书城科普读物神奇的太空探险之旅
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第2章 飞越地球(2)

18世纪,英国军队入侵印度,印度公爵盖达·阿里汉·麦索尔斯基成立了1200人的火箭射手团,用重3~6千克的火箭筒,以竹竿作安定器打击英军,英军损失惨重。这种火箭筒经参加过这次战役的英国上校康格列夫的改进,制成了近代火箭,射程300米,很快在战场上大显神威。1806年拿破仑战争期间从船上发射的这种火箭烧毁了法国城市布朗尼;1807年用4万发火箭一日内击毁了丹麦京城哥本哈根,史称“一日之战”;鸦片战争中,英军也曾用这种火箭攻击中国军队;1814年美国独立战争中,英军用这种火箭对付美国人,使华盛顿城变成了一片废墟,并且占领了该城。火箭的红色火焰,给美国人以极深的印象。后来,斯高凯创作美国国歌《星条旗》,歌词中就描写了“火箭耀眼的红光”是多么厉害。

开发宇宙的先行者

19世纪初,以康格列夫火箭为代表,固体火箭发展到顶峰。但固体火箭有两个致命的弱点:一是射击精度太差,需要有一定精度的导航系统;二是“发动机”所装火药性能低,不好控制,只能打打“箭海战术”,不能“一箭中鹄”、“一箭破的”。当时人们已经意识到,要使火箭成为更先进的战争利器,必须解决这两个问题,而当务之急是解决发动机问题。

这时,俄国的齐奥尔科夫斯基敏锐地指出,巨大火箭的动力应当是液体推进器发动机。他设计了新的飞行器草图,设想用煤油/液氧作推进剂,在当时这对那些沉迷于大型固体火箭设计的人,确有振聋发聩的作用。

齐奥尔科夫斯基1857年9月4日生于俄国莫斯科西北的梁赞区,父亲护林,母亲务农。他幼年在乡村小学读书,10岁时得了猩红热病成为聋子。但是他刻苦自学,对数学、物理、天文特别感兴趣,后来通过考试,成为一名中学教师。

上课了,齐奥尔科夫斯基常常穿着一件被化学药品蚀了几个洞的上衣走进教室,他的课上得十分认真精彩。下课后,他常爬到房顶上去找空气动力数据。刮大风的时候,他还会在泥泞的田野里披着床单迎风猛跑。人们惊骇地看着他,怀疑他可能是个幻想上天的疯子。

他认真地考虑了使用火箭在宇宙中飞行的问题,确信使用火箭可以在没有空气的宇宙空间飞行,可以到月亮和星星上旅行。他也写了一部科幻小说《在地球之外》,这部小说描写的宇宙旅行的基本构想具有极高的科学价值。

关于无重量状态,凡尔纳和威尔斯的知识是靠不住的幻想,而齐奥尔科夫斯基的知识是完整的。

这部书关于“宇宙游泳”和“宇宙枪”的描述,跟现在的宇宙旅行中的实际情况几乎一点不差。关于月球世界的描写,略微偏重于趣味,但是用小型“渡船”在月面降落的构想也和现代的“阿波罗”宇宙飞船很相似。这种敏锐的预见力实在令人惊叹!

从1896年起,他更深入地研究火箭原理,对宇宙飞行中可能遇到的各种问题进行思考。他认为气球、大炮不可能作为星际飞行的工具,只有用液体作推进剂的多级火箭才可能实现宇宙航行。他推导出着名的齐奥尔科夫斯基公式,为宇宙航行奠定了一定的理论基础,得到了当时火箭界的极大重视。

从19世纪末到20世纪初,火箭界就逐渐集中到液体火箭的研究和制造方面,世界掀起了一股“火箭热”。

1930年,齐奥尔科夫斯基的学生研制成功了一台以汽油和空气作推进剂的液体火箭发动机,推力是5千克。1932年出现了以汽油和液氧作推进剂的液体火箭发动机,推力为50千克。在液体火箭方面卓有贡献的还有被称为“月球火箭人”的美国火箭之父哥达德(1882--1945)。自从液体火箭问世以后,火箭技术就进入了一个崭新的阶段。直到目前为止,人们在航天事业中使用的基本上都是液体火箭。人们称齐奥尔科夫斯基是宇宙开发事业的先驱者。

