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梦醒时分 春风化雨 歪理邪说剖析 理论研讨 法轮功丑态 民众心声 荒诞的“神迹” 海外之声 邪教大观
      
 
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   2006-07-24   凯风网   作者:张开逊      [纠错]

  十二  飞翔之梦

  人类向往飞翔,飞到比鸟儿更远的地方。

  在东西方神话传说中,神都会飞。希腊神话中的神藉翅膀飞;阿拉伯《天方夜谭》故事中的神施魔法踏毯飞;中国的神则乘白云飞。在我国山东省嘉祥县出土的东汉时期武梁祠石刻画像中,有一幅《雷神出巡图》,众多天神推着雷神安坐云朵在天空疾行。从公元336~1368年,我国敦煌壁画中出现的飞天画面多达4500个。其中莫高窟492个洞窟壁画,个个都有飞天。古代人类不能飞,让神为自己圆梦。


  科学史家怀特在一篇题为《中世纪的宗教与技术》的文章中谈到这样一则故事:大约1000年前,英国修道院有一位修士,他为自己装上人造翅膀,从教堂房顶乘风而降摔断双腿。这位名叫埃默尔的修士兴趣广泛,学识渊博,喜欢冒险。他模仿鸟儿飞行动作,打算轻快地在空中飞翔,然后平稳地落在地上,不幸重重地摔了下来。当人们把他从地上抬起来的时候,他说:“忘记在背上装一条像鸟儿那样的长尾巴,才无法在空中保持平衡”。这是有历史记载的人类最早的试飞记录。400年之后,一位法国修士模仿埃默尔,带着翅膀从教堂的塔尖上跳下,当场身亡。


  第一个对飞翔进行科学探索的人是达·芬奇,他相信鸟类有飞行的秘密,而人类能够复制这种秘密。在公元1486~1514年间,他设计了多种由人操纵的飞行器械,包括滑翔机、直升机和降落伞。幸好他都没有亲自试飞,否则人类会过早地失去一位天才。实际上,人体的构造和功能是不适合飞翔的,有人计算过,如果人要像鸟儿那样展开双翅飞翔,需要有1.8米长的胸骨架,才能支持牵动翅膀的肌肉。


  人类第一次借助自然的力量离开地面,应该归功于两位法国年轻人,哥哥蒙特哥菲·约瑟夫(1740~1810年)和弟弟蒙特哥菲·雅克(1745~1799年)。兄弟俩喜欢数学,爱动手做实验,阅读兴趣广泛,十分熟悉富兰克林有名的风筝实验,读过英国化学家普利斯特莱(1733~1804年)关于空气性质的论文。1782年,在注视炉子的烟冉冉上升的时候,他们突然想到它会不会把什么物体托起来?他们用绸布做了一个敞口的小袋子,袋口朝下正对炉火松开双手,果然,烟托着它一直升到天花板。兄弟俩在室外点燃一堆碎羊毛和麦秸,当刺鼻的浓烟充满这个绸布口袋时,袋子升至23米高,然后缓缓地降落到地。


  后来,蒙特戈尔菲兄弟用纸糊了一个大气球,用布作衬里,下端开口兜住热气。他们在地上烧了一堆火产生热气和烟,结果气球升至1800米高,降落在1.6千米之外,引来无数人围观。


  这一发明引起了科学家和王室的兴趣,兄弟俩被邀请到巴黎。人们希望他们做一次动物升空实验,看看在高空它们能不能存活。1782年9月,装载羊、公鸡和鸭子的吊篮随着热气球升上高空,后来安全返回,动物平安无恙。法国国王路易十六希望他们兄弟二人到凡尔赛宫广场表演,并准备让两个判死刑的囚犯登上吊篮随热气球升空。一位青年历史学家罗吉尔对此极为愤怒,他怒吼:“罪恶的死囚可以光荣地成为第一次升空的人吗?我才该去!”1783年11月21日,罗吉尔和另一个志愿者爬进吊篮,在巴黎上空航行了25分钟,平安降落在距起飞地9千米的地方,这是人类历史上第一次成功的自由飞行。3年之后,罗吉尔在一次气球飞行事故中丧生,成为第一位空难牺牲者。


  使气球升空的力量来自四周空气的浮力。在海平面附近,20摄氏度时每立方米空气大约重1.3千克。温度升高空气的比重减小。当90摄氏度时,每立方米空气大约重1.04千克。一只直径20米的气球,充满热气之后产生的升力可以达到1000千克以上,足以克服气球的自重,而且可以提起一只不断燃烧产生热气的炉子,带动载有几人的吊篮升空。由于它利用热空气产生浮力升空,又称为热气球。


  就在人类第一次升空10天之后,第二次载人飞行又开始了,还是在巴黎。不过,这次气球里灌的是氢气 ,1766年英国科学家卡文迪什(1731~1810年)发现了这种比空气轻的气体。年轻的物理学家查尔斯和他的同伴坐在吊篮里飞了两个小时,飞行距离达到43千米。而当气球降落,同伴从篮子里爬出来的时候升力骤然增加,气球带着查尔斯又飞上了天空,一直飞到接近3000米的高度。他好不容易才令气球重新返回地面,查尔斯心有余悸,发誓再也不上气球的吊篮。


  人们能够乘汽球浪漫地升上天空,但是难以控制汽球飞行的方向。有人提出为它装上可以调节角度的帆,有的主张给它装上鸟儿一样的扑翼,还有人提出装上人力转动的螺旋桨推进器,这些方案都不成功——与庞大的气囊相比,它们产生的力量微不足道。


