纪念中国第一颗原子弹爆炸成功60周年系列之高速摄影机

高速摄影机

以史为镜，在与新中国一起成长的岁月中，长春光机所始终清楚，要真正实现民族独立，国家富强，就必须建立起强大的国防。70多年间，长光人始终以国家需求为己任，以国防光学工程为主要研究方向，在国防现代化建设的主战场上默默耕耘，砥砺奉献。

1962年，长春光机所接到两项和原子弹爆炸试验有关的任务，分别是“火球高速摄影”和“光辐射强度测量——光冲量计研制”。

原子弹爆炸试验当时是中国科研的头等大事，相关任务时间短、任务绝密、无现成资料可循，如此重大的任务是怎样落到长春光机所的呢？

1962年，我国第一颗原子弹研制的关键理论研究和制造技术已取得突破性进展，它的爆炸试验问题被提上日程。

核试验是大型、广泛、多学科交叉的系统工程。当时负责试验工作的国防科委二十一所（核试验技术研究所）将所需解决的关键问题分解为上百个课题，在全国展开了一场科研、试验、技术和生产的协同会战。

1962年11月，程开甲主持起草出台《国家第一种试验性产品试验技术方案》。为了确保方案实现，他提出“急需安排的研究课题”，其中一项就是高速摄影机。

1962年底，王大珩在北京参加原子弹爆炸试验光学测试方案会议，会上讨论了如何用高速摄影机提取爆炸初期产生的火球的画面，如何通过火球直径随时间变化的规律计算原子弹爆炸威力的数据等技术问题。程开甲开诚布公对王大珩说：“我们知道的情况已经全部交底，光学测试总体方案怎么定，光学站如何布局，完全由你们定。”

面对异常艰巨的任务和总体单位的充分信任，王大珩毅然出征，当场就坚决表示，火球的高速摄影由他本人负责，光冲量的测量由陈星旦负责，并做出一年半完成任务的庄严承诺。

提到光学和“两弹一星”的关系，王大珩曾说，光学是“打边鼓”的，是“在试验以前和试验以后，做记录这方面的工作，使它能够看见”。

而王大珩接下的这个艰巨任务，正是通过光学技术来解决原子弹爆炸过程中“看得见、看得清”的问题。

中国科学院新技术局向长春光机所下达了代号21#的核爆炸光学测量任务。经讨论，任务被分解成“高速摄影测量核爆火球尺寸”和“光冲量测量”两个课题。

面对国家的重要需求，长春光机所用舍我其谁的勇气，挺膺担当。

长春光机所的勇气和底气

高速摄影机被称为“时间放大器”，相较于一般摄影机每秒拍摄24帧，高速摄影机每秒至少可拍摄1000帧。因此，它能把瞬间变化的现象从时间上“拉长”，进行“时间放大”，从而观察出细微的情节。

原子弹爆炸过程，在时间尺度上通常是微秒级。对于这样特殊的拍摄对象，只有高速摄影机才能记录瞬变现象。

王大珩临危受命，敢于承担如此艰巨任务，底气来自哪里呢？

自1952年建所，到1958年研制出中国第一锅光学玻璃，第一台高精度经纬仪等“八大件、一个汤”等光学仪器设备，长春光机所在十年间建立起健全完整的学科体系，具备了研制大型繁杂光学设备的能力。1958年，长春光机所科研人员研制出仿苏联民航用的航空摄影机，也承担过在“米格”飞机上安装侦察相机的研制任务。两个项目锻炼培养了一批研究技术人才，从而为高速摄影机项目奠定了良好的基础。

任务到所后的论证阶段，以王大珩为首的专家组，包括张礼堂、陈星旦、薛鸣球、王永义、王传基等，经过激烈的讨论，科研人员一致认为，正常情况下，如果要研制一台符合要求的高速摄影机，至少要花四到五年时间。然而，21#项目是在原子弹研制接近尾声时启动的，留给长春光机所的研制时间已经很短，要保质保量完成任务，必须要另辟新路。

王大珩随即拍板：那就改装！征调一批国内已有的进口高速摄影机为主机，在此基础上进行改装。

任务紧迫，被长春光机所列为最重要任务——“天字一号任务”，所领导和党委负责人全面支持：器材仓库全部开放，需要的仪器设备，只要有需要，马上领出去！就这样，王传基等人从仓库里拉了三手推车设备和材料，只用五天，便建立起一个简易的实验室，从而具备了改装高速摄影机需要的实验条件。