液体火箭

比齐奥尔科夫斯基稍迟一些,美国也出现了火箭的支持者,这就是罗伯特·哥达德。

哥达德1882年出生于美国马萨诸塞州的伍斯特。他从小体弱多病,但喜爱幻想,17岁时读了威尔斯的《月球上的第一批人》等书,发疯似的向往宇宙旅行,一心要让凡尔纳的梦想变成现实。

哥达德在大学专攻物理学,毕业后又考入克拉克大学,获得了物理学硕士和博士学位。这时,他开始研究液体火箭,其中包括液氢液氧推进剂的研究。他设想用核能推动的“方舟”,将文明从正在死亡的太阳系送往另一个恒星系。1919年,哥达德发表了《到达超高空的方法》的论文。在这篇论文里,他提出火箭可以在没有空气的宇宙空间飞行。他说:“如果制造重598.2千克的火箭,就可以把0.9千克的镁送上月球。”接着他这样描述:用火箭把0.9千克的镁送到月球,在月球上面把它点燃,镁的明亮闪光将持续几秒钟,在地球上用望远镜就可以看到它。论文一发表,立即引起巨大震动,各种夸大宣传和冷嘲热讽蜂拥而至。哥达德对此采取了克制和不理睬的态度。

为了把理论付诸行动,哥达德从1921年开始设计制造世界上第一枚液体燃料火箭。在航天先驱中,他是第一个把理论和试制工作结合起来的人。1922年4月他开始进行试验。第一次静态试验因火箭发动机点火后发生爆炸而失败。

经过几年的努力,哥达德终于研制出用煤油/液氧发动机推进的液体燃料火箭。1926年1月16日,在马萨诸塞州的沃德农场大雪覆盖的田野上,世界上第一枚液体火箭进行了飞行试验。

那天清晨,哥达德夫妇早早来到农场,把一枚长3.04米,重5.5千克的小型液体火箭安装到发射架上。下午2时30分,他的妻子拍摄了发射前的现场照片,接着哥达德用吹焰灯点燃了火箭引信,迅速躲进一间小木屋。“啪”的一声轰响,火箭飞离地面,穿过大气,升向高空。2.5秒后,火箭上升到4l英尺高,然后坠落到农场菜园里。

虽然这种火箭还粗陋不堪,远不能飞上月球,但是它第一次打开液体火箭技术的大门,开辟了航天史的新纪元,使人类在通往宇宙的道路上迈出了坚实的一步。

哥达德一生获得专利214项,几乎涉及液体火箭技术的所有主要部分,如陀螺控制系统、燃料泵、冷却系统等,为人类航天事业作出了特殊贡献。

美国的哥达德航天中心就是为了纪念这位“美国航天之父”而命名的。那里竖有一块纪念碑,上面刻有哥达德中学毕业时演讲的那句话:“很难说什么是可能,昨天的梦想就是今天的希望、明天的现实。”

V-2火箭的诞生

V-2火箭是纳粹德国制造的,它是二次世界大战期间唯一能与原子弹相匹敌的武器,是科技上的巨大进步。在现代火箭史上也具有划时代的意义。

第一次世界大战德国战败后,签订了《凡尔赛条约》。当时人们对火箭的潜力认识还不足,因为那时只有少数型号的小型液体火箭勉强能飞起来,既不高也不远,所以条约只规定德国不许拥有飞机和大炮,没有限制火箭的研究和发展。当时德国有一股“火箭热”,不少火箭爱好者自发成立了“太空旅行协会”,搞液体火箭的试验飞行。由于人、财两缺,所以成果不大。

1933年德国纳粹上台后,希特勒疯狂扩军备战。他魔眼独具,看到火箭的潜在威力,拨巨款研究军用火箭,由陆军派人负责,年仅20多岁的冯·布劳恩博士担任总设计师。布劳恩从小就是一位“火箭迷”,13岁时,他想造出一辆“火箭车”一鸣惊人,让佣人买来6支大号焰火,绑在滑坡车上,然后点燃6支焰火,“火箭车”在街上横冲直撞,差点引起火灾。结果被警察抓起来,交给他父亲,被训了一顿。他18岁时,便参加了“太空旅行协会”,抱着航天的幻想研制火箭。一开始仅有一位钳工当助手,后来,希特勒耗资数百万美元,在德国的一个小渔村--潘纳明德兴建了一个绝密的火箭研究基地,技术人员和工人最多时达1.8万人,布劳恩带着他们秘密试验V-2火箭(V是复仇一词的字头)。

