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      做中國自己的炸藥,做世界最棒的炸藥

      ——孕育出“CL-20”的北理工火炸藥學科(一)

       

        2016年初,當新一年度國家科學技術獎引人矚目時,2015年的國防科技成果獎也在低調發布,一項由北京理工大學牽頭的“新一代含能材料研究及其工程化”項目榮獲年度國防科技進步特等獎。這一名為“CL-20”的火炸藥研究項目,于2001年憑借其重大原始理論創新榮獲得國防科工委科學技術一等獎,時隔十四年后又憑借其工程化的重大貢獻斬獲國防科技進步特等獎。
       
        至高的榮譽,不是一蹴而就,這種當今國際上能夠實際應用的能量水平最高的籠型高能量密度材料,浸透了幾代北理工火炸藥人的心血與汗水,彰顯了北理工火炸藥學科75年來歷經烽火探索研究、首開先河規范辦學、鑄就輝煌奉獻國防的巨大貢獻,是對北理工在中國火炸藥研究領域作為開拓者、奠基者和領軍者的重要肯定。
       
        春華秋實,雖時代更替、學人更迭,但北理工人矢志國防、奉獻軍工,前仆后繼、腳踏實地的精神氣質卻代代相傳。回首京工歲月,北理工火炸藥人默默耕耘、執著奉獻,從重大基礎理論創新最終實現重大工程問題解決,以深厚的傳承積淀實現了北理工人“做中國自己的炸藥,做世界最棒的炸藥”夢想。
       
      抗日烽火中探索研究,開啟火炸藥研究先河
       
        北京理工大學是我國建立含能材料專業最早的學校。含能材料,指的是在一定的外界刺激下,能自身發生氧化還原反應的,釋放大量能量的(通常帶有大量氣體和熱)的物質,這種特性也決定了其在軍事、民用領域中具有極其廣泛的應用。舉例來說,戰斗部毀傷所用的炸藥、槍炮所用的發射藥、火箭發動機所用的固體推進劑、液體推進劑等材料都屬于含能材料。可以說,含能材料是常規武器的“能量軸心”。
       
        北京理工大學誕生于抗日烽火中的延安,前身是自然科學院。在創建之初的艱苦歲月,自然科學院就在教學、科研、經濟“三位一體”的辦學道路中,開始探索火炸藥研究,并直接服務抗戰生產。
       
        1940年,自然科學院成立時,設有物理、化學、生物和地礦四個系,其中化學系是各系中條件最好的,不僅有副院長陳康白、惲子強、系主任李蘇等一批國內知名的化學專家,還通過香港及大后方運來一批化學儀器設備和藥品,保障了教學研究的實驗條件,配有實驗助教,可以實現定量、定性及一般工業上的分析。在為學生開設系統的化學基礎課程的同時,師生還積極參與到生產一線實習,解決邊區生產中的科研問題,也就是在這樣的背景下,在化學系主任李蘇的帶領下,學校開始火炸藥研究的早期探索。
       
      圖1:李蘇(左圖)、1985年時任石化部副部長李蘇返校為校史展題詞(右圖)
       
        李蘇,自然科學院化學系主任,這位新中國化學工業的組織領導者,在延安時期,帶領自然科學院師生深入工廠,在協助工廠開展煉焦的同時,以煉焦副產品焦油的化學衍生品生產作為研究課題,重點關注如何將焦油進一步制成烈性炸藥。炸藥作為抗戰的緊缺物資,如能實現自產其意義重大,帶著強大的使命感,李蘇和師生們開展了煤焦油分離研究,他們克服了藥品、設備短缺的困難,經過幾十次實驗,終于將分離出來的甲苯進一步硝化,最終成功研制出TNT烈性炸藥,這一對邊區具有重大意義的研究成果,得到了陳云等領導同志的肯定和表揚。
       
        值得一提的是自然科學院的第四任院長李強,這位經歷傳奇的新中國院士部長,以延安軍工局局長身份擔任院長,他作為邊區軍事工業的直接締造者之一,直接籌建了邊區的現代化火炸藥工廠,這座從零開始最終實現硝化棉、硝化甘油、雙基藥和黑火藥量產的工廠,也為自然科學院師生參與火炸藥生產研究提供了寶貴的平臺。
       
        烽火中,自然科學院師生克服困難,在火炸藥方面的探索研究,直接為抗戰服務,也開啟了學校火炸藥研究的先河,光榮地載入了中國抗戰史冊。
       
      服務國家戰略,孕育中國火炸藥研究的“國家隊”
       
        1952年,北京理工大學被國家確定為新中國第一所國防工業院校建設發展。從這一時刻起,學校火炸藥學科走上了正規發展建設,并最終成為新中國火炸藥人才培養的搖籃,孕育了火炸藥領域的“國家隊”。
       
