蘇聯(lián)的月球火箭是怎樣飛行的

傳　奇

1959年9月12日，在科學(xué)史上發(fā)生了一件史無前例、意義重大的事件，這就是蘇聯(lián)的第二個宇宙火箭飛向月球，更重要的是，這個火箭在9月14日0時2分24秒落到月球上。這也是歷史上人類第一次把一個物體從地球送到另一個天體上，從此月球上不再只是有幻想中的“嫦娥與吳剛”，而是真正有了人類的標(biāo)志、偉大的蘇聯(lián)送去的禮物。

為了實(shí)現(xiàn)“載人的宇宙火箭飛行計(jì)劃”，需要解決宇宙中廣泛的問題，主要是有關(guān)星際空間物理現(xiàn)象的問題。毫無疑問，第二宇宙火箭將會獲得解決這些問題的寶貴的資料，特別是對于將來人類飛往月球的資料。

那未，月球火箭是怎樣飛行的呢？

火箭在行星間所走的整個道路分為主動段和被動段兩段。主動段就是當(dāng)有發(fā)動機(jī)工作時火箭所走過的道路。在這一過程中，由于火箭攜帶燃料的減少及火箭一級一級的脫離，使得火箭的飛行重量每時每刻都在改變。被動段是當(dāng)火箭發(fā)動機(jī)停車后所走的路程，在這一過程中，火箭服從于天體的運(yùn)動規(guī)律。

根據(jù)牛頓引力定理，如果知道空間天體速度的大小和方向，就可以計(jì)算出它的軌道，也就是它在空間所走過的道路。正因如此，火箭在發(fā)動機(jī)停車之后，只要知道它在空間的速度的大小和方向，就可以算出其軌道。但是這種計(jì)算是非常復(fù)雜的，而且要使用近代計(jì)算技術(shù)——電子計(jì)算機(jī)。在火箭發(fā)射之前，要把火箭的各種軌道計(jì)算出來，其中包括到月球去的軌道。

要從地球飛到月球，首先必須要超過第二宇宙速即每秒11.2公里的速度，只有這樣，火箭才能克服地球引力的束縛，成為自由的天體飛入宇宙空間。其次要求火箭飛近月球或“命中”月球，就必須要求非常準(zhǔn)確的操縱。

大家都知道，在飛馳前進(jìn)的車上高度準(zhǔn)確地?fù)糁信苈够蛟陲w機(jī)上擊中前進(jìn)中的敵機(jī)是不容易的。射擊這些活動的物體不能直接瞄準(zhǔn)，要根據(jù)行進(jìn)中物體的速度、方向和高度來瞄準(zhǔn)離它前面的某一點(diǎn)，這一超前的距離在行話中就是所謂前置角或前置量。而地球除自轉(zhuǎn)外，還以每秒30公里的速度繞太陽旋轉(zhuǎn)；月球也隨著地球繞太陽運(yùn)動，同時還以約每秒一公里的速度繞地球轉(zhuǎn)；地球與月球的平均距離為三十八萬四千四百公里。在這兩個具有復(fù)雜運(yùn)動而相距又是那么遠(yuǎn)的天體，要從一個天體上發(fā)出火箭擊中另一天體，是一件非常了不起的事件。應(yīng)該提到一點(diǎn)，火箭在飛行中速度是變化的，這給發(fā)射和控制帶來更嚴(yán)格的要求。根據(jù)計(jì)算，要碰到月球，速度誤差不能超過萬分之幾，速度方向的誤差也不能相差0.1度。發(fā)射的時間也不能相差幾秒鐘。如果在發(fā)射火箭時沒有完善的自動操縱設(shè)備，如果不對火箭進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，是不可能達(dá)到這樣高的精確度，也就不能射中月球。

火箭的軌道與距離不長的主動段很有關(guān)系。正確地、最有利地選擇宇宙飛行的軌道具有非常重要的意義。

月球火箭的飛行，必需要考慮到地球引力和月球引力的作用，因?yàn)檫@些引力引起復(fù)雜的問題。例如，根據(jù)計(jì)算，對于飛向月球，在200公里的高度(在這高度上，大氣密度很低，而第二宇宙速度比在地球表面低)發(fā)射火箭，當(dāng)速度在每秒10.8489公里以下時，火箭就不能到達(dá)月球，一定被地球吸引回來；當(dāng)速度在每秒10.8497公里以上時，它將離開月面而成為行星。要想火箭繞過月球而后回來，或者哪怕是短暫的成為月球的衛(wèi)星，火箭的速度必須在上述兩速度之間。起飛速度差不多為每秒11公里，而誤差不得超過0.08米，也就是說要準(zhǔn)確到萬分之幾。僅這一點(diǎn)，就足可以說明考察宇宙的艱巨性。

宇宙中的所有天體，都和地球一樣有引力。這引力的大小與天體本身的質(zhì)量成正比，與物體和天體的距離的平方成反比。也就是說，在同一個天體引力場內(nèi)，距離天體愈遠(yuǎn)所受的引力愈小。在地球與月球之間的物體如飛向月球的火箭同時受到兩者引力的作用。由于月球質(zhì)量比地球小81倍，在同樣距離時，月球引力比地球引力小81倍。所以當(dāng)火箭距離地球的距離為月球的9.倍時(92=81)，月球和地球給于火箭的引力相等。因此在地球與月球之間可找到一引力大小相等、方向相反的點(diǎn)，這點(diǎn)叫做“引力中和”點(diǎn)。過了“引力中和”點(diǎn)而靠近月球區(qū)，地球的引力小于月球的引力。這個區(qū)就是月球區(qū)。

對于火箭運(yùn)行的軌道來說，問題是很復(fù)雜的。離地球越遠(yuǎn)計(jì)算越困難。若是飛向月球的火箭，它必須通過“引力中和”點(diǎn)，這里火箭好像處在“毫無影響”的情況下，顯然，給計(jì)算會帶來更大的困難。但是，飛到月球的第二個宇宙火箭，說明了蘇聯(lián)已經(jīng)克服了計(jì)算中的復(fù)雜困難。

蘇聯(lián)的第二個宇宙火箭在發(fā)射的瞬時，月球的位置相對于地球運(yùn)動方向在稍后和偏右處(如圖示中9月12日的位置)?；鸺倪\(yùn)動是在飛出地球大氣范圍以外后，利用發(fā)動機(jī)作功把火箭加速到初始速度(第二個宇宙火箭的初始速度稍大于第二宇宙速度)，但火箭在地心引力的作用下，速度不斷的減少，在接近月球區(qū)域時，火箭的速度減到每秒2.31公里。進(jìn)入月球區(qū)域以后，火箭的速度又開始增加。9月13日19時，火箭離月球四萬五千公里，其速度增到每秒2.33公里，在距離月球數(shù)千公里內(nèi)時，速度增到每秒2.97公里。9月14日零時二分二十四秒，火箭以每秒3.3公里的速度與月球相碰。

這樣高度精確的理論上的計(jì)算、準(zhǔn)確的發(fā)射及精密的控制，在宇宙火箭的發(fā)射中得到實(shí)踐，這不能不說是蘇聯(lián)科學(xué)和技術(shù)上的偉大成就。蘇聯(lián)宇宙火箭技術(shù)走在世界的最前列，讓我們?yōu)樘K聯(lián)在向宇宙進(jìn)軍中所取得的偉大成就歡呼吧！