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现代火箭的起源:齐奥尔科夫斯基与V-2火箭

时间:2023-07-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:1898年,齐奥尔科夫斯基完成了火箭研究的划时代巨著《利用喷气工具研究宇宙空间》。齐奥尔科夫斯基的贡献是重大的。虽然俄国和美国的火箭研究起步最早,然而世界上第一枚实用火箭的诞生地既不是俄国,也不是美国,而是德国。然而,由于战争的需要,德国政府下令将A-4火箭改装成为战争工具,这便是著名的V-2火箭。V-2火箭就是现代火箭的雏形。

现代火箭的起源:齐奥尔科夫斯基与V-2火箭

齐奥尔科夫斯基,是被公认的真正开拓宇宙航行理论的先驱者。正是他奠定了火箭太空中飞行的理论基础,提出了利用火箭进行星际航行和发射人造地球卫星的可能性,并且建立了火箭结构特点与飞行速度之间的关系式,即著名的“齐奥尔科夫斯基公式”。

在宇宙航行动力方面,齐奥尔科夫斯基在1883年的《外层空间》一书中发展了反作用推进理论,首次提出宇宙飞船利用喷气运动的原理,并且画出了第一张设想的宇宙飞船工作图。他是第一个从理论上证明火箭能在空间真空环境工作的人。

1898年,齐奥尔科夫斯基完成了火箭研究的划时代巨著《利用喷气工具研究宇宙空间》。这部著作的问世,标志着火箭飞行技术的真正开端,为后来火箭技术的发展奠定了坚实的理论基础。

随后他又在1903年出版的《火箭进入宇宙空间》一书中指出,燃料烧完后的火箭质量(Mo)越大,火箭的性能越好;发动机喷管排出的气体的速度(W)越快,火箭的速度(V)越高。由此,他提出了宇宙航行理论中最重要、最基本的公式,即火箭公式V=WLn(Mo/Mk),式中Mk为包括燃料在内的火箭质量。这个公式后来被称为“齐奥尔科夫斯基公式”。

在火箭燃料方面,他指出固体燃料能量太低,固体燃料火箭不容易控制,作为宇宙航行动力的火箭,应使用液体燃料,它可以用汽车油门一样的东西来控制流量,也就是控制推力。最好的液体燃料是液氢和液氧。但当时的工业技术还无法制造液氢。齐奥尔科夫斯基就大胆地设想用煤油和液氧做火箭燃料。

通过计算,齐奥尔科夫斯基进一步指出,单级火箭能达到的最大速度为9千米/秒,由于空气阻力等造成的速度损失,实际速度只有7千米/秒,这还达不到克服地球引力所需要的7.9千米/秒的第一宇宙速度,更不用说摆脱地球引力和太阳引力的第二、第三宇宙速度了。这就得出了用多级火箭实现宇宙航行理想的结论。

除火箭外,齐奥尔科夫斯基还设想了其他许多克服地球引力的方式,如地球赤道上的36000千米登天塔和大气层外登天台等等。他还提出利用太阳光的光压来加速飞船的太阳帆的概念。

在载人航天方面,他指出行星际空间为真空区,载人航行必须携带空气,这样飞船上必须有密封座舱,座舱中的空气必须不断净化,才能提供新鲜空气,进而提出用动植物组成生物循环链的密闭生态系统;他指出,在宇宙飞船上会是失重状态,由此推论了不同质量的物体在失重状态下的运动规律;他提出建设空间站和轮胎形太空住宅的设想,并提出用自转来产生人工重力。(www.xing528.com)

齐奥尔科夫斯基的贡献是重大的。更何况他是自幼两耳失聪的残疾人,因此更加令人钦佩。他有坚强的意志和百折不挠的精神,残疾障碍、幼年丧母、家庭穷困、世俗偏见、权威排斥、无情火灾等等都没有能把他压倒。他把自己的一生凝聚成730多篇论著,为宇宙航行打下了理论基础。

虽然齐奥尔科夫斯基一生中并没有亲手设计出实用的火箭,但他的许多研究成果却大大加快了人类飞向太空的历程。鉴于他的杰出贡献,齐奥尔科夫斯基被后人誉为“前苏联航天之父”。

1903年,苏俄液体火箭的始祖希考夫斯基(Konstantion E.Ziolkovsky)出版了《宇宙火箭》一书,这是最早的阐述关于液体火箭制造的书籍。但他只是一位理论家,而最早研究液体火箭的则是美国人罗伯特·戈达德(Doddard,Robet Hutchings)博士

虽然俄国和美国的火箭研究起步最早,然而世界上第一枚实用火箭的诞生地既不是俄国,也不是美国,而是德国。在罗伯特·戈达德致力于液体火箭研究的同时,在罗马尼亚出生的德国科学家赫尔曼·奥伯特(H.Hermann Oberth)在火箭研究领域也取得突破性进展。

“欧洲火箭之父”赫尔曼·奧伯特是当时唯一可以与罗伯特·戈达德相比拟的专家。他在1923年出版的《星空火箭》一书,1925年又发表《星空航行之路》,更为重要的是在他的影响下,德国掀起了一股火箭热,而且奥伯特还把一批热心于火箭和宇航研究的年轻人吸引在自己周围,建立了世界上第一个星际航行协会,这是划时代的太空航空工程人才大聚会。这个协会涌现了许多年轻的火箭专家,其中最为著名的是冯·布劳恩(Wernher von Braun),这位当年18岁的年青人后来成为了直接负责第一次将人类送上月球的火箭工程师。

1932年,年仅20岁的冯·布劳恩受聘于德国陆军军械部,随后他便邀请了里德尔、鲁道夫等一批火箭专家组织起库麦斯多夫液体火箭小组,开始实施一个在库麦斯多夫试验场研制A系列火箭的计划。在不到两年的时间内,1934年,冯·布劳恩主持研制的两枚A-2火箭便在波尔库姆岛试验成功。1937年,他所领导的火箭小组转到了佩内明德基地,并且先后研制出了A-3、A-4和A-5火箭。然而,由于战争的需要,德国政府下令将A-4火箭改装成为战争工具,这便是著名的V-2火箭。二战以后,航天科技得到了迅猛的发展,至此,人类进入太空的日子已经不远了。V-2火箭就是现代火箭的雏形。

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