破译空气密码的７０１秘密基地

“701”是一个神秘单位的名字。就像电视连续剧《暗算》里的701所是一个严格保密的研究所一样，航天701所也是一个密级很高的专业研究所，只不过它的研究内容不是破译密码，而是破译空气对于航天器的秘密作用。1956年12月，这个秘密基地在北京西南郊的西山脚下、牛河畔诞生，它标志着中国航天空气动力学研究的开端。

我们生活在地球上，空气无处不在。我们尽情地享受着大气层无偿的“恩惠”，以至于我们几乎感觉不到它的存在与价值。直到我们想飞出地面，到蓝天、到太空自由翱翔之时，我们才开始领悟，有关空气动力的知识对航空航天飞行器的研制和发展，具有多么重要的影响。为什么飞机有翅膀？为什么战斗机和民航机的翅膀不一样？为什么导弹都是圆柱体？为什么同是载人航天飞行的宇宙飞船和航天飞机会有截然不同的模样？为什么我国神舟飞船返回时能精确地落在预定范围……航天701所就是破译这些“为什么”的专业机构，不过，已经度过50岁生日的701所，如今有了一个更加响亮的名称——中国航天空气动力研究院。

空气动力学在航空航天事业发展中有着举足轻重的“先行官”作用，对于空气动力学如此突出的作用，欧洲科学家的经典表述为“基础”，美国称之为“先导”。大凡从事航天航空器的研制者，你的研制水平，首先依赖的是你在空气动力学研究基础上所具有的水平。因此，世界各发达国家几乎毫无例外地成立了国家级的空气动力试验研究基地。然而这种研究基地都离不开一个重要的基础设施，它就是风洞。可以说，所有现代航空航天飞行器都诞生于它们的“摇篮”——风洞。

风洞是什么

“风洞”这个名词对很多人来说是陌生的，它到底是什么？它在飞行器的研制中起着什么样的作用？

风洞并不是建在大山里、灌有“穿堂风”的山洞。顾名思义，它是用密封材料建成的一个隧道式的卧式大“长桶”，桶的一端用强力吹风机吹出各种温度和速度的风。“长桶”的直径有大有小，风速有高有低，这股人工风可以考验各种物体应对空气环境的能力，技术人员则可以依靠这些数据来指导飞行器或其他用品的设计。

我们知道，飞行器顺利升空在空中能自由飞行，在战斗中可以做各种特技飞行动作；在太空可以自由遨游，而后又能安全准确返回地面；这都是由于受到了空气动力作用之故。而凡是空气（原指流体）与物体有相对运动时，空气在物体上都会产生空气动力。在天空中，飞行器是运动的，它在静止的天空中飞行，而风洞就是人工制造出各种速度的气流来模拟和再现飞行器在空中运动现象和测量空气动力的试验设备。只不过试验时，飞行器模型在风洞中是静止的，由风洞吹出的气流流过模型来模拟飞行的环境。

风洞试验在发现新现象、解释某些现象、研制新系统以及为各种各样不断改进的飞行器提供早期性能评定等方面起到了极其重要的作用。

世界上第一个风洞是由英国人弗·惠哈姆在1871年设计成功的，但真正能用于飞机试验的风洞是1901年由美国莱特兄弟设计和制成的低速风洞。他们用了很长的时间在风洞中对200多种机翼翼型做了气动力试验，在取得大量第一手气动力数据后，他们设计出了人类历史上第一架有人驾驶的动力飞机，并于1903年飞上了蓝天。从那以后，随着飞机速度和性能的不断提高。风洞试验的小时数也随之迅速增加，据统计，1940年前后，老式螺旋桨飞机只需要进行几百小时的风洞试验，而70年代的协和式超声速巨型客机要进行4万～5万小时的风洞试验。1981年试飞成功的航天飞机要在各类风洞中进行6万～10万个小时的风洞试验，相当于一个风洞十年的工作量，所用的风洞试验费用约2亿美元。

通常，一架新飞机的诞生要在十几座不同类型、不同速度范围的风洞中进行十多项试验。如飞机选型试验、操纵性和稳定性试验、发动机与进气道的匹配试验等。每架飞机试验以前必须具有上述风洞试验的合格证明才能予以放飞。在航天空气动力技术研究院内的0.6米×0.6米三声速风洞曾为我国研制各种振国威、惊寰宇的飞机、导弹、火箭弹、反坦克弹等无数飞行器型号做过数十万次吹风试验。