  1852年,法国人吉法尔德发明使用机械动力推动升空的气球改变方向的技术。他在气球下面吊载一台3马力的蒸汽机,用它带动一个大风扇旋转,利用风扇的叶片产生水平推力。调整风扇的方向,可以改变气球的飞行路线。他把气球做成长长的椭球形,像一支巨大的雪茄烟,以便减小阻力,人们称其为“飞艇”。实际上这种设计产生的水平推力也很有限,飞艇只能在无风的天气航行;速度很慢,仅为每小时10千米,比人在地上步行略快。


  19世纪末,内燃机取代蒸汽机作为飞艇的推进动力。由于内燃机的重量比蒸汽机轻很多,高速旋转的桨叶可以产生更大的水平推力,因而飞艇的飞行性能大为改观。1883年,德国工程师迪生代尔发明电动空中飞行器,首次采用蓄电池驱动的电动机作动力,消除了飞艇的噪声,减少了氢气爆炸的危险。


  1897年,奥地利人施瓦尔茨采用轻金属铝做骨架支撑柔韧的气囊,使飞艇既牢固又减轻了自重;1897~1904年间,在法国谋生的阿根廷人桑托斯建造了几艘这样的飞艇,环绕艾菲尔铁塔飞行,还获了奖。后来,一位退休的德国军官齐伯林与施瓦尔茨的遗孀结婚,继承了铝质骨架飞艇专利,在德国政府支持下开始大量制造军用飞艇。这种飞艇能够在空中滞留24小时以上,在第一次世界大战中,德军曾利用它轰炸英国。


  第一次世界大战之后,德国与英国都加速发展飞艇。1918年,英国建造的飞艇首次飞越大西洋,耗时108小时。1928年,德国建造了豪华飞艇“齐伯林” 号,长236米,宽30.5米,载客20名,飞越大西洋往返费用每人1000~3000美元不等。这艘飞艇共144次飞越大西洋,航程超过16万千米,运送旅客1.3万人,为当时航程最远、运载人数最多的飞行器。


  1923年,美国人从大气中分离出稀有化学元素氦,发明了充氦气的飞艇。氦是一种较空气轻的隋性气体,不会燃烧和爆炸,用于飞艇非常安全。然而美国严格禁止向纳粹德国出口氦气,德国人只能小心翼翼地驾驶氢气飞艇航行。1936年,德国建造了一艘比“齐伯林”号更大、更豪华的飞艇“兴登堡”号(以德国总统的名字命名);1937年5月6日,它运载50名乘客首航到达美国,当其在新泽西州着陆时起火爆炸,当场死亡36人。至今人们也未查明其原因,有人说是有人故意搞破坏,有人说是电气火花引燃泄漏在空气中的氢气。这一悲惨的事故熄灭了人们对飞艇的热情。


  早在蒙特哥菲兄弟的热气球升空之后不久,法国发明家凯利(1773~1857年)便开始以另外的方式探索飞行,拟使比空气重的物体飞上天空。1804年,他设计制造了世界上第一架可以飞行的模型飞机。为了减轻重量,他用纸糊的风筝做机翼,机身是一根轻巧结实的木棒,木棒的后端装有十字交叉的水平尾翼和垂直尾翼。垂直尾翼转动时,可以控制飞机向右向左运动;水平尾翼上倾或下斜时,可以控制飞机爬升或俯冲。为使设计更加合理,凯利进行过模拟试验。他把各种形状的物体捆绑在高速水平旋转的长杆上,测量它们和空气发生相对运动时受到的阻力和产生的上升力。1809年,凯利出版了一部重要的著作:《在空气中航行》,阐明比空气重的物体可以在空中飞行。在书中,他提出了飞行的原理以及制造飞机必须注意的3个问题:升力、阻力和控制。为了增大升力,提高飞行的稳定性,他还提出双翼飞机和三翼飞机的设计,这种飞机像是从上到下长着两对或三对翅膀的大鸟。凯利的构想超出了人类模仿飞鸟的阶段。


  凯利多才多艺,他喜欢机器,亦喜欢大自然,他经常会在笔记本上画各种各样的动物、植物,他常常会在日记里记录各种不同领域的事情,他把一生献给了航空。1853年,凯利制做了一架足以载荷飞行员的大滑翔机。由于年事已高,他不能亲自驾机便命令他的车夫拖着滑翔机沿山坡向下疾跑一段之后迅速跃升并在空中飞越了一个村落。落地的时候,那位不情愿的“飞行员”要求立即辞职,他大声叫道:“我是来赶车的,不是来飞的!”这是人类历史上第一次无需气球牵引升空的无动力飞行。


  人们曾制做过多种多样的模型飞机,测试它们在人为产生的气流中受力的情况,结果发现若使飞机升起来其实很简单,其关键在于机翼的形状和机翼掠过空气的速度。机翼的上面应该是弧面,而下面是平面;空气流过这种机翼的时候,上面的气流快,而下面慢。根据18世纪瑞士科学家伯努利(1700~1782年)发现的原理:慢气流压强大、快气流压强小,机翼上下两面受到的合力是一种向上的力;机翼面积越大,向上托举飞机的力就越大,而气流速度越快,飞机的升力也就越大。1871年英国人韦纳姆专门制做了一个直径3米的空管,用蒸汽机带动风扇高速旋转,产生了速度每小时达65千米的气流,用来设计最合理的飞机。这种可以产生高速气流的空管,后来人们叫它“风洞”。风洞实验的结果使人们惊讶:高速气流掠过机翼时,可以产生数倍于机翼自身重量的升力!这一发现坚定了人们制造飞机的信念。利用风洞试验研究飞机的造型和结构,标志人类向往飞行的创造活动由冒险走向科学。


  德国工程师李林塔尔(1848~1896年)对机翼进行系统的研究,制做非常详细的图表列出不同形状的机翼产生的升力,为飞机设计提供了重要的科学依据;而且他还亲自驾驶滑翔机,成为人类历史上首次实现可控制飞行的先驱。


