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第14章 航天先驱与英雄(1)

提及载人航天,离不开载人航天器,更离不开人。这里所说的人主要包括两种,一种是为研制航天器提供理论支持或技术保证的科学工作者们,一种是搭乘航天器进入太空的航天员们。在一百多年前,一些科学工作者就有了把人类送上太空的科学设想,并且在一代又一代科学家的努力践行下,人类才在航天事业上取得了一个又一个的辉煌成就。航天员是人类的英雄,人类载人航天之路充满了荆棘,但是为了实现探索太空的梦想,这些英雄们勇于用自己的血肉之躯铺就一条通天大路。

齐奥尔科夫斯基1958年,前苏联的第一颗人造卫星上天,震动了全世界,也开创了人类航天史的新纪元。如此巨大的成功,当然要归功于为航天事业而不懈努力的科学家们,被后人尊为“火箭之父”的齐奥尔科夫斯基就是他们中的一位。

齐奥尔科夫斯基1857年生于俄国梁赞一个贫寒的家庭。10岁那年一场严重的猩红热病,夺去了他两耳的听力,无法继续上学,只好由母亲指导他读书写字。但第二年母亲去世了,他靠坚强的毅力自学了小学和中学的课程。16岁那年,他执意上大学,但没有一个学校肯收这个没有中学文凭的聋子。他只身来到遥远的莫斯科,寄住在一家好心的穷人家中,在图书馆中自学大学课程。父亲每月只能给他寄来十几个卢布。这点钱远不够伙食费,但他还要挤出钱来买书籍和实验用品,有时连续两三天不吃东西,常常饿得昏了过去。父亲将他接回家后,他好不容易才被录用为中学数学教师。在业余时间里,他全力进行宇宙航行理论的研究和实验。然而,他并不被人们理解,被认为是一个“怪人”。他用科幻小说的形式宣传宇宙航行知识,被权贵们斥为“异端邪说”。一家杂志发表一幅漫画,讽刺他头顶地、脚朝天,腋下夹着大大小小的星球,挖苦他是“一个无名之辈,无聊文人”,斥责他“企图把青少年引向邪路”。但他顶着各种奚落和打击,毫不动摇地坚持着自己的事业。

航天先驱与英雄经过10多年的艰苦努力,他的研究成果才开始得到门捷列夫和斯托列托夫等著名学者的赏识。齐奥尔科夫斯基在宇宙航行理论方面的建树是多方面的,当今宇宙航行的一些基本问题,他几乎都曾涉猎。

1883年,齐奥尔科夫斯基在《外层空间》一书中首先从理论上证明,行星际空间为绝对真空状态,火箭可以在空间的真空环境中工作,因为它自带氧化剂,燃料燃烧不需要外界供氧。同时,它的反作用推进原理在真空中仍然有效。因此,火箭可以作为宇宙航行的动力。

1885年,他在一本科幻小说中提出发射人造地球卫星的设想。

1903年,齐奥尔科夫斯基发表《用火箭推进器探索宇宙》论文,文中提出火箭公式,从理论上证明:火箭的速度与火箭发动机的喷气速度成正比;火箭自身的结构质量越小,火箭所获得的速度越高。这个公式后来被称为齐奥尔科夫斯基公式,也被誉为宇宙航行第一公式,它为宇宙航行奠定了理论基础。齐奥尔科夫斯基还指出,液氢液氧是最理想的推进剂。在当时的工业技术水平上,他还指出,单级火箭达不到宇宙速度,必须用多级火箭接力的办法才能进入宇宙空间。

1911年~1912年,齐奥尔科夫斯基又提出有关载人宇宙飞行的一系列设想,例如,到其他星球上去必须经过真空区,载人宇宙飞船必须携带空气;飞船上必须有密封座舱;座舱中的空气必须不断净化,才能为乘客提供新鲜空气;飞船返回时利用地球大气刹车;建立轮胎形空间住宅,用自旋产生人造重力;用动物和植物组成生物循环链,建立密闭生态系统,为人提供食物和氧气。他还推导和论述了不同质量的物体在失重条件下的运动规律,研究了失重和超重对人体的影响。

1924年,他在《宇宙飞船》一文中具体地设想了一种纺锤形飞船,除动力装置和密闭生态系统外,还提出了现今太空机动器的设想。他设想乘员走出密封座舱后,可利用“宇宙枪”喷出气体的反作用力在太空的真空中漫游。

