书城历史中国科技史
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第29章 中国近现代科技史(12)

原子弹是最普通的核武器,也是最早研制出来的核武器,即主要利用铀—235或钚—239等重原子核的链式裂变反应原理制成的核武器,叫裂变武器,原子弹是它通常的叫法;氢弹是利用氢的同位素氘、氚等轻原子核的聚变反应,产生强烈爆炸的核武器,又称热核聚变武器。原子弹和氢弹通常以千吨或兆吨梯恩梯(TNT)当量作为单位来表示。各种聚变核弹即热核弹(氢弹),其威力最高可达60兆吨。

一个铀原子分裂时能放出许多中子(原子核就是由带正电的质子和不带电的中子组成的),而这些中子又能击破别的原子,产生更多的中子,依次延续下去,这种现象叫做连锁反应,或称链式反应。原子弹就是利用原子核裂变的连锁反应来爆炸的。它爆炸的条件是原子弹的核装药(如铀、钚等)的数量达到保证原子核裂变链式反应正常进行所需要的最小核装药的数量——即“临界质量”。后来,人们在研究太阳发光的秘密时,又发现氢原子的原子核在极高的温度下聚合成较重元素的原子核时,也能释放出巨大的能量。这种释放能量的方法,叫做“核聚变反应”或“热核反应”。后来出现的氢弹就是人们依照此原理研制的产生核聚变反应的装置。但核聚变反应比核裂变反应更复杂一些,它在反应时需要几千万度的高温。原子弹的爆炸成功,才使这一难题得到攻克,使用人工方法实现核聚变反应的愿望得以实现。氢弹用原子弹作为引爆的“扳机”,原子弹在氢弹内爆炸后,在弹内产生极高的温度,从而引起热核装药的聚变反应,使氢弹发生爆炸。氢弹爆炸时释放出的能量要比原子弹大得多,而且由于热核装药没有“临界质量”的限制,所以可根据需要制造威力特别大的氢弹。

中国原子弹和氢弹的爆炸成功,是中国国防建设和科学技术方面取得的一项重大成就,它标志着中国国防现代化建设进入了一个新的阶段。

我国的洲际导弹

洲际导弹是指射程在8000千米以上的导弹,是战略核武器的重要组成部分。拥有这种导弹,不必远涉重洋就能直接对敌国实施战略性攻击。按飞行弹道可分为洲际弹道导弹和洲际巡航导弹;按发射点与目标位置可分为地地洲际导弹和潜地洲际导弹。洲际弹道导弹通常为多级的液体推进剂导弹或固体推进剂导弹,采用惯性制导或复合制导,携带核装药单弹头或多弹头。它具有推力大,飞行速度快,射程远,命中精度高,威力大等优点。地地洲际弹道导弹多数尺寸大、笨重、不便机动,一般配置在导弹发射井内,采用自力发射(热发射)或外力发射(冷发射)。潜地洲际弹道导弹配置在核动力潜艇内,采用水下冷发射。

1980年5月18日中国洲际导弹进行第一次全程飞行试验,取得了圆满成功。全程飞行试验确定射程在9000千米以上,弹道最大高度达1000千米以上,最大速度可达7千米/秒。“东风——31”导弹是中国目前较新型、威力较大的洲际弹道导弹。它采取了移动导弹发射系统、高强度弹体和高载荷技术、诱饵及假弹头渗透技术以及高能量的固体推动燃料等各项先进技术,已接近美国、俄罗斯等发达国家的同类导弹水平。其有效射程达8000公里,可以携带一枚100万吨级当量的热核武器或3枚9万吨级当量的核弹头,可同时打击多个目标,或是具有携带诱饵假弹头的能力。这种导弹理论上可以打击的目标,除了大中城市、军事基地和交通枢纽等外,还能打击空军机场跑道、船舶修理厂、弹药仓库等战术目标。它具有很强的“限程”打击能力,即指挥员可在导弹的最小射程(1000公里以上)和最大射程之间任意选择目标,并采用调整燃料剂量、修正弹道参数等方式来“限制”导弹射程,从而使对手在导弹发射后难以确定打击目标,并继而采取有效的反制措施。“东风——31导弹的潜射型(SLBN)被称为“巨浪——2”型(JL—2)洲际导弹,由于可以通过战略核潜艇机动到距离敌目标更近的位置上发射,因而具有更大的打击范围和威力。

我国洲际导弹的研制成功,对中国的国防、政治、外交等都具有极其重要的意义。

“向阳红10号”科学考察船

“向阳红10号”远洋综合科学考察船由中国船舶及海洋工程设计研究院和江南造船厂设计建造,于1979年10月交付使用。1984年4月我国首次发射同步试验通讯卫星,它承担了卫星定点区域气象预报及通讯联络任务;1984年11月我国南极考察队乘“向阳红10号”考察船首次赴南极建站和考察,取得了成功。

