开启宇宙的大门
- 来源:微型计算机Geek
- 关键字:开启,宇宙,大门
- 发布时间:2011-01-30 10:51
火箭开道的历史
第二次世界大战是虽然是人类几千年历史中最为黑暗的一段时光，但是却不能否认它对科技发展所作出的巨大促进作用，特别是承载人类探索太空梦想的交通工具—火箭。
1903年美国莱特兄弟设计制造的飞机进行了成功的飞行，实现了人类像鸟儿一样在空中翱翔的梦想，但是他们不满足于此，把眼光放向了更遥远的宇宙空间。毕竟飞更高更远才是人类的终极目标，不然的话也不会将这个口号长期挂在嘴边。不过，天不是你想飞就能飞的，地球的大气层之内的飞行和大气层之外的飞行有一个明显区别，那就是空气。无论是螺旋桨还是喷气式发动机，在没有空气的外层空间它们都起不到推动作用，也就是说空气动力瞬间就被石化了。为了能够飞出去，也不知道是那位兄弟发现了火箭比当时的飞机还飞得高，而且工作原理也很简单易懂。火箭是以热气流高速向后喷出，利用产生的反作用力向前运动的喷气推进装置。而且它自身携带燃烧剂与氧化剂，不依赖空气中的氧助燃，是既可以在大气中，又可在外层空间飞行的理想地外探索飞行器。
17年后的1 9 2 0年，高达德出版了《AMethod Of Reaching Extreme Altitudes》，这是一本认真讨论如何使用火箭在太空旅行的著作，一出版就引起了全世界的注意。不过还是有一部分人认为高达德在书中所述纯属无稽之谈，更别提使用火箭可以到达月球的构想，《纽约时报》的评论甚至指控高达德欺骗世人。
又过了3年，赫尔曼·奥伯特发表了一部只有薄薄92页的小册子—《飞往星际空间的火箭》，册子中内容对早期火箭技术的发展和航天先驱者有巨大的影响。奥伯特12岁时就因看了科幻之父凡尔纳的《从地球到月球》而迷上了星际旅行，一战后他被征召入奥匈帝国军队，开始了宇宙航行的基础理论研究。重回德国后，虽然他的论文被海德堡大学认为不切合实际，但依然没有影响他对宇宙旅行研究的兴趣。当时有一部电影《月宫女郎》需要一架火箭，为此导演找到奥伯特，希望他能制作一个。虽然这个作品最终没有完成，但它却激发起这个天才人物的想像力。不久之后，以奥伯特为首的一批德国科学家与工程师成立了—德国宇宙航行协会，正式开始研究液态火箭推进器。
当然，世界上并不止奥伯特他们一帮人在研究，其他国家的火箭爱好者也没有闲着。1926年美国人罗伯特·高达在奥本镇发射了自己研发的第一枚液态燃料火箭。随后苏联人在1931年至1937年在列宁格勒的气体动力实验室，研制了100枚实验性的火箭，而且取得了相当不错的成绩。后来由于政府缺钱用，只好下黑手将这个实验室给关闭了，这也使得苏联错失了引领世界航天史的大好机会。
后来进入纳粹统治时期的德国，为了能够更快更省事地占领英国甚至攻击其他越洋目标，开始了著名的V2火箭计划。V2计划的第一代火箭A-1重150公斤、直径0.3米、长1.4米，采用酒精与液态氧作为推进剂，但推力太小不能满足远程发射到英国的设计要求。虽然A-1火箭试验以失败告终，但这没有阻碍德国人对远程武器的继续探索。不到1年时间，安装了陀螺仪并以液态氧及乙醇为动力的A2火箭就升空了，最远射程达到了3.5公里。与此同时，德国空军开始了无人驾驶飞行器的研发，代号FZG-78。1942年FI-103现在还保存着的V2火箭
苏联早期改装的喷气式火车
