飛翔之夢(mèng)（中）

張開(kāi)遜

19世紀(jì)末，德國(guó)工程師戴姆勒（1834-1900）發(fā)明了汽油內(nèi)燃機(jī)，這種汽油內(nèi)燃機(jī)的重量很輕，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)力，它直接導(dǎo)致汽車(chē)誕生，也為飛機(jī)問(wèn)世提供了最重要的技術(shù)基礎(chǔ)。1903年12月17日，美國(guó)發(fā)明家萊特兄弟利用內(nèi)燃機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)了載人的有動(dòng)力飛行。

萊特兄弟出生在美國(guó)北卡來(lái)羅納州一個(gè)牧師家庭，他們沒(méi)有上過(guò)大學(xué)。1895年，他們開(kāi)了一間修理裝配自行車(chē)的作坊。然而，他們對(duì)飛行有濃厚的興趣，自修德文，閱讀了李林塔爾的著作，并向美國(guó)史密森學(xué)會(huì)（這是一個(gè)專(zhuān)門(mén)探究自然奧秘，并向公眾傳播科學(xué)的民間團(tuán)體）索取了大量關(guān)于飛行的資料。在1900～1902年間，他們先后制造了3架滑翔機(jī)，進(jìn)行了上千次飛行，反復(fù)改進(jìn)其飛行能力和操縱性能。1901年9月，他們自己動(dòng)手設(shè)計(jì)了一個(gè)小型風(fēng)洞，以精確測(cè)量氣流在機(jī)翼上產(chǎn)生的升力以及控制板偏轉(zhuǎn)時(shí)使飛機(jī)轉(zhuǎn)向的力，獲得了設(shè)計(jì)飛機(jī)最重要的數(shù)據(jù)。

1902年，萊特兄弟完成了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力飛機(jī)設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)時(shí)沒(méi)有人愿意為他們制造飛機(jī)專(zhuān)用的內(nèi)燃機(jī)和螺旋槳，很多人認(rèn)為這是無(wú)謂的冒險(xiǎn)。他們只好從頭學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器知識(shí)，摸索加工工藝，自己制造了一臺(tái)小巧緊湊、具有4個(gè)汽缸的汽油內(nèi)燃機(jī)，這臺(tái)汽油內(nèi)燃機(jī)重82千克，能夠產(chǎn)生13馬力功率，比蒸汽機(jī)輕得多。他們還自己設(shè)計(jì)、制造了幾副螺旋槳。

一年之后，萊特兄弟精心設(shè)計(jì)的這架飛機(jī)裝配完畢，它是人類(lèi)歷史上第一架使用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力的飛機(jī)。試飛那天，飛機(jī)被人用小車(chē)推到基蒂霍克海灘，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)后，螺旋槳轉(zhuǎn)速加快，飛機(jī)與小車(chē)一起向前滑行，不久飛機(jī)離開(kāi)小車(chē)升上天空。由于這架飛機(jī)沒(méi)有輪子，降落的時(shí)候只能靠飛行員精確地操縱油門(mén)和控制板使飛機(jī)減速，隨著升力減小，機(jī)身刮蹭著地面停下來(lái)。

這一天共進(jìn)行了四次飛行。第一次由弟弟奧維爾·萊特駕駛飛機(jī)，在空中搖搖晃晃飛行了12秒鐘，降落在36米遠(yuǎn)的地方。第四次由哥哥威爾伯·萊特駕駛飛機(jī)，在空中搖搖晃晃飛行了59秒鐘，飛行了260米。

萊特兄弟駕機(jī)飛行的當(dāng)天，有一名小報(bào)記者在場(chǎng)。人們問(wèn)他如何報(bào)道，他不屑地說(shuō)：“59秒算什么？59分鐘還差不多！”然而他并未意識(shí)到，人類(lèi)從此進(jìn)入了飛行時(shí)代，飛機(jī)將改變?nèi)祟?lèi)的活動(dòng)方式。

