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第8章 世界航天人物(2)

但是,戈达德在教学之余,仍然钟情于他未完的火箭研制工作。他不灰心丧气,以顽强的毅力探求新的技术途径和新的技术方案,完善他的火箭设计思想。后来他又在林白的帮助下,继续得到古根海姆基金会的资助,于1934年9月13日同他的一些助手回到罗斯韦尔,专心致志地推进他的火箭实验工作。从1935年到1941年的6年时间里,戈达德研制出了4种系列液体火箭。其中A系列火箭采用陀螺控制燃气舱和降落伞回收方案,进行14次飞行试验,7次获得成功;K系列火箭采用新的燃烧室,在试验台上10次试车,很少发生变形或事故,取得令人满意的试验结果;L系列火箭分3组共进行21次静态试验和15次飞行试验,验证了发动机的性能和降落伞回收系统;P系列火箭改进了燃料泵,推力达到3.9千牛,成功地发射两次,这种火箭长,6.7米,直径45.7厘米,飞行速度24千米每小时,最高飞行高度914米。

在第二次世界大战开始后,戈达德的火箭实验受到冲击和影响。美国军方要求戈达德放弃液体火箭的研究,而希望很快得到固体燃料的火箭武器。这有悖于戈达德已经确立的研究方向,他不愿再回到第一次大战时期曾经研究过的固体燃料火箭,因此他的研究几乎无立锥之地。1942年他仅为海军和陆军研制了一种使用液体燃料的喷气式助推火箭,1943年又为海军改进一种小型火箭发动机。美国工业界逐步认识到这位从荒漠中走出来的“月球火箭人”的才能和价值,遂聘请他为研制火箭出力献策。特别是后来人们弄清了德国V—2火箭结构的细节后,才感到它同戈达德实验室的火箭多么相似,简直如出一辙,不禁十分惊讶。但遗憾的是,戈达德未能看到他毕生追求的那种达到极大高度的火箭从试验场上空升起,于1945年8月10日被喉癌夺去了生命。

戈达德一生获得了218项专利,几乎涉及液体火箭技术的各个主要领域,开创了液体火箭研制的先河,被誉为美国“火箭之父”。1959午,著名火箭专家布劳恩在戈达德的纪念会上致词说:“戈达德是少年英雄仰慕的对象,我在幼年时代就崇拜他对科学的贡献,他的先驱火箭研究工作极为重要。他和其他科学家一样,历尽艰辛困难,甘冒危险从事火箭研究和试验,以非凡的能力不屈不挠地验证他的理论,使火箭变为现实。”这个评价概括了戈达德一生的卓越贡献。

赫·奥伯特

赫尔曼·奥伯特1894年出生在奥地利,其出生地后来划归罗马尼亚。1940年他加入德国籍,曾参与“V—2”导弹研究。他从小对交通工具特别感兴趣,渴望着利用它们旅行得更快、更远、更好。为此,他制定了设计奇异的火车、飞机和宇宙飞船的计划,也因而如饥似渴地阅读这方面的书籍和小说。11岁那年,母亲将儒勒·凡尔纳的著名小说《从地球到月球》和《月球旅行》作为礼物送给他。他一连读了五六遍,几乎把全部内容都印在了脑海里。虽然他对书中的故事怀有极大的兴趣,但对登月的方法并不盲从。12岁时,他认识到,不能像凡尔纳设想的那样,让旅行者坐在用炮弹做成的座舱里,用巨大的大炮发送上月球,因为即使在技术上能够制成这种大炮,但在发射时,炮弹飞行的巨大加速度,也会使炮弹里的旅行者被压得粉身碎骨。他倒是对凡尔纳设想的用来改变宇宙飞船方向和减低飞船着陆速度的火箭感兴趣。这使他逐渐认识到反作用推进提供了惟一一种实现太空飞行的方式,巨大的火箭将在未来用于宇宙航行。

1923年,奥伯特成为数学教授,但他把全部业余时间用在宇宙航行的研究上。为此,他广泛收集资料,结交朋友,寻觅志同道合者。当他在报纸上看到美国的戈达德教授研究火箭的报道后,就热情地给戈达德写信说:“我已经多年从事研究如何用火箭飞出地球的问题。当我正要发表我的实验和计算结果时,从报纸上得知,我在这方面的探索不是孤立的,而您,亲爱的先生,在这方面已做了很重要的工作。虽然我作了不少努力,仍未能得到您在这方面的著作。因此,可否请您赐寄几册。”

