2018年6月27日,為慶祝建黨97周年,紀念中國科學院數學與系統科學研究院建院20周年,數學與系統科學研究院黨委召開「不忘初心,堅定跟黨走」新老黨員交流座談會。以下是老黨員代表、曾參與氫彈研製工作的張鎖春研究員的發言。
我來參加今日這個會,是因為在我們的中國共產黨建黨97周年的前夕,也剛好是我們數學院建院20周年,我們國家改革開放40周年,數學院黨委決定搞一次「新老黨員」座談會,就是今日有新黨員入黨宣誓,有老黨員來談發揚黨的光榮傳統的這個會。我答應來談談發揚黨的「兩彈一星」精神,講講「兩彈一星」中的故事。我本人是「氫彈研製」親歷者,有資格來談自己親身參與的故事。
現在我國「假冒偽劣」到處泛濫,為了驗證我是「貨真價實」者,我帶來了兩件東西公開展示給諸位看:
一件是在2017年11月,由湖南教育出版社正式發行的一本書(書號:ISBN 978-7-5539-5491-2),書名是「親歷者說《氫彈研製》」,將氫彈研製的全過程:理論部-實驗部-設計部-生產部-場地空投試驗,採訪36人,其中理論部9人,我是氫彈原理突破《百日會戰》主要參加者,又是氫彈原理試驗模型和氫彈試驗模型的模擬計算的主要完成者。此書今年3月8日才送我一本。聽說可上「京東」網上購買到。
另一件是《首顆氫彈爆炸成功50周年紀念章》,是去年(2017)6月17日召開首顆氫彈爆炸成功50周年紀念大會時贈送給當年每位參與者的。
我是1963年從上海復旦大學數學系畢業,無條件服從國家和黨的需要,分配到「北京核武器研究所」(對外簡稱「北京九所」)。當時黨需要我幹什麼就幹什麼,從不說個「不」字。其實我在大學裡學的是「偏微分方程」,但工作中需要我搞「蒙特卡洛方法」。那就從「零」開始,邊幹邊學,幹成學會。當時一門心思撲在工作上、日以繼夜、不分白天黑夜地幹,從不考慮「報酬」「酬勞」,講什麼「價錢」,都是無代價的,犧牲自已的生命也在所不惜的。也從不追求什麼「名利」,甘當無名英雄,願做閃閃發光的革命的「螺絲釘!」
我是1963年大學畢業9月參加革命工作的,而1963年9月恰好是我國首顆原子彈的理論設計方案已完成,主要負責人鄧稼先在方案上簽字後向上級提呈,故我沒有趕上原子彈的研製。1964年10月16日我國第一顆原子彈爆炸成功了!1964年對我而言就是學習、補充知識、打好基礎的一年。學習用「代碼語言」手編程序、學會在電子計算機上自已操作計算、熟悉有關的計算方法。立竿見影,1965年在完成實際任務中派上大用處。
我國的首顆氫彈原理突破是在1965年,原理試驗是在1966年,氫彈試驗是在1967年,氫彈的研製過程就是在這三年完成的。我正好碰上,而且站在第一線,是個時代的「弄潮兒」。
在我講述「氫彈研製」中的故事之前,我先講一下什麼是「兩彈一星」精神!