      圖2:1952年中央關于北京工業學院今后發展方向和任務要求中明確指明了對火炸藥專業的建設
       
        1952年初,學校前身華北大學工學院正式更名為北京工業學院,3月8日中央人民政府重工業部將原來為重工業服務的學校定位調整為“逐漸發展成為國防工業學院或國防工業大學(但校名中不冠國防字樣),并使之成為我國國防工業建設中新的高級技術骨干之主要來源”。在重工業部的決定中,還明確規定了學校化學工程系的建設發展方向是“在高年級中培養兵工的炸藥及無煙藥制造人才(量小高級)”,而化學方向其他為生產服務的師生要逐漸收縮,并轉向兵工炸藥。
       
        半年之后,東北兵工專門學校辦學力量的并入,使學校的火炸藥學科,在創辦時間和辦學實力方面都走在了全國的前列。東北兵工專門學校原名中國人民解放軍東北軍區軍工部工業專門學校,在戰爭中誕生,是我軍培養軍事工業技術干部的最早一所國防工業高等學府,雖然僅僅在中國的教育史上存在了4年多的時間,但是憑借東北地區良好的工業基礎,成為建國前后較早開展正規國防工業人才培養的院校,兵器和火炸藥是其主要的教學方向,這也是我國第一個正式開設的火炸藥專業。1952年11月,根據國家集中力量培養高級國防工業技術人才的要求,東北兵工專門學校兵器、彈藥、火藥系三百余名學生、主要教師及兵器館、儀器設備、圖書館并入北京工業學院。北理工著名火炸藥專家徐更光院士就是這一時期從東北兵工專并入的學生。
       
        學校面向社會廣納賢才,加之建國之初中法大學的并入,北京理工大學在化學領域儲備了一批高水平人才,為火炸藥領域的辦學奠定了堅實的基礎。這個時期,作為北京工業學院首任教務處長的著名化學家周發岐先生對火炸藥專業的創建和學科的建設發揮了至關重要的作用。
       
      圖3:周發歧先生
       
        周發岐先生1920年赴法勤工儉學,在法國師從諾貝爾獎得主格林納達教授,是同期赴法人員中唯一獲得法國國家科學博士(法國最高學位)的人,學成毅然回國,成為中國享有盛譽的有機化學家。作為一名在有機化學試劑研究領域具有重要影響力的化學大家,周先生明知火炸藥領域存在巨大風險,仍毅然響應國家號召,調整自己的研究方向,扛起了籌建新中國第一個火炸藥專業的重任,他憑借自己精深的化學造詣,不僅帶領教師規劃制定課程體系,還親自選編教材,為了新中國的國防事業,嘔心瀝血,無私奉獻。在20世紀80年代,他還組織創建了北京工業學院第一個含能材料學科博士點,所編寫的多本教材堪稱經典,被譽為新中國炸藥制造工藝學科的奠基人,為我國的炸藥事業作出了巨大的貢獻。
       
        五十年代中期,在蘇聯專家的幫助下,學校建立了完整的教學體系和專業設置,加強了基礎教學,特別對教材、實驗和實習等教學環節進行了規范化設計,直接推動了學校火炸藥專業的正規化建設。另一方面,火炸藥專業的師生們帶著服務國家、奉獻國防的強大使命感,展現出良好的精神風貌,他們提出“爆速高、爆壓高、猛度高、感度低”的研究目標,奠定了中國第一代火炸藥人才卓越的精神起點,“做中國自己的炸藥,做世界最棒的炸藥”,成為師生們共同的理想與追求。
       
        從此,北京理工大學的火炸藥學科開啟了正規發展的嶄新時代,五、六十年代培養出以錢晉為代表的一批優秀專家,發展至今形成了單質、混合、固體推進劑的學科主干,并與力學、戰斗部融合交叉形成爆炸領域研究的領軍優勢,成為學校兵器科學與技術學科問鼎全國最堅實的基礎,也為國家國防技術崗位輸送了大量杰出人才和技術骨干,尤其是領軍人才培養成就卓著,含能材料領域僅有的四位院士中,董海山、徐更光和崔國良三位院士皆畢業于北理工火炸藥專業,他們分別引領了我國含能材料領域中單質炸藥、混合炸藥和固體推進劑的技術發展,他們的研究成果均成為我國國防工程項目的標志性成果。
       
        回首往事,北理工不僅完成了培養火炸藥高級人才的國家使命,還締造出一支國內一流、世界領先的火炸藥研究“國家隊”。
       
      矢志軍工,輝煌成果,甘做沉默的“中國力量”
       
