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第8章 现代火箭技术的发展(2)

1929年7月,戈达德制成3.36米长的新火箭。它的头部装有气压计、温度计和照相机。照相机对准两个仪表,当达到最大高度时,降落伞的弹射开关同时打开相机快门,这样便可以记录火箭在最大高度时大气的温度和压力值。这是世界上第一个装载测量仪器的火箭。这次试验火箭的飞行高度是32米,飞行距离53米。降落伞保证了仪表在落地时没有损坏。1930年,戈达德研制的火箭升高到大约600米,最大速度达到大约800千米每小时,这是一个相当了不起的成就。

1930—1940年,戈达德主要致力于研究火箭的可靠性,探索火箭飞行的控制方法。为了提高火箭的飞行稳定性,他领导一个研制小组研制了控制火箭飞行方向的转向装置,发明了使火箭沿正确方向飞行的陀螺仪,他先后取得了212项有关火箭和航空的技术专利。第二次世界大战期间,戈达德参与了美国海军研究液体火箭助推器的工作,为以后美国火箭技术的发展做出了贡献。

1945年,戈达德在一次喉癌手术后逝世。今天,在为了纪念他建立的“戈达德空间飞行中心”里,树立着一块引人注意的牌子,上面有戈达德说过的一句令人深思的话:“很难说什么是办不到的事情,因为昨天的梦想,可以是今天的希望,并且可以成为明天的现实。”1967年6月17日,当“阿波罗11”号绕月飞行即将登月时,《纽约时报》正式撤销了曾经发表的嘲笑戈达德的文章。

德国液体火箭的诞生

1927年,德国一批业余火箭爱好者成立了德国星际航行协会。参加首次会议的只有12人,他们确定了协会的宗旨:进行火箭与太空飞行的理论和试验研究。协会决定创办一个刊物《火箭》。这个协会是世界上最早倡导发展太空事业的群众团体,它发展十分迅速,不到一年时间,会员已经发展到近500人,其中有不少是著名的专家学者。正在罗马尼亚工作的德国火箭研究先驱奥伯特也回到德国,不久担任了协会的会长。此后,这个协会发展成为世界研究火箭技术的权威机构之一,会员达数千人之多。

为了扩大影响,并且在公众中宣传航天思想,协会编辑出版了介绍太空飞行知识的著作《太空飞行的可能性》,产生了广泛的影响,又吸引了一批年轻人加入协会,其中就有当时只有19岁的冯·布劳恩(1912—年1977),他后来成为德国火箭研究史上的重要人物。在协会成立初期,经费十分困难,为了筹集资金,协会的一些骨干会员曾经一度卷入火箭动力汽车的研制工作,实现了112千米每小时的时速,在当时十分轰动。1930年前后,协会致力于火箭在邮政和气象方面的应用研究。协会进行了多次液体火箭试验,1931年一枚液体火箭发射试飞时,上升高度达到约1千米,而且降落伞正常打开,火箭安全着陆,取得了极大的成功。一家电影公司专门派出摄影小组拍摄火箭飞行的镜头,在德国公众中留下了深刻的印象。

希特勒掌权以后,纳粹党宣布德国星际航行协会如果愿意作为纳粹的附设组织可以继续存在下去,否则将予以取缔。会员们大多不同意前一种选择,人们纷纷自找门路,一些人离开了德国,1933年,德国星际航行协会基本上就消亡了。

美国火箭学会

与德国星际航行协会不同,美国火箭学会的成立并不是受火箭研究事业的影响。它的发起人大多是职业作家或业余作家,只有3人受过科学教育。这批人有一个共同的爱好就是阅读和创作科学幻想小说,正是这一点把他们聚集在一起。1930年,在纽约一位记者的家里,有12个人聚集在一起,成立了美国星际航行协会。协会出版了会刊,刊载有关星际航行可能性的文章,介绍世界各地火箭研究的新闻,协会还组织有关星际航行的演讲活动。一年后,协会已经有了相当的影响,会员数量不断增加,会员组成也发生了变化,新会员中有许多著名的工程师和科学家。戈达德也参加了美国星际航行协会,但是他几乎不参加协会的活动,他的研究工作总是在秘密情况下独立进行。新会员的参加使协会的组织结构和研究方向发生了变化,同时,由于受到欧洲火箭试验消息影响,协会会员感到不能再仅限于做漫无边际的讨论,协会在1931年后开始组织火箭研制工作,同时协会在1931年改名为美国火箭学会。

