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东风五号导弹核武器研制历史(1)东风五号是中国第一种洲际地地弹道导弹。东风五号为液体两级导弹，全长31m，最大直径3.35m，起飞质量192吨。两级推进剂均用四氧化二氮和偏二甲肼。第一级大推力双摇摆发动机地面推力为710×4kN，第二级为真空推力734kN的主发动机+推力为47kN的4个双摇摆游动发动机。采用推进剂储箱自生增压技术和精密电液伺服机构，三轴陀螺稳定平台+数字计算机制导控制方案，地下井热发射，弹头为千万吨级当量热核战斗部，采用了姿态控制系统和突防措施。东风五号使我国成为世界上第三个研制成功洲际地地弹道导弹的国家，是我国国家安全的重要基石和大国地位的象征。在东风五号基础上研制而成的长征二号丙运载火箭则是长征运载火箭家族中的核心型号，保持着发射不败纪录，被誉为“金牌火箭”。1．确定任务与提出方案1957年8月21日，苏联成功发射了世界上第一枚洲际导弹Р-7，射程达8000公里。塔斯社于1957年8月27日报道说：“这种火箭有可能发射到地球上任何地区。”10月4日，苏联又用Р-7导弹改装的运载火箭把世界上第一颗人造地球卫星送入近地轨道，开创了人类航天新纪元。这一非凡成就极大的鼓舞了同处社会主义阵营的中国领导人。同年11月，毛泽东率领中国代表团到莫斯科参加“伟大的十月社会主义革命40周年庆祝典礼”。11月18日，他发表了著名的“东风压倒西风”的讲话。访问期间，苏方特地给毛泽东和中国代表团放映了三部苏联秘密军事影片，影片内容是原子弹、氢弹爆炸和核条件下的战斗演习，给他们流下了很深的印象。国防部长彭德怀在与中国军事友好代表团的谈话中表示了要研制洲际导弹的想法。世界上第一种洲际导弹苏联的Р-7导弹1958年1月10日，国防部第五研究院制定的《喷气技术十年(1958-1967)发展规划纲要》中，第一次提出要研制洲际导弹。3月17日，毛泽东在中共八届二次全会上提出：“我们也要搞人造卫星”。6月21日，毛泽东又在中央军委扩大会议上充满信心地说：“搞一点原子弹、氢弹、洲际导弹，我看有十年功夫完全可能。”从1959年开始，苏联先后中止了在核技术和导弹技术上对中国的援助，五院重新考虑导弹发展规划问题。12月18日，五院党委常委会通过了《关于发展火箭研究设计的八年(1960-1967)规划草案》，提出后五年要完成远程导弹的研制。在五院提交的报告中指出，鉴于苏方不会再向中国提供试验设备和各种资料，五院决心自力更生地设计、制造出自己的导弹和试验设备，确定远期任务是发展洲际导弹。1960年12月21日，中央军委批复同意五院的报告。1961年5月，五院一分院在发动机发展方向讨论会上，提出研制大推力液体火箭发动机的意见，即1963年研制出推力为75吨、比推力为240秒的单机，1965年实现四机并联，可以产生300吨的地面起飞推力，以供洲际导弹研制时作为主发动机。1961年的11月14日，钱学森亲自担任主设计师并安排了一批的工程人员研制射程10000公里的洲际导弹，使用液氧和煤油作为推进剂（类似于苏联的P-7导弹和美国的“宇宙神”），该型号被命名为东风三号（注意，并非后来的中程导弹）。但这时一分院正集中力量研制东风二号导弹，还无力开展对洲际导弹的全面研究。1963年4月，五院一分院技术副院长屠守锷代表一分院在国防部五院科技委第一次年会上发表了《地地导弹技术发展途径和步骤》的报告，提出从中近程导弹搞起，掌握技术、打好基础后，研制出自己的洲际导弹。同年，五院取消了东风三号洲际导弹的研制计划。1964年1月15日，国防部五院下发了《1963-1980年导弹技术发展现划(草案)》，确定后10年(1971-1980年)的主要任务是研制洲际导弹。此后，一分院一部成立了洲际导弹论证小组，开始进行方案论证工作，各分系统研制单位也相继成立了方案论证小组，开展前期工作。1965年2月，中央专委第十次会议上，提出争取在1975年以前研制出洲际导弹的工作目标。