1905年，萊特兄弟的飛機(jī)飛行距離已經(jīng)達(dá)到32千米。1906年，歐洲第一架飛機(jī)升空。1908年，奧維爾·萊特駕駛的飛機(jī)失事，一道登上飛機(jī)的同伴當(dāng)場(chǎng)死亡，成為飛機(jī)空難的第一位犧牲者，而奧維爾·萊特身負(fù)重傷，4年后故去。

1909年，倫敦《每日郵報(bào)》設(shè)獎(jiǎng)懸賞駕機(jī)飛越英吉利海峽者，膽大的法國(guó)人布里奧羅用37分鐘從法國(guó)越過(guò)海峽飛到了英國(guó)。1912年，人們發(fā)明了可在水面上起飛降落的單翼飛機(jī)，飛行速度達(dá)每小時(shí)161千米。飛機(jī)問(wèn)世尚不足10年，其速度已超過(guò)人類(lèi)步行速度的20倍。不過(guò)，在當(dāng)時(shí)人們的心目中，飛機(jī)仍然被視作一種冒險(xiǎn)的玩具。

第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，飛機(jī)迅速成為新式武器并首先被用于偵察。敵對(duì)雙方飛行員在空中相遇，有時(shí)揮手致意，有時(shí)拔出手槍相互射擊。機(jī)槍發(fā)明之后，人們打算把它搬上飛機(jī)，但遇到了一大難題：朝前方開(kāi)槍的時(shí)候會(huì)射中自己的螺旋槳。后來(lái)，德國(guó)人福克發(fā)明了一種高速旋轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)，使機(jī)槍只在旋轉(zhuǎn)的螺旋槳露出空隙時(shí)才發(fā)射子彈。此后，飛機(jī)開(kāi)始用連發(fā)的機(jī)槍攻擊地面的目標(biāo)，激烈的空戰(zhàn)隨之出現(xiàn)。由于裝備機(jī)槍的飛機(jī)在空戰(zhàn)的時(shí)候總想繞到敵方身后攻擊，很像兩只打架的狗都想咬對(duì)方的尾巴，所以“空戰(zhàn)”在英語(yǔ)中又名“狗打架”。

飛機(jī)的發(fā)明，使在陸地和海上進(jìn)行的平面戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展成為包括天空在內(nèi)的立體戰(zhàn)爭(zhēng)。第一次世界大戰(zhàn)初期，參戰(zhàn)各國(guó)約有飛機(jī)1500架。4年之后，在前線作戰(zhàn)的飛機(jī)已多達(dá)8000架。第一次世界大戰(zhàn)后期，轟炸機(jī)出現(xiàn)，曾轟炸過(guò)法國(guó)巴黎、英國(guó)倫敦和德國(guó)的一些城市。

第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，大批飛行員失業(yè)，但人們對(duì)飛行的興趣有增無(wú)減。有的飛行員開(kāi)始為公眾做特技飛行表演，有的飛行員則渴望打破空中飛行時(shí)間和飛行距離紀(jì)錄。1919年，兩名英國(guó)飛行員駕駛轟炸機(jī)從紐芬蘭飛越大西洋到達(dá)愛(ài)爾蘭，途中曾遭遇高空風(fēng)暴，他們不得不爬出機(jī)艙，清除凍結(jié)在機(jī)翼上的冰。1927年，美國(guó)飛行員林德伯格（1902-1974）單人駕駛郵政飛機(jī)，在沒(méi)有無(wú)線電通信的情況下，從美國(guó)紐約飛行34小時(shí)到達(dá)法國(guó)巴黎。4年之后，飛行員赫爾頓和潘波駕機(jī)飛越太平洋。時(shí)隔一年，美國(guó)女飛行員埃米利亞單人駕機(jī)飛越大西洋。不幸的是，5年之后，她駕機(jī)環(huán)球飛行時(shí)消失在太平洋上空。1933年，波斯特首次完成單機(jī)環(huán)球飛行，中途降停11次，用了7天又8個(gè)小時(shí)。1938年，飛行員休斯使環(huán)球飛行的時(shí)間減少到3天又19小時(shí)。