      圖4:上世紀70年代,徐更光等教師成功研制8701高能混合炸藥
       
        2015年1月7日,一位老人的逝去牽動了北理工全校師生的心,他就是我國爆炸科學與技術領域的開拓者徐更光院士。1956年畢業留校后,他逐漸成長為一名混合炸藥領域的頂級專家,身后為我們留下了“8701”、“海薩爾”等一個個高能炸藥領域的革命性成果。上世紀七十年代,為了解決炸藥腐蝕問題,徐更光帶領團隊不僅解決了炸藥的熱安定性問題,還創造性引入穩定體系,實現了對彈藥中析出酸堿的自動吸收,從而保證了炸藥的長期穩定性,解決了一個世界性難題,轟動業界,由此締造出中國高能炸藥的常青樹——8701高能炸藥,這一具有國際先進水平的成果,不僅獲得全國科學大會獎,還被裝備在我國多種型號的武器上。步入花甲之年,徐更光又為中國國防捧出了“海薩爾PW30甲高威力炸藥,這種領先世界的新型炸藥,成為中國的“獨門秘籍”,海薩爾炸藥憑借在爆炸性能、安全性、起爆性能等方面優異的表現,為北京理工大學贏得“國家科技進步一等獎”,成為了中國炸藥的一代巔峰之作。
       
      圖5:周恩來總理在1958年八一獻禮展覽會上詳細了解北理工火箭復合推進劑的研制情況
       
        1958年9月8日,當代號為“505”的“東方-1號”火箭在河北宣化拖帶煙跡飛入天穹,北理工師生親手締造的中國第一枚二級固體高空探測火箭發射成功。在這開創性的成果背后,火炸藥學科在固體推進劑領域可謂初試鋒芒,火箭自重61公斤,有效載荷13公斤,實現平均推力1.7噸,使用復合火藥作為推進劑,全國首創,標定了學校在固體推進劑領域研究的高起點。之后的歲月里,在固體推進劑領域,產生了如譚惠民教授所研制的NEPE固體推進劑等一批重要的科研成果,為我國“七五”至“十五”固體推進劑發展作出重要貢獻,也奠定了北理工在國內該領域研究的優勢地位。
       
      圖6:陳博仁教授于1975年研制成7057新型聚能藥
       
        在單質炸藥研究領域,學校更是創造了矚目的成就。從開始的對蘇聯等國外成熟產品的仿制,到對含能材料的合成路徑探索,從芳香類合成物到雜環化合物,北理工單質炸藥的研究不斷深入,名家輩出,力量也不斷壯大。1975年,陳博仁教授(全國優秀科技工作者和全國五一勞動獎章獲得者)成功研制出7507新型高能炸藥,這位印尼歸僑帶著對祖國矢志不渝的熱愛,傾心投入科研事業,不畏肝中毒等重疾,長期超負荷工作,在7507炸藥研制中,首創我國單質炸藥小分子碎片直接合成新方法,成為那個時期學校具有代表性的優秀科研工作者。“陳老師任勞任怨、公而忘私,有時候晚上想起一個研究細節,都會跑到實驗室操作一番。”已是耄耋之年的火炸藥著名專家歐育湘教授至今對自己的同事仍然佩服至深。
       
        “CL-20工程化”斬獲2015年度國防科技進步特等獎,標志著北理工火炸藥學科歷盡三十余年將這座世界炸藥的“最高峰”徹底征服。自1984年,炸藥專家于永忠教授在花甲之年,開始實踐他的籠型高密度材料理論構想起,在此后的三十余年間,北理工火炸藥人在CL-20研究領域中,過關斬將,從于永忠老師成功合成樣本、歐育湘老師“一鍋法”實現1公斤級合成能力、趙信岐老師等創新探索合成工藝路線到最終解決工業化生產關鍵技術,再到近年來設計合成具有剛性的三維立體骨架結構的含能材料,這一創新研究成果更是得到國際同行的高度評價,為發展新一代高性能炸藥提供了新思路。面對“燃燒、爆炸、高溫、腐蝕、中毒”多個高危因素同時聚集的研究領域,于永忠、歐育湘、趙信岐、龐思平、張成輝等幾代專家嘔心瀝血,他們始終將安全放在首位,用高度的責任感實現了三十余年的“零傷亡”,他們精益求精、執著探索,用響當當的成果實實在在提升了中國國防實力。
       
        1996年,結合了火炸藥、兵器科學、力學等多學科的爆炸科學與技術國家重點實驗室建成并通過國家驗收,成為我國爆炸領域唯一的國家級重點實驗室。進入新世紀,2009年,學校審時度勢,正式成立了跨學科的火炸藥研究院,負責研究規劃、計劃及組織實施,有效地推動了火炸藥學科研究平臺建設,統一管理,統籌保障。學校通過平臺建設、體制機制改革為火炸藥學科的發展保駕護航,成效明顯。
       
        作為國防科技工業領域的關鍵技術,火炸藥的研發動向備受各國關注。火炸藥及推進劑技術作為含能材料的“心臟”,一直以來受到西方國家的嚴密封鎖,無法用金錢購買。因此,我們只有走以我為主、自力更生、自主創新的發展道路,才能突破西方國家的封鎖和限制。
       
        七十余年櫛風沐雨崢嶸歲月,北理工火炸藥人終不辱使命,如同炸藥一樣,做沉默的“中國力量”,在奉獻中矢志軍工!