天字一号任务

一没经验，二没参照物。这是一个前所未有的挑战。

王大珩亲自上阵，带领王传基、薛鸣球、王金堂等科技人员艰难摸索。那时候，他多次奔波于长春和北京两地开展工作，为了配合核爆试验殚精竭虑。

在总体部门的帮助下，国防科委调来了十台由德国进口的每秒3000次 Pentazet-35型高速摄影机。王大珩确定了以原装置为基础进行改装的方案，内容包括：配置一台中等焦距的镜头，增加一套光电原点启动系统，1000次/秒的时标打点系统。

薛鸣球负责镜头部分光学系统设计工作，设计的关键是摄影镜头和相关启动设备，当时国内的元件基础条件很差，无法保证稳定性。于是薛鸣球从熟悉了解原相机的参数入手，根据原镜头的像差反复计算、画图......设计匹配了新的中等焦距镜头。

在进行了半年多研制工作后，1963年10月底，科研人员带着3000次/秒高速摄影机和光冲量计来到北京，参加由国防科委组织的联合模拟试验，考验即将参加原子弹爆炸测试的各种仪器的性能。这次试验包含几百次小试验，过程中也遭遇到一些挫折。例如，为摄影机安装底片时，稍有不慎，或底片本身有瑕疵，便会造成摄影测试工作的失败。一番试验下来，研究人员摸清了样机的“脾气”，获得了宝贵的经验和教训，为进一步工作打下了良好的基础。

王传基回忆试验当天的情景：

那一天，风和日丽，五百公斤炸药放在大约二百米以外，我们调好了全部装置，接好了电源并撤离了光学站，等待那爆炸的一瞬间。

轰的一声巨响，我坐在地上，第一个感觉就是屁股上好像被打了一下。接着地面前后摇了好几下，同时一朵小小的蘑菇云升上了天空。这场面，尽管与真正的原子弹相差了十万八千里，但对我们这些从未开过眼界的人来说，也算是补上了一小课。爆炸一结束，我们就立刻冲进光学站，取出胶片，紧张地冲洗。当我们看到底片上显示出清晰的火球图像和各种测试标记时，心里真有说不出的高兴。初样机基本上成功了！

1964年1月27日至31日，国防科委组织相关单位，在长春对3000次/秒高速摄影机进行了鉴定。鉴定小组充分肯定长春光机所在较短时间内完成任务，并给予高度评价：样机能得到满意的成像质量，在原焦距不变的情况下，视场扩大了四倍，实现了特定要求的高速摄影方案。

天字一号任务圆满完成！

“东方巨响”震惊世界

 1964年10月16日下午3时，罗布泊上一颗火球腾空而起，紧接着一声巨响，火球缓缓变成了一朵蘑菇云，中国人自主研制的第一颗原子弹试验成功。这一成就集中代表了我国科学技术当时所能达到的新水平，有力打破了超级大国的核垄断和核讹诈。

与此同时，安装在现场的高速摄影机完整地记录下了爆炸时产生的火球在不同时刻的照片。通过拍摄的图片，研究人员看到了核爆火球在不同时刻的尺寸变化，由此获得了核爆早期火球的变化规律，任务取得了圆满成功！

长春光机所参加现场调试的王金堂回所后向王大珩汇报试验取得了成功。王大珩十分高兴，他把王传基、陈星旦、王永义等参加任务的同志叫到家里，拿出珍藏多年的红葡萄酒，给每人斟满一杯，率先一饮而尽，以示庆贺。

那一刻，长光人心系祖国，临危受命，不惧挑战，不怕困难，敢于担责，并以智慧与创造筑基国家安全防线所经历和付出的一切，都具象成了激动与喜悦。而他们不忘初心，不辱使命，也成为广大长光人永远引以为傲和薪火相传的精神榜样。

出于对高速摄影领域的国防需求以及促进该学科发展的考虑，中国科学院决定在西北成立专门从事高速摄影研究的机构。1962年3月27日，长春光机所西安分所成立。老科学家龚祖同、喻焘等科研骨干从长春奔赴西安，高速摄影、瞬态光学等新领域得到拓展。

光学的种子，像浩瀚万里的星光，踏着科技报国的云霞，带着一代人的梦想，从故事开始的地方启航。