研发成功后，纳粹的宣传部长戈培尔亲自将此种新式武器命名为“V1火箭”。V是德文Vergeltungswaffe waffe（复仇武器）的意思。意味着德国要利用这种新兵器为第一次世界大战的失败雪耻，向战胜国复仇。由于A-2火箭得到了满意的成果，德军近一步着手研究第二代的A-3与A-4火箭。A-4在1942年正式研发成功，后被正式命名“V2火箭”。V2火箭这种液态燃料动力新武器的最高飞行高度已经达到176公里，载重达到1吨。如果以通常的100km高度作为进入太空的开始，V2火箭已经可以进入太空。从1944年6月到1945年3月的短短十个月间，德军发射了具有攻击性的15000枚V1导弹与3000枚V2导弹，共造成英国31000人丧生。V2火箭虽然被德国人作为武器使用，但是它所采用的技术对人类太空探索的发展起到巨大的推动作用。
第二次世界大战在广岛长崎两颗原子弹的轰炸后彻底结束，原子弹给人们留下不可治愈的创伤，同样作为战略武器的V2火箭却有了新的使命。美、苏双方围绕着V2火箭技术展开了一场激烈的争夺战。这个时候，美国人的小聪明就帮了它们大忙。美军动用了300节火车车厢和13艘轮船，组成了一个临时突击队在10天之内将德军遗留的近百枚的V2火箭以及相关的一切设备和半成品抢运一空，只给苏军留下一座空荡荡的工厂。
更重要的是依靠强大的情报部门，美国说服了德国军方火箭计划负责人瓦尔德·多恩伯格中将和开发团队核心冯·布劳恩博士连同相关的126位研究团队成员前往美国德州的福特布里斯的火箭研究中心以及新墨西哥新建的白沙导弹试验场继续V2火箭的研究。自此美国火箭工业和太空发展扶摇直上，这也为之后几十年的美苏太空争霸埋下了伏笔。后来苏联也为这次被老美的算计付出了不小的代价，特别是在一些关键性的探索上。
迈向宇宙第一步
二战的结束缔造了两个众所周知的超级大国—苏联和美国。美国继承并发扬了德国的技术，将V2火箭发射到数百公里的高空用来观测太阳的紫外线，这也是V2火箭第一次正式应用在太空研究领域中。这时的美国已经开始了用火箭作为载人飞行器的实验，第一批实验旅行者是当年为遗传学做出巨大贡献的果蝇，之后美国也尝试过在火箭上搭载猴子一类的小动物，他们的共同点是都没有活着回到地表。
冷战爆发后，在各个领域都要和美国一较高下的苏联同样没有放慢太空探索的步伐，世界上第一颗真正意义上的洲际弹道导弹R-7正是由苏联研发的。R-7为单级液体燃料单弹头导弹，由于燃料加注等问题它并没有实际的战斗能力。因为设计时未被告知携带弹头的重量，R-7型导弹造得推力极强，甚至“远强于当时美国拥有的所有导弹”。谁想R-7导弹推力和载荷能力的严重不匹配，却促使它成为发射物体进入太空的完美载体。这也算是错有错招，苏联这次完全是撞上大运了。
1957年10月4日是人类科学史上值得大书特书的一天。在著名的拜科努尔航天中心，第一颗由苏联制造的人造卫星—斯普特尼克1号。在R-7火箭的搭载下以每小时29000千米的速度穿越大气层并脱离地球引力，成功进入轨道成为了地球的第二颗卫星—只不过它是人造的。
巨大的R-7火箭
斯普特尼克1号的问世经过极具戏剧性，这也体现了苏联人当时有多混乱。1954年前苏联的火箭设计师谢尔盖·科罗廖夫向日后担任苏联国防部部长的乌斯季诺夫提出要发展人造卫星计划，他认为发展人造地球卫星是实现全球快速通讯的唯一途径。这一计划获得了苏联最高层苏维埃的支持，当时主导R-7火箭研制工作的国家委员会决定将以三节捆绑式R-7火箭来发射斯普特尼克1号。
