2.2 探空7号模型火箭[2]

探空7号模型火箭为探空7号气象火箭的模型火箭，是由第1级火箭（固体发动机）、第2级火箭（液体发动机）与箭头组合而成的两级无控制火箭。火箭代号T-7M。

T-7M火箭能携带15kg遥测仪器飞达10km高空。主要用来对探空7号气象火箭运载系统采用的主要技术途径进行可行性试验。

T-7M火箭的总体设计单位为上海机电设计院，总装单位先是上海柴油机厂，后为上海机电设计院。

1959年8月开始研制，1960年2月完成第1枚火箭发射试验，1963年12月进行最后一次飞行试验。总共生产火箭14枚，其中13枚用于飞行试验。

T-7M火箭技术负责人为王希季、杨南生，行政负责人为杨南生。杨南生主要负责工程系统的研制，王希季主要负责火箭型号的研制。[3]

2.2.1 任务由来

1959年7月10日，上海机电设计院业务领导单位——中国科学院力学研究所钱学森所长根据中国的国情以及火箭技术发展的现状和需要，建议上海机电设计院改变原定设计运载火箭发射人造卫星的计划，改组成为一个设计和试制小型火箭的单位，以研制气象火箭为具体任务之一。

1959年8月4日，上海机电设计院向国家科委和中国科学院呈报了“发展探空火箭技术的计划任务书”，建议把该院建设成为一个和平利用火箭技术的中心，1960年以试制1～2种无控制的探空火箭作为中心任务。该计划任务书得到中国科学院的批准。

1959年8月，上海机电设计院在制定探空7号（T-7）气象火箭设计任务书的同时，为响应党中央提出的开展增产节约运动的号召，决定在1959年增加一项探空7号模型火箭（T-7M）的设计任务。研制T-7M火箭的目的在于对T-7气象火箭运载系统上采用的主要技术途径进行可行性试验，以加速T-7火箭的研制进程；同时通过该火箭的设计、制造、试验和试射，训练和培养火箭技术队伍。

2.2.2 方案制定

1959年9月提出T-7M火箭初步设计方案。而后，经地面试验、不同状态的飞行试验，不断改进和完善了设计方案，于1962年年底确定了该火箭的最终技术状态。它为两级无控制火箭，由有效载荷、液体火箭（主火箭，即第2级火箭）和固体助推器（第1级火箭，即发动机加尾段加级间连接分离器）串联组合而成，依靠尾翼保证火箭稳定飞行。在助推器工作结束后，主火箭在空中自动点火。当主火箭飞行到弹道顶点附近时，箭头与箭体自动分离。分离后的箭头和箭体均用降落伞进行回收。

主火箭直径0.25m，长度4.21m，如图2-2所示。发动机采用挤压式输送系统，推进剂为硝酸（氧化剂）和苯胺、糠醇混合液（燃烧剂）组成的自燃推进剂，地面稳态推力2.2kN；在推进剂加注容量达到设计值（即推进剂贮箱中的推进剂体积达到设计容量，简称全容量加注状态）时，起飞质量为122kg，海平面发射时的最大飞行海拔高度（海拔高度是从海平面或其延伸面计算的高度，下同）为8km（如果推进剂加注容量只有设计值的3/4，简称3/4容量加注状态，最大飞行海拔高度为5km）。助推器（连同分离器）的起飞质量为68kg，直径0.25m，长度1.14m，内装7根管状双基药柱，地面平均推力17.5kN（装药初始温度25℃）。加助推器后，主火箭（全容量加注状态）的最大飞行高度为10km。

2.2.3 技术攻关

T-7M火箭研制的关键课题为主发动机技术（主火箭发动机技术）、头体回收技术和级间分离技术。

（1）主发动机技术

主发动机技术中的突出问题是如何保证发动机可靠和迅速启动。启动控制最先提出的方案是借助贮箱中的气垫容积（贮箱容积与贮箱内推进剂加注容量之差）来使增压气体进入贮箱后，贮箱内部压力能缓慢上升，以实现控制推进剂流量、安全启动的目的。这种方案的推进剂输送系统通过气体管路中的常开式减压将高压气瓶中的空气减压到额定值后流入贮箱，给贮箱内的推进剂增压；当推进剂压力达到一定值时，液体管路中的爆破薄膜受压自动破裂，随即推进剂就流入推力室内燃烧。为了使爆破薄膜能在预定的压力（5×105Pa）下均匀破裂并达到控制精度（±2.5×104Pa）的要求，研制人员选用化学腐蚀的加工方法。两位女青年经过一个半月，做了几十种方案、700多次试验后，才确定出薄膜材料和腐蚀图案以及适用的保护剂和腐蚀剂、进行腐蚀的温度和时间，并制作出合格的产品，及时满足了发动机试验的需要。