這要追溯到20年前的1998年,當時我國政府決定要向全世界公開「兩彈一星」秘密,國家隆重召開表彰23位「兩彈一星功勳奨章」獲得者大會。原來這些人的名字都是國家最高機密,一下子解密,大白於天下,以前絕對不能說的機密,現在可以說了。
首先我要說明「兩彈一星」中的「兩彈」是指核彈和飛彈;「一星」是指人造衛星。
其次講「兩彈一星」精神,也是在1998年的「表彰大會」上同時提出的,國家提法,概括成24字,這就是「熱愛祖國、無私奉獻、自力更生、艱苦奮鬥、大力協同、勇於登攀」。
在此,順便提一下,現在還流行一種「兩彈精神」的提法,容易搞混,不要混淆,意思倒是差不多。「兩彈精神」是「中物院」內部的提法。「中物院」的全稱是「中國工程物理研究院」,就是原來的「二機部第九研究院」,即中國的「核武器研究院」,是專門研製原子彈、氫彈、中子彈、等核武器的。故它提出的「兩彈精神」中的「兩彈」是指原子彈和氫彈。而「兩彈精神」是概括為20個字,這就是「愛國奉獻、艱苦奮鬥、協同攻關、求實創新、永攀高峰」。
在這裡也順便交代一下23位「兩彈一星」功勳獎章獲得者的名單:
到目前為止,這23位中僅有五位還在世。
「核彈」方面有10位:這就是:錢三強、鄧稼先、朱光亞、郭永懷、程開甲、陳能寬、王淦昌、彭桓武、周光召、于敏;
另外還有2位與核彈有關:一位是王大珩,光學專家,是中國科學院長春光機所的;另一位是吳自良,物理冶金專家,是404廠的。
這12位中僅有3位還健在:其中一位是一百歲的程開甲,活的比較好,還能走動,頭腦清醒,前不久還親自出席習近平授予的「國家英雄」獎章;還有兩位是處於半「植物人」狀態:一位是後來曾當過中國科學院院長的周光召,現住在北京醫院;另一位是稱為「氫彈之父」的于敏,現住在301醫院。
「飛彈」方面有6位:這就是:孫家棟、任新民、姚桐斌、錢學森、屠守鍔、黃緯祿。
僅有孫家棟還健在。
「衛星」方面有5位:這就是:王希季、陳芳允、楊嘉墀、趙九章、錢驥。
僅有王希季還健在。
「兩彈一星」對我國而言是太重要了,它的核心價值是「鑄國防基石,做民族脊梁」。鄧小平曾講過一段非常有名的話:「如果60年代以來中國沒有原子彈、氫彈,沒有發射衛星,中國就不可能叫有重要影響力大國,就沒有現在這樣的國際地位。這些東西反映一個民族的能力,也是一個民族,一個國家興旺發達的標誌。」最明顯的例證就是前不久朝鮮的金正恩能與美國總統川普在新加坡舉行會面,平起平坐,其底氣、硬氣就是朝鮮經過5次核試驗後基本上掌握研製原子彈、氫彈的技術,美國對朝鮮就刮目相待了。現在朝鮮方面還不足的是在運載火箭方面還差一截,無能力將核彈打到美國本土去。
下面我就進入「正題」,講講「兩彈一星」中發生的故事,結合我本人的親身經歷,也就是結合「氫彈研製」,講其中發生的故事。那也太多了,無從下手。在短短十幾分時間也說不清楚。去年在「北京九所」內召開的「慶賀我國首顆氫彈爆炸成功50周年的紀念座談會」,會上要求每位發言者時間控制在3-5分鐘之內。當時我就講了「5個神秘的數字」,後聽反應,說效果還不錯。我想在今日的會上,我也就給諸位在場者講述這「5個神秘數字」背後的故事。剛才主持人對我講,時間上可放寬些,可放開多講一點。這樣,我也就有時間可多解釋幾句,把前前後後交代得更清楚一點。因為去年座談會在場的都是同一戰壕裡戰鬥過的老戰友,重溫當年火熱的戰鬥情景,都有共同的語言,無須解釋,都心知肚明,所以「乾巴巴」地、提綱契領地講幾個數字,反而是重點突出,抓住要害了。今日我對諸位在場者講,同樣地講那「5個數字」,你們就會聽得莫名其妙、雲裡霧裡、稀裡糊塗,無法認知其中的「奧秘」。所以也必須多講幾句,把前因後果講清楚一點。
好了,現在我正式開始講那「5個神秘的數字」了!
