兵器试验中心数字弹道的传奇
2020-02-26 15:27:07
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弹道计算是计算机发明的重要动力之一,中国的计算机从一开始就应用到了弹道计算领域。“中国白城兵器试验中心”是一个研究各种兵器弹道的单位,自然离不开计算机,他们创造了441-B 晶体管计算机的使用佳绩。 试验中心当年叫做“中央靶场”,这是20 世纪50 年代苏联援建新中国156 个项目的附带品,是计划补充项目。

著名的核物理学家何泽慧1936年从清华大学物理系毕业后,到德国柏林高等工业大学技术物理系攻读博士学位,出于抗日爱国热忱,她毅然选择实验弹道学的专业方向,但是德国人出于军事秘密,马上就被拒绝。技术物理系是保密部门,不能吸收外国人,更不能吸收女性学习弹道专业,她据理力争,最终说服了系主任,成为第一个就读于该学校的外国学生,也是该专业第一个女性。1940年她以“一种新的精确简便测量子弹飞行速度的方法”论文获得工程博士学位。从这一段叙述便知道知道弹道学是一门高深科学,重要尔又复杂。

弹道学有着悠久的历史

17世纪的弹道射击示意图和炮兵计算尺,维也纳军事博物馆藏品

五十年代初,正在张家口考察军械仓库的张贻祥将军接到命令,就地改编为靶场勘察筹建组。他以靶场场长的头衔率队转赴内蒙古草原勘察,草原气候干燥,冬季严寒,炮兵靶场选址在这里,南北纵深不少于50—60千米,东西宽限不低于30 千米。1956 年6 月9 日,中国第一个兵器靶场举行了隆重的“开炮典礼”,王树声大将光临,从此中国的火炮有了验收靶场。458靶场设计组还有列宁格勒地面炮靶场副场长诺维科夫等人,六位苏联武器专家驻场多年。

1963 年,靶场正式命名为“常规兵器试验基地”,扩建为2256 平方千米,成为超大面积单位。靶场在北京冷泉与苏联专家合办了三个月的高级培训班,28名学员掌握了仪器原理和操作,后来又自办了中级班,两批学员在行业中都受到尊崇与敬重。1960 年7 月,因中苏关系破裂,有着实战经验、精湛技术和敬业作风的苏联专家即刻离去,不过依靠这些学员,靶场继续红火着。几乎每种新的常规武器装备都要进行大量的弹道计算,火炮的弹道数据称为“射表”,计算、整理后,作为射击参数向火炮射手提供。弹道不是物理课上的理想抛物线,而是通过射击试验得到的数据,有空气阻尼、温度、风速等诸多变量,算法繁杂,计算几乎“永无休止”。

1959 年,白城兵器试验中心向738 厂订购了103 电子管计算机,还与中科院计算所合作开发“准弹道计算”、“摄影经纬仪坐标计算”两个计算机程序。陆载德从这时加入到计算机应用的队列中来。弹道计算如何使用计算机?是不是符合要求?心中还是无数。人工计算烂熟于心,可以一步一步检验,而计算机运行时只见灯泡闪动,如何知道对错?

1960 年,陆载德和战友到738 厂跟着钱基广、夏纪寅调试计算机三个月,又转到中科院计算所学习机器原理、调试、保养,熟悉机器运行状态和编程。指导老师是八室的组长赖翔飞和胡定璋。陆载德经常等候在机房门外,利用操作人员半夜交班的空当,多争取到一个多小时上机时间,常常是又困又饿。一年多的时间,陆载德熟悉了上机计算。在计算所老师指导下,他改变算法,修改程序,与靶场的李枫等在北京完成的人工计算结果核对,调试成功了我国第一个高炮弹道计算程序,奠定了射表自动计算的基础。计算结果要用不同的公式核算,人机两组结果完全符合才算通过,花费了七个月时间完成了这一步。

程序是由多少个白天黑夜堆砌而成的,那时没有显示屏幕,人机对话的打印提示极为简单,一出差错程序就死机,无从下手干着急。他们只能逐段核对弹道,每次计算三点向前推进,一条弹道要抽取成百上千个点,要做多少次计算?每调通一个子程序都要付出心血。