1959年12月27日，主发动机首次热试车（推进剂加注容量为设计容量的1/5），点火启动正常。此后，于1960年1月5—23日，主发动机又进行了9次热试车，推进剂加注容量从1/2全容量逐步增加到全容量。这10次热试车表明，主发动机在3/4全容量加注状态时，借助贮箱内的气垫容积来控制启动是成功的。然而，全容量加注状态的2次热试车，燃烧室均于启动阶段发生爆炸，其原因为：在全容量加注状态时，贮箱内的气垫容积小，当增压气体进入贮箱后，贮箱内的压力迅速升到额定值，但燃烧室内尚未建立压力，从而造成推进剂流量过大，致使燃烧室因起燃压力过大而炸裂。

为了解决主发动机在全容量加注状态时的启动爆炸问题，研制人员提出了在液体管路中加节流孔板来控制推进剂起始流量和将气体管路中的减压阀由常开式改成半开式来控制增压气体起始流量进行二级启动的两种方案，并于1960年2—7月对这两种方案进行了5次热试车。其中，节流孔板方案的2次热试车，1次成功，1次失败；半开式减压阀二级启动方案3次热试车均获成功。此后，研制人员又对推进剂输送系统和燃烧剂的组合配比进行了改进和调整，包括将液体管路上的主控制元件由爆破薄膜改为气动阀，并令气体管路中控制氧化剂管路的气动阀比燃烧剂管路的气动阀稍先打开，使氧化剂早于燃烧剂进入燃烧室；把燃烧剂中的苯胺含量由80%调整为65%，糠醇含量由20%调整为35%。经采取这些措施后，燃烧过程中的爆燃现象得以避免，主发动机的工作可靠性和迅速启动性能进一步提高，二级启动方案更趋完善。

（2）头体回收技术

头体回收是指把主火箭箭头与主火箭箭体用降落伞回收。头体回收采用的技术方案是在弹道顶点附近将主火箭箭头和主火箭箭体分离后，先打开各自的减速伞，待它们乘减速伞下降到一定高度，再由时间控制器或高度控制器控制开伞螺栓工作，使各自的主降落伞张开，最后箭头和箭体乘主降落伞安全着陆。为了掌握火箭回收这门新技术，研制人员勇于探索，经过多次地面试验、几架次飞机空投试验，以及2次因火箭在飞行试验中头体未分离而导致回收系统无法工作后，于1960年4月连续2次获得箭体回收成功的初步胜利。

头体分离原先设想在弹道回落段利用箭头自重使箭头沿锥形配合面滑脱箭体。这种无动力分离的方法，从原理上不适用于飞行情况，因而在2次火箭飞行试验时均告失败。后来，改用爆炸螺栓做分离元件，进行有动力分离。研制人员因陋就简，自行研制出这种点火装置。他们先将手电筒上的小灯泡上的玻璃轻轻敲碎，取其灯丝加少量硝化棉制成点火装置，再利用黑火药做主装药，制造出第一批爆炸螺栓。

用于控制爆炸螺栓和开伞螺栓点火时间的延时机构（时间控制器），最初由工农牌小台钟改装而成。它利用康铜丝将其摆轮拴住，一经通电，康铜丝就被烧断，随之钟表启动，同时，将钟表去掉时针和分针，并将秒针改装成控制触头，当秒针走到预定在表盘上的触点时，触头接触触点，控制电路便接通，使螺栓内的火药点燃。这种延时机构利用发条的松弛进行工作，时间控制精度不高，加上这种小台钟停产，为此又研制出无回力的调速式延时机构，并于1962年12月首次用于T-7M回收系统的飞行试验，并取得成功。

降落伞的设计图纸是研制人员通过学习降落伞知识和向跳伞运动教练请教后完成的。而后由服装厂的缝纫师傅在家用缝纫机制作出首批降落伞。

为了表彰火箭回收技术工程组这些年轻人不怕困难、敢想敢干、顽强拼搏的精神，1960年年初，共青团上海市委授予火箭回收技术工程组“青年红旗战斗队”的光荣称号。

（3）级间连接分离技术

级间连接分离机构既要确保组合火箭（即整个火箭）飞行期间主火箭和助推器连接可靠，又要在助推器熄火后能使两者迅速分离。研制人员对4种方案进行了比较，通过20多次地面模拟试验后，选择了直接利用主发动机火焰将连接机构锁紧元件——燃烧带烧断来解除主火箭和助推器之间的连接约束，并依靠主发动机的燃气压力将助推器抛掉的技术方案。该方案在地面热分离试验以及组合火箭历次飞行试验中均获得成功（主火箭空中点火由过载开关控制）。

