常规潜艇执行水下航行任务时,为保障艇内人员呼吸需求,需配备专用空气再生系统。该系统借助化学作用,持续净化艇员呼出的二氧化碳,并同步生成氧气,其性能优劣直接关系潜艇实战能力的发挥。
空气再生系统的核心组件是“再生药板”,这类超氧化物材料在气流作用下会触发化学反应释放氧气,是全球常规潜艇普遍采用的制氧方案。
我国常规潜艇部队始建于20世纪50年代,但自组建后近二十年间,始终未能摆脱对进口产品的依赖,直至国产空气再生药板研制成功,才彻底打破苏联的技术封锁,这一过程充满了诸多挑战与波折。
本文将系统梳理我国首款潜艇空气再生药板的研发脉络,文中涉及的史实情节、人物事迹及相关数据,均源自解放军防化兵官方史料记载。
未雨绸缪
20世纪50年代中苏合作的蜜月阶段,苏联向我国提供了多方面的军事援助,潜艇部队建设是其中的重点项目。在中国海军潜艇部队从零起步的过程中,不仅从苏联获得了成套武器装备,艇员的专业训练也由苏方人员负责。中国潜艇学员与苏联潜艇兵实行同吃同住同训练的模式,结业后组建了新中国首支潜艇作战部队。
在苏联“师傅”的悉心指导下,新中国仅用短短数年时间,便跻身全球少数具备潜艇作战能力的国家行列。
根据50年代中苏两国签订的相关协议,中国应逐步具备自主建造潜艇的能力。为此,苏联不仅提供了03型潜艇的全套生产图纸,还派遣大批技术专家赴上海协助工作,助力我国逐步掌握潜艇制造的核心技术。但苏方始终暗藏私心,对关键的空气再生药板技术坚决不予转让,我国只能通过采购方式从苏联获取该物资。
1956年,海军司令部军械部防化处工程师高与棫向所属单位提出建议:必须尽早攻克潜艇空气再生药板的生产技术,既然苏联拒绝转让,我国应自主开展研制工作。
这一提议展现了极强的前瞻性。
1956年的中苏关系仍处于融洽阶段,丝毫没有破裂的迹象,我国潜艇所需的再生药板供应渠道畅通,只要支付相应款项就能及时从苏联购入。
但以高与棫为代表的海军有识之士,既具备强烈的责任意识,又拥有长远的战略眼光。他们清醒地认识到,空气再生药板作为潜艇不可或缺的消耗品,一旦供应中断,潜艇将无法执行水下任务,直接影响国防安全。实现该物资的自主生产,无论从技术储备还是成本控制层面考量,都具有重要的现实意义。
高与棫的建议上报后,得到了海军军械部领导的高度重视。海军相关部门随即与防化兵系统展开协调,商议联合研发事宜。但受当时中苏关系大环境的影响,在“中苏两国友谊万岁”的主流舆论氛围下,多数人缺乏危机意识,导致项目推进速度较为缓慢。
直至建议提出两年后的1958年6月,国产空气再生药板研制小组才正式组建。
超氧化钾
空气再生药板的研制工作由海军与防化兵联合负责:海军抽调专业技术人员参与研发,防化兵研究所提供试验场地及相关设备,双方协同开展技术攻关。新成立的研制小组由三人组成,高与棫担任组长,成员包括贺湘安与丁洪云。
1958年我国的化学试验基础设施相对薄弱,自主研发空气再生药板面临诸多困难。但对研制小组而言,最大的阻碍并非实验条件的简陋,而是核心技术资料的匮乏。
在缺乏基础研究数据的情况下,为加快研发进度,科研小组决定采用“逆向研发”模式——通过仿制苏联成品实现技术突破。这种方式看似简单,实际操作难度极大。
在实现工厂标准化、规模化生产之前,科研人员必须先通过实验室的物理分析与化学检测,明确药板的核心成分并完成样品合成。尽管当时全球常规潜艇普遍配备空气再生药板,但受国际环境限制,研制小组能够获取的唯一实物样品,仅有苏联生产的B64型药板。
在当时的技术条件下,要破解苏联药板的成分之谜,只能采取最朴素的方法:在实验室中反复进行化验分析,在无数次尝试中寻找答案。这项工作不仅劳动强度大,且过程极为煎熬,失败成为研发过程中的常态。
为测定药板的各项化学性能,研制小组设计并组织了大量动态试验。试验期间,团队成员无法返回宿舍休息,疲惫时便在实验室短暂小憩。经过一年多的高强度工作,他们终于取得初步成果:确定苏联药板的核心化学成分为超氧化钾。
随后,高与棫带领团队继续攻坚克难,成功在实验室合成纯度超过94%的超氧化钾,一举突破了再生空气药板制造的理论瓶颈,完成了研发过程中的关键一步。
晕船
实验室阶段的技术突破只是研发工作的开端,接下来需要深入掌握空气再生药板的实际使用特性。
