钱学森曾经这样评价他的挚友:“郭永怀同志归国后奋力工作,是中国科学院力学研究所的主要学术领导人,他做得比我要多得多。”

为了培养科技人才,郭永怀曾担任清华大学和力学所合办的工程力学研究班的班主任,在北京大学讲授边界层理论。他和钱学森一起倡导建立了中国科学技术大学,并担任化学物理系首任系主任,为我国的“两弹一星”事业培养了众多人才。他带了8名研究生,有3位成长为中科院院士。

为“541”导弹命名

中国导弹事业的起步源于钱学森的回国,而郭永怀回国后也与中国的“两弹一星”事业紧紧联系在一起。

我国虽然取得了抗美援朝战争的胜利,但是也付出了巨大的伤亡,近20万名革命烈士为国捐躯,其中最主要的原因是美军飞机的狂轰滥炸。中共中央认识到未来战争中制空权的重要性,决心大力发展我国的航空工业。

钱学森1955年回国后,经过考察,建议我国优先发展导弹事业。在他的建议下,1956年10月,专门负责导弹研制的国防部第五研究院成立,钱学森兼任首任院长。正在此时,郭永怀回到国内,他担任了力学所副所长,同时被聘为国防部第五研究院专家委员会特邀委员。

力学所承担了国防部五院的协作任务。郭永怀协助钱学森在北京怀柔建立了试验基地,专门从事运载火箭的性能研究和发动机试车试验。他组织开展了“中程导弹弹头烧蚀防热研究”,为了研制液氢液氧发动机,还和钱学森领导建成了两个不同量级的试车台,进行了100多次试验,为我国导弹事业的发展打下了良好的基础。

1965年5月,越南战场上美军使用了一种叫做“红眼睛”的新型武器,就是单兵携带的小型超低空战术导弹。中央专委决定我国自主研制这种新型武器,工程代号541。郭永怀担任541工程总设计师组组长,“541”这个代号就是他建议的,他说:“这是五院和科学院(代号04)的第一次合作,就叫541工程吧。”在郭永怀的带领下,541小型导弹研制取得重大进展,成功进行了多次试验。

我国导弹事业刚刚起步的同时,毛主席提出“有矛必有盾”,决策研究反导系统,工程代号640。郭永怀主要负责导弹弹头再入大气层气动物理的研究。他起草了640-5工程十年规划,提出了9个中心问题共33个课题。为此他调整了力学所的科研布局,组织力量从理论和实验两个层面开展全面研究。

迟来的生日礼物

1957年10月4日,苏联成功发射了世界上第一颗人造卫星,震惊了全世界。中共中央决定研发中国自己的人造卫星。

中国科学院把卫星研制列为1958年第一项重大任务,代号581。1958年,中国科学院成立了三个设计院:第一设计院负责卫星总体设计和火箭研制,第二设计院负责研制控制系统,第三设计院负责探空仪器研制与空间环境的研究。郭永怀担任了第一设计院的院长,开始了对卫星总体研制和火箭发动机的探索。为便于利用上海的加工力量,第一设计院不久迁到上海,改名为上海机电设计院。然而由于三年困难时期的到来,卫星上天工作暂时被延后,上天的任务变成了探空。

为了研制人造卫星,中国科学院牵头组织了星际航行座谈会,邀请钱学森、郭永怀、赵九章等专家开展讨论。郭永怀在第三次会议上作了《人造卫星的回地问题》的报告。

1960年5月16日,郭永怀(右二)和钱学森(右一)在中科院力学所召开座谈会,讨论苏联宇宙飞船上天。

1964年6月29日,我国自主研制的射程1000公里的第一枚中近程导弹“东风二号”发射成功,我国发射人造卫星的基本条件已经具备,人造卫星工程再次上马。卫星工程领导小组、总体设计组和办公室成立,其中总体设计组由11人组成,赵九章任组长,郭永怀、王大珩为副组长,负责拟定卫星的总体设计方案。力学所成立了651研究室,负责卫星总体设计和温控系统。1968年初,在极其困难的条件下,“东方红一号”样星的研制基本完成。

郭永怀长期从事这种绝密工作,因此和家人聚少离多。有一年,他年幼的女儿郭芹过生日,向他讨要生日礼物,郭永怀满怀歉意地指着天上的星星说:“将来天上会多一颗星星,那就是爸爸送你的礼物。”1970年4月24日,在郭永怀牺牲1年零5个月后,我国的第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射。当《东方红》的乐曲响彻太空,他的女儿才收到这份迟来的礼物。

北京与青海间的频繁奔波

新中国的原子能事业在“两弹一星”事业中起步最早,但是郭永怀参与的时间较晚。

1950年5月19日,中国科学院近代物理研究所成立,这是新中国第一个核科学研究机构。当时担任所长的是物理学家钱三强,他后来担任了中国第一颗原子弹研制的技术总负责人。