会后，周恩来委派国防工办副主任赵尔陆到七机部发动群众，进行方案大讨论。大家就需要与可能、任务与条件的关系展开了热烈的讨论，认识到既要积极奋进，又要量力而行；既要努力赶超世界先进水平，又要打好基础，循序渐进。经过广泛深入、几上几下的讨论，特别是充分考虑了实战要求，考虑了跟踪世界先进水平的可能性，考虑了国家经济状况的实际能力，在这个基础上确定了中国战略导弹的发展方向和技术途径。如在固体导弹和液体导弹的选择问题上，分析了固、液两类导弹的优缺点。当时美、苏第二代导弹都由液体燃料转向了用固体燃料的动力装置，以获得较好的作战机动性能，由此可见，导弹的固体化是一个发展趋势。但是当时国内对新型的固体推进技术的研究才刚刚起步，还要突破许多技术关键才能正式进行型号研制。除了应该抓紧这项工作的研究外，更应该充分利用已经取得的研究成果，用液体推进技术来突破中程和远程导弹的技术关键，待固体推进剂研制有所突破后，再逐步实现导弹的固体化。因而在规划中确定用可贮存推进剂替代不可贮存的推进剂，用并联几个发动机获得大推力，用多级的串联方式增加射程等发展方向和技术途径，并积极开发研制惯性平台和数字计算机以更新控制系统主要仪器，争取用8年时间研制出4个新型号，完成第一代战略武器的试验阶段。一院党委在组织群众广泛讨论的基础上，又听取各方面的意见，于3月11日提出《地地导弹发展规划》(即“八年四弹”规划)。规划中明确，要在1965-1972年的8年间，研制成功用于“两弹结合”的中近程液体弹道导弹、中程导弹、中远程导弹和洲际导弹。“八年四弹”规划虽然没有按照预定的时间表完成，但它为中国导弹与航天技术的发展指出了明确的目标。既考虑了技术上的可行，又考虑了型号的继承性，同时也考虑了当时中国经济的承受能力。四弹目标的完成，不仅使中国国防实力得到了实质性的增强，而且促进了中国航天科技体系的形成，并且为运载火箭的系列化发展打下了坚实的技术基础。1965年3月20日，中央专委第十一次会议原则同意研制远程洲际导弹，并下达了主要战术技术指标（射程达到10000-14000km，弹头重3吨），要求1971年开始飞行试验，1973年定型。洲际导弹作为型号研制任务正式上马。同年8月，由一院副院长屠守锷主持进行导弹方案论证。东风五号从方案论证时起，就确立了要将其研制成先进的战略武器的指导思想。因此，导弹的各系统部采用了一些新的技术方案。在弹体直径方面，“八年四弹”规划东风五号的直径为3~3.2米间的一个数值。当时我们的工程技术人员只是从美国对苏联十月革命节在红场上展示的导弹分析资料和美国大力神洲际导弹资料中得知，它们的直径都是3.05米。有的设计人员联想到东风二号导弹由于没有考虑到细长的导弹在飞行中产生的弹性振动，致使第一次的飞行试验失败，就希望东风五号尽量设计得短粗些，给控制系统的设计创造一个好的条件。但过大的直径会给产品的制造和运输带来困难。我国是一个地域辽阔又多山的国家，导弹运输不可避免地要穿梭于崇山峻岭之间，铁路运输是符合国情的。七机部一院同导弹用户、铁道部等单位自1965年下半年至1966年1月，搜集了铁路、隧道、涵洞、桥梁等方面的资料，经过实地考察，反复论证，鉴于中国铁路多数线路车辆的通过直径不大于3.40米的状况，最后确定弹体最大直径为3.35米。这个尺寸不仅为控制系统设计创造了较好条件，也为后续型号发展奠定了良好基础。推进剂的选择曾有过激烈的争论。在导弹发展规划上已确定氧化剂为四氧化二氮，但燃料究竟用偏二甲肼还是混肼，尚未定论。1965年3月，七机部一院在总体和分系统讨论的基础上，确定发动机先按偏二甲肼的方案开展工作。经综合分析和论证后，于1967年6月最后确定采用稳定性好的偏二甲肼作燃料。东风五号一、二级推进剂储箱较长，减轻它的结构重量将有效地增加导弹的射程。贮箱既是贮存推进剂的容器，也是导弹的主要承力结构。结构减重的实施主要取决于材料，贮箱设计选用什么材料成为能否减重的关键。总师屠守锷把这项任务交给了材料专家姚桐斌负责。