要完成这一任务,必须在真实使用环境中采集数据。为此,试验小组多次跟随我国潜艇出海,实地观察药板的运行状态。
为获取精准的测试数据,他们常常在闷热密闭的潜艇舱室内连续工作十几个小时,期间还需不断更换舱室,开展多组对比测试。
对缺乏潜艇航行训练的试验小组而言,随艇出海并非易事。在颠簸的海况下开展工作,晕船成为不可避免的问题。晕船引发的恶心呕吐、失眠厌食等症状,让人体承受极大痛苦。据有过晕船经历的人描述,那种天旋地转、呕吐至胆汁都排出的感受,堪称极致的生理折磨。
就这样,在1958年的中国潜艇上,这支海军科研小组顶着剧烈的生理不适坚持工作,在身心双重考验下推进研究。
凭借严谨的科学态度与高度的敬业精神,高与棫及其团队最终整理出关键技术数据:苏联产超氧化钾药板的启动反应阈值为舱室二氧化碳浓度达到0.80%,其最佳工作状态下,每小时可产生供64人呼吸的氧气量。
获取实际使用数据后,研发工作进入第三阶段:返回实验室制定工业化生产工艺。只有形成可落地的生产流程与技术标准,前期的所有研究才能转化为实际生产力。
1959年,科研小组彻底攻克全部技术难题,工业化生产空气再生药板的条件基本成熟。海军司令部、军械部正式向化工部提出超氧化钾空气再生药板的试制需求;同年,化工部向北京西四化工厂下达了试制任务。
西四化工厂
承接试制任务的北京西四化工厂,其前身是一家私营企业,1959年刚完成公私合营转型。与同期其他工厂相比,该厂的技术水平与设备条件相对落后,但工厂领导与技术人员得知任务是为海军潜艇生产配套装备后,均展现出极高的工作热情。在技术资料不足、生产设备简陋的情况下,工厂积极创造条件,迅速启动试制工作。
首次试制采用“铅法”工艺,很快便产出成品。工厂工作人员满怀信心地将样品交付海军验收,却因成品中检测出微量铅元素,被判定为不合格。
潜艇属于密闭空间,若空气再生药板含有铅成分,会随氧气释放被艇员吸入体内。铅元素长期在人体骨髓中蓄积,将严重危害艇员身体健康。因此,“铅法”工艺生产的药板不符合使用要求,必须更换生产工艺才能通过验收。
收到海军的反馈意见后,工厂工作人员虽有失望,但充分理解质量要求的严格性。经过重新研究论证,他们决定将生产工艺改为“转炉氧化法”。
然而,转炉氧化法并非完美方案。该工艺虽能避免铅元素污染,但存在生产效率低下的问题,且产出的产品易出现结块、反应不完全等现象,与实际应用要求仍有差距。
为提升产品质量与生产效率,工厂计划对生产设备进行改造,但受当时客观条件限制,设备更新面临技术难度大、资金投入高的难题,仅凭工厂自身实力难以解决。
按照北京西四化工厂当时的条件,只能继续沿用落后的生产工艺。要彻底改善生产条件,不仅需要巨额资金投入,还需扩大生产规模、新建厂房,这些都超出了该厂的承载能力。
当时国家经济基础薄弱,财政支出极为紧张,更新工艺所需的大额投资迟迟未能落实。受此影响,西四化工厂生产的药板在质量与产量上均无法实现突破,导致部队列装国产药板的时间一再推迟。
进入20世纪60年代后,中苏关系急剧恶化,国产空气再生药板的研发与生产压力陡增。
被“卡脖子”
20世纪60年代初,中苏关系迅速走向破裂。
短期内,苏联单方面终止了两国间多项贸易协定,潜艇用空气再生药板的供应也随之中断。进口渠道的关闭,让我国潜艇部队的战备状态陷入危机,一块小小的再生药板,直接关乎国家海防安全。
在这一特殊时期,由于空气再生药板供应短缺,我国潜艇的训练与战备活动不得不严格控制药板使用,非关键时刻不得启用,这极大限制了潜艇部队战斗力的发挥。
为缓解供需矛盾,部队采取了多种应急措施。例如,东海舰队防化化验室主任陈有亭与技术员梁振华共同设计了一套临时替代方案:将美制氧气面具生氧罐内的药粒取出,装入C型潜艇再生药板的铁丝网中,可临时替代苏联产药板使用。该应急方案在03型潜艇上试用后,得到了部队的认可。
但这种“拆东补西”的权宜之计无法从根本上解决问题,要彻底保障潜艇水下供氧需求,必须依靠工业化量产。为此,海军很快提出建设专业化空气再生药板生产工厂的规划。
此次被“卡脖子”的经历,让海军坚定了自主建厂的决心,但在当时的国家经济形势下,争取项目资金面临巨大困难。20世纪60年代初的中国正处于特殊困难时期,各项建设都面临资金短缺的问题,海军此时申请大额投资建厂,难度可想而知。