为了弄清希特勒“秘密武器”的秘密,盟国开展了一切可以进行的情报活动。英国飞机进行了大量的侦察拍照,并将发射台和竖立在发射台上的V-2火箭摄入了镜头。但由于人们熟悉的大炮等重型武器,从来都是倾斜发射的,这使情报分析专家做梦也没有去想会有垂直发射的远程武器。所以,将那些迅速建立起来的V-2发射场,误认为是新建的工厂。竖立在发射台上的V-2导弹很自然地被认为是工厂的烟囱。因此潘纳明德一直没有受到轰炸。

后来,盟国终于弄清楚潘纳明德是大规模制造火箭武器的工厂,飞机摄影侦察也证实了情报的可靠性。1943年8月17日夜,明月当空,由571架飞机组成的轰炸机群选择了一条迂回航线,然后直捣潘纳明德。潘纳明德守军毫无防备。突然,周围到处都投下了照明弹,轰炸机蜂拥而至,守军急忙以高射炮反击。可是,英国轰炸机群毫不理会,一批批地向选定的3个目标点倾泻着数以千吨计的炸弹和燃烧弹。顿时,大火吞没了整个潘纳明德。

这次轰炸炸毁了装配车间和实验室,科学家和技术人员住的45幢木房也荡然无存。据查炸死了735人,其中有178名德国科学家和技术人员,包括瓦尔特·蒂尔和台尔博士等着名科学家。

潘纳明德大轰炸延缓了纳粹德国V-2的研制进程,但仍然没有能够把它完全扼杀掉。经过6年的艰苦努力,至1942年7月,V-2火箭终于试射成功。由于它的射程无法到达莫斯科,1944年,希特勒下令首先向伦敦发射了数百枚V-2火箭,引起了英国的惊慌,希特勒对这种武器充满狂想,指望用他来复仇,短短几年中就发射了4000多枚。

V-2火箭的最大射程为270千米,推力为25吨,射击精度为半径3~5千米的圆,所以常常打不中目标,一开始充满了威慑力,但渐渐地威力就不大了。德国人原打算同时制成原子弹,二弹结合使用。没想到在挪威的重水工厂遭到破坏,原子弹迟迟搞不出来,只好使用常规弹头。希特勒不惜巨资,创下了一个月生产900枚的记录。

纳粹还有一系列的疯狂计划。他们计划给V-2火箭装上机翼(取名A-9),再入大气层时可以滑翔,延长射程达到1000千米;再给它加一个大推力助推器“A-10”,射程远达4800千米,可以从德国老巢直捣美国。此外,纳粹还在同时研制地-空导弹、空-空导弹、空-地导弹,研制了射程为160千米的四级固体地-地导弹。总之,对各种导弹都有所涉猎,可谓是包罗万象。可是,这些计划还没来得及进入实战阶段,纳粹就战败了。否则如果原子弹和这些疯狂计划实现,人类将会遭到更大浩劫。

希特勒灭亡后,美、苏两国很快瓜分了V-2火箭的成果。冯·布劳恩博士和一批最优秀的火箭专家由于不愿和红色苏联合作,英、法两国战争中又损失惨重,战后不会有时间和金钱搞火箭和航天,因此,他们决定向美军投降。并把事先藏在德兰登林铁矿井里的14吨技术资料运到美国。美国还在此前派来一个“V-2特使团”,从德国人的火箭地下工厂搬走了100枚V-2火箭弹。1945年8月,冯·布劳恩就已在美国的军工厂装配V-2火箭,并计划改进V-2火箭,准备用它来发射人造卫星。

前苏联红军在美军之后占领了德国人的火箭工厂,把所有的机器设备、火箭及部件,全部运回国内,并弄回去上千名技术人员,其中有100多位中级火箭专家。1946年,前苏联在德国重新组织V-2火箭的生产,1947年在前苏联仿制V-2火箭成功,1948年改进型试射成功,1949年8月29日爆炸了第一枚原子弹。从此两弹结合才使远程导弹成为举足轻重的战略力量。

从此,美、苏在V-2火箭的基础上,发展各自的运载火箭和航天工业,展开导弹、卫星、登月、载人空间站技术和空间军事的竞赛。