第1枚用于飞行试验的主火箭于1959年年底总装完毕，首次用于飞行试验的组合火箭于1960年年底交付使用，整个研制工作于1963年年底结束。

2.2.4 配套设施

为了对火箭进行地面试验和飞行试验，上海机电设计院提出建立相应的回收、主发动机系统和部件试验室以及江湾热试车台、南汇火箭发射场等配套设施。

（1）江湾热试车台

江湾热试车台用于T-7M和T-7火箭主发动机热试车。该试车台从1959年9月22日上海机电设计院提出筹建报告，到同年12月27日首次启用进行T-7M火箭主发动机热试车，整个过程只有3个多月的时间。该试车台利用江湾机场内的一座废旧碉堡作为安全屏障，在碉堡的夹道中间浇上水泥台安装发动机，测试仪表和控制设备安装在碉堡内。这座简易试车台在1961年2月撤销前，曾进行了T-7M火箭主发动机近30次热试车和T-7火箭主发动机14次热试车。

（2）南汇火箭发射场

南汇火箭发射场是1959年10月由研制人员经两次骑自行车沿上海市川沙县（今属上海市浦东新区）和南汇县（今属上海市浦东新区）滨海地区进行实地勘察后确定的。它位于南汇县老港人民公社西湖生产队的杨家浜（今上海浦东新区东河村火箭路235号），距东海约3km。发射场内有一座高度20m的燕尾槽形单轨发射架，并配有简易发电站、指挥间、发射控制间（简称发控间）、仓库等平房设施。这座简易发射场自1960年1月投入使用至1961年6月停止作业，总共进行了T-7M火箭12次发射，而后于1963年1季度撤销。（T-7M火箭总共进行16次发射，最后的4次是在安徽省广德探空火箭发射场利用T-7火箭发射架完成的。）图2-3为张劲夫、钱学森等人在南汇火箭发射场观看T-7M火箭发射前在指挥间前小憩。图2-4为T-7M火箭在南汇火箭发射场用草包和泥土堆积而成的发控间。

2.2.5 飞行试验

T-7M火箭进行的16次发射，大致可分为3个阶段：第1阶段（1960年1—4月）进行主火箭（3/4容量加注状态）飞行试验；第2阶段（1960年9—11月）进行主火箭（全容量加注状态）飞行试验；第3阶段（1960年11月—1963年12月）进行主火箭（全容量加注状态）加助推器的组合火箭飞行试验。

（1）主火箭（3/4容量加注状态）飞行试验

试验目的为考验主发动机（3/4容量加注状态）启动和工作可靠性、主火箭飞行稳定性、发射架工作可靠性和回收装置工作可靠性等。共进行6次发射，发射概况如表2-1所示。

在这一阶段的飞行试验中，发射场设施非常简陋，发射作业条件十分艰苦。最初，既无步话机，甚至连电话、广播喇叭这些最简单的通信工具都不具备，发射指挥员靠大声喊叫或做手势来下达操作指令。在第1～4次发射时，由于气瓶压气式加注设备和高压气瓶充气自动脱落机构研制较晚，赶不上发射进度，只得用自行车打气筒作为压力源来加注推进剂，如图2-5所示；还要在高压气瓶充气结束后，由操作人员冒险跑到处于待发射状态的火箭近旁去拆下充气网。直到第5次发射，才改用气瓶压气式设备进行推进剂加注作业，如图2-6所示，给高压气瓶充气时，采用电磁式自动脱落机构。

1960年4月29日T-7M004火箭发射和箭体回收成功后，钱学森、杨南生、王希季等在火箭发射架前与参试人员合影，如图2-7所示。

毛泽东主席曾于1960年5月28日在上海新技术展览会尖端技术展览室视察了T-7M主火箭产品，对研制人员依靠自己的力量取得火箭技术方面的进展给予充分肯定，称赞T-7M火箭发射成功是一项“了不起”的成就，指示探空火箭“应该8km、20km、200km地搞上去”。详情如下：[5]