1956年7月，所有有关“斯普特尼克”的大纲拟定及科学技术的准备工作都筹划完成。计划目标确立为：测量大气层的密度和离子物质结构，获取太阳辐射、地球磁场和宇宙射线的第一手资料；为发展更长远的人造卫星计划做准备，建立全备卫星的地面观测系统。为了观察卫星轨道和发送控制指令，预计将在地面建造了15座观测站。然而这样详尽繁复的设计，一来因为时间紧迫，二来苏联当时的科技水平并不能达到要求，诸如装配时各组件之间无法契合之类的问题不断。1956年底，问题的严重性超乎已经远远超出预期，只有将发射延期一条路。苏联在不得已的情况下决定延后至到1958年4月发射，即之后的斯普特尼克3号。与此同时，美国时任总统艾森豪威尔通过白宫新闻秘书发布了美国也将于1957年发射第一颗人造卫星的消息。为了抢在美国之前发射人造卫星制造轰动全世界的效果，苏联准备将第一颗卫星在1957年7月的国际地球观测年开始前发射，这样只能将斯普特尼克1号的设计大幅简化。最终确定的方案简单、轻型（仅86.3千克）、易于操作并只携带一台简陋的无线电发送器。这台M I N I卫星的发射期起初定于1957年10月6日，但科罗廖夫认为美国可能已经窃取到己方的卫星发射的日期，会在1957年10月5日抢先发射一颗卫星。为了让自己实现全球No.1的目标，他们决定在1957年10月4日进行发射。然而事实证明苏联人的担心完全是多余的，隔年的一月，美国人才从容地发射了自己计划中的第一颗人造卫星探险者1号。经过这件事后，苏联人就更恨美国人了，不过苏联贪大贪全的臭毛病真是让人汗颜。
作为人类第一颗人造地球卫星，“斯普特尼克1号”的构造其实并不复杂。简单点说，它就是一个直径61厘米、重83公斤的金属球状物，内含两个雷达发射器和4条天线，还有多个气压和气温调节器。它的用途就是通过向地球发出信号来提示太空中的气压和温度变化。不过如此简单的一个金属球却震撼了整个西方，还引发了一连串斯普特尼克效应，甚至引起了华尔街的股市的巨烈波动。看来放卫星的威力真不得了，难怪不得中国某些同志那么喜欢放“卫星”。
斯普特尼克1号在地球轨道上以20.005-40.002兆赫的频率向地球发送了3个星期的无线电波信号，之后又在轨道中度过3个多月、围绕地球转了1400多圈、6000万千米后终于完成了自己的使命，坠入大气层燃烧消失。为了纪念这个太空时代的先驱，斯普特尼克1号有过多个复制品在世界各地的航天博物馆展出，其中一个由法国和俄罗斯的年轻人建造并于1997年在和平号太空站发射。时至今日，地球轨道上已经拥挤着超过800颗的功能各异的人造卫星，但所有的航天人都铭记着五十多年前这个金属球破空而出开启太空新纪元。
P．S
谁是第一颗人造地球卫星
这个问题，时至今日依然有一些人持怀疑的态度。美国的核物理学家鲍勃·布芬恩认为美国人要比苏联人早几周进入外层空间。1957年夏天，美国在内华达的沙漠里进行了一次地下核试验，在约150米深的井底爆炸了一颗核弹。布芬恩当时是这项代号为“帕－B”核试验的负责人，据他说这颗核弹的威力并不大。但是核弹引爆后，那块厚约10厘米、重达几百公斤的钢板井盖失踪了。对准井口的高速摄影机捕捉到某物体以极快的速度升入空中的镜头，后证实这个如同炮弹一样飞出去的不明物体正是钢板井盖。根据计算，井盖的速度是宇宙速度11.2千米/秒的3倍，足以脱离地球和太阳的引力进入太空。而反对者认为，任何物体想以3倍于宇宙速度的速度冲出大气层，必然要经历于空气摩擦产生的高温、最终融化殆尽，不可能顺利进入太空。再说了，井盖根本就算不上卫星，只能算是一块半溶化的金属，充其量是个UFO。
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