第一個數字是「639」:
「639」—中國第一顆氫彈的代號。此時我必須提一下,「596」---中國第一顆原子彈的代號。「596」是有鮮明的「時間」特徵,強烈的「政治」內含的,這就是指59年6月20日蘇共中央的來信,拒絕提供原子彈教學模型和圖紙資料給中國,同時撤出全部在華支援的專家;背信棄義、撕毀合同,妄圖卡住我們的脖子,不讓我們搞成原子彈。而我們就是要爭口氣、發奮圖強把它搞出來!當時的劉傑部長視察青海221廠(核武器研製基地)時,決定給即將誕生的原子彈取名為「596」,作為第一顆原子彈的代號,藉以激勵全體職工,堅決克服一切艱難險阻,研製成原子彈。故第一顆原子彈又稱「爭氣彈」!
而「639」這個第一顆氫彈的代號,偏偏沒有那麼多「附加值」的含義,我們內部很多一般職工也不知深層含義。這個「秘密」倒是成為鑑別「真」和「假」的試金石。有很多報刊記者,發揮想像力,胡編亂造,大在63年9月這個時間節點上做文章,一看就是一位「假冒者」。這個袐密就在於這個「代號」是與這個「裝置」本身的結構有關。
第二個數字是「1100」:
1965年2月,在九院副院長朱光亞、彭桓武指導下,理論部主任鄧稼先、第一副主任周光召組織科研人員總結前一階段工作的基礎上,制定了關於突破氫彈原理的工作大綱:分二步走,第一步繼續進行探索研究,突破氫彈原理,第二步完成重量約1噸左右,威力為百萬噸梯恩梯(T.N。T)當量的熱核彈頭理論設計(俗稱「1100」),要求聚變能超過裂變能,至少各佔一半,是航彈可用飛機擲投,而不是塔爆的大裝置。因為100萬噸以上TNT當量,才能算作氫彈。為了加大保險係數,彭桓武先生建議按300萬噸要求進行理論設計。
第三個數字是「100」:
這「100」是指1965年氫彈原理突破,上海「百日會戰」(1965年9月23月日至1966年1月4日),其中于敏在上海工作整90天(1965年9月27日至12月28日)
關於上海「百日會戰」在「親歷者說《氫彈研製》」一書中有專門章節予以詳細敘述,而且在2017年6月14日《中華讀書報》中第5版面「瞭望」專欄,整版刊登《親歷者說氫彈研製上海「百日會戰」》一文。由於涉及本人在其中的貢獻,願在此多說幾句,補充些背景資料。(註:這些材料是在整理講話稿時臨時添加進去的,我在座談會上並沒有講很多,我是為了材料的完整性,使讀者了解前因後果,才費很大的勁來作補充的)。
首先應指出「氫彈預研」工作,始於1960年12月,二機部劉傑部長和錢三強副部長以戰略家的眼光前瞻性地就商量決定:考慮到當時北京九所正忙於原子彈攻關,氫彈的理論探索工作可由原子能所(即「401」所)先行一步。按此指示,原子能所成立了「輕核理論組」(對外代號「470」組),組長黃祖洽、副組長于敏,何祚庥參與業務領導,由所長錢三強主持,這個研究組的任務就是對氫彈的作用原理和各種物理過程、及其結構等做探索性研究;開始做些熱核材料性能和熱核反應機理的基礎研究,為氫彈的研製作理論準備。這是一步「高招」棋!!
其次應指出「北京九所」在1963年9月第一顆原子彈理論設計完成後,立即組織力量開始探索氫彈理論問題,諸如熱核反應如何點燃熱核材料、中子輸運、輻射流體力學、二維流體力學計算方法、超高溫高壓狀態方程等專題研究,並且通過研究裝有熱核材料的原子彈(也稱加強型原子彈),探索熱核反應的規律和裂變聚變耦合問題。
1964年10月16日,我國第一顆原子彈爆炸試驗成功後,理論部及時調整機構和人員,決定抽出三分之一的理論研究人員,全面展開了有關氫彈理論的研究。為什麼不能集中全部的力量呢?因為當時還有「兩彈結合、裝備部隊」的任務。
1964年12月3日,遵照黨中央的指示,經過反覆研究,二機部制訂了加速核武器發展的全面規劃。要求通過1965年至1967年的核試驗,完成原子彈武器化工作,並力爭於1968年進行氫彈裝置試驗。二機部並決定將原子能所預先探索氫彈原理的一部分力量,即由黃祖洽、于敏領導的「輕核理論組」的大部分人馬,共有31人,在1965年元月初合併到九所,集中力量突破氫彈,于敏亦被任命為理論部副主任。這又是一步「高招」棋!!