1960年5月28日晚七时半左右，毛泽东主席在杨尚昆同志（时任中共中央办公厅主任）等随同、柯庆施同志（时任中共中央政治局委员，上海市委第一书记）等陪同下，莅临位于上海市延安西路200号的上海市新技术展览会，在参观了超声波技术展览后，毛泽东主席一行走进尖端技术展览室。在那里，毛泽东主席视察了参展的T-7M主火箭。当时在上海机电设计院工作的潘先觉同志（T-7M主火箭发动机系统负责人）承担了毛泽东主席这次视察的讲解任务。根据潘先觉同志当年所写的汇报材料，毛泽东主席视察T-7M主火箭主要有以下4个情节：[6]

a）仔细阅读产品介绍。

在听到潘先觉同志介绍说T-7M主火箭是“小型液体探空火箭”后，毛泽东主席马上阅读介绍T-7M主火箭的材料。他一边仔细地看，一边一字一句地读，从“这种小型火箭”读起，一直读到“上海机电设计院负责研制”为止。

b）赞扬自力更生自主创新。

在听到潘先觉同志介绍说“这种火箭我们已成功地发射了4枚”和“我们搞这个（指火箭）没有苏联专家，没有现成数据，搞技术设计的人是平均年龄在25岁以下的大学、中专学生”后，毛泽东主席连声说：“好！好！”

c）勉励新生事物。

在听到潘先觉同志回答T-7M火箭可发射（指最大升高）8km后，毛泽东主席意味深长地说：“8km那也了不起呀！”

d）鼓励大家循序渐进地勇攀高峰。

在听到潘先觉同志介绍说“现在我们已经在搞更大的火箭（指T-7火箭），可以发射20km到80km”后，毛泽东主席指示说：“应该是8km、20km、200km地搞上去。”

这是毛泽东主席一生中对我国航天系统负责研制的产品所进行的唯一一次视察。对一代代航天人给予了很大的鼓舞。

（2）主火箭（全容量加注状态）飞行试验

试验目的为考验主发动机（全容量加注状态）启动和工作可靠性、主火箭飞行稳定性和回收装置工作可靠性等。共进行了3次发射试验，发射概况如表2-2所示。

（3）组合火箭飞行试验

试验目的为考验助推器点火和工作可靠性、发射架适用性、组合火箭飞行稳定性、级间连接分离机构可靠性、利用过载开关实现主火箭空中点火的可靠性、主发动机（全容量加注状态）用推进剂输送系统气体管路中的半开式减压阀控制二级启动（推进剂输送系统液体管路主控制元件改用气动阀）的可靠性、主发动机经长途运输后在发射场不进行水压试车（仅对推进剂输送系统气体管路的减压阀做气体稳压检验和对部件做气密检验）就用于飞行试验的可靠性、箭头和箭体回收装置的可靠性，用于验证T-7发射架发射T-7M火箭的适用性以及考验将用于探空7号甲（T-7A）气象火箭主发动机的Ⅱ型推进剂输送系统启动可靠性等。共进行7次发射，发射概况如表2-3所示。

T-7M火箭的研制实践，为研制T-7火箭提供了经验。

2.2.6 永远的纪念

为了纪念T-7M火箭的发射成功，由上海市科学技术协会、上海航天局和上海南汇县人民政府在上海南汇老港（今上海市浦东新区老港镇）T-7M火箭发射场的原址竖起了一座T-7M试验探空火箭发射成功纪念碑，1998年2月19日T-7M试验探空火箭发射成功纪念碑落成仪式隆重举行。石碑面朝东海，傲向苍穹，向世人讲述着30多年前那个惊天动地的壮举——1960年2月19日，我国第一枚试验探空火箭T-7M在这里发射成功！

在这历史的丰碑上赫然铭记着——

“一九六〇年二月十九日十六时四十七分，中国第一枚试验探空火箭（T-7M）在此发射成功，T-7M火箭由上海机电设计院（现航天工业总公司空间技术研究院五〇八研究所）杨南生副院长、王希季总工程师等百名科技人员自行设计、制造，历时三月，艰苦创业，以此为志。”

该纪念碑及其上的铭文如图2-8和图2-9所示。

2010年10月12日上海市浦东新区人民政府将中国第一枚自行设计制造的试验探空火箭T-7M发射场遗址（以下简称T-7M发射场遗址）作为浦东新区文物保护单位，如图2-10所示。

在确定T-7M发射场遗址为浦东新区文物保护单位后，上海市浦东新区人民政府加紧对该遗址的重新修建工作，并于2014年1月落成了“中国第一枚试验探空火箭发射成功纪念碑”，如图2-11～图2-16所示。