1962 年2 月10 日,弹道试验处正式上报炮司,经过近两年工作,弹道和摄影仪这两个程序,结合高炮射表编程任务与人工对比,精度达到要求。在计算所档案中,至今保留了参加试验的弹道实验处的陈云生执笔的红头文件。1961 到1962 年,许多单位开始上马计算机,是时代的缩影,也是陆载德和同事们的亲历。变频发电机1963 年才到货,陆载德花费了一年时间组织人员检测、筛选更换插件中的失效零件,重新焊接计算机的所有插件,氧化铜整流器要在烘箱中老化加热到75 摄氏度,再做击穿试验,等于返工生产计算机一次。

1964 年底,他们的103 计算机终于调试到运行状态,投入现役应用。103 机终于计算出了自己的弹道数据,比人工计算快多了,也能与之前的数值“勘合相近”。要想再精确一些,仅靠压缩程序的“步长”就不行了,毕竟每秒计算速度只有30 次,磁鼓存储空间和速度有限,计算步兵火箭弹射击什么的还行,分析远程火炮的弹道则不敢想。

陆载德和周素贤( 左)、高仁田(右)在441-B 机房

陆先生现在还保存着441-B计算机的图纸(2012年摄)

他们到738 厂花了十几万元,用磁芯体替代磁鼓作内存,调整波形,改变进位线路,压缩指令间隔,计算机加速到每秒1000 次、2000 次, 还是达不到靶场任务要求。试验中心从103机订货到开始计算,整整五年时间。陆载德说,花了几十万元购买的设备,使用不上就太可惜了。他们们不断改进程序和运行,每一天都有进展。

当年的国产电子计算机有自己的独特运行方式和要求,103 机需要日夜开机,没有任务时,随便找个简单程序运行,也不能停机。一旦停机可能就再也启动不起来了,因为器件质量和部件热胀冷缩影响插件和元件的接触力。中国的第一型计算机名声在外,而工作状态却是如此令人无奈。

每种武器都要经过长期的测试才能用于实战。

要保证计算机稳定运行,必需组建精悍的维护队伍。1962 年和1963 年,靶场陆续来了十多名计算机专业大学毕业生,他们分成四班循环,每天三班工作,一班休息。计算机室配备了脉冲示波器,就像急救室的心电图机一样,随时准备抢修,确保算题。计算机运行保养,无休无止的故障和维护,整天都在紧张状态,无论是谁,轮到休息也睡不好觉。当然也有好处,所有的人不仅对计算机的原理精通,对具体的电路也是彻头彻尾地熟悉,一直细化到特殊器件也都了然于心。

陆载德在操作计算机。第二代晶体管计算机问世时的70年代,只能用控制台的搬键与计算机对话,没有键盘,更没有屏幕,

103计算机的容量有限,只能计算火箭筒这样的短程兵器弹道。

1966 年11 月,根据国防科委的决定,哈军工研制的第三台441-B型晶体管电子计算机运到试验中心,机器的浮点运算1 万次/ 秒,稳定性让人耳目一新,从此数据计算可以超越炮弹的飞行速度了,虚拟空间的速度终于超过了物理空间的炮弹飞行速度,也就是说,计算机终究可以实时控制导弹和智能炮弹、炸弹的飞行了,当然需要做到器件的微型化。

但是441-B机只配有五单位纸带输入机和窄行打印机,外存就是两台磁鼓,数据进出成为问题,还是个重大问题。外部设备体现了一个国家的工业水平,不是一个企业,一个单位能够解决的。

信秉德主任和一些年轻人转学编程计算。使用了一年多的103 计算机开始相形见绌,先并列,后备用,1967 年被淘汰。103机在靶场的功绩是为弹道计算热身,争取了集结前进的时间。

441-B 机终于放飞,全速运行。培训了计算员,难度不大的题目交给高中程度的计算员做,复杂题目分类定型,编写应用程序配套成龙,做到标准化、模块化,将难题变为例行操作。任务下来,他们有时连续计算七八天、十几天,最长个把月的时间也有。441-B 机大大加快了武器试验的分析工作和数据质量,技术转化成了战斗力。