  1894年,李林塔尔根据自己的研究结果设计制造了一架滑翔机,使之在平地垒起的小土丘上经助跑跃起,他乘滑翔机飞行了45米,而后平稳地降落在地面。随后,他在柏林郊外找到一处有断崖的小山,这一次,他拖带滑翔机登上崖顶飘然而下,并不断挪动身体重心以在空中保持平衡,滑翔了350米。李林塔尔不断改进滑翔机的设计和结构,驾机飞行了2000多次。他坚信,如果为滑翔机装上机器动力,一定能够飞起来。然而,在1896年的一次滑翔飞行中,一阵疾风使滑翔机失控,李林塔尔来不及挪动身体,从空中坠落下来,第二天便离开人世,未能实现有动力飞行的夙愿。临终前,他讲的最后一句话是:“如果想飞行,就要做出牺牲”。


  凯利和李林塔尔的探索实践,以及人们在风洞实验中获得的研究结果,为动力飞行准备了最重要的条件。实际上,风洞机翼升力实验的结果已经使人们找到了牵引飞机前行的有效方法。既然水平气流掠过不动的机翼可以产生巨大的升力,那么如果让两片机翼头对头连接起来绕中心轴高速旋转来,就会在旋转轴线的方向产生强劲的推力。这种力量足以使飞机克服空气阻力,快速飞行。这种组装在一起的旋转机翼称为螺旋桨。


  后来,人们开始把用于火车动力的蒸汽机搬上飞机,让它作为螺旋桨的动力。由于蒸汽机太重,这种有动力的飞机不能飞,只能在地上跳。1874年,法国人泰蒙佩尔的蒸汽飞机可以跳起来滞留空中两秒钟。1884年,法国工程师埃达尔的蒸汽飞机跳起来飞行了46米。1896年,美国科学家兰利制造了一架无人驾驶的蒸汽飞机,它从搭建在房顶的高台上起飞,飞行了800米,在空中的飞行时间达90秒钟。


  19世纪末,德国工程师戴姆勒(1834~1900年)发明了汽油内燃机,这种汽油内燃机的重量很轻,能够产生强大的动力,它直接导致汽车诞生,也为飞机问世提供了最重要的技术基础。1903年12月17日,美国发明家莱特兄弟利用内燃机,首次实现了载人的有动力飞行。


  莱特兄弟出生在美国北卡罗来纳州一个牧师家庭,他们没有上过大学。1895年,他们开了一间修理装配自行车的作坊。然而,他们对飞行有浓厚的兴趣,自修德文阅读了李林塔尔的著作,并向美国史密森学会(这是一个专门探究自然奥秘,并向公众传播科学的民间团体)索取了大量关于飞行的资料。在1900~1902年间,他们先后制造了3架滑翔机,进行了上千次飞行,反复改进其飞行能力和操纵性能。1901年9月,他们自己动手设计了一个小型风洞,以精确测量气流在机翼上产生的升力以及控制板偏转时使飞机转向的力,获得了设计飞机最重要的数据。


  1902年,莱特兄弟完成了内燃机动力飞机设计,但是没有人愿意为他们制造飞机专用的内燃机和螺旋桨,很多人认为这是无谓的冒险。他们只好从头学习发动机和推进器知识,摸索加工工艺,自己制造了一台小巧紧凑、具有4个汽缸的汽油内燃机,这台汽油内燃机重82千克,能够产生13马力功率,比蒸汽机轻得多。他们又自己设计、制造了几付螺旋桨。


  一年之后,莱特兄弟精心设计的这架飞机装配完毕,它是人类历史上第一架使用内燃机动力的飞机,其样式与人们今天看到的飞机大不相同。为增大升力,他们采用木条连结的双层机翼,机翼由蒙在枞木骨架上的棉布做成,可以保证设计要求的曲面形状又能最大限度地减轻飞机自重,机翼长度12.3米;机翼前方有两块可以上下倾斜的水平板,用来操纵飞机升降。机身尾部有两块可以左右转动的垂直板,用来使飞机转向,就像是船舶在水中航行使用的舵。他们将汽油内燃机固定在下层机翼上偏离中线一侧的地方,通过传动装置使两台固定在机翼后方的螺旋桨旋转,利用气流产生推力使飞机前行;而驾驶员则卧在飞机中线另一侧,操纵内燃机的油门,通过钢丝控制前后小板的角度把握飞行姿态。莱特兄弟的这种设计可以使飞机重心保持在中轴线上。机身从头到尾长6.5米,其实,所谓“机身”不过是连结各种飞行部件的木头架子;飞机总重274千克,与一匹马的重量差不多,完全靠两付螺旋桨产生的动力起飞。试飞那天,人们用小车把飞机推到基蒂霍克海滩,当内燃机发动以后,随着螺旋桨转速增加,飞机与小车一起向前滑行,不久离开小车升上天空。由于这架飞机没有轮子,降落的时候只能靠飞行员精确地操纵油门和控制板使飞机减速,最终,机身擦着地面停了下来。


  这一天共进行了4次飞行。第一次由弟弟奥维尔·莱特(1871~1948年)驾驶,飞机在空中摇摇晃晃飞行了12秒钟,降落在36米远的地方。第四次飞行由哥哥威尔伯·莱特(1867~1912年)驾驶,在空中59秒钟飞行了260米。


  莱特兄弟驾机飞行的当天,有一名小报记者在场。人们问他如何报道,他不屑地说:“59秒算什么?59分钟还差不多!”然而他并未意识到,人类从此进入飞行时代,飞机将改变人类的活动方式。