于敏來所後,帶來了他們的長期預研的研究成果--「于敏方案」。為了考察「于敏方案」的可行性,1965年2月5日,當時理論部蒙特卡洛(MC)組的組長吳翔帶領劉德明和張鎖春兩人去上海完成一項緊迫的特殊任務,要求在上海華東計算所的J-501機上,用最短的時間編制出一個新的大型MC程序(代號為「508」程序),目的是檢驗于敏先生為了突破氫彈而提出的「于敏方案」的可行性問題。3月19日前取得初步結果後,由吳翔回京作匯報。與領導研究、決策後根據要求修改程序,反反覆覆又去過上海兩次,分別編制「518」程序和「528」程序,進行模擬計算。但計算結果都不理想,證明「于敏方案」的路子行不通,必須放棄,重新探索新的路子。
1965年8月27日鄧稼先主任在理論部召開的大會,認識到像「1100」這樣的熱核彈頭難以一步到位,理論部領導適時調整了突破氫彈的途徑和步伐,並將任務作了重新布置:決定在確保主力11室和12室繼續進行理論探索的前提下,決定把次年進行的小規模加強彈爆炸試驗的設計任務交給了1室,並把打算兩年後進行的百萬噸級氫航彈熱驗驗用的彈頭優化設計任務交給了13室。而且要求13室當年國慶節前到達上海華東計算所,利用國慶假日期間全部機時歸「五班」使用的大好機會,集中突擊算一批模型。力爭工作有新的突破。
1965年9月23日吳翔組長帶領蒙特卡洛組的四人小分隊(張鎖春、胡錦、雷光耀、鄭玉珍)去上海,這是一年內第四次來到上海出差。這次任務是來「練兵」,沒有一定要完成「實際任務」的壓力。同時見到13室派來打前哨戰的先頭部隊,主要準備好計算需要用的「程序」。
1965年9月27日13室的大隊人馬(約有50人左右),在室主任孫和生、副室主任蔡少輝和彭清泉率領下開進華東計算所,理論部副主任于敏也隨同前往。讓于敏參與計算結果的分析,這又是一步「高招」棋!!
因國慶假期的全部計時都歸13室使用,突擊計算一批模型。國慶假結束後,我去計算機房去接班,尚未踏進機房,就聽到13室的同志在機房裡大叫起來,說是發現了「新大陸」,得到一個意想不到的威力高達300多萬噸的新結果,大家都為之高興、很興奮!究竟是什麼原因,需要作進一步的深入分析。
後聽說在分析發現「新大陸」的原因時,發現控制取物質密度的邏輯尺中的數字填錯了,其結果造成輕核物質區的密度取成重核物質區的密度,相當於輕核區的裝料加大了20多倍。使研究者看到了300萬噸級氫彈的物理圖象,更重要的使研究人員認識到要實現氫彈爆炸的最重要的因素是提高輕核材料的密度。雖然核聚變的速度與密度平方成正比,但高密度還會帶來高溫度,設計氫彈應該走高密度這條路。
這意外的發現,正是因錯得福,對一般分析者無所謂,可是對理論基礎功夫紮實的于敏來說,就大可不一樣了,心有靈犀一點通,猶如撥開雲霧見太陽。
他立即從眾多的計算模型中挑出三個用不同核材料設計的模型,進行深入細緻的系統分析,結合他過去四年來探索氫彈機理積累的物理知識,結合物理粗估,對內爆動力學、中子學、熱核反應動力學、輻射流體動力學等有關現象進行系統分析,給大家作系列報告。