發(fā)明家的智慧和飛行員的冒險(xiǎn)精神，共同推進(jìn)了航空技術(shù)的進(jìn)步。到20世紀(jì)30年代，飛機(jī)已經(jīng)變得更大、更結(jié)實(shí)、更快，時(shí)速達(dá)到480千米。這時(shí)，世界上出現(xiàn)了許多定期的客運(yùn)、貨運(yùn)航線。與此同時(shí)，達(dá)·芬奇曾經(jīng)構(gòu)想的可以垂直起降的直升機(jī)也已問(wèn)世，并于1940年投入使用。

第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，進(jìn)一步刺激了航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)由戰(zhàn)爭(zhēng)武器的“配角”一躍而成“主角”。此間德國(guó)人發(fā)明了配備三門(mén)火炮和兩挺機(jī)槍的戰(zhàn)斗機(jī)，日本人發(fā)明了操縱靈活的“零”式戰(zhàn)斗機(jī)。1941年12月，日本出動(dòng)100多架“零”式戰(zhàn)斗機(jī)偷襲美國(guó)珍珠港，摧毀了美軍在太平洋上最大的海軍基地。美國(guó)則多次利用在航空母艦上起飛的飛機(jī)，殲滅日本在海上游弋的艦隊(duì)。美國(guó)和英國(guó)還聯(lián)合研制了巨大的遠(yuǎn)程轟炸機(jī)，被稱(chēng)為“空中堡壘”，其飛行距離超過(guò)8000千米。1945年8月，美軍出動(dòng)“空中堡壘”，攜帶原子彈轟炸了日本廣島。此前，美軍轟炸東京，其出動(dòng)的飛機(jī)多達(dá)500架。

20世紀(jì)30年代，英國(guó)人惠特爾和德國(guó)人馮奧海分別發(fā)明了燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，利用向后噴出的高速燃?xì)猱a(chǎn)生巨大推進(jìn)力，使飛機(jī)速度迅速提高。這種噴氣式飛機(jī)飛行更加靈活，可以瞬間突然加速擺脫敵方的追擊。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)大力發(fā)展噴氣飛行技術(shù)。1947年，美國(guó)人用一架重型轟炸機(jī)運(yùn)載小型噴氣式飛機(jī)到9150米高空放飛，這架?chē)姎馐斤w機(jī)的速度超過(guò)了聲音，成為人類(lèi)歷史上第一架超音速飛機(jī)。在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)（1950-1953）中，噴氣式飛機(jī)首次參加了大規(guī)模實(shí)戰(zhàn)。

1960年，美國(guó)人發(fā)明了速度達(dá)到聲音5倍的噴氣式飛機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于間諜偵察。1969年，英國(guó)和法國(guó)合作研制成功超音速?lài)姎馐娇蜋C(jī)，并于1973年投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，其載客100名，可在3小時(shí)之內(nèi)由巴黎飛到紐約。1974年，美國(guó)研發(fā)的巨型噴氣式客機(jī)投入運(yùn)營(yíng)，載客500名，可以不著陸連續(xù)飛越半個(gè)地球。

1925年，德國(guó)《航空》雜志刊載一篇文章，預(yù)測(cè)“什么人將最適合乘坐飛機(jī)”。其結(jié)論是三種人：漂亮的模特兒、精明的律師和有錢(qián)的商人。今天，飛機(jī)已經(jīng)成為大眾交通工具，每天全球乘飛機(jī)出行的人數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。

