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世界航天史上的三位航天(da)先(lao)驱

2020-02-15 05:00航天世界 人已围观

简介航天世界距离上一颗北斗卫星发射成功仅仅不到20天时间,今天上午(7月29日)9点48分,长征三号乙/远征一号运载火箭再次于西昌卫星发射中心成功执行一箭双星任务,将北斗卫星导航系统的第...

  距离上一颗北斗卫星发射成功仅仅不到20天时间,今天上午(7月29日)9点48分,长征三号乙/远征一号运载火箭再次于西昌卫星发射中心成功执行一箭双星任务,将北斗卫星导航系统的第33、34颗卫星发射升空,随后,火箭上面级成功与双星分离,将其送入预定轨道。

  火箭是实现航天飞行的运载工具,早在公元1000年前,宋朝唐福献应用火箭原理制成了战争武器,13世纪传到外国。中国古代火箭的发展、16世纪以来科学技术的进步、近代工业化运动的兴起使人类得以从幻想转向科学探索。19世纪末20年代初,在一些工业比较发达的国家出现了一批航天先驱。

  19世纪后期俄国的齐奥尔科夫斯基最早从理论上证明了用多级火箭可以克服地球引力而进入太空。

  康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基,后来被称为“宇航天文学之父”,这个奠基人是名双耳失聪的退休中学教师。

  虽然齐奥尔科夫斯基因患病导致耳聋,从小就失去了上学机会,但也塑造了他喜欢幻想,勤于思考的特质。通过勤勉自学,他在掌握了很多数学和物理方面的知识外,还因为科幻小说对飞行和太空旅行痴迷,用他自己的话来说就是“脑子里充满幻想和各种计划”。

  21岁时,齐奥尔科夫斯基考取了一份县城中学的教师职位,解决了生计问题的他开始把幻想和计划付诸实施。在租住的房子里,他建立了自己的空气动力学实验室。邻居发现这个沉默寡言的老师经常在大风天披着床单迎着风猛跑,于是给他贴上了“怪人”和“精神病”的标签。

  1883年,齐奥尔科夫斯基首次提出利用反作用力来推进宇宙飞船的方案。1893年,他撰写的以太空旅行为题材的科幻小说陆续发表。1897年,他推导出了著名的火箭运动公式:燃料烧尽后的火箭质量越大,火箭的性能越好;发动机排出的气体速度越快,火箭的飞行速度越快,后人称此为齐奥尔科夫斯基公式。

  1903~1914年,齐奥尔科夫斯基发表了3篇相同名字的论文《利用喷气工具研究宇宙空间》,系统阐述了火箭与星际航行的理论知识。

  随后,齐奥尔科夫斯基用大脑以及纸笔建立起来的航天运输理论体系虽然受到了门捷列夫等大师的赞赏,但却遭到了当时沙俄主流科学界的嘲讽和打压。

  十月革命成功后,新生的苏联十分重视地外天体领域研究,齐奥尔科夫斯基被评为杰出科学家,成为苏联科学院院士,他的理论研究成果和太空旅行小说被大量出版,并在全国范围内掀起了“太空旅行热”。

  1924年,苏联宇航学会成立,齐奥尔科夫斯基成为教授,负责培养苏联第一代航天工程人才,后来的“苏联航天之父”科罗廖夫就是他的学生。1927年,苏联举办了“星际飞行器和机械装置展览”,展出了大量火箭模型和草图以及根据科幻小说设计的宇宙飞船方案,还展出了齐奥尔科夫斯基的《地球之外》《月亮之上》等科幻小说。

  1935年,齐奥尔科夫斯基逝世后,苏联掀起了全民学习航天风潮,大批青少年立志投身航天,也培养出了苏联第一代航天人才。苏联科学家在短短十几年间就研制出了国内首台火箭发动机,在诸多航天领域形成了理论成果。

  1923年,德国的赫尔曼·奥伯特出版了《飞往星际空间的火箭》一书,论述了火箭飞行的数学理论,并提出许多关于火箭结构和飞行的新观念。

  奥伯特出生于正处于战争中心的欧洲,战争中日新月异的技术发展,让奥伯特认识到太空飞行运载工具的研制已经不再遥不可及,而火箭正是实现太空飞行的最佳工具。因此,奥伯特开始全身心地投入到火箭理论研究中。

  1922年,奥伯特在海德堡大学的毕业论文中首次推演出了火箭燃料消耗、燃气喷射速度、飞行距离和工作时间之间的关系,为后续液体火箭研制奠定了理论基础。

  随后,奥伯特发表的《飞往星际空间的火箭》让他在欧洲声名鹊起,也让越来越多的年轻人成为了火箭“发烧友”,并进入火箭研制的工程领域。

  1927年,宇宙航行协会在德国成立,奥伯特在次年成为协会主席,大批火箭理论的追随者陆续加入到该协会中,会员人数很快就超过了1000人。

  协会有了,没有充裕的资金来源,同样困扰着奥伯特。为争取研究经费,奥伯特受邀担任科幻电影《月亮姑娘》的技术顾问,并承诺为剧组制作1枚真的火箭用于拍摄。虽然最后真火箭并没有出现在电影中,但影片中呈现出火箭发射前的“5、4、3、2、1、点火!”情节却给影迷们留下了深刻的印象。