  1905年,莱特兄弟的飞机飞行距离已经达到32千米。1906年,欧洲第一架飞机升空。1908年,威尔伯·莱特驾驶的飞机失事,同行者当场死亡成为飞机空难的第一位牺牲者,而威尔伯·莱特身负重伤,4年后故去。


  1909年,伦敦《每日邮报》设奖悬赏驾机飞越英吉利海峡者,一位胆大的法国人布里奥罗用37分钟从法国越过海峡飞到了英国。1912年,人们发明了可以在水面上起飞降落的单翼飞机,时速达每小时161千米。此时,飞机问世尚不足10年,它已经超过人类步行速度的20倍。然而在人们心目中,飞机仍然只被视作一种冒险的玩具。


  第一次世界大战(1914~1918)爆发,飞机迅速成为新式武器并首先用于侦察。敌对双方飞行员在空中相遇,有时挥手致意,有时拔出手枪相互射击。机枪发明之后,人们拟把它搬上飞机时曾遇到这样一大难题:朝前方开枪的时候会射中自己的螺旋桨。德国人福克发明了一种高速旋转的联动齿轮机构,使机枪只在旋转的螺旋桨露出空隙时才发射子弹。从此以后,飞机开始用连发的机枪攻击地面的士兵和平民,但也出现了激烈的空战。装备机枪的飞机在空战的时候,总想绕到敌方身后攻击,很像两只狗都想咬对方的尾巴。因而在英语中,空战又名“狗打架”,这个词一直使用到今天。


  飞机的发明使地球上由陆地和海上进行的平面战争发展成为包括天空在内的立体战争。第一次世界大战争初期,参战各国约有飞机1500架。4年之后,在前线作战的飞机已多达8000架。战争期间,交战双方使用过的飞机多达十几万架。战争刚刚开始的时候,飞机的速度大约为每小时100千米,机身为木制并使用双翼,两对机翼自成一体,机身搁置在机翼框架之中。1918年,德国人发明了全金属结构固定单翼飞机,它只有一对翅膀,刚性联结在机身上,飞机速度超过每小时200千米。战争初期,飞机飞行高度只有200米,飞行距离几十千米;而战争后期,飞行高度达8000米,飞行距离达400千米。第一次世界大战后期,轰炸机出现,曾轰炸过法国巴黎、英国伦敦和德国的一些城市。


  第一次世界大战结束之后,大批飞行员失业。然而,人们对飞行的兴趣有增无减。有的飞行员开始为公众做特技飞行表演,有人则渴望打破空中飞行时间和距离的纪录。1919年,两名英国飞行员驾驶轰炸机从纽芬兰飞越大西洋到达爱尔兰,途中曾遭遇高空风暴,他们不得不爬出机舱清除冻结在机翼上的冰。1927年,美国飞行员林德伯格单人驾驶邮政飞机,在没有无线电通信的情况下,从美国纽约飞行34小时到达法国巴黎。4年之后,飞行员赫尔顿和潘波驾机飞越太平洋。时隔1年,美国女飞行员埃米利亚单人驾机飞越大西洋;然而5年之后,她驾机环球飞行时消失在太平洋上空。1933年,波斯特首次完成单机环球飞行,中途降停11次,用了7天又8个小时。1938年,飞行员休斯使环球飞行的时间减少到3天又19小时。


  发明家的智慧和飞行员的冒险精神,共同推进了航空技术的进步。到20世纪30年代,飞机已经变得更大、更结实、更快,时速达到480千米。这时,世界上出现了许多定期的客运、货运航线。与此同时,达·芬奇曾经构想可以垂直起降的直升机也已问世,并于1940年投入实用。


  第二次世界大战(1939~1945年)进一步刺激了航空技术的发展,飞机由战争武器的“配角”一跃而成“主角”。此间德国人发明了配备3门火炮和两挺机枪的战斗机,日本人发明了操纵灵活的“零”式战斗机,1941年12月,日本出动100多架“零”式战斗机偷袭美国珍珠港,摧毁了美军在太平洋上最大的海军基地。美国则多次利用于航空母舰上起飞的飞机,歼灭日本在海上游弋的舰队。美国和英国还联合研制了巨大的远程轰炸机,被称为“空中堡垒”,其飞行距离超过8000千米。1945年8月,美国人出动“空中堡垒”,携带原子弹轰炸了日本的广岛。此前,美军轰炸东京,其出动的飞机曾多达500架。


  20世纪30年代,英国人惠特尔和德国人冯奥海分别发明了燃气涡轮发动机,他们利用向后喷出的高速燃气给飞机以巨大推进力,使飞机速度迅速提高,摆脱了对螺旋桨的依赖。这种喷气的飞机在空中转向更加灵活,可以瞬间突然加速摆脱敌方的追击。虽然1939~1941年间德国和英国相继研制出可以实战的喷气式飞机,但由于战争中常规飞机消耗非常快,人们来不及完善它们,没有批量生产,因而在第二次世界大战中,它们基本上没有发挥作用。


  第二次世界大战结束之后,美国大力发展喷气飞行技术。1947年,美国人用一架重型轰炸机运载小型喷气式飞机到9150米高空放飞,这架喷气飞机的速度超过了声音,成为人类历史上第一架超音速飞机。在朝鲜战争(1950~1953年)中,喷气式飞机首次参加了大规模实战。


  1960年,美国人发明了速度达到声音5倍的喷气式飞机,飞行高度达80千米,专门用于间谍侦察。1969年,英国和法国合作研制成功超音速喷气式客机,并于1973年投入商业运营,其载客100名,可在3小时之内由巴黎飞到纽约。1974年,美国研发的巨型喷气式客机投入运营,载客500名,可以不着陆连续飞越半个地球。