1955年,中国启动了原子弹的研制计划。1958年第二机械工业部第九研究所成立,正式开始了核武器的研制。我国原子弹研制的初期和导弹研制一样,也得到了苏联的援助。不久,中苏关系恶化,我国正处于三年困难时期,在这样的情况下,中共中央下定决心自力更生研制原子弹,并从全国各地调集105名科技专家加入原子弹研制队伍。

1960年春,钱三强找到了钱学森,请他推荐一位力学专家参加核武器研制。钱学森力荐郭永怀,郭永怀毫不犹豫地答应了钱三强的邀请。他被任命为二机部九所(九院)副所长,从此秘密加入了核武器研制队伍。他每天在力学所工作半天,下午就神秘失踪了,妻子李佩和所里的同事都不知他去了哪里。不久,王淦昌、彭桓武也被任命为副所长,彭桓武负责理论计算、王淦昌负责试验、郭永怀负责总体设计,他们三人被称为我国早期核武器研制的“三大支柱”。

20世纪60年代,王淦昌(左一)、彭桓武(左二)、郭永怀(左三)和邓稼先(右二)等在新疆核试验场。

郭永怀主要负责我国第一颗原子弹的结构设计、强度计算和环境试验,分管设计部,领导场外试验委员会。九所最初设在北京的花园路,1963年迁往青海221基地。从此郭永怀频繁往返于北京和青海,有时一走就是一两个月。

青海221基地平均海拔3270米,地处高原断氧层,50多岁的郭永怀和大家一起奋战在高原荒漠。他既是科学家,又是工程师,一方面为科研人员传授爆炸力学和弹头设计的基本理论,一方面致力于结构强度、气动特性、振动和冲击方面的研究,组织开展大量试验。在确定核爆炸装置的引爆方式时,当时在“枪法”和“内爆法”之间难以取舍,郭永怀提出了“争取高的,准备低的,两路并进,最后择优”的思路,以先进的“内爆法”作为主攻方向。最终“内爆法”不仅成为我国第一颗原子弹所采用的引爆方法,后来也为我国第一代核武器所普遍采用。

郭永怀是原子弹武器化的主要负责人,在我国第一颗核航弹、第一颗氢弹和第一枚核导弹的研制中发挥了重要作用。

我国第一颗核航弹外形最初采用的方法,弊端是弹体强度分配不匀且十分笨重,为此郭永怀提出了参照飞机外形的结构设计,大大降低了航弹的重量。

氢弹在空投过程中,如何保证飞机在投弹后有充裕的时间躲过冲击波和光辐射的威胁?郭永怀组织理论计算和模型空投实验结合,通过严格的计算分析,他提出了用降落伞增阻使核弹缓慢降落的方法。这一“伞-弹结合”的方法保证了在我国第一颗氢弹空投试验中,飞行员在投弹后得以安全撤离。

郭永怀参加了我国前8次核试验,为铸造大国盾牌作出了卓越贡献。

邓小平同志曾说:“如果60年代以来中国没有原子弹、氢弹,没有发射卫星,中国就不能叫有重要影响的大国,就没有现在这样的国际地位。这些东西反映一个民族的能力,也是一个民族、一个国家兴旺发达的标志。”

一双没能买成的棉鞋

1968年初,郭永怀担任了力学所革委会副主任,他把主要精力放在了中国空气动力学研究院(十七院)的筹备和新一代核弹的研制工作中。1967年开始筹备的中国空气动力学研究院,隶属于国防科委,钱学森担任筹备组组长,郭永怀、严文祥担任副组长。郭永怀主要负责研究院的技术和规划工作,1968年他和钱学森一起规划了十七院的建设蓝图。

9月30日晚,应周恩来总理的邀请,郭永怀参加了在人民大会堂举行的庆祝新中国成立19周年招待会,第二天在天安门广场观礼台观看了国庆观礼。

10月3日,郭永怀再次出发到青海。作为九院核弹武器化的主要负责人,郭永怀负责核弹弹头的结构设计和环境试验。为此他付出了巨大的努力,数次前往青海221基地领导攻关。10月的这一次远行,就是为这项新的核弹试验作准备。王淦昌、彭桓武、朱光亚、程开甲、邓稼先等一大批科学家也先后来到了221基地,投入攻关。他们在基地投入紧张的工作,试验的各项准备工作都在有序地进行。

郭永怀一边工作,一边还牵挂着第一次离家下乡插队的女儿郭芹和困境中的妻子李佩。

女儿来信想要一双过冬的棉鞋,但郭永怀却因为不知道她的脚有多大而没有买成。作为一位科学大家,郭永怀解决了那么多的科学难题,但是在那个寒冷的冬天,他却没能为女儿买一双过冬的棉鞋。11月3日,他给女儿回了一封信,信中写道:

布鞋暂没有,你是否画个脚样寄来?待有了货一定买。这里有一种翻皮棉鞋,本想代你买一双,因为尺寸没有,没敢买。

手好了没有?初劳动时要注意,过猛和粗心是一样的,都是不对的。

这是郭永怀最后的家书。

1968年11月3日,郭永怀写给女儿郭芹的信。