1932年,美国火箭学会进行了第一次液体火箭试验。这枚火箭按照美国火箭学会的缩写命名为“ARS1”号。它长1.68米,推进剂是液氧和高挥发性汽油,尾部装有大面积翼面,以使火箭在飞行过程中保持稳定。“ARS1”号第一次试飞成绩不佳,几经改进制成“ARS4”号。1934年,“ARS4”号在发射时飞行了15秒,高度达到120米,水平距离360多米。计算结果显示,它的最大速度接近音速。

“ARS4”号成功以后,火箭学会将火箭和发动机的研制分开进行。学会会员分别进行火箭结构设计、冷却、火箭运动理论、发动机、火箭试验台以及火箭的应用等问题的广泛研究。

美国参战后,由于美国海军方面希望试验用火箭作为重型飞机起飞助推的动力,于是火箭学会设计并制造出推力达13600牛顿的发动机。1946年,为了导弹的制造,他们又制造出27000牛顿的发动机,美国的贝尔公司采用这种发动机于1947年首次突破了音障。

美国火箭学会的火箭及发动机研制到1947年基本结束。但作为一个研究与发展部门,它却日益发展壮大,它的会员包容航空航天及相关学科的各个领域。现在,美国火箭学会是美国火箭技术领域的技术领导核心。

出现在20世纪二三十年代欧洲和美国的液体火箭研究热潮,最初主要是由一些热衷人类航天的研究者形成的,在许许多多的先驱者的努力下,有关火箭的结构设计、制作技术、飞行的稳定性和飞行控制、火箭推进剂等方面理论研究不断深入,技术发明层出不穷,火箭技术的应用不断拓展,火箭技术走向成熟,为以后人类航天事业打下了基础。第二次世界大战影响了火箭技术的发展方向,火箭武器和火箭推动的飞机的制作成为新的研究热点。

德国V-2火箭

战争对武器的需要促进了火箭技术的发展,其中德国制造的V-2火箭(即V-2导弹)达到了划时代的技术水平,为世界航天时代的到来奠定了基础。

作为第一次世界大战战败国的德国,凡尔赛条约限制其发展作战飞机、坦克、大炮和机枪等军事装备。事隔几年,盟国在凡尔赛条约的某些条款上有了松动。1922年,盟国允许德国生产一定数量的民用飞机,允许有一定规模的飞机工业。于是,德国开始大规模建立飞行俱乐部、航空企业、民航航线以及训练地勤人员,德国航空技术迅速发展,为发展军用飞机积蓄了力量。为了扩充军备,发展陆军武器系统,德国陆军开始注意火箭武器的制造,陆军炮兵局研究与发展部开始探索喷气推进以及运载炸药的可能性,负责具体事宜的是军官多恩伯格。20世纪20年代,德国星际航行协会中活跃着一批火箭爱好者,取得了液体火箭研究的一些试验成果。1932年,多恩伯格从星际航行会员中选出以冯·布劳恩为代表的4位火箭专家,充实军方的研究机构,发展德国液体火箭的军事应用技术。

1933年,布劳恩领导研制的第一代试验火箭问世,取名“集合体1”号,即A-1。A-1质量150千克,直径0.3米,发动机推力3000牛顿,用酒精和液氧作推进剂。由于头部过重,点火0.5秒后即发生爆炸,试验失败了。布劳恩对火箭的旋转部分进行了改进,很快制出A-2火箭,发射后顺利升空,飞行高度达到2.4千米。

1937年,布劳恩领导进行了多次A-3火箭试验。A-3火箭安装了一台推力为15千牛、工作时间45秒的火箭发动机。在A-3火箭中第一次采用陀螺仪控制燃气舵,达到了稳定飞行的目的,可以不要发射架就能在低速下稳定飞行。为了收集试验数据,在火箭头部还装了探测仪和回收降落伞。在A-4基础上,改进控制系统,扩大燃气舵面积,又制成了A-5火箭。它在试验飞行时,成功地上升到12.9千米。1939—1940年,A-5进行了25次发射,试验了3种制导系统,取得了很大的成功,为A-4设计提供了重要依据。

A-4是一个大型研制计划,早在1936年,德国陆军的首脑们参观布劳恩领导的火箭实验后就拟定了A-4的研制计划,并曾经作为国家级计划。为了引起决策人物的注意,A-4的参数定为:发射弹头的重量为炮弹的10倍以上,即至少1吨;射程至少是大炮的2倍,即250千米;精度要远远高于大炮;A-4的重量还要远低于大炮,以便于布置和机动。为了实现这些参数,A-4火箭的技术性能要远远超过A-3和A-5。