  1925年,德国《航空》杂志曾刊载过一篇文章,预测“什么人将最适合乘坐飞机”。其结论是3种人:漂亮的模特儿、精明的律师和有钱的商人。今天,飞机已经成为大众交通工具,每天全球乘飞机出行的人数以百万计。


  飞机的发明,对人类文明进程无疑产生深远影响。飞机加快了世界的节奏,提高了人类活动的效率。一位哲学家曾经说过:“一切财富最终都归结为对时间的节约”。在这种意义上,飞机对人类社会的价值不可估量。乘飞机,人们可以到达地球上任何地方,地理环境的阻隔不再成为人类活动的障碍。海洋、高山和沙漠都无法阻止人类的脚步,不同的文明在人类频繁的飞行中得以发生更多的接触。飞机既可以成为全球紧密联系的纽带,也可以成为攻击敌方最便捷的工具,空军现已成为所有国家最重要的军种。


  飞机的发明,使人类开始追求一种“不能失败的创新文化”。人类所有的发明几乎都经历过从幼稚、粗陋到成熟、完善的发展历程,有时这种过程非常缓慢,人们还是能够容忍它们,然而飞机则不然。科学家计算过,人只要从5米高处跌落,就会导致伤残,飞机升上天空必须万无一失。飞机,是想象力、创造性、科学精神和严谨行为完美结合的产物。人类在发明和改进飞机的努力中创造了这种文化,这种文化将对其他领域的活动产生深远影响。


  借助气球和飞机,人类只能在大气圈内飞行,然而人类还想去更远的地方。


  早在17世纪,德国天文学家开普勒在发现行星运动三定律时,曾以极其浪漫的笔调撰写一部传播天文知识的寓言小说《月球天文学》,假托梦境述说一个旅行者登临月球的故事,旅行者去月球的细节和几百年之后发生的真实情况十分相似。小说中这样写道:“最初的动作非常不舒服而且很危险,因为旅行者是被猛扯上去的,就像给火药爆炸推出去一样。在同温层上空,旅行者遭遇到严寒,而且没有可供呼吸的氧气,旅行者还会感到失重。”开普勒是极审慎的科学家,不愿意对前往月球的方法妄加猜测,只说旅行者是“被妖精送上去的”。200年后,法国科学幻想大师儒勒·凡尔纳(1828~1905年)在他的小说《月球旅行》中,用一门275米长的“超级大炮”把旅行者送上了月球。


  人类要离开地球到太空去,会遇到两大难题。第一,需要克服地球的引力,引力就像一条看不见的绳子,拴着地球上的一切物体;第二,远离地球之后没有空气,气球和飞机在太空都不能飞行。这时,人们想到了火箭。


  火箭发明于古代中国,800多年前,火箭已经成为中国北宋时期的一种民间玩具。史书上还有关于宋代士兵用火箭攻打蒙古族军队的实战记载。当时火箭的燃料是黑火药,壳体是纸或竹筒。


  18世纪初,印度军队在抗击英国殖民者的战争中曾多次使用火箭。1804年,一个在印度作战的英国军官康格里夫(公元1772~1828年)改造了这种火箭,采用金属筒装火药,尾部加上一根细细的长杆用以提高飞行的稳定性。他还发现,当发射角为55度时,火箭射程最远。1805年,康格里夫的火箭曾被用来攻击法国军队。1807年,英国用它攻打丹麦的哥本哈根,射程达到2000米以上,一枚火箭装填弹药达到3千克。这次战役之后,英国建立了世界上最早的火箭特种部队。后来,英国人哈尔用3片精细加工的尾翅代替康格里夫的导向杆,进一步提高了火箭的命中精度。19世纪90年代,另一位发明家泰德·昂吉采用威力更大的火药,并且使火箭在飞行中高速旋转,进一步提高了火箭的射程和命中精度,使其能够与当时的大炮媲美。这些努力把固体火箭的潜力已经发挥到极限,为后来火箭技术的发展积累了重要的资料。


  牛顿力学诞生之后,不断地有科学家根据万有引力定律和地球、太阳质量的数据进行计算,得出惊人的结论:在地球表面上空的物体如果沿水平方向高速运动,当速度达到每秒7.91千米时,物体受到的向上离心力将抵消地心引力,不会落回地面,成为绕地球轨道运行的卫星;当速度超过每秒11.18千米时,可以逃出地球引力的控制,离开地球进入太阳引力范围成为太阳系中的一颗行星;当速度超过每秒16.3千米时,可以离开太阳系进入宇宙深空,在银河系漫游。人们把这三个数值分别称作第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。
火箭是惟一可以达到这种速度的运载工具。1903年,俄国学者齐奥尔柯夫斯基(公元1857~1935年)在莫斯科《科学评论》杂志上发表文章,题为《利用喷气装置探测宇宙空间》提出利用液体燃料火箭探测宇宙空间的构想,推导出计算火箭速度的公式。他认为,固体燃料火箭无法控制火药的燃烧状况,而且燃料中自行分解出来的氧不足以维持火箭长距离飞行。后来,他还绘制过宇宙飞船草图,论证单级火箭难以达到第一宇宙速度,因而提出多级火箭的设想。齐奥尔柯夫斯基是一位伟大的航天理论家,然而作为中学教员,当时他没有实践的条件。


  从理论上讲,借助火箭实现宇宙航行没有任何困难。如果火箭同时带有燃料和供燃烧使用的氧,可在太空飞行过程中多次加速,达到飞离太阳系所需速度;若火箭在飞行过程中控制其燃气喷发的方向和强度,便可自如地调节火箭在太空运动的姿态和速度,还可使它在星球上缓缓地着陆。太空飞行没有空气阻力,一旦脱离地球大气圈,火箭就可依惯性运动,自由飞行,不再需要消耗能量。人类可以利用火箭到达宇宙间遥远的地方。