但海军高层深知,潜艇部队作为我国海防体系“空潜快”(岸基航空兵、潜艇、小型高速水面舰艇)战略布局的核心环节,一旦丧失战斗力,将导致整个海防体系失衡。
因此,建设空气再生药板专用工厂,成为关乎国防安全的重大工程。
时任海军司令员肖劲光亲自督办此事,于1963年3月致信国务院领导,详细汇报潜艇部队的紧急需求与工厂生产现状。两个月后,国产空气再生药板工厂建设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,在国家经济极度困难的情况下,拨付1200万元专项资金,用于北京西四化工厂的设备更新与房山县新厂区建设。
1200万元在20世纪60年代初的中国,是一笔分量极重的投资。根据化工部指示,专为海军生产再生药板的北京西四化工厂新厂,正式更名为“北京化工四厂”。
军代表进密封舱
肖劲光司令员得知项目获批的消息后,立即指示秘书马宁联系海军装备计划部,要求尽快派人对接化工部与北京市化工局,落实建厂事宜,并立即派驻军代表协助工厂建设。
获得国家层面的支持后,国产空气再生药板项目进入加速推进阶段。
当时的有利条件是,再生药板的核心理论难题已基本攻克,工厂在试制过程中也积累了一定经验,剩余的主要任务集中在新设备安装调试与新工艺探索上。
资金到位后,北京化工四厂新厂区建设迅速启动。此时国家的困难时期尚未结束,许多工人都面临营养不良、身体浮肿的困境,但他们依然主动加班加点,全力保障工程进度。工厂采取两地分工模式:部分人员留守清华园老厂区继续开展技术攻关,另一部分人员前往新厂区推进基础设施建设。
潜艇部队的战备需求刻不容缓,国家海防安全经不起等待。
经过紧张建设,新厂区顺利投产。得益于设备更新与生产规模扩大,工厂首次具备了电解氧化钾的生产能力,成功制备出高纯度金属钾。这一突破为高质量超氧化钾的生产奠定了坚实基础,成为北京化工四厂生产条件走向成熟的重要标志。
1964年,首批超氧化钾试制品正式下线。
为全面验证产品质量,试制品需完成多项验收试验,其中包括具有一定危险性的密封舱测试。只有在模拟潜艇真实密闭环境中通过测试,药板才算达到实战使用标准。该模拟试验要求参试人员进入密闭舱室,仅依靠空气再生装置生成的氧气,连续生活2至3天。
面对空间狭小、环境压抑且与外界完全隔绝的密封舱,部分参试工人产生了犹豫情绪。
这一反应符合人之常情,面对潜在危险时产生畏惧心理,是人类本能的自我保护机制。尤其对于缺乏专业训练的普通工人而言,面对此类高压试验,产生逃避心理在所难免。
据解放军出版社出版的防化兵史料记载,试验前夕,驻北京化工四厂的军代表采取了最直接有效的方式打消大家的顾虑:“军代表不仅率先进入密封舱,还全程与工人一同参与模拟试验”。这一行动虽看似简单,却胜过千言万语的动员,彻底消除了工人们的担忧,各项试验得以顺利推进。
最终试验结果显示:首批试制品在密闭舱环境中表现稳定,所有参试人员的生理指标均保持正常。
1965年,北京化工四厂持续技术革新,成功研发“喷雾氧化法”替代原有“转炉法”,不仅大幅提升了生产效率,还实现了超氧化钾的连续化生产。采用该工艺生产的产品,经压制后强度均匀、成分混合性优良,完全达到潜艇使用标准。
至此,我国正式具备了潜艇空气再生药板的大批量生产能力。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”。
北京化工四厂历经6年磨砺,从实验室小试、中试到生产线量产,在克服诸多困难后,成功制造出首批52箱再生药板。这些样品与苏联产药板一同,先后完成陆上模拟试验、密闭舱测试及海上潜艇实装对比测试,最终验证国产药板完全满足我国潜艇部队的使用需求。
从1956年高与棫提出自主研发建议,到1965年目标最终实现,历时整整9年。
随着国家综合实力的提升,20世纪末我国成功研制出“氧烛−氢氧化锂空气再生装置”,并已批量列装海军各型常规潜艇。
如今,我国潜艇舱室空气质量标准已从最初的保障人员生命安全,向高效能、高舒适性方向升级;同时,一套更为全面、智能的生产体系也已构建完成。
这一切成就的取得,都离不开当年那些勇敢迈出自主研发第一步的奉献者们。