“向阳红10号”总长156.2米,型宽20.6米,吃水7.75米,排水量13000吨,巡航速度20节,动力9000匹柴油机2台。它的船体为球鼻船首,巡洋舰尾,双桨双舵,并且在舵上还带有螺旋桨,船中舭部有防摇鳍,船的操纵性和适航性能极好。在12级风中可以坚持航行,在任何两舱进水的情况下,不致下沉。

“向阳红10号”主要承担大洋的海洋水文、气象、水声、物理化学、地球物理、地质地貌、海洋生物等调查研究、为发展海洋科学和开发海洋资源服务。为了进行上述科研工作,在船上配置了各种科研装备:直升机停机坪和机库,机坪面积533平方米,机库顶部设指挥塔和导航台;前甲板设有28吨起重机,供吊放和回收深潜器用;齐全的气象体系包括气象火箭发射系统、探空气球系统、测风和测雨雷达、卫星云图接收、气象传真等设备,可以进行中短期气象预报;大功率发动机通讯系统和其他通讯设备,能同时进行两个方向的远距离通讯以及船船、船岸、船空的一般通讯。远距离通讯用天线高架在前桅和后桅顶端,罗经甲板和驾驶甲板四周竖立着众多的鞭状天线;配有包括卫星导航定位系统在内的先进导航设备,能在全球范围内安全航行并能满足海洋调查高精度定位要求。卫星导航定位天线安置在机库顶部甲板上;上甲板的两舷和尾部设有调查用吊杆9具,用于海中取样。1200米至11000米的电缆、缆绳绞车10台,供水文物理。水化学、水声、地质、地磁、生物等项试验以及拖网作业用;船上设有各学科的实验室及计算机房数十间,可以在现场进行各项实验、分析和数据处理;全空调系统提供了一个舒适的工作和生活环境。在外界气温为一18℃~35℃的情况下,室内可保持20℃~27℃。“枭龙”和“山鹰”

“枭龙”飞机是针对21世纪作战环境,由中国和巴基斯坦联合开发研制的先进多用途轻型战斗机。作为一个崭新的机型,“枭龙”飞机从签订研制合同到2003年8月25日“枭龙”1号首飞成功,仅仅用了4年的时间。从冻结技术状态到首飞成功,只花了23个月,成为中国航空发展史上的奇迹。从“枭龙”1号首飞成功,到4月9日“枭龙”3号首飞成功,仅用了8个月的时间,创造了中国航空工业发展史上的又一个奇迹。由于采用了当代先进的设计和制造技术,“枭龙”达到了第三代战斗机的综合作战效能,具有突出的机动能力,较大的航程、留空时间和作战半径,优良的短距起降特性和较强的武器装载能力,同时具有一定的隐身能力。全机共有7个外挂点,可:悬挂多种空空、空地武器,并可外挂3个副油箱,总外挂能力3600千克,正常起飞重量为9100千克,最大航程为3500公里,作战半径大于1200公里,已经达到了第三代战斗机的综合作战效能,具备了与当今先进战斗机抗衡的能力。“枭龙”飞机总设计师杨伟评价道:“‘枭龙’完全可以和美国F—16战机的作战性能相媲美。”

2003年12月14日,试飞成功的新一代高级教练机“山鹰”,填补了我国高级教练机研制技术,特别是在超音速方面的空白,成为我国航空教练机史上一个重要的里程碑。它可承担歼——7。歼——8等第二代战斗机的战术训练任务,以及第三代战斗机如“枭龙”战机、苏—27等的训练需要,具备悬挂4枚导弹能力,兼有一定的作战能力,并具有改装为侦察机、电子干扰机、轻型攻击机等军用飞机的发展潜力。它具有良好的起降性能和中低空亚跨音速性能,拓宽了飞行员的视野范围,能完成空中授油等训练科目,先进的综合航电系统和座舱布局可与第三代战斗机较好地衔接。同时,“山鹰”较高的可靠性、维护性、通用性、低廉的价格、较低的使用成本以及较长的使用寿命,使之成为空海军新一代通用型高级教练机的首选机型。在混飞制条件下,“山鹰”新型高级教练机是最佳选择。

核潜艇水下发射运载火箭

1988年9月14日~27日,我国进行了第一次核潜艇水下发射运载火箭的试验。发射时,随着“轰隆”一声巨响,海面“哗”地涌起一座浪山,一枚乳白色火箭从海底深处冲天而起,尾部喷射出橘红色的火焰,呼啸着昂首直人蓝天,火箭出水时激起的水柱,有几十米高。火箭经过正常飞行,准确地落在预定海域,整个试验获得圆满成功。

水下发射运载火箭,对潜艇航行的深度、倾斜度、摇摆度等各种运动要素要求极其严格,参加这次发射的核潜艇。每一项性能都达到了精确的要求。同时,核潜艇有着隐蔽性好、续航力大、机动性强等突出优势,是当今国家威慑力量的象征。我国自行研制的战略导弹核潜艇水下发射运载火箭的圆满成功,震动了世界,这意味着我国的战略导弹可能在任何海域、任何时刻,打到世界的任何角落,我国从此拥有了自己的海上核反击力量,标志着我国的国防尖端技术又跃到一个新水平,使我国继苏、美、法、英之后,成为世界上第五个拥有核潜艇水下发射运载火箭能力的国家。