  美国物理学家戈达德(公元1882~1945年)最先将液体燃料火箭的构想付诸实践。他从小即对火箭着迷,上中学的时候读过英国历史学家威尔斯(公元1866~1946年)的名著《世界战争》,他想象如果未来发生战争,应该有办法使人类迁移至其他星球。他在1909年提出过一篇论文,坚信液氢和液氧组合是液体燃料火箭推进剂的最佳选择。然而液氢的获取要求很低的温度,当时没有厂家愿意为其生产。1916年,戈达德得到美国史密森学会资助的5000美元,继续宇宙航行和液体燃料火箭的研究;1919年,他发表专著《到达极端高空的方法》,其书稿长达69页纸,如今这部书已成宇宙航行与火箭技术的经典文献;1926年,他发现汽油与液态氧组合,是更为切合实际的火箭推进剂,并在马萨诸塞州成功发射世界上第一枚液体燃料火箭。这枚火箭重4.5千克,飞行时间2秒半,飞行高度12米,飞行距离56米,火箭发射后落到了邻居的菜地里。


  当戈达德埋头研究火箭的那个时候,几乎所有的人都嘲笑他,说“这个从月球上来的人,古怪荒唐,精神有毛病”。然而戈达德坚信自己已经为人类未来宇宙航行找到了合适的交通工具。1927年,他为自己在1919年写的一篇文章《最后的迁移》追加一段笔记:“探测太阳系之外的恒星,应该选择海王星的第一颗卫星作为出发点。在那里装配设备,使火箭点火起飞”。考虑到贸然发表未免过于大胆,他把这份手稿放入一位朋友的保险柜,封面上有段警告:“这些笔记只能由乐观主义者阅读”。


  在1929年7月的一次试验中,戈达德的火箭爆炸,惊动了警察局。当局查封了他的实验室,禁止他继续试验。这次事故成为一件公众新闻,当时曾乘单机首航越过大西洋的飞行员林德伯格极为赞赏戈达德的工作,帮助他获得一笔数额不大的研究基金。由于这位飞行英雄的声望,警察局做出让步,同意戈达德继续试验,但条件是必须挪地方。


  1930年,戈达德把实验室搬至新墨西哥州的荒原并建立了世界上第一个专业的火箭试验场。那里气候恶劣、蚊虫极多、工具缺乏,协作加工异常困难。为了能够重复使用试验火箭,他还自制降落伞,防止火箭着陆摔坏。在一次试验中,保持火箭稳定的陀螺仪出现故障,点燃的火箭在地上乱串,吓得同事们手脚平摊匍匐在地躲避爆炸劫难,可这时戈达德仍站在仪表盘金属档板后面读取数据。1935年,戈达德的液体燃料火箭飞行距离达到2500米。


  第二次世界大战爆发之后,戈达德多次上书美国政府,希望支持他的火箭研制工作,当局不予理睬。曾与戈达德在一起工作过的几个人当时在军界工作,他们说服海军军方勉强拿出一笔小钱,让戈达德为舰载飞机从甲板上起飞加装一个火箭助推器。戈达德即迁往美国东部,但不久他即因喉癌去世,没有能看到自己的火箭升上太空。


  作为液体燃料火箭的先驱,戈达德完成了现代火箭技术中许多重要的基础性发明,其中包括完整的火箭总体设计、最早的火箭发射程序、精确控制火箭轨迹的陀螺仪,以及跟踪火箭飞行轨迹的光学观测系统,为此获得了200多项关于液体火箭的专利。戈达德的理论研究和探索实践,为现代火箭技术奠定了基础。


  戈达德在美国孤军奋战之时,火箭热在德国民间悄然兴起。一位名叫奥贝特的学者,在1927年发起组织了一个业余爱好者团体《宇航学会》,奥伯特本人是一位研究火箭的专家。20世纪30年代,希特勒(1889~1945年)上台,纳粹军队接管《宇航学会》,使其成为一个专门为战争服务的研究机构,学会中的一些成员则成为这个机构的雇员,其中包括奥伯特的助手、柏林理工大学的年青人冯·布劳恩(1912~1977年),20岁的冯·布劳恩便很快成为德军火箭研究机构的核心人物。在冯·布劳恩的领导下,德国在1933年研制出用于实验的液体燃料火箭,并采用酒精和液态氧作推进剂。火箭重150千克,长1.4米,直径0.3米,推力达到300千克。


  当年,希特勒曾在两种新式武器方案中进行选择:核武器和火箭,希特勒选择了后者,纳粹德国便倾其所有扶持冯·布劳恩的火箭研究,并且下达了制造出射程275千米、弹头装1吨烈性炸药的导弹的命令。


  1944年9月,在冯·布劳恩领导下,德国研制出一种具有巨大威慑力量的导弹:弹长14米、直径1.6米、装填烈性炸药800千克、最大飞行速度达到每秒1700米(是声音的5倍),在100千米高空飞行、射程320千米。火箭以酒精和液氧作推进剂,最大推力27吨。这种新式武器即刻被用于空袭伦敦。当爆炸声响起之后,人们才听到火箭由天呼啸而降的声音。从1944年9月至1945年3月,纳粹德国仅向英国本土就发射了4300枚这种火箭。这是世界上最早投入使用的弹道导弹,取名V—2。在英语中,“V”寓意“胜利”;在德语中,“V”寓意“复仇”。这些“喝酒”的火箭没有奔向遥远的太空,而是指向了人类自身。


  1945年5月2日,美军在欧洲战场俘获了包括冯·布劳恩在内的100多名世界第一流火箭专家,得到了全部V—2火箭资料及部分火箭零件。稍后不久,前苏联军队俘获了一批德国第二流火箭专家,截获了大批V—2火箭,抢夺了火箭试验场的全部设备和图纸。