1929年他提出了多级火箭构造设想。这一富有创见的构想为研制克服地球引力的运载工具提供了依据。

齐奥尔科夫斯基还预言太阳的光能可以作为推动宇宙飞船的动力,并提出太阳帆的设想。

齐奥尔科夫斯基一生写下了730多篇论著,70岁以后,他还写了《进入宇宙空间的火箭》、《宇宙火箭推进的列车》、《航天员和火箭飞机加速升空》、《火箭燃烧》和《火箭的最大速度》等多部著作。1932年,前苏联政府授予他劳动红旗勋章。1935年9月19日,他在卡卢加逝世。

“地球是人类的摇篮,但人不能永远生活在摇篮里。他们不断地向外探寻着生存的空间:起初是小心翼翼地穿出大气层,然后就是征服整个太阳系。”这段被经常引用的名言就出自齐奥尔科夫斯基之口。虽然他的设想在当时的科技条件下无法成真,但却为火箭技术和星际航行奠定了基本的理论概念。他的这句名言也激励着人类为挣脱大地的束缚进行不懈的努力。

知识点密闭生态系统

生态系统最根本的属性是生物与非生物之间的能量转换和物质循环,即能量流和物质流。这两个“流”在生态系统中是封闭的运转,还是开放的流动,要看生态系统的范围来确定。在自然界,就物质循环而言,真正封闭的系统只有一个,就是生物圈。在面积5.1亿平方公里,上下34公里的范围内,从物质不灭的角度看,生物圈是封闭的。如水分的循环,通过降雨—蒸发和蒸腾—地表径流和地下径流,在大陆与海洋之间构成一个往返巨大的封闭循环。如矿物质营养元素、土壤等的搬运,不论途径长短,搬运量(流失)大小,但仍然是在生物圈内此消彼长,西流东积,物质是不灭的。

赫尔曼·奥伯特于1894年6月25日出生于特兰西瓦亚,该地当时属奥匈帝国,现在位于罗马尼亚境内。他在12岁的时候,就因凡尔纳的《从地球到月球》的影响而迷上了星际旅行。1913年他到慕尼黑学医,但第一次世界大战中断了他的学业。

从1919年开始,奥伯特认真钻研物理,他阅读了所有他能找到的关于火箭和宇宙航行的著作,其中包括齐奥尔科夫斯基的著作。

1922年,他把研究成果整理成文,作为申请博士学位的论文寄给了海德堡大学,但他的研究成果没有得到承认。

1923年,他发表了后来被称为宇宙航行学经典著作的《飞向行星际空间的火箭》,书中提出空间火箭点火的理论公式,用数学阐明火箭如何获得脱离地球引力的速度。

1925年,13岁的冯·布劳恩读了这本书,并通过当时著名的火箭研究者威利·勒的介绍,成为奥伯特的一名少年助手和学生。

1927年6月,德国一批业余火箭研究者成立“宇宙航行协会”,在罗马尼亚工作的奥伯特闻讯后来到德国,并被推举为该协会会长。

奥伯特在继续研究中对他的火箭理论进行了修改和充实。1929年又发表了第二部经典著作《实现太空飞行的道路》,他在书中预见到电推进火箭和离子火箭的发展。这本书使他获得第一届佩尔——希尔施奖。

除了对火箭进行理论研究外,奥伯特还亲自与同事一起研制火箭,并于1930年7月23日发射成功的一枚火箭,飞行高度达20千米。奥伯特和其他人在火箭研究和实践中的成就,引起了科学家对火箭问题的普遍重视。

奥伯特不仅勤奋好学,善于思考,而且虚心求教。在与齐奥尔科夫斯基的通信中,他实事求是地承认,齐奥尔科夫斯基等人在推导与宇航有关的方程方面,走在自己前面。当他从报纸上看到戈达德研究火箭的报道后,就热情地给他写信,并索要他的著作。

奥伯特虽然没有直接参与发展后来的A-4火箭发动机,也就是著名的V-2火箭设计,但A-4火箭却完全是以他的理论框架为基础的。第二次世界大战后,奥伯特留在德国,并回到他的家乡住了一段时间。1951年,他离开德国到美国与冯·布劳恩合作,共同为美国空间规划努力。这期间他写了两本书,一本是对十年内火箭发展的可能性作展望,另一本谈到了人类登月往返的可能性。1960年奥伯特退休后回到德国,大部分时间用来思考哲学问题,这也许是许多德国科学家的习惯。奥伯特于1989年12月去世,享年95岁。

奥伯特的主要贡献是理论上的,他建立了下列条件之间的理论关系:燃料消耗、燃气消耗速度、火箭速度、发射阶段重力作用、飞行延续时间和飞行距离等。这些关系对于火箭的设计是最基本的因素。他更多的是作为一个理论家,而不是一个实验家,影响了整整一代工程师。作为航天事业的奠基人之一,他受到的称赞是当之无愧的。