高新技术计算机技术

原子反应堆

原子反应堆,又称为核反应堆或反应堆,是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。其最基本的组成是裂变原子核十热载体,但还必须有使中子减速的慢化剂、决定反应堆工作状态的控制设施及防护强辐射的防护措施,即原子反应堆的合理结构是:核燃料+慢化剂+热载体+控制设施+防护装置。

原子反应堆的用途广泛,但归纳起来,一是利用裂变核能,二是利用裂变中子。核能主要用于发电,但在其他方面也有广泛的应用,如核能供热、特殊动力等。原子反应堆的第二大用途就是利用链式反应中释放的大量中子,可用来大量生产各种放射性同位素,以应用于工业、农业和医学等。

作为一个能源相对匮乏的发展中国家,我国对新能源的开发及利用极为关注。作为我国“863”计划能源技术领域主题之一的原子反应堆主题又包括了三个专题:快中子实验堆、高温气冷实验堆、聚变——裂变混合堆。

快中子反应堆是指由快中子引起的原子核裂变和链式反应的反应堆。快堆的一个重要特点是在经济发电的同时,一方面消耗核燃料,一方面又生产核燃料,实现核燃料增殖。快堆用液态金属钠作冷却剂,所以快堆又称为销冷快堆。我国在快堆实验研究的过程中,开展了多项工程验证试验,建成了快堆综合研究中心等,建成了20多台大型实验装置。其中,快堆钠工艺研究进入国际先进行列。快中子实验堆是在我国可较早实用的增殖堆,可大幅度提高核燃料利用率,从目前压水堆(大亚湾、秦山核电站均用压水堆型)的约1%提高到60%左右,这对充分有效利用我国核资源有重大意义。

高温气冷堆是一种安全性好、经济性好、用途广泛的先进反应堆。其特点一是有良好的固有安全性,在非常极端的事故情况下,堆芯不会溶化,绝不会发生切尔诺贝利那样的事故;二是能提供900℃甚至950℃的热,这是任何其他堆都做不到的。2000年12月21日,位于北京昌平区的高温气冷实验堆建成并首次临界。它由清华大学核能技术设计研究院负责设计、建造和运行,设备制造由十几家工厂完成。与先进国家相比,该实验堆投资少、工期短,实现了多项创新和技术突破:它是世界上第一座模块式球床高温气冷实验堆;高温堆燃料元件生产线,是目前世界上惟一制造球形燃料元件的生产线;发明了世界上第一套气动脉冲装卸料装置、高温堆独创性的气动装卸料装置,结构简单,易于维修;研制成功我国第一套全数字化的反应堆控制保护系统;建成了我国第一座中等规模的氦气工程实验回路。高温气冷实验堆的建成,标志着我国先进核反应领域取得重大突破,开辟了和平利用核能的新领域。

聚变——裂变混合堆能增殖核燃料,支持裂变核能的发展,还能处理高效核废料。从长远看,为了最终解决对能源的需求,必须发展混合堆。我国在核聚变领域的研究缩小了与国外的差距,在“863”计划推动下,我国核聚变研究得到跨越式发展,已成为国际聚变界的重要成果。

高通量原子反应堆

原子反应堆是装配了核燃料以实现大规模可控制裂变链式反应的装置。它根据中子通量可分为高通量堆和一般能量堆。高通量堆具有中子通量高辐照空间大、考验周期短、堆芯布置灵活等特点。

1980年12月16日,二机部西南反应堆工程设计院研究设计的我国第一座大型高通量原子反应堆建成,并成功地进行了高功率运行。这座高通量反应堆热功率设计定额为12.5万千瓦,最大热中子通量是每秒钟每平方厘米620万亿个中子。像这样大规模的高通量反应堆,当时在世界上只有少数工业发达国家才能建造。这座高通量反应堆是一座试验研究反应堆,具有较大的辐照能力,配备有比较完整的工艺实验研究手段和广泛开展反应堆工程试验研究设施。它具有“一堆多用”的显著特点,可以同时生产多种放射性同位素和超钚元素,还可以进行微量元素的活化分析和单晶硅中子嬗变的技术研究和生产,有助于提高许多科学领域和工业部门的技术水平。同时,这座反应堆还建立了一整套必要的安全可靠的防护和“三废”处理设施。

该反应堆及其配套工程共有设备5万多台件,全部是中国自己制造的。全国26个省、市、自治区和冶金、机械、化工、电子、建筑安装等工业部门的200多个工厂企业,大力协同,试制成功1100多种新材料和新产品,保质保量地完成了设备制造和安装任务。

这座反应堆的建成,标志着中国反应堆工程的科学技术达到了一个新水平,已经具备自力更生地设计、制造和建设核电站的能力。

微型反应堆

1984年9月1日,中国第一座微核反应堆在核工业部原子能所研制成功并通过部级技术鉴定,为核技术的推广应用提供了又一项重要成果。