  美国和前苏联成为德国V—2火箭的继承者。冯·布劳恩被迅速转移到美国,开始进行新的弹道导弹设计研究工作。前苏联则在年轻的火箭专家科罗廖夫(1906~1966年)领导下进行火箭技术研究。20世纪50年代,美国和前苏联同时研制成功洲际弹道导弹,这种弹道导弹可以跨越半个地球攻击敌方目标,运载火箭已经超过第一宇宙速度。


  1957年10月4日,前苏联利用多枚火箭同时点火的技术,发射了世界上第一颗人造地球卫星,这颗卫星重83.6千克,3个月后坠毁。
人造卫星能够从太空轨道俯视地球,观察发生在地球表面的多种自然现象和人类活动,帮助人们了解地球生态变化,勘察自然资源、监测自然灾害、获取气象预报必需的信息,它也被用作新的军事侦察手段。现在,环绕地球的太空轨道已经有数千颗不同用途的的人造卫星,其中大部分用于窥探他国军事、经济等方面秘密。


  1961年4月12日,前苏联载人宇宙飞船升空。当其环绕地球飞行108分钟后,航天员加加林在离地面7000米处被弹出,乘降落伞平安返回地球。这次太空飞行表明,人类脱离地面绕地球高速旋转,在生理上是可以承受的。航天员亲历太空,证实人类在宇宙空间生存是可能的。


  随着火箭技术的进步,人们开始把人造卫星送上更高的空间轨道。1964年8月9日,美国发射同步通信卫星。这种卫星距地面3.6万千米,每24小时环绕地球一周。从地球上看,它好像在太空静止不动。如果发射3颗这样的卫星,使它们分布在地球上方相互呈120度角方位,它们发出的电磁波便可覆盖全球。从地面上发出的电磁波信号,通过它们转发可以避开地球表面凸起的曲面阻隔,到达地球上的任何地方。人类发明无线电70年之后,借助航天技术实现了全球通信。


  1969年7月20日,美国“阿波罗11号”宇宙飞船经过4天太空飞行,行程为38万6千千米,把两名宇航员送到月球表面。他们在月球上停留21小时,采集了大量月球岩石样品,然后离开月球平安返回地球。从飞机离开地面到人类登上月球,其间只用了66年时间。


  美国此次登月计划共计耗资230亿美元,动员了2万家厂商及40万名工作人员,成为有史以来人类最大的系统工程。后来,美国又进行了5次载人登月飞行,共有12人来到月球。这些航天员在月球上共停留280小时,足迹延伸到100千米以外的地方,他们研究了月球残留的火山活动,考察了月面地质地貌,结果发现构成月球的物质与地球上的岩石大体相似。航天员带回月球岩石样品共440千克,科学家根据它们推算月球形成的年龄约为44亿年,比地球年龄略小。


  1971年4月19日,前苏联在环绕地球的太空轨道建立了第一个永久性试验基地——《礼炮1号》空间站。利用空间站特殊的环境,人们可从事在地球上无法开展的科研工作。空间站绕太空轨道飞行时,地球引力和离心力相互抵消,航天员感受不到重力,飘浮在空中,用力呼出一口气便会使身体向后移动。在这种重力几乎消失的空间,仅仅存在遥远星体产生的微小引力,物质运动变化呈现出许多新的现象,人们可以在这种环境里制造没有缺陷的晶体、合成新的化学物质、研究失重条件下胚胎发育生长的规律。前苏联的第一批航天员于同年6月6日乘宇宙飞船到达空间站,在这个太空实验室工作了22天,而后乘宇宙飞船返回地球。当他们的飞船准备降低轨道进入大气层时,密封舱泄漏,空气逸出,航天员全部窒息死亡。3个月后,《礼炮1号》空间站坠入地球大气层。


  1976年,前苏联正式制定研制新的空间站计划,新的空间站命名为《和平号》。1986年2月20日,《和平号》的主舱发射升空,空间站在使用过程中不断加装其他舱室,扩大功能,直到1996年4月组装完成,总重量达到116吨,总容积达到470立方米,像是一个巨大的太空拼装儿童玩具。


  《和平号》空间站在太空轨道上工作了15年,先后有10多个国家104名航天员到空间站工作,进行了16500次各种科学实验,同时长期观察太空环境对生命活动的影响。2001年3月6日,由于空间站部件老化,年久失修,坠落在太平洋中。


  1998年8月,美国开始建造更大的空间站,称之为《太空实验室》,利用它进行规模更大的太空科学研究,同时使它成为向更深的宇宙空间进发的太空基地。


  20世纪80年代初,美国发明了航天飞机。1981年4月12日,美国航天飞机“哥伦比亚”号载两名宇航员首次试飞,经过54.5小时的飞行,绕地球36圈后于14日安全着陆。这架航天飞机有44个喷气发动机,可以在太空和大气中任意调整飞行姿态和飞行速度。航天飞机是把通常的火箭、宇宙飞船和飞机技术集成起来的一种新型空间运载工具,它能够像班机一样在宇宙航行中往返飞行多次使用。


  载人航天是隐伏各种灾难的太空探险活动,危险的旅途随时可能夺去探险者的生命。太空旅行需要极为复杂的生命保障系统,人们在地球上积累的经验,常常不足以应对从未经历过的瞬息万变的太空飞行环境。人类英雄主义的情怀,鼓舞先驱者义无反顾一次次踏上太空的征程。


