。这种装置可以利用化学反应,不断清除艇员们呼出的二氧化碳,并产生氧气。潜艇的空气再生能力,是其战斗力的关键因素之一。
空气再生装置最核心的部分是“再生药板”,这是一种超氧化物,在有空气流动时,它就会发生化学反应,释放氧气,世界各国的常规潜艇通常采用这种方法来制造氧气。
我国常规潜艇部队成立于50年代,但直到成军近20年后,才用上国产空气再生药板,打破苏联的封锁,期间经历了一个曲折的过程。
本文将回顾我国第一个潜艇空气再生药板的研发历程,文章中引用的情节、人物和数据都来自解放军防化兵史料。
在五十年代中苏蜜月时期,苏联对我们的援助慷慨而全面,其中比较有代表性的是潜艇部队。在苏联帮助下,中国海军的潜艇部队从零开始建设,不但从苏方获得了武器装备,艇员也由苏联人训练。中国潜艇学员和苏联潜艇兵同吃同住同训练,学成后组建了新中国第一支潜艇部队。
在“师傅”手把手的培训下,新中国只用了很短的时间,就跻身为少数具备潜艇战能力的国家之中。
五十年代,根据中苏两国协议,中国应该拥有自主制造潜艇的能力。为此,苏联人不但提供了03型潜艇的生产图纸,还派出大批专家到上海,帮助我们逐步掌握了潜艇的生产制造技术。但他们也有私心,关键的空气再生药板一直不肯转让,只能从苏联购买。
1956年,海军司令部军械部防化处的工程师高与棫(yu)向上级建议:潜艇空气再生药板的生产技术应该尽早掌握。苏联不给,我们可以自行研制。
1956年中苏两国还一片和谐,没有任何要撕破脸的迹象。我国潜艇再生药板的供应也有保障,只要付款就能立刻从苏联买到。
但海军中的一些有识之士,例如高与棫和他的战友们,有责任心、更有远见。他们认为,再生药板这种极其重要的消耗品,一旦断供潜艇就无法潜航,事关重大。如果我们可以自主生产,不管是从技术储备还是降低成本的角度考虑,都很有必要。
高与棫的建议上报后,受到海军军械部领导的重视。海军相关部门开始和防化兵协调,商议共同研发事宜。但由于各种原因,项目推进的进度并不快,这和当时中苏两国关系的大环境有关,在“中苏两国友谊万岁”的口号下,大部分人都没有危机感。
一直到建议提交2年后的1958年6月,国产空气再生药板的研制的小组,才终于成立。
空气再生药板的研制,由海军和防化兵共同负责。海军派技术人员、防化兵研究所提供试验场所和设备,双方合作攻关。新成立的研制小组由三人组成,高与棫担任组长,成员还有贺湘安和丁洪云。
1958年我国的化学试验条件并不完善,自研空气药板很有难度。但摆在小组面前的最大障碍还不是实验条件,而是缺乏技术资料。
在缺乏基础研究的前提下,为了尽快拿到产品,科研小组只能“逆向研发”——对苏联成品进行仿制。这听起来似乎难度不大,但其实并不轻松。
药板在工厂标准化、大规模制造前,必须先由科研人员搞清成分,这就需要先在实验室内完成物理和化学分析,并且合成出成品。虽然全世界的常规潜艇都装备有空气药板,但受当时国际环境限制,小组能得到的唯一实物,只有苏联制造的B64型。
要弄清苏联药板的成分,当时的条件下只能用笨办法——不停的在实验室化验、分析,寻找答案。这个工作,不但强度很大而且过程很折磨人,因为注定要经历一次又一次的失败。
为了测定药板的相关化学性能,小组设计、组织了大量活动性试验。试验进行时,成员不能回宿舍休息,累了就在实验室打个盹儿。如此高强度的工作持续了一年多,他们才初步拿到成果:苏联药板的主要化学成分是超氧化钾。
接着,高与棫带领小组又经历一番艰苦攻关,成功在实验室合成了纯度达到94%以上的超氧化钾,突破了制造再生空气药板的理论难关,关键的一步完成了。
实验室工作虽然获得初步成果,但这只是第一步。接下来,他们还要摸清空气再生药板的使用特性。
