探索現代火箭的淵源
從古代人類翱翔天宇的夢想和嘗試到如今載人飛船和太空梭空間旅行的實現,歷史的車輪已經前進了幾千年。縱觀人類的飛天歷史,不難發現我們的祖先為今日飛天夢想的實現作出了卓越的貢獻。
據《三國志》記載,火箭一詞最早出現在魏明帝太和二年,魏國司空諸葛誕「臨高以發石車,火箭逆燒,破其攻具。」當時的火箭是將引火物綁在箭杆上射出去縱火,並非今天意義上的靠作用與反作用原理工作的火箭,因此實際上應該叫做縱火箭。到唐朝發明火藥以後,才陸續出現了利用火藥噴射推動的火箭。
完全依靠火藥噴射的反作用力前進的火箭最早出現在南宋。人們最開始只是利用火藥製成了地老鼠、走線流星、起火等煙花或娛樂玩具,隨後便發現利用火藥反作用力發射帶炸藥的火箭不但射得遠,而且殺傷力大。據歷史記載,公元1161年,南宋將領虞允文在著名的採石戰役中,使用霹靂炮打敗了金兵,這種霹靂炮就是利用火藥發射到敵軍中,然後引燃爆炸,殺傷敵軍,有點類似現代的火箭彈。
到了明代,古代火箭的技術發展得更為完備。明洪武年間,兵仗局製造了一種稱作火箭的兵器,曾用於1399年燕王朱棣爭奪皇位的「靖難」戰爭;而明代的另一種武器「神火飛鴉」則是利用火箭推進的爆炸性火器,它是用竹蔑編成的小簍,外形如烏鴉,內裝火藥,烏鴉的下面裝四隻起飛用的火箭,背上鑽有安裝引信的孔,並將引信連在火箭上。此外還有諸如「火龍出水」、「長蛇破敵箭」等,明人茅元儀所編著的《武備志》中詳細記載了當時各種火箭的功用和原理圖,其中包括抗倭名將戚繼光所使用的飛刀箭、飛槍箭等。所有的這些成就與探索中最值得一提的是明朝初年,有一位名叫萬戶(也叫萬虎)的人,曾讓人將47隻火箭和自己一起綁在椅子上,兩手各拿一隻大風箏,試圖藉助火箭的推力和風箏的升力飛行,雖然試驗以失敗而告終,但他可以稱得上是人類航天史上第一個用火箭作動力飛行的人。為表彰這位先驅者的勇敢探索,國際天文聯合會將月球上一環形山命名為「萬戶」山。
13世紀時,一代天驕成吉思汗崛起,蒙古人的鐵蹄硬弓橫掃歐亞兩洲,黑色火藥的秘方也隨著元軍的西徵和貿易往來經由印度和阿拉伯國家傳入了歐洲,並得到了廣泛的應用和迅猛的發展,把中國古老的火箭技術提高到了一個新的水平。在歐洲眾多的火箭先驅者中,英國的威廉.康格裡夫(WilliamCongreve1772-1828)較為著名,康格裡夫1793年畢業於劍橋大學,是學文的,由於受其父經管英國皇家兵工廠的影響,他對兵工機械懷有濃厚興趣,因此後來棄文習武,進入這家兵工廠,在英國士兵從印度帶回的火箭資料的基礎上,開始研究改進火箭的速度和射程。經過幾年的探索,1805年,康格裡夫採用新型火藥製造出了一種實用的火箭,重14.5千克,箭長1.06米,直徑0.1米,並且裝了一根4.6米長的平衡杆,射程可達1800米。這種火箭在英國擊敗拿破崙軍隊的戰爭中建立了卓著的戰功。由於康格裡夫在火箭方面作出的貢獻,英國政府於1814年授予他爵位榮譽,並在1817年被選為議會議員。然而,康格裡夫火箭還未能解決制導和控制問題,精度較差。1844年,英國的威廉•霍爾發明了一種自旋穩定器,並用來對康格裡夫火箭進行改進。雖然與現代火箭相比,所有的這些火箭都十分簡陋,應用也不廣泛,但它們的出現卻為現代火箭的誕生奏響了序曲。