10月13日于敏開始了在上海持續兩周的系列報告的第一講,他從炸藥起爆開始,將加強型的原子彈的全過程劃分為原子階段、熱核爆震階段和尾燃階段。並對其中每一階段的特徵物理量進行分析,抓主要矛盾和矛盾的主要方面。通過分析,發現加強型彈內中子造氚的過程太慢,中子造氚循環過程趕不上彈體解體過程,從而導致在熱核爆震階段中,「火球內的能量釋放率幹不過能量損耗率,差了幾倍!」。要解決這一困難,「要麼設法減慢火球的傳播速度,要麼提高能量釋放率」。其途徑不外乎有兩條道路:高溫度和高密度。高溫道路已經過探索知道其中的困難所在。只有走高密度之路。
如何達到足夠的高密度呢?只有依靠原子彈爆炸的能量才有可能。如何控制和利用原子彈的能量這又是一個高難度的問題。為了解決這一難題,于敏經過苦思冥想,幾天幾夜的估算。分析原子彈爆炸時所釋放的各種能量形式、特性及其在總能量中的比例,找到一種易控制,可駕馭的能量形式。於是產生「于敏新構型方案」。
1965年11月5日在華東計算所主樓五層東側的大教室裡,13室全體出差人員安靜地坐在大黑板前,先由蔡少輝副主任匯報兩類三個模型的計算結果和特點。其次由理論部于敏付主仼介紹新模型的設計思想,隨著他的深入淺出的語言、嚴密的邏輯思維、無懈可擊的推理和充分的論據,從原理、材料、構形三要素把大家帶進了一個氫彈王國,使大家如夢初醒,意識到一個新的氫彈原理誕生了!氫彈的「牛鼻子」今日終於被揪住了!
1965年11月8日,鄧稼先在北京聽到上海工作有突破性進展的大好消息後,立即乘飛機抵達上海。來後親自聽取于敏的介紹,于敏又進一步提出如何使熱核材料「點燃」的「新構型的」想法。為了驗證「于敏新構型方案」可行性問題,任務又落到當時就在上海的「蒙特卡洛小分隊」的頭上。鄧稼先主任要求用最短時間編制出可計算「空瓶子」的程序(代號「509」程序),計算結果是「行」!接下來馬上又要求我們編制一個「內放低密度介質瓶子」的程序(代號「519」程序),計算結果還是一個「行」!這充分說明「于敏新構型方案」是行得通的。
於是,終於在1965年底提出了利用原子彈來引爆氫彈的新的理論方案。
回想我在1965年中幹的活很有意義,上半年否定于敏帶過的「于敏方案」行不通;下半年肯定于敏的「于敏新構型方案」行得通。一個否定一個肯定,這就是我在1965年幹的工作的價值。
在1965年年底于敏和我們蒙特卡洛組組長吳翔一起回到北京,鄧稼先主任立即在理論部圖書館大廳組織理論部的匯報會。于敏作了氫彈原理的總體報告,吳翔作了氫彈引爆方案的論證報告。得到理論部領導的肯定,並很快向上級部門作了匯報。
于敏、吳翔與北京的領導匯合一起飛達草原,出席在221廠由九院常務副院長吳際霖主持召開的九院1966-1967兩年科學研究規劃會議。在會上介紹了新提出的氫彈原理和實現它所必須解決的關鍵技術問題。劉西堯副部長當機立斷提出:「突破氫彈,兩手準備,以新的理論方案為主」的方針,即一手按新的理論方案,以研製由飛彈運載的氫彈頭作為主攻方向,另一手繼續進行原定的氫航彈方案的攻關。經過討論,會議決定立即按新理論方案,組織全院理論、實驗、設計、試製等方面的力量,加速進行試驗研究,儘快確定理論設計方案。為了實現這一方案,決定組織三次核試驗:第一次是原已安排的1966年5月將進行的關於熱核材料的核試驗仍按計劃進行,檢驗設計,深化認識。第二次是在不影響氫彈試驗目標的前提下,為了穩妥起見,接受彭桓武副院長提出的利用現有的部件和成熟的技術,增加一次原理實驗的新建議,以檢驗新原理的可行性。力爭在1966年內先用塔爆方式進行小當量的氫彈原理實驗(「629」)(威力限制在10萬噸TNT當量左右)。第三次則是全當量的氫彈試驗(「639」)。會後,各方面的試驗研究工作迅速展開。