但是新的问题又出现了,或者说是提出了新的要求。当时的计算机还是“裸机”,不光没有操作系统,窄打输出只有15 位,计算结果只能慢慢打印出纸卷。任务算完后,人工判读纸上数据四舍五入,要经过两三个月的工作才能汇整成表格,还要人工打字、誊印装订成册。既然计算机有无穷的功力,那就应当将所有数据直接处理到部队的实用要求。现在的电脑已经不成问题,但在40年前,如何达到这一个要求,每一步都是难题。

陆载德和同事们决心把人工对数据的判读、抄写、制表和绘图让计算机一路做到底,让数据在持续流动中完成所要求的自动“计算”和“表达”。那时数据后续处理繁杂,缺少外设和应用软件,更没有专用的数据处理计算机。他们将数据、数学模型和应用表达方式自动衔接起来,在没有数据库和通用服务程序的情况下,把射表用表格、曲线、图表表达出来,这是一个相当不易的任务。

美国科学家布什1930 年指出,发展计算机一方面是科学计算,另一方面是信息管理。陆载德们是最早在中国开始信息管理探索的,这台441-B 计算机的生命力,就源自信息管理的能量。

1969 年南京前线厂制成160 位的宽行打印机,又大又重,15万元一台,那时计算机还没有外设的通用接口,打印机和411-B 机也不能直接连接,计算机厂的办法是专门生产一个打印缓冲设备。陆载德有自己的想法,他立军令状争取到机会,在主机磁芯存储器中“借用”一个固定的打印缓存区。不必研制昂贵的打印接口柜,就可以控制打印机。这是外部设备接口使用主机“存储空间”传输数据的技巧,对441-B 机也是一个大创新,简易有效。消息传出,昆明、酒泉基地等都来学习。1979 年前,共有七个单位移植,酒泉传来的反馈是“很管用”。天津电子仪器厂也来转移成果,添加到441-B Ⅲ型机中。

10 年间,兵器试验中心陆载德和他的战友们把需要沟通试验数据的设备,磁带机、摄影经纬仪、电影经纬仪、宽行打印机、卡片机、绘图机等组成一支机械化、信息化的“阵列”,让数据自由自在地围绕计算机内外穿行,纸带上的孔洞送进去,字符打印出来,坐标送进去,曲线画出来......随着计算方法不断的改进,应用程序也不断的完善,试验数据处理的应用程序配套成龙,使441-B计算机利用率不断提高。

陆载德将军在441-B计算机机房

原来一次运算的输出数据只能逐个打印在15行窄行打印机上,由人工四舍五入,定小数点位置,整理成表格,需要二、三个月时间;160行宽行打印机问世之后,计算机增加了三百多根连线和三块备份扦件扳,编制了直接打印表格的功能,使工作效率大为提高。以后试验中心又配备了一台国产709 计算机,功能更强,但计算人员还是愿意使用配套齐备的441-B 机。

那个时代,几乎所有的使用单位都要对计算机进行扩容、加速和升级,或多或少地做一些改进,但是似乎只有兵器试验中心这样的单位,从机器内部到所有外部设备都做了改造和提升,如果这个系统保留下来,本身就是一个早期的计算机博物馆。

1972年试验中心配备了磁带机记录遥测信息,如果增配一台专用计算机,需用几十万元。但他们在441-B计算机上增加线路,使磁带上的遥测信息存入内存,用程序整理成数据表,在短时间内解决了问题。试验中心的电影经纬仪测量记录数据的电影胶片、还有卡片机都与441-B相联,直接计算出目标的坐标值。国产绘图仪试制成功后,他们立即增加了控制线路和软件,将绘图仪与计算机联通,一年一年过去,随着技术进步,441-B计算机的功能也越来越强。

因为陆载德他们将计算机构成了一个完整的数据处理与服务系统,试验任务一竿到底,不用人工去做繁杂的整理和收尾,何乐而不为呢?这些工作,非常繁琐,电路和程序错综复杂,结构细致严密,调整起来似乎无穷无尽,在他们面前一个一个地攻克。

陆载德又将441-B 机和新型的709 计算机不同打印格式的宽行打印机互为备用,只要有一台运行正常,整个试验数据处理就不会停顿,在当年电子信息领域的机电故障不断的情况下,这是十分重要的举措。这是联机技术的开拓,也是武器装备的战斗力,每到执行任务时,技术进步的威力就明显体现出来。