  火箭发射倒计时的方式如此别致又贴切,随即被航天业内和大众广泛接受,并在日后成功应用于火箭发射流程中,沿用至今。

  《月亮姑娘》在1929年上映后取得了很大成功,观众中的很多青年学生受到鼓舞,追随奥伯特加入了宇航协会,其中不乏布劳恩、内贝尔、里德尔等后来德国火箭研制团队的核心成员。

  1931年,在奥伯特主持下,宇航协会成功发射了1枚使用汽油作为燃料的火箭,其飞行高度达91米,飞行距离200米,开创了欧洲航天历史的新篇章。

  纳粹德国时期,希特勒对火箭的军事化应用极为看重,依靠雄厚的工业基础和大批杰出的火箭专业人才,加上纳粹德国不计成本的资金投入,1942年10月奥伯特参与研制的人类历史上第一枚实用化液体火箭首飞成功。其飞行速度达到2公里/秒,飞行距离为190公里,这就是后来著名V-2弹道导弹的前身。

  第二次世界大战后,奥伯特被美军释放,在欧洲继续从事研究火箭技术。上世纪50年代,奥伯特移民美国后,再次与布劳恩合作为美国研制大推力液体火箭。

  20世纪初,美国的戈达德博士把航天理论与火箭技术相结合。他在1919年出版的《到达极大高度的方法》论文中提出了火箭飞行的数学原理,指出火箭必须具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他认为只有液体火箭才能提供航天所需的能量,因此从1921年开始研制液体火箭。

  1926年3月16日,天色晴好,44岁的美国克拉克大学教授——罗伯特·戈达德踩着满地的积雪再一次围着自己的火箭发射装置仔细地检查了一遍,又整理了一下大衣的领子和帽子,朝不远处的妻子兼助手契斯克挥了挥手,比划了一个OK的手势。契斯克把她的丈夫和他那叫作火箭的机器一同收入相机镜头框内,按下了快门,人类航天史上的重要一刻,就这样被定格。

  戈达德研制的火箭与现在常见的火箭长得一点都不像,总长3米,最顶端是个半米多长,小臂粗细的火箭发动机,最下端是汽油和液氧燃料罐,燃料罐通过增压装置用两根长长的管道与火箭发动机相连接,远远看去就像一片柳叶的轮廓。

  当天下午2点03分,在一串短促的噼啪声后,低沉的轰鸣声传来,火箭离开简易支架飞上了天空。

  没有电视直播,没有壮观的发射场,也没有躁动的大批观众,人类历史上第一枚液体燃料火箭就这样从戈达德姑妈的农场里发射成功,见证者只有戈达德夫妇和一台照相机。

  这枚火箭飞行了两秒多,飞行距离50多米,飞行高度12米,当资助戈达德搞研究的史密森学会会长艾伯特拿到这份成绩单时,不由自主地苦笑“当初给这个痨病鬼5000美元真是太荒唐了”。

  戈达德从小身体就很差,经常缺课,还因此留级,数学是他最讨厌的课程,太空旅行的科幻小说和不着边的幻想是小戈达德最好的伙伴。

  1912年,留校任教的戈达德首次在实验室里证明了火箭可以在线年,他在论文《到达极高空的方法》中详细表述了多级液体火箭的原理以及登月的可行性。

  当时美国科学界和民众认为,离开地球去太空旅行是天方夜谭,戈达德的论文一经发表就被媒体认为是痴人说梦话,《纽约时报》甚至专门刊文对戈达德的理论逐条批驳,讽刺他是“月球人”。

  面对周围人的偏见和媒体嘲讽,戈达德顶着肺病独自研制液体火箭,他要用线年,他成功完成了人类历史上第一次液体火箭的地面试验,经济上的拮据让他只能借用姑妈的农场来做发射场。

  1929年底,第一个驾驶飞机横跨大西洋的传奇飞行员查尔斯·林白造访了戈达德的办公室。两人一见如故,林白为戈达德的火箭飞行梦想深深折服,并为戈达德从古根海姆基金会争取到了充足的资金。

  在挚友的经济支持下,戈达德设计制造了陀螺仪、燃料泵、导流片等对火箭飞行极其重要的设备。到1935年,戈达德的火箭已经发展出了4个系列,不仅飞行速度超过了声速,而且还可以搭载多种测试设备。

  不过,戈达德的火箭研究成果仍然不被美国科学界和军方所重视,当1945年美国准备学习德国发展火箭技术时,才想起了这个“火箭狂人”,但戈达德此时已经离世了。

  1959年,美国第一颗人造卫星发射成功,受邀参加的林白动情地说道:“1929年,戈达德在我面前展现了一幅多级火箭发展前景的宏伟蓝图。30年后的今天,我在卡纳维拉尔角的空军基地亲眼看到了一枚巨大的多级火箭腾空而起的动人场景,我真的不知道,是那时的他在做梦,还是现在的我在做梦。”

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