飛機(jī)的發(fā)明，對(duì)人類(lèi)文明進(jìn)程無(wú)疑產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。飛機(jī)加快了世界的節(jié)奏，提高了人類(lèi)活動(dòng)的效率。一位哲學(xué)家曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“一切財(cái)富最終歸結(jié)為時(shí)間的節(jié)約?！痹谶@種意義上，飛機(jī)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的價(jià)值不可估量。

借助氣球和飛機(jī)，人類(lèi)只能在大氣圈內(nèi)飛行，然而人類(lèi)還想去更遠(yuǎn)的地方。

早在17世紀(jì)，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒在發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律時(shí)，曾以極其浪漫的筆調(diào)撰寫(xiě)了一部傳播天文知識(shí)的寓言小說(shuō)《月球天文學(xué)》，假托夢(mèng)境述說(shuō)一個(gè)旅行者登臨月球的故事，旅行者去月球的細(xì)節(jié)和幾百年之后發(fā)生的真實(shí)情況十分相似。小說(shuō)中這樣寫(xiě)道：“最初的動(dòng)作非常不舒服而且很危險(xiǎn)，因?yàn)槁眯姓呤潜幻统渡先サ模拖窠o火藥爆炸推出去一樣。在同溫層上空，旅行者遭遇到嚴(yán)寒，而且沒(méi)有可供呼吸的空氣，旅行者還會(huì)感到失重?！遍_(kāi)普勒是極審慎的科學(xué)家，不愿意對(duì)前往月球的方法妄加猜測(cè)，只說(shuō)旅行者是“被妖精送上去的”。200年后，法國(guó)科學(xué)幻想大師儒勒·凡爾納（1828-1905）在他的小說(shuō)《月球旅行》中，用一門(mén)275米長(zhǎng)的“超級(jí)大炮”把旅行者送上了月球。

人類(lèi)要離開(kāi)地球到太空去，會(huì)遇到兩大難題：第一，需要克服地球的引力，引力就像一條看不見(jiàn)的繩子，拴著地球上的一切物體；第二，遠(yuǎn)離地球之后沒(méi)有空氣，氣球和飛機(jī)在太空都不能飛行。這時(shí)，人們想到了火箭。

火箭發(fā)明于古代中國(guó)，800多年前，火箭已經(jīng)成為中國(guó)北宋時(shí)期的一種民間玩具。史書(shū)上還有關(guān)于宋代士兵用火箭攻打蒙古族軍隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)記載。當(dāng)時(shí)火箭的燃料是黑火藥，殼體是紙或竹筒。

18世紀(jì)初，印度軍隊(duì)在抗擊英國(guó)殖民者的戰(zhàn)爭(zhēng)中曾多次使用火箭。1804年，在印度作戰(zhàn)的英國(guó)軍官康格里夫（1772-1828）改造了這種火箭，他采用金屬筒裝火藥，尾部加上一根細(xì)細(xì)的長(zhǎng)桿用以提高飛行的穩(wěn)定性。他還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)射角為55度時(shí)，火箭射程最遠(yuǎn)。1805年，康格里夫的火箭被用來(lái)攻擊法國(guó)軍隊(duì)。1807年，英國(guó)用它攻打丹麥的哥本哈根，射程達(dá)到2000米以上，一枚火箭裝填彈藥達(dá)到3千克。這次戰(zhàn)役之后，英國(guó)建立了世界上最早的火箭特種部隊(duì)。后來(lái)，英國(guó)人哈爾用三片精細(xì)加工的尾翅代替康格里夫的導(dǎo)向桿，進(jìn)一步提高了火箭的命中精度。19世紀(jì)90年代，發(fā)明家泰德·昂吉采用威力更大的火藥，并且使火箭在飛行中高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高了火箭的射程和命中率，使其能夠與當(dāng)時(shí)的大炮媲美。這些努力把固體燃料火箭的潛力發(fā)揮到極致，為后來(lái)火箭技術(shù)的發(fā)展積累了重要的資料。

