低温事业的“起点” | 科技史

学术   2024-11-25 17:00   北京  

60年前的今天,1964年11月24日,我国第一次正式以液氢和液氧为推进剂,成功进行火箭氢氧发动机地面试验试车。这是高能火箭发动机研制过程中的一次里程碑。


追溯到此前的8年前,1956年11月2日,中国科学院应用物理研究所(中国科学院物理研究所前身)低温实验室内,我国第一次成功实现液氢生产这一历史性的突破,离不开中国科学院科研人员的不懈奋斗与辛勤努力,更为我国的低温事业奠定了坚实的基础


▲1956年11月15日《光明日报》头版报道了“我国制造成功液体氢


1999年,中国科学院原党组书记、副院长张劲夫的文章《请历史记住他们——关于中国科学院与“两弹一星”的回忆》中,高度评价了液氧、液氢制造在“两弹一星”工程中的重要贡献。


01



奠定低温事业基础




1951年夏天,我国派出科学仪器采购团去往东德,负责采购团工作的钱临照,召唤即将结束荷兰莱顿大学物理实验室工作的洪朝生到东柏林洽商。


他们用了一周时间,向厂家订购了小型液化空气机、氢与氦压缩机等机械设备和有关仪表。正是这些设备、仪表和材料,构成了低温物理实验室筹建时的全部家当,新中国的低温事业也正是在如此薄弱的基础上起步的


▲钱临照先生在东德负责采购团工作时的照片(左二为钱临照)


1951年11月,洪朝生毅然回国,开始在中国科学院应用物理研究所组建国内首个低温实验室,并亲自主持研制低温研究设备。


▲三级压缩到15MPa的活塞式氢气压缩机(丁锡洪摄于1957年)


在国外订购的设备陆续到位后,洪朝生带领几名高级技工、刚毕业的大学生和见习员从头做起。1954年他们实现了每小时10升的液化空气生产


▲每小时产量10升的氢液化器(左一洪朝生,丁锡洪摄于1957年)


此后,科研人员开始了氢液化器研制工作。仪器研制工作十分复杂,包括氢液化器的设计、制氢装置和纯化设备的设计制造等。氢液化器技术门槛非常高,当时世界上只有少数实验室掌握这一技术

当时,研制工作在细节上出现了一些问题,不仅增加了储氢柜和高压阀门等新的配置试验,而且液化器的外筒设计也与实际需求不匹配,工厂制造水平无法满足设备要求。

科研人员自行设计和加工,并反复试验。1956年11月2日,我国第一台氢液化器调试成功,在国内首先获得了液氢,产率为每小时10升。

后来经过对换热器进行改进,提高了效率,产率提高到每小时14升。这台氢液化器型号为“5914”。


▲5914型氢液化器的流程计算


1956年11月15日,《光明日报》头版以《我国制造成功液体氢》为题,对此进行了报道。

1959年,在经历“试验—结果分析—改进—再试验”的多次反复之后,科研人员用自行研制的氢预冷的氦液化器在国内首次产生液氦。

1964年,周远等人又成功研制出长活塞膨胀机预冷的新型氦液化器,使液氦技术在国内得到一定程度的普及


02



为“两弹一星”提供动力




氢、氦液化技术的成功实现和在国内的推广应用,为我国科技事业的发展特别是“两弹一星”的成功研制作出了贡献。

“钱学森说一定要搞新的高能燃料。科学院要把科研重点放在开发自己的高能燃料上,这样火箭才能做得大,射得远……科学院物理所洪朝生负责的低温实验室,专门研究低温,把温度降低,氧气就变成液体燃料了。首先用液氧,需把温度降到零下180摄氏度左右。但推力大的是液氢,可制成液氢的难度就大了。需要把温度降到零下250多摄氏度左右,氢气才能液化。而且,氢气还容易爆炸……”

“力学所二部由林鸿荪主持,在山区基地建成了两个不同量级的液氧、液氢火箭发动机试车台。做了100多次发动机台架试验,取得了成功……这一重大成果对他们研制远程火箭起了很大作用。


在张劲夫的回忆文章中,“两弹一星”各项任务中都可以看到氢液化技术的影子。


1964年11月24日,我国第一次正式以液氢和液氧为推进剂,进行火箭氢氧发动机地面试验试车,一次点火试验成功,试车时间超过20秒,这是高能火箭发动机研制过程中的一次重大突破,也是液氢从实验室的少量使用到大量工业化应用过程的一次突破


03



实现高水平科技自立自强




实现氢与氦的液化以后,我国低温物理研究特别是超导物理研究取得了很大的发展,也在高温超导国际竞争中取得了不少佳绩。


为了推广液氦技术,我国发展了多种低温制冷机技术和相关的低温技术,应用于卫星地面实验和卫星通信等新技术领域。


我国第一滴液氢的故事,正是科研人员们自力更生、努力实现高水平科技自立自强的真实写照。如今,我们在老一辈科学家开创的田园里继续耕耘,拥有着更精密的仪器设备等条件,唯有持续努力,不断沿着他们的足迹前进,才能不断拓展科学研究的广度与深度,为国家的科技进步贡献自己的力量。


来源:中国科学院理化技术研究所

责任编辑:宋同舟 刘映含

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