  1986年1月28日,美国“挑战者”号航天飞机载7名航天员发射升空,当时电视设专题节目向全世界实况转播此次升空过程。就在73秒钟之后,以3倍音速升到17千米高空的“挑战者”号突然爆炸,7名航天员和价值12亿美元的航天飞机顷刻间化作数千块碎片散落在大西洋中。航天员中有一名女教师,原准备在航天飞机现场为地球上的孩子们讲一堂太空知识课,但发射现场和电视机前的人们惊愕地看到这悲壮的一幕,无数孩子放声大哭,呼喊他们的老师。这时人们想起在“阿波罗”4号飞船失事中遇难的航天员格里索姆生前对飞船设计师说过的一段激动人心的话:“要是我们死亡,大家要把它当作一件寻常的普通事情,我们的事业是一种冒险的事业,万一发生意外,不要耽搁计划的进展。征服太空是值得冒险的”。


  2003年1月22日,“哥仑比亚”号航天飞机在完成16天太空飞行任务返回地球时,在高空爆炸,7名宇航员全部遇难。2005年7月26日,《发现号》航天飞机载着7名航天员再次升上太空。


  航天技术以前所未有的速度拓展人类知识的疆界。1990年4月,美国利用航天飞机把哈勃太空望远镜送上距离地面500千米的太空轨道,使人们能够在没有大气干扰的环境里观测宇宙。这架望远镜的物镜直径2.4米,有十分灵敏的探测器,可以探测宇宙中十分微弱的光信息,能够发现6000千米之外一根火柴的亮光。这架太空望远镜取名“哈勃”,是为了纪念为“宇宙膨胀”学说提供重要观测依据的美国天文学家哈勃(公元1889~1953年)。


  哈勃望远镜进入太空轨道后,其发回的第一批观测照片十分模糊,令人大失所望,科学家发现,是望远镜的光学系统设计出了毛病。当时科学家对此有两种解决办法:一种是重新制造一台望远镜替换它;另一种是根据哈勃望远镜近视的程度在地面为它配一付眼镜,请航天员乘航天飞机为它佩戴以校正视力。人们采纳了第二种方案。航天员乘航天飞机在太空轨道轻轻“抓”住这台有视力缺陷的望远镜,为它戴上定做的非常精确的眼镜。由此“哈勃”发回地面的照片立即变得十分清晰,人们从来未见过如此奇妙的天象景观。通过哈勃太空望远镜,科学家看到了银河系之外恒星死亡过程;看到了慧星撞击木星在木星上出现的疤痕;发现了太阳系之外行星上存在大气,还第一次找到了宇宙中存在“黑洞”的证据。


  借助威力强大的火箭,人类已经近距离地考察了太阳系的大部分行星,携带探测仪器的飞行器已在距地球最近的两颗行星——金星和火星登陆,实地考察组成行星的物质和真实的物理环境。


  探测结果表明,以西方神话中的爱神“维纳斯”命名的金星,远不如神话描述的那样浪漫,金星大气的97%是二氧化碳,其压力高达90个大气压,相当于地球海下900米深处的压力,人类到达金星表面马上会被压得粉碎;金星大气温度高达470度,比人们厨房烤箱的温度还要高;大气中没有水也没有氧。在50千米厚的二氧化碳大气层上方,笼罩着30千米厚的硫酸蒸汽,“烟雾”弥漫。实际上,这颗美丽的行星是真正的地狱,那上面没有生命。


  人们多次将探测仪器送到火星表面,其探测结果表明,火星表面是一片死寂的荒漠,偶尔出现遮天蔽日的尘暴,那上面既无神奇的火星人,也没有人们想象的河流。火星大气的主要成份还是二氧化碳,火星表面气压只有地球表面大气压力的百分之一。夏季的白天,火星表面为0度左右,晚上没有日照时气温迅速降低到-80度。最近,科学家藉火星探测器分析岩石结构之后,找到了过去火星上曾经有水的证据。人们预测,地球未来的景象可能会像今天见到的火星。


  航天技术以前所未有的方式扩大了当代人类活动的疆域,同时为未来人类创造了在宇宙中能够长久生存的机会。天文学家认为,任何恒星都有其生命周期,太阳已近壮年,数十亿年之后,它的光和热将会消失殆尽,地球将不再能享受它的恩泽,逐渐地会变为一颗不适于物种生存的荒漠之星;而航天技术有可能帮助人类在这一天到来之前,到茫茫的太空寻找并创建新的家园。


  1977年夏天,美国航空航天局发射了两艘探测太阳系的飞船“旅行者1号”和“旅行者2号”。其中一艘飞船的轨道与太阳系行星轨道平面平行,另一艘的轨道与行星轨道平面垂直。在13年的时间里,它们分别考察了木星、土星、天王星、海王星和太阳系的60颗卫星。1990年2月初,当它们在海王星附近相会即将离开太阳系而成为在宇宙间永久巡游的人造天体时,著名行星天文学家卡尔·萨根(公元1934~1996年)建议此时在这里拍摄一张遥望地球的照片。他说:“这可能是宇宙间其他生命来到太阳系时第一眼看到地球的情景”。美国航空航天局采纳了他的建议,马上向这两艘飞船发出控制指令(无线电信号从地球到达飞船需要5个半小时),使飞船摄影机镜头对准59亿千米之外的地球调整曝光时间,结果拍摄了60张地球的照片。这些照片中的每一幅都有64万个象素,编码之后通过无线电信号耗时3个月时间才传送到地球。人们从图片中看到的是一个黑暗背景中孤零零的暗淡蓝点。这个暗淡蓝点就是地球。


  在浩瀚的宇宙中,地球显得微不足道,孤独地在太空漂泊,偶而有几个气体分子逃逸到宇宙空间,偶尔有不知来自何方天体的几个粒子随机散落在它的表面。这个蓝点外面有一层薄薄的大气,呵护栖息在它表面的脆弱的生命。这些生命之中有一种生灵,在这里发明了有别于自然的事物,创建了自己的文明,为宇宙赋予特殊意义,他们就是人类。

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