第四個數字是「549」:
「549」是我們蒙特卡洛組在1966年編制的一個「純差分」方法的新程序的代號,並立即用於1966年底試爆的「新原理試驗」模型(即代號為「629」)的計算,以及1967年「氫彈試驗」模型(即代號為「639」)的計算。由於當時的計算機本身的速度和內存所限,當時的理論部沒有可真正用於計算的二維程序,廹使我們編制出一個比一維多「一點點」的程序。我們在解二維熱傳導方程時採用交替方向一維隱式格式。在計算徑向一維網格分得較細,一般有40個網格左右,而在算球的切向面分6-10片,或在柱中軸向分4-6層,分得較粗;關鍵是只對一個有能量直通的管子計算軸向、切向,其他殼層都不算。這個程序有個習慣的叫法--「切片法程序」或「雙向一維法程序」。不要小看這在維數上僅有比一維增加「一點點」的二維因素,可是在氫彈理論設計過程中起到別的程序無法替代的決定性作用。像「嗽叭口」,「戴帽子」,「削屁股」,「偏心」等二維效應只能靠「549」程序來計算。先後兩次試驗成功後,于敏對這個程序給出高度的評價:「使我尤其高興的是當時我們使用的計算方法精度不高,但是在幾個關鍵物理量上,試驗結果卻與設計值十分符合。」
更值我本人引以為豪的是1966年氫彈原理的試驗模型的最後定案模型是我、雷光耀和趙金林三人分三個班接力計算才完成的;而1967年氫彈試驗模型的最後定案模型是我一人完成的。最後定案模型計算結果之所以很重要,是因為它是作為完整地提供試驗現場實驗人員的唯一依靠數據,和標定的參照物。
第五個數字是「820」:
這裡的「820」是指早晨8:20的意思。
1967年6月17日上午8時,擔任空投任務的是空軍機組組長徐克江、負責投彈的第一領航員孫福昌,由徐克江駕駛726號轟-6飛機從核試驗基地馬蘭機場起飛,進行中國第一顆氫彈進行全當量試驗,本來原規定「零時」起爆時間是8點,但因投彈手孫福昌心裡過度緊張,該按投彈「按鈕」的關鍵時刻點卻忘記按了,錯過第一次投彈的「瞬間點」。立即向首長報告請示,要求再給一次投彈機會。首長同意,再飛一圈。飛一圈用時20分鐘,於是出現比預定計劃多飛一圈,8點20分才把氫彈投下,在距靶心315米、高度2960米處爆炸。頓時在我國西北大漠上空出現一顆「人造太陽」,一道強烈的閃光後,一聲巨響,一個巨大的火球託起一朵碩大的蘑菇狀煙雲。瞬間變成五光十色的草帽式的光環,奮力向上奔向芲穹。兩個太陽在藍天上並排高掛,這一奇特的景象,令人嘆為觀止。
氫彈爆炸試驗獲得圓滿成功(第六次核試驗),威力為330萬噸TNT當量,實測爆炸高度為2930米。這是我國從事核武器研製工作的廣大科技人員、工人、幹部,為實現國防現代化的偉大目標,刻苦鑽研,勇攀科學高峰所取得的又一個重大成就。使我國提前一年多實現了毛澤東和中央專委提出的要在1968年爆炸一顆氫彈的要求!我國首次氫彈爆炸試驗,趕在了法國的前邊,在世界上引起了巨大反響,公認中國核技術已進入世界核先進國家的行列。
好了,我把這「5個神秘數字」講完了,最後我再重複一遍:639、1100、100、549、820。
謝謝大家!