同样，导弹、卫星、飞船等的研制过程也必须进行大量的风洞试验，如美国研制的 “民兵”导弹就曾使用了17座风洞等试验设备，试验时数达到37000小时以上。不少火箭、导弹在初次发射过程中会暴露出不少新问题，也得靠风洞试验来找原因。例如，在美国阿波罗登月工程中无人试验飞船再入大气层返回地面时，实际着陆点和设计着陆点竟相差380千米。原因何在？通过更进一步的风洞试验才发现，原来风洞试验模型的防热层和飞行器实际防热层在几何形状上有微小的差异，使操纵面平衡角差2.5°，因而偏离了着陆点。同样，我国的运载火箭、人造卫星、战略战术导弹和载人飞船的研制，都经过了大量的吹风试验。例如，我国洲际弹道导弹的研制就经历了被钱学森称为“淮海战役”气动力和热技术的攻关，动用了国内各种风洞试验设备；又如，在神舟飞船的研制中，针对当时庄逢甘院士提出的十大关键气动技术，进行了多年的研究，其中风洞实验做出了不可磨灭的贡献。

可见，现代每种新的飞行器都必须在风洞这个摇篮中慢慢孕育成长，最终才能飞上蓝天，登上月球，飞向宇宙。由于风洞试验在飞行器研制工作中的重要地位，人们也就很容易理解为什么工业发达国家、发展中国家，都十分重视空气动力试验基地的建设，先后建立起了强大的国家级空气动力试验研究机构，配置了速度范围跨度广、口径大的各类风洞。飞机也好，导弹也好，都是从静止状态慢慢加速，当速度达到某速度值时飞机就腾空而起的。一般螺旋桨飞机的飞行速度都是在每小时几百千米的亚声速范围内飞行；像波音747E、A-380等巨型旅客机的飞行速度约为每小时1000千米左右的跨声速范围；而超声速歼击机的飞行速度可达2倍～3倍声速；洲际导弹、返回式卫星、神舟飞船等再入大气层时的飞行速度可高达十倍声速以上，已进入高超声速范围。为了模拟从低速到高超声速的气流速度，人们先后研制成功了低速风洞、跨声速风洞、超声速风洞和高超声速风洞、电弧风洞等空气动力试验设备。空气动力学中，常用马赫数Ma来表示飞行速度的大小，它是表示当地飞行速度与当地声速之比。例如Ma=10，就表示飞行速度已经达到10倍声速了。

美国在20世纪初就开始建立国家级的空气动力试验研究中心；在十月革命胜利后不久的1919年，苏联领袖列宁亲自批准了中央空气动力研究院的建设计划。从那时起，美苏的航空航天便长期处于世界领先地位。

我国第一座风洞是1934年清华大学自行设计的1.52米低速风洞。该风洞于1936年建成，后因日本攻占北京，此风洞被毁。此后，在钱学森的老师冯·卡门的建议下，我国又在南昌筹建了一座4.57米的低速风洞，1937年年底基本完工，可是1938年遭日机轰炸，风洞被炸毁。直到解放前夕，只有清华大学航空系和浙江大学航空系各有一座1米量级的低速风洞。那时中国的空气动力试验设备——风洞，既少水平又低，十分落后，更谈不上有一个国家级空气动力试验、研究基地。进入20世纪中叶，苏美两个超级大国在航空航天领域大搞竞赛，利用台湾的军事设施凭借海空优势，美国及台湾敌对分子经常侵袭大陆沿海区域，甚至深入内陆上空，进行寻衅骚扰。党和国家领导人万分焦急，为应对国际和周边形势，我国急需发展导弹技术，而发展导弹技术又离不开空气动力学的研究。在这关键时刻谁来担负这个国家重任，创建国家级航天空气动力试验研究基地呢？

钱学森绘制中国风洞蓝图

钱学森，钱学森，周总理很快想到了冲破重重阻力、克服无数困难，在1955年10月刚从美国回到祖国怀抱，决心报效祖国的世界著名的火箭专家和空气动力学家钱学森同志。1957年2月18日，周恩来总理签署命令任命钱学森为第五研究院院长，他光荣地肩负起发展我国导弹事业的国家使命。钱学森清楚地认识到要研制成功导弹，就离不开空气动力研究和试验基地的建设，此时钱学森想到了已从美国归国、现在哈尔滨军事工程学院空军工程系工作、主讲空气动力学的年仅28岁的庄逢甘教授。经钱学森提名，庄逢甘博士担任了五院的空气动力研究室主任。导弹飞行领域的空气动力学问题十分复杂和困难，这时的空气动力学自然成为力学领域的前沿领域。庄逢甘正是在这种学科大发展的形势下，接受了发展中国导弹和航天气动事业的庄严的历史使命。从此学界泰斗钱学森和学科带头人庄逢甘等核心人物成为了创建我国国家级航天空气动力试验、研究基地的先驱者，开始了基地建设蓝图的规划、年轻人的培训工作和基地的选址、建设的筹备工作。

1956年，钱学森要求庄逢甘3年内完成四项任务：“提供各种型号所需的空气动力资料；编撰高速空气动力手册；着手建立现代化的空气动力实验室；适当开展具有关键性及有发展前途的空气动力研究工作。”庄逢甘根据钱学森院长的指示，一步步地开始实施建设蓝图。(上)

推荐访问:破译 空气 密码 秘密 基地