1922年,他把自己的研究成果整理成文,作为申请博士学位的论文寄给了海德堡大学。但是,他的研究成果没有得到承认。他很想再写一篇论文,以获得博士学位。但他又一想,没有博士学位这个头衔也没关系,事实将证明我能够成为比某些人更伟大的科学家。

奥伯特在他的自传中这样说过:“一般认为,骆驼能够在它们渴了的时候发现新的水源。也许某种可以类比的东西在我身上发生了”。确实是这样,奥伯特不仅在儿童时代就断定,反作用推进的火箭,提供了惟一实现太空飞行的方式,巨大的火箭一定会用于未来的宇宙飞船,而且,在他的著作中,还提出了空间火箭点火的理论公式;用数学阐明了火箭如何获得脱离地球引力的速度;预见到电推进火箭和离子火箭的发展。在实践方面,他不仅研制了固体火箭,而且还研制了液体火箭;不仅研究了火箭,还研究了火箭推进剂;在武器方面,他是研制防空火箭的第一个人;参与过研制多种火箭。

奥伯特在火箭理论研究和实践中的成就,使他被公认为现代航天学的奠基人之一,被誉为德国的火箭之父。

贝尔特利

贝尔特利于1881年11月8日诞生在巴黎。他的父亲是一位纺织机械制造商,他在童年时期对各种机械产生了浓厚兴趣,激发了自己的创造能力。在他13岁时,父亲买给他一台玩具火车。他自己设计了一套完整的电路,并动手把电池、灯泡、开关和电线装配起来,接通信号后玩具火车就可开动起来。贝尔特利从摆弄玩具中获得创造发明的知识和灵感。1898年他17岁时,在家里布置了一个实验室,研究无线电极,使用购置和自制的元器件,动手装配成许多简单的实验设备,培养了他的创造能力。

1902年,贝尔特利安装的一种敏感性很高的电子延时器获得了他的第一项发明专利。这一年他大学毕业,之后完全投入到丰富多彩的科学研究和技术发明活动中。他研究发明的领域涉及冶金、电子、磁学、液压、热力学等,一生获得了200多项发明专利,在诸多科学技术部门做出了令人赞叹的成绩。

后来,贝尔特利把兴趣转到航空学领域。1904年5月,他仿制了莱特兄弟的滑翔机,但由于没有理解莱特滑翔机的机翼翘曲技术,试验时并不理想。经过仔细琢磨,他认为莱特滑翔机以固有不稳定性和采用机翼翼尖翘曲方式达到稳定和操纵目的的方法不仅危险,而且也不能取得良好的效果。于是他在同年10月改进并制造了他的第二架滑翔机,最引人注目的特点是首次为滑翔机加装了副翼。他用这架滑翔机进行了大量试验,包括在汽车上进行飞机部件试验、翼型试验、滑翔牵引试验以及飞行试验。1905年1月,贝尔特利对这架滑翔机的试验结果在法国航空俱乐部作了一次讲演,赢得普遍好评,使许多航空爱好者受到教益。后来设计的飞机上安装副翼都可以追溯到他的首创成果。

贝尔特利的航空研究取得许多突出成就,如研制了一种性能优异的气冷式航空发动机,其独特设计思想为后来的许多发动机设计师所采用;设计了技术上颇具特色的动力飞机,它有单翼结构布局、封闭式座舱、复式操纵系统、单杆全向操纵柄、副翼结构等创新设计。1909年,贝尔特利驾驶自己设计的BEP—2比斯飞机进行了一次出色的飞行,航程达到8千米。此后,他转到航天学研究领域。

1912年2月和11月,贝尔特利就研究航天学的初步成果,分别在彼得堡和巴黎物理学会发表演讲,后来写成《关于无限减轻发动机重量的可能性结果的思考》论文。他在演讲和论文中提到:“无数权威人士认为,人从一个行星到另一个行星的旅行完全是一种幻想。他们没有经过认真思考和研究就认为这种幻想是不可能实现的,因此几乎没有人试图研究实现这种幻想的物理学条件。星际间没有空气,因此飞机不能在星际间飞行,但现有的科学知识告诉我们,有一种发动机不需要空气支持它的飞行,这种发动机就是火箭。”他是最早指出利用火箭实现星际航行的理论开拓者之一。这篇论文被认为是航天理论的开山之作,有着奠基性的意义。