要完成这个任务,只能去实用环境搜集数据。于是,试验小组先后多次跟随我军潜艇出海,在艇上实地观察再生药板的使用情况。
为了拿到准确的样本数据,他们经常在又闷又热的潜艇里一待就是十几个小时,期间还要不停更换舱室,依次做详细对比测试。
随潜艇出海,对实验小组来说并不轻松。因为他们都没有经过潜艇航行训练,出海后又要在颠簸海况下工作,晕船在所难免。人一旦晕船,身体会非常难受,呕吐、无法睡觉,吃不下东西。据晕过船的人讲述,天旋地转吐出胆汁的感觉,简直生不如死。
就这样,在1958年的中国潜艇上,一个海军科研小组一边呕吐、一边工作,承受着生理和心理的巨大考验。
高与棫和他的同事们,用敬业和科学的态度对抗生理上的痛苦,最终整理归纳出了药板的关键数据:苏联制造的超氧化钾开始发生作用的时机,是舱室内二氧化碳浓度达到0.80%时;药板的最佳使用效能,每小时能产生可供64人呼吸的氧气。
拿到实际数据后,接下来他们要进行第三步:返回实验室,确定药板的工业化加工工艺。只有制定出可以生产的工艺和标准,前边所有的工作才有实际意义。
1959年,科研小组终于解决了全部技术难题,工业化生产空气药板的条件初步具备。海军司令部、军械部,正式向化工部提出试制超氧化钾空气再生药物版的需求;同年,化工部向北京西四化工厂下达了试制任务。
接受生产任务的北京西四化工厂,解放前是一家私营工厂。1959年时,这家工厂刚刚从公司合营的阶段发展起来。相比其他厂,他们的技术和设备条件都很有限,但工厂的领导和技术人员听说要为海军潜艇生产配套装备,都干劲十足。在技术资料不足、设备又很简陋的情况下,工厂积极创造条件,开始试制。
第一次尝试时,工厂使用的是“铅法”工艺,没过多久就拿到了成品。样品出来后,工厂的同志们高高兴兴地交付给海军。但海军验收后发现,成品中含有微量铅,判定:不合格。
潜艇是一个密闭环境,如果空气药板中含有铅元素,就会随氧气释放,被艇员吸入身体。铅元素长期吸入会在人体骨髓中逐渐积累,给艇员健康带来严重威胁。因此,用“铅法”工艺制造出来的药板,不符合要求。要想通过验收,生产工艺必须更换。
海军的意见反馈后,工厂的同志们虽然有些失望,但表示很理解。他们重新想办法,一番研究后决定,把工艺改成“转炉氧化法”。
转炉氧化法其实也不完善,并非最佳工艺。它虽然可以避免有毒的铅元素出现,但生产效率太低,而且加工出来的产品,有结块和反应不完全的现象,距离实用还有一定距离。
为了提升产品质量、提高生产效率,工厂开始改进设备。但受制于当时的条件,设备更换的难度和费用的太高,仅凭工厂自身没有能力解决。
按西四化工厂当时的条件,只能延续落后的加工工艺。要彻底改善生产设备,不但需要大量资金,还必须扩大生产面积,也就是要修建新厂房。这些,都远远超出了一个普通工厂的能力范围。
当时国家不富裕,一个铜板恨不得掰成两半花。更新工艺所需的这一大笔投资迟迟不能到位。受制于此,西四化工厂生产的药板质量和数量也无法突破,导致部队使用国产药板的日期一再推迟。
时间很快就进入60年代,此时中苏关系风云突变,国产药板的需求压力瞬间增大。
短期内,两国间已经议定的大量贸易协定被单方面终止,其中就包括潜艇用空气再生药板。从苏联进口的渠道一断,我国潜艇的战备立刻亮起红灯。一块小小的再生药板,直接影响到了国家的海防。
这段非常时期中,因为空气再生药板匮乏,我军潜艇的训练、战备都必须节约每一块宝贵的药板,不到关键时刻不能使用,这就大大限制了战斗力的发挥。
当时部队也想了很多“土办法”,搞一些就便器材来替代苏联货。比如,东海舰队防化化验室的主任陈有亭和技术员梁振华,就想出一个应急方案:把美制氧气面具生氧罐里的药粒,取出来放到C型潜艇再生药板的铁丝网中,可以临时替代苏联药板。这个应急的方法在03型潜艇上试用后,很受部队欢迎。