441-B 计算机多年保持稳定算题,还不断扩大功能,能够同时处理好几种记录在不同介质上的测试数据,一机多用。他们的运维和技术革新,节约经费200万元以上,陆载德自己加班工时累计达到八年时间。这台晶体管计算机共算题3.9 万多小时,居然使用了20 年,超期服役在全国也是少有的。

这20年时间,完全依靠他们的精心呵护,每周要做周维护,每半年做半年维护。周维护要拉偏电压,运行检查程序,寻找不稳定的插件;半年维护要把机柜里所有的电路插件拔出,擦拭插头插座触点上的污垢。运行多年中,晶体管、电容等都有自然损坏的,但数量很少,也得益于哈军工加工机器时严格检测了元器件的质量。在磁芯体内曾在一根连线上出现了虚焊点,也被准确地寻找出来,处理之后,机器恢复正常算题。

1983 年12 月12 日《解放军报》发表文章《塞北耕耘三十年》,介绍的就是这一台441-B 计算机,自1965 年投入使用以来一直在运转,作用非凡。

晶体管计算机最初给人的印象是和黑白照相胶卷连接在一起的,谁见过彩色的晶体管计算机照片?1991 年,《解放军画报》记者到白城采访,拍下了陆载德在441-B 计算机前的彩色照片。

1970 年, 兵器试验中心陆载德为441-B 机设计出不用单独控制柜的宽行打印机接口电路,正在机房中改造。坐者左起,郭立达、陆载德、朱世成;立者左起,刘福财、高仁田、龙喜澍。

1986 年12 月18 日,兵器试验中心欢送战友王冷冰,大家特地选择在那台441-B机前留影,可以见到控制台的灯光还在闪动,在装备了集成电路的709 计算机之后,这台配置齐全的晶体管计算机又精心地使用了14 年。前排(左起):李桂清、程海燕;中排:陆载德、王冷冰、周素贤;后排:李桂艳、王连海、王振海、高仁田。

陆载德做到了让自己的计算机的系统功能更强,让计算机使用期限延长,再延长,目标是整个试验体系的信息化,增强靶场试验装备的战斗力。他们将中国晶体管计算机的第一个型号尽善尽美地应用到80 年代末,90年代初,创造了计算机应用的一个彩色传奇。在中国的计算机还基本上靠手工一台一台生产时,他们这种维护与技术更新方式,十分必要、十分有效、十分光荣!

陆载德八岁时,左腿因病高位截肢,靠假肢行走,但他努力学习,成绩优秀,一直进入北京大学数学系。毕业时,他本不适合从军,但他克服困难,努力适应部队的紧张和严格,主持完成12项课题,有三项获委级科技进步二等奖,其中《低空弹道风测量仪器系统》课题在业内领先。

1957 年,部队规定残疾军人一律转业,陆载德离不开部队和热爱的事业,他不顾个人得失,选择了就地转业,成为部队中的一位便装军人。张爱萍将军视察靶场时,看到这位着便衣的残疾人正在调试仪器,称赞他说,搞科研就要有这种硬骨头精神!1984 年,陆载德被批准二次参军,1988 年授予大校军衔,后晋升少将。

441-B机已经退役,控制台上的镀金标牌应是重要文物。

慈云桂专门安排,将前三台441-B 计算机的铭牌镀了纯金,一尺多长,金光闪闪。这台441-B 机退役时,陆载德拆下铭牌保存在单位,可惜后来下落不明。如果有一天能找到,应当是与计算机和军队装备有关的一件重要文物。

80年代以后微型计算和高档计算机的使用,大大的改变了试验中心的装备条件,而当年使用晶体管计算机的艰难情景,他们记忆犹心,历历在目,深有回味。

陆载德,白城兵器试验中心高级工程师,1932 年6 月生,上海人。1947 年就读江苏省立上海中学高中,1950 考入清华大学物理系,因院系调整,1953 年从北京大学物理系毕业,经总政治部批准入伍。1954 年调兵器试验场,是冷泉靶场高级班学员,参加过火炮动态测试,情报资料室组建,1960年后一直从事计算机的应用开发和靶场专用测试设备的研制,在靶场工作42 年,解放军一等功臣,国防科技工作模范。


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