,为独立自主地发展我国尖端技术做出了突出的贡献”。同时,150-1工程的顺利完成,有效验证了王大珩当时提出的“一杆子”工作模式,即从研究到出产品,“一杆子插到底”全部由研究所完成。当时也有人坚决主张“半杆子”做法,王大珩以实际工作成果证实了“一杆子”的正确性。“一杆子”理念,对以后中国科学院内甚至国内许多工程技术型研究所的办所方针都起到了重要的借鉴作用,也体现了王大珩等科学家求真务实的科研精神。