但“拆东墙补西墙”终究不是长久之计,要解决水下供氧问题,还是要依靠工业化生产。于是海军很快提出,要建立一个完善的空气再生药板工厂。
这次被卡脖子的教训太深刻,因此海军决心很大。但让国家投入资金又谈何容易?60年代初中国正在经历什么,在此不必多说。当全国都有难处、各种窟窿都等着补的时候,海军伸手要钱,难啊。
不过,海军比谁都清楚,如果潜艇部队失去战斗力,对海防意味着什么?当时我们的海防体系主要依托“空潜快”,也就是岸基航空兵、潜艇和小型高速水面舰艇。潜艇,是这个“三角”的重要一环,没有它整个海防体系都会失稳。
当时的海军司令员肖劲光亲自督促此事,于1963年3月给国务院领导写了信,详细汇报潜艇部队的紧迫需求和工厂的生产现状。2个月后,建立国产空气再生药板工厂,被列为国家重点项目。
1963年5月,国务院领导正式批示化工部,国家在经济极端困难的情况下,拨出1200万元为北京西四化工厂更新加工设备、在北京房山县建设新厂。
1200万元,是个沉甸甸的数字,对60年代初的中国尤其如此。化工部指示,北京西四化工厂新厂专为海军生产再生药板,正式更名为“北京化工四厂。”
肖劲光司令得到这个好消息后,立刻让秘书马宁打电话通知海军装备计划部,让他们抓紧派人去化工部和北京市化工局落实,并立刻派驻军代表协助建厂。
当时的有利条件是,再生药板理论难关已基本攻克,工厂加工也积累了大量经验,需要解决的问题,仅限于新设备更新和新工艺探索。
资金到位后,北京化工四厂新厂建设迅速铺开。这时困难时期还没过去,很多工人都严重营养不良、浑身浮肿。但他们依然加班加点,不耽误一点进度。当时工厂把一部分人留在清华园老厂址搞科研,另一部分人去新厂,抓紧搞基建。
紧张建设后,新厂终于投生产。因为设备更新和规模扩大,工厂首次具备了电解氧化钾的能力,顺利制成了高纯度金属钾。这是关键的一步,为生产高质量超氧化钾打下了良好基础,是北京化工四厂生产条件逐步成熟的重要标志。
为摸清产品质量,试制品还要做验收实验,其中一些项目需要做有一定危险的密封舱测试。这是因为,药板只有在模拟潜艇真实生活环境的密封舱中使用合格,才算真正过检。这个模拟试验,需要工人进入密闭舱室,仅靠空气再生装置制造氧气,连续生活2~3天。
其实这也是人之常情,面对潜在危险时会产生畏惧,是人类基因中正常的自我保护机制。尤其是没有经过训练的普通人,面对这种高压力试验都会产生一种本能的逃避。
据解放军出版社出版的防化兵史料记载:试验前夕,驻化工四厂的军代表打消参试人员顾虑的方法很直接:“军代表不但第一个进入密封舱,还和工人一起,全程在密封舱内进行了模拟试验”。这是一个看似简单,却胜过千言万语的“动员令”。工人的顾虑彻底被打消,各项试验顺利开展。
最后的试验结果是:首批试制品在密闭舱室内表现良好,所有参试人员生理指标稳定。
1965年,化工四厂又再接再厉,研究出“喷雾氧化法”代替了“转炉法”,生产效率大大提高,终于实现了超氧化钾连续化生产。而且用这种工艺加工出来的产品,压制后药板强度均匀、混合性好,完全达到了上艇标准。
至此,我国终于具备了大批量生产潜艇空气再生药板的能力。1965年4月,国产空气再生药板正式定型,命名为:65型-钾空气再生药板。
北京化工四厂经历6年磨练,从小实验到中实验、再到生产线量产,经历了大大小小的困难,终于制造出首批52箱再生药板。这些样品和苏联药板一起,进行了陆上模拟、密闭舱式试验和海上潜艇实际对比测试。最后证明,国产药板完全满足我军潜艇需求。
随着国力提升,20世纪末我国又完成了“氧烛−氢氧化锂空气再生装置”的研制,并且已经装备了海军各型常规潜艇。
如今,我国潜艇对舱室空气的质量要求,已由最初的保障人员生命安全,向高工效、舒适性发展;同时,更全面、更智能的生产体系也已经构建完成。