【国科大档案馆】中国科学院兰州化学物理研究所与“两弹一星”——记高效能炸药与固体润滑材料

  编者按
  1964年10月16日,我国第一颗原子弹试爆成功。在党中央的英明领导下,中国科学院在原子弹研制过程中作出了重要贡献。当今,我国正在加快建设世界科技强国,实现高水平科技自立自强,亟需继承和弘扬“两弹一星”精神和科学家精神,打造国之利器,加快科技现代化,推动高质量发展。为纪念我国第一颗原子弹试爆成功60周年,中国科学院与“两弹一星”纪念馆特开辟“甲子回眸,档案探秘——记中国科学院在‘两弹一星’中的重要贡献”专栏,拟推出系列编研文章,精神薪火相传,档案润物无声。本文系中国科学院与“两弹一星”纪念馆联合中国科学院兰州化学物理研究所的编研成果,深度挖掘并展示中国科学院兰州化学物理研究所在“两弹一星”事业中的独特贡献。
  中国科学院兰州化学物理研究所(简称“兰州化物所”)为我国“两弹一星”事业的开创和发展立下了汗马功劳。该所研制的高效能化学炸药为原子弹和氢弹的引爆创造了重要的先决条件,是实现原子弹、氢弹两项尖端任务成功的根本关键。而其固体润滑材料研究为“两弹一星”关键运动部件的可靠运行提供了有效保障,在“东方红一号”等卫星的成功发射和正常运行中起到了不可替代的重要作用。
  1961年12月,二机部提出了新型高能化学炸药的研究任务,对“两弹”任务十分重要。由于当时无法获得国外的技术资料,我国必须自力更生进行科学上的探索。根据国防科委的部署,该任务由二机部、三机部和中国科学院共同负责,但在科学研究阶段以中国科学院为主。随后,中国科学院决定由兰州化物所作为承担此项任务的具体单位,并指示他们积极进行筹备,力争尽早开展工作。
  1962年3月,中国科学院党组把高能化学炸药的研究任务正式下达到兰州化物所,代号为“142”任务。从1962年下达任务至1972年交出任务,历时十年,兰州化物所取得了一系列重大的成果。
“新型化学炸药”研究任务下达通知
  兰州化物所在前期进行了单质炸药合成的相关研究,取得了一系列研究成果,包括多种单质炸药及化合物。而且,他们还提出了计算爆速的经验公式,即氮当量公式,迄今仍被国内大多数炸药工作者作为设计新化合物和估算爆速的简便可靠方法。1966年2月,终于成功合成662高能炸药,这是兰州化物所自行设计、成功合成并发展到实用的我国第一个新型高能单质炸药(1980年10月获得国家发明奖二等奖)。
  原子弹、氢弹使用的引爆药,要求爆速高、感度低、安定性好、易于机械加工。在各协作单位通力合作下,兰州化物所经过大量试验,于1965年9月找到了性能较为全面的高能炸药配方,即1105粘结炸药。同年10月,以兰州化物所为基地,开始进行高能炸药造型粉的试验生产。经过半年奋战,向国防部门提供了数以吨计的合格造型粉。1966年5月起,由工厂接产,一次投产成功,通过生产鉴定,之后成功应用于原子弹、氢弹的引爆。
  1105粘结炸药是我国第一个通过国家鉴定,既具有国防尖端实用价值,又具有国内先进水平的高能混合炸药。该成果于1978年获全国科学大会奖,1985年“氢弹的突破和武器化”获得国家科技进步特等奖。
中国科学院新技术局和国防部门SS-2号固体润滑膜的鉴定结论
  兰州化物所不仅在我国“两弹”的研制和开发中功勋卓著,而且还在航天领域作出了巨大贡献。该所于1960年初成立了“固体润滑剂与固体润滑作用研究室”,开展固体润滑材料的研究,在国内开创了固体润滑研究新领域。固体润滑材料与技术研究的丰硕成果在“长征”系列火箭和以“东方红1号”为代表的人造地球卫星等重大装备中得到广泛应用。
  1963年2月,国防部门委托兰州化物所进行液氧轴承用固体润滑膜的研究,实质是解决火箭推进系统中高速高负荷滑动轴承的润滑问题。因为该轴承在液氧无润滑状态下,可能会出现卡死现象,对特殊环境下的性能提出了很高的要求。经过4个月的研究,兰州化物所研制出一种以环氧树脂作粘结剂的二硫化钼固体润滑剂。但是,国防部门认为有机粘结剂干膜有引起爆炸的危险,于是兰州化物所转向无机粘结剂干膜的研究。1964年5月,该所研究出以硅酸钠盐为粘结剂的方法,试验表明这种润滑剂能保证设备正常运转,但防潮湿和防风化的能力不够强,不利于长期储存。同年9月,该所摸索出以硅酸钾为粘结剂的二硫化钼固体润滑剂(SS-2号干膜),在水中煮沸一小时后仍能保持完好的性能,基本达到了这项任务的指标要求。1965年1月,SS-2号固体润滑膜通过了中国科学院新技术局和国防部门组织的技术鉴定,并成功应用于解决“长征三号”火箭发动机的特殊润滑难题。
  1966年4月,“东方红1号”人造地球卫星短波天线机构防冷焊镀层的研究任务就下达到兰州化物所,要求研制一种导电润滑薄膜材料,以保证卫星短波天线机构在10的-9次方托以上的超高真空环境、85~120赫兹振动、1015伦/年辐射条件下,能顺利开启。因此,润滑镀层必须具有良好的导电性,镀层耐磨、耐辐射,具有一定的机械强度、润滑性和存储稳定性等特征,这是关系到人造地球卫星能否正常工作的关键技术。在陈绍澧(时任固体润滑研究室主任)、党鸿辛(时任固体润滑研究室业务秘书)、黄学俭(时任固体润滑研究室自润滑轴承材料课题组副组长)的指导和组织下,兰州化物所与651设计院、科学仪器厂密切配合,试探了三条技术路线,最后找到了性能最佳的复合镀层。1968年12月,顺利通过了地面旋转伸展试验,1969年3月又通过了地面振动试验。1970年4月21日,“东方红1号”人造地球卫星发射成功,通过其短波天线向全世界发射出优美动听的《东方红》乐曲,胜利完成任务。该成果于1978年获得全国科学大会奖,1985年“东方红1号”卫星获得国家级科技进步奖特等奖。
“东方红1号”卫星短波天线机构防冷焊涂层项目获奖证书
  近年来,研究所不断拓展空间摩擦与润滑材料研究领域,完成了“神舟七号飞船固体润滑材料空间环境实验”项目,开拓了纳米颗粒润滑添加剂、离子液体润滑剂、工程材料表面润湿及摩擦调控等国际摩擦学研究的新领域,建立了完善的空间环境试验平台,形成了我国独立自主的空间润滑材料与技术体系,发明了从运载火箭、近地轨道到深空探测用系列润滑材料,应用于我国所有航天型号工程。中央电视台2019年7月6日的晚间新闻以“润滑实验室:60载薪火相传润物无声”为题目进行了4分钟的专题报道。“两弹一星”精神正不断激励着兰州化物所人在空间摩擦与润滑材料研究领域砥砺前行、勇攀高峰,为我国航天事业做出更多更大的贡献。
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