冯·布劳恩

1925年,在德国一个叫维尔西茨的小镇上,有一位13岁的少年用6支特大的烟火绑在他的滑板车上,然后,他点燃了导火线。烟火的爆炸声此起彼伏,滑板车像发疯似的飞了出去,这位少年也被重重地摔在地上。结果,巨大的爆炸声引来了警察,少年被带到了警察局,受到了一顿训斥。这位少年就是后来著名的科学家冯·布劳恩。

1912年3月23日,冯·布劳恩出生于德国维尔西茨一个贵族之家。他是使火箭技术由试验走向实用的关键性人物,主导了二战期间**德国的火箭研发和第二次世界大战以后美国的火箭研发,是V2和阿波罗登月(负责土星V火箭——人类有史以来推进力最大的火箭)两大项目的灵魂人物,被誉为20世纪最伟大的火箭专家。

1930年,冯·布劳恩进入柏林大学,成为奥伯特的学生。1932年,冯·布劳恩大学毕业,还获得了飞机驾驶执照,受聘为多恩伯格的主要助手。1934年,冯·布劳恩获得柏林大学物理学博士学位。1937年,冯·布劳恩在佩内明德大型火箭试验基地任技术部主任,领导了德国的“复仇使者”V-2火箭的研制工作。

第二次世界大战期间,曾给英国带来巨大灾难的武器——德国的V-2火箭,当时又叫“飞弹”。V-2工程起始于A系列火箭研究,由物理学博士冯·布劳恩主持,是1936年后在佩内明德新建火箭研究中心的重点项目。A系列火箭经过许多新的改进,性能大大提高,由**的宣传部长戈培尔命名为“复仇使者”,所以代号变为V-2。V-2工程开始于1940年,目标是扩大容积和承载重量,以容纳自控、导航系统和战斗部。1942年10月3日,V-2试验成功,年底定型投产。从投产到德国战败,**德国共制造了6000枚V-2,其中4300枚用于袭击英国和荷兰。

冯·布劳恩V-2是单级液体火箭,全长14米,重13吨,直径1.65米,最大射程320千米,射高96千米,弹头重1吨。V-2采用较先进的程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵执行。V-2在工程技术上实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭的发展起了承上启下的作用,成为航天发展史上一个重要的里程碑。

希特勒曾对火箭技术发生兴趣。在1939年希特勒参观发射试验台的时候,布劳恩被指定给元首讲述技术原理。布劳恩以他一贯的认真严谨态度为希特勒讲解火箭的基本构造,正如他后来为美国总统肯尼迪分析月球接轨方案优劣时一样的认真。但他很快发现,希特勒对他的介绍几乎是一耳进一耳出,只有提及V-2可能具有的军事用途时,元首的眼睛才闪闪发亮。布劳恩开始隐隐感到他航天梦的前途将是不平坦的。

1944年3月,冯·布劳恩被盖世太保抓进了监狱。记录在案的逮捕原因是:他和他的同事们一起声明,他们从来没有打算把火箭发展成为战争武器。他们在政府压力之下所从事的全部研制工作,目的只是为了赚钱去做他们的实验,证实他们的理论。他们的目的始终是宇宙旅行。因此布劳恩可能被判以叛国罪并被枪毙。最终由于朋友们的多方营救和叛国罪名理由不充分,布劳恩被释放了。

第二次世界大战以其不可逆转的局势向前推进着。美国在意识到V-2破坏性的同时,也深知它的价值,所以他们将韦纳·冯·布劳恩的名字列入战后需搜罗的科学家名单之中。而与此同时,冯·布劳恩正被党卫队监视着,他也在设法与美国人取得联系。他认为“把我们的‘婴儿’交给妥当的人,这是我们对人类应尽的责任”。当冯·布劳恩最终顺利到达美军营地的时候,美国士兵不敢相信这个30刚出头的年轻人,就是著名的V-2型火箭的主要发明者。

1945年德国投降,冯·布劳恩作为“头脑财富”来到美国。

1950年转到红石兵工厂研制弹道导弹。

1956年任陆军弹道导弹局发展处处长。在他的领导下先后研制成功“红石”、“丘比特”和“潘兴”导弹以及“丘比特”C火箭。

1958年1月31日,用他设计的“丘比特”C火箭(改名为“丘诺”1号火箭)成功发射了美国第一颗人造地球卫星“探险者”1号。

1958年10月,冯·布劳恩成为新建立的国家航空航天局的领导成员。

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