說到現代火箭,就不能不提到俄國科學家康斯坦丁.齊奧爾科夫斯基,被舉世公認的真正開拓宇宙航行理論的先驅者。正是他奠定了火箭在太空中飛行的理論基礎,提出了利用火箭進行星際航行和發射人造地球衛星的可能性,並且建立了火箭結構特點與飛行速度之間的關係式,即著名的齊奧爾科夫斯基公式。他關於宇宙航行的思想有一段十分精闢的名言:「地球是人類的搖籃,但是人不能永遠生活在搖籃裡。」齊奧爾科夫斯基出生在1857年。齊奧爾科夫斯基把他的全部業餘時間放在了宇宙航行理論的研究上。他發表過一篇題為《外層空間》的論文,首次提出宇宙飛船利用噴氣運動的原理,並且畫出了第一張設想的宇宙飛船工作圖。1898年,齊奧爾科夫斯基完成了他的有關火箭研究的劃時代巨著《利用噴氣工具研究宇宙空間》。這部著作的問世標誌著火箭飛行技術的真正開端,為後來火箭技術的發展奠定了堅實的理論基礎。雖然齊奧爾科夫斯基一生中並沒有親手設計出實用的火箭,但他的許多研究成果卻大大加快了人類飛向太空的歷程。鑑於他的傑出貢獻,齊奧爾科夫斯基被後人譽為蘇聯「航天之父」。
1903年蘇俄液體火箭的始祖希考夫斯基(KonstantionE.Ziolkovsky)發表了《宇宙火箭》一書,為最早的闡述關於液體火箭製造的書籍。但他只是一位理論家,而最早研究液體火箭的則是美國人哥達德博士。
世界第一枚火箭是以液氧和汽油作推進劑,於1926年3月16日在麻省奧邦城發射;雖然只飛了四十一英呎高,卻是人類開始二十三萬八千裡月球飛行之首步。在哥氏研究的同時,德、奧、法人也紛紛對火箭進行研究,二次大戰期間,德國設計的V-2火箭,其中有若干機械原理是取自於哥氏火箭。哥氏於1926年後又於1932年發射其改進型火箭,火箭上升到2000英尺。
雖然俄國和美國的火箭技術起步最早,然而,世界上第一枚實用火箭的誕生地既不是俄國,也不是美國,而是德國。在哥達德致力於液體火箭研究的同時,羅馬尼亞出生的德國科學家赫爾曼•奧伯特(HermannObert)在火箭研究領域也取得突破性進展。歐洲火箭之父奧伯特是當時唯一可以與哥氏相比擬的專家。他在1923年發表《星空火箭》一書,1925年又發表《星空航行之路》,更為重要的是在他的影響下德國掀起了一股火箭熱,而且奧伯特還把一批熱心於火箭和宇航研究的年輕人吸引在自己周圍,建立了世界上第一個日爾曼太空旅行學會組織,這是劃時代的太空航空工程人才大聚會。在這個協會中出了許多年輕的火箭專家,其中最為著名的是馮•布勞恩,這位當年18歲的年青人後來成為了直接負責第一次將人類送上月球的火箭工程師。
1932年,年僅20歲的馮•布勞恩受聘於德國陸軍軍械部,隨後他便邀請了裡德爾、魯道夫等一批火箭專家組織起庫麥斯多夫液體火箭小組,開始實施一個在庫麥斯多夫試驗場研製A系列火箭的計劃。在不到兩年的時間,1934年,馮•布勞恩主持研製的兩枚A-2火箭便在波爾庫姆島試驗成功。1937年,他所領導的火箭小組轉到了佩內明德基地,並且先後研製出了A-3、A-4和A-5火箭。然而,由於戰爭的需要,德國政府下令將A-4火箭改裝成為戰爭工具,這便是著名的V-2飛彈——人類歷史上的第一枚飛彈。二戰以後,航天科技得到了迅猛的發展,至此人類進入太空的日子已經不遠了。V-2飛彈就是現代火箭的雛形。
(責任編輯:劉婭楠)