贝尔特利在这篇论文中定性地描述了火箭的工作和飞行原理。他写道:“常有人认为,火箭是通过喷气作用于空气使之产生反作用而产生推力的。这种思想的前半段是正确的,而后半段是错误的。火箭在真空中能够像在空气中一样正常工作,甚至工作得更好。举一个简单的例子,把机枪装在汽车上,每开一枪,汽车和机枪组成的系统都要向后移动。按照已经建立起来的力学原理,子弹的动量和汽车、机枪的动量大小相等,方向相反。火箭也基于动量守恒原理,其中喷射气体类似子弹,只不过它是连续的。”他根据动量守恒定律和能量守恒定律还推导出了火箭在真空中运动的方程式,求出火箭逃逸地球的速度为11.28千米每秒。在此基础上,贝尔特利又研究了月球火箭,并正确地提出了从地面发射月球火箭到登陆月球的三个阶段,还分别计算出了每个飞行阶段所需要的时间,以及发动机及燃料的质量、发动机的效率和功率。总之,在当时的条件下,贝尔特利对月球火箭论述之深刻,计算之精确,是非常了不起的。他还进一步研究了火星和金星火箭,计算了火箭的飞行速度和飞行时间,并以高能的镭作燃料。他指出:“我们现在考虑的火箭飞行速度是十分惊人的,设想如果一枚1000千克的火箭装有400千克镭,那么这些镭足以使火箭到达金星并返回。这种高能工具足以载人去最近的行星旅行。”这一发射探测器去金星旅行的科学预言,今天已经变成了现实。

第一次世界大战后,贝尔特利继续由于战争中断多年的火箭理论研究和实验,并不遗余力地进行建立航天学的工作。他领导创建了法国宇航学会。1927年6月8日,他在学会上作了题为《星际航行的可能性》的报告,引起热烈反响。他在报告中首先对戈达德、奥伯特等人的开拓性贡献作了科学评价,然后论述了火箭的运动理论、外层空间的环境、火箭的发射、火箭的过载、宇宙飞船的设计、运载生物和人的条件、太空飞行的重要意义等问题,还讨论了火箭发动机各种燃料的性。能,展望了核发动机的前景。这几乎涉及到航天技术的各个重要领域,全面而系统地展示了贝尔特利的渊博学识和超群才华。

1930年,贝尔特利将自己的研究成果进行总结,写成《航天学》一书,系统论述了火箭发动机、宇宙飞船和太空飞行的各个方面的问题。这部专著被誉为航天百科全书,对航天学的建立和发展产生了深远影响。后来苏联一位成就卓著的航天专家斯特恩费尔德,在世界上第一颗人造卫星发射成功后写的一封信中称:“罗伯特·埃斯诺·贝尔特利的著作产生了重大的影响,苏联科学家在自己的工作中,应用了他的航天理论。”

贝尔特利曾计算利用火箭发射几吨重炸药到几百千米甚至几千千米地方的可能性,并早就预见到,未来的大型火箭可能发展成大规模杀伤性武器。1928年5月20日,他起草了一份关于火箭武器的秘密报告,指出以现有的技术水平,完全可能制造成功喷气速度在2.6千米每秒、射程在2260千米以上的火箭武器。他还特别分析了射程为600千米的火箭。1932年,他主持设计制造了一台发动机,并建造了一座小型试验台,到1936年使发动机的推力达到2.94千牛,工作时间达到60秒,喷气速度为2400千米每秒。这就意味着这台发动机可以把质量为100千克的火箭发射到100千米的高度。后来他又设计试验了燃烧室和喷管的冷却方法,提出可采用先进的可摆动喷管方案。尽管限于当时的条件,贝尔特利没有研制出实用的火箭,但他的火箭设计思想和理论都为后来的火箭设计师所应用,成为指导火箭技术发展的准则。

这位宇航先驱不仅在航空航天领域有重大建树,而且在其他众多的科学技术门类也都有过涉猎并作出重要贡献。第二次世界大战后,贝尔特利在瑞士退休,晚年生活并不顺意,但他却有幸看到了第一颗人造卫星发射成功。1957年12月6日,贝尔特利在巴黎病逝。他为后人留下了航天学发展的宝贵财富。

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