姚桐斌会同冶金部，通过对材料性能和国内生产能力的全面分析和综合，提出来用铝铜合金作为推进剂贮箱的结构材料。仅这一项就比按常规用的铝镁合金结构减轻30％。但铝铜合金又有着致命的缺陷：焊接系数较低，焊缝强度只达到原材料断裂强度的一半。经过讨论，设计师们一致认为：从目前看，提高导弹射程的唯一途径就是采用铝铜合金，但是风险太大。洲际导弹的射程一般是8000到14000千米，用铝镁合金实现8000千米没有问题，但再也没有进一步提高的可能。最后屠守锷拍板决定使用铝铜合金，并对焊接工艺进行攻关。1966年7月，一院总体设计部、703所和211厂等单位，确定选用LD-10铝铜合金作为储箱的结构材料，采用分段的网格加筋方案。为提高东风五号导弹的制导精度，12所（控制系统研究所）在制导与控制专家黄纬禄和梁思礼领导下经反复论证，于1967年6月最终确定控制系统采用平台─计算机方案。这在我国导弹研制史上是第一次使用平台─计算机方案，在当时是很先进的技术，美国只在民兵Ⅱ导弹上使用，苏联还没有使用。平台─计算机制导技术是将惯性平台上测得的3个姿态角信号经过分解器分解和综合后送到弹上计算机，同时将测得的3个加速度信号送到弹上计算机，由计算机根据制导方程和导引方程进行制导计算，控制导弹飞行。平台─计算机方案能直接建立惯性基准，不需要坐标转换，同时制导方案比较简单，可以降低对弹上计算机的要求，在制导方程中不出现姿态角，所以也不需要高精度的模数转换或数字输出的传感器。此外，平台能改善加速度表和陀螺仪的动态环境，有利于提高器件的使用精度。当时由于我国惯性仪表的精度比较低，计算机技术也比较落后，所以提出这个方案要冒很大的风险。东风五号制导系统为了减小射程偏差，在姿态控制系统的俯仰和偏航回路中加入了导引信号，并对弹体姿态角偏差提出了较高的要求。所有这些都给姿态控制系统设计带来了很多关键问题。为此，在姿态控制系统中采用加速度表和速率陀螺控制回路，并适当选择加速度表和速率陀螺的安装位置，以稳定弹体的弹性振动；适当选择有源高阶校正网络参数和交增益变网络的方法，提高了控制系统的适应性；通过对大导引量的稳定设计，保证了导弹横向散布的精度。此后，一院又组织了以总体设计部为主、其他有关研制单位协同，对弹体结构、总体布局、级间比、弹体底部防热、级间分离等方案进行了深入的讨论，并选定了相应的方案。经过两年多的反复论证和部分试验验证，到1967年6月，东风五号导弹的总体技术方案基本确定。推进剂贮箱，可以看到网格箱体结构和防晃隔板2.发动机研制在中国的液体地地战略导弹中，东风五号所用的液体火箭发动机是推力最大的一种，几乎是东风四号的三倍。它还用于长征二号和长征三号等运载火箭的主动力装置，为中国航天事业的发展立下汗马功劳。任新民主持进行了发动机方案论证。东风五号第一级发动机(单机代号YF-20，四机并联代号YF-21)，由4台独立工作的单机，用机架连接并联而成。单机地面推力71吨，比冲259秒，每台单机可沿弹体做切向摆动，用以控制导弹的飞行姿态。第二级发动机(代号YF-24)由主发动机(代号YF-22)和游动发动机(代号YF-23)用机架连接而成。主发动机真空推力73.4吨，真空比推力289.1秒；游动发动机真空推力4.7吨，真空比推力281.6秒；4台游动发动机单机对称地安装在主发动机四周。第二级发动机喷管是固定的，每台游动发动机单机可以沿弹体做切向摆动，用以控制导弹飞行的姿态。东五一级单机发动机YF-20东五一级四机并联发动机YF-21第一级、第二级主发动机和游动发动机都采用泵压式输送系统。第二级游动发动机采用了独立的泵压式输送系统，不仅重量轻，而且在第二级主发动机关机后可以长时间小推力工作。除此之外，发动机调节元件采用汽蚀管和节流圈，不仅结构简单可靠，而且调节精度也比单用节流圈要高。在工作程序上，采用火药启动器不分级启动和先关氧化剂副系统的转级关机程序，启动迅速平稳，关机后效冲量及水击压强小。游动发动机氧化剂副系统采用充填系统，启动平稳可靠。推力室采用双股自击直流式平板喷注器和再生冷却波纹板结构的