牛頓力學(xué)誕生之后，科學(xué)家根據(jù)萬(wàn)有引力定律和地球、太陽(yáng)的天文數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出驚人的結(jié)論：在地球表面上空的物體如果沿水平方向高速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到每秒7.91千米時(shí)，物體受到的離心力將抵消地心引力，不會(huì)落回地面，成為繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星；當(dāng)速度超過(guò)每秒11.18千米時(shí)，可以逃出地球引力的控制，離開(kāi)地球進(jìn)入太陽(yáng)引力范圍，成為太陽(yáng)系中的一顆行星；當(dāng)速度超過(guò)每秒16.3千米時(shí)，可以離開(kāi)太陽(yáng)系進(jìn)入外太空，在銀河系漫游。人們把這三個(gè)數(shù)值分別稱(chēng)作第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

火箭是唯一可以達(dá)到這種速度的運(yùn)載工具。1903年，俄國(guó)學(xué)者齊奧爾柯夫斯基（1857-1935）提出了利用液體燃料火箭探測(cè)宇宙空間的構(gòu)想，并推導(dǎo)出了火箭速度的計(jì)算公式。他后來(lái)還論證單級(jí)火箭難以達(dá)到第一宇宙速度，并提出了多級(jí)火箭的設(shè)想。齊奧爾柯夫斯基是一位偉大的航天理論家，然而作為中學(xué)教員，當(dāng)時(shí)他沒(méi)有實(shí)踐的條件。

從理論上講，借助火箭實(shí)現(xiàn)宇宙航行沒(méi)有任何困難。如果火箭同時(shí)帶有燃料和供燃燒使用的氧，可在太空飛行過(guò)程中多次加速，達(dá)到飛離太陽(yáng)系所需速度；如果在火箭飛行過(guò)程中控制其燃?xì)鈬姲l(fā)的方向和強(qiáng)度，便可自如地調(diào)節(jié)火箭在太空運(yùn)動(dòng)的姿態(tài)和速度，還可使它在星球上緩緩地著陸。太空飛行沒(méi)有空氣阻力，一旦脫離地球大氣圈，火箭就可依慣性運(yùn)動(dòng)，自由飛行，不再需要消耗能量。人類(lèi)可以利用火箭到達(dá)宇宙間遙遠(yuǎn)的地方。

美國(guó)物理學(xué)家戈達(dá)德（1882-1945）最先將液體燃料火箭的構(gòu)想付諸實(shí)踐。他從小即對(duì)火箭著迷，上中學(xué)時(shí)讀過(guò)英國(guó)歷史學(xué)家威爾斯（1866-1946）的名著《星際戰(zhàn)爭(zhēng)》，他想象如果未來(lái)發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，應(yīng)該有辦法使人類(lèi)遷移至其他星球。1909年，戈達(dá)德提出液氫和液氧組合是液體燃料火箭推進(jìn)劑的最佳選擇。1919年，他發(fā)表專(zhuān)著《到達(dá)極端高空的方法》，如今這部書(shū)已成為宇宙航行與火箭技術(shù)的經(jīng)典文獻(xiàn)。1926年，他發(fā)現(xiàn)汽油與液態(tài)氧組合是更為切合實(shí)際的火箭推進(jìn)劑，并在馬薩諸塞州成功發(fā)射世界上第一枚液體燃料火箭。這枚火箭重4.5千克，飛行時(shí)間2秒半，飛行高度12米，飛行距離56米。

當(dāng)戈達(dá)德埋頭研究火箭的時(shí)候，幾乎所有的人都嘲笑他，說(shuō)“這個(gè)從月球上來(lái)的人，古怪荒唐，精神有毛病”。然而，戈達(dá)德堅(jiān)信自己已為人類(lèi)未來(lái)宇宙航行找到了合適的交通工具。1927年，他為自己在1919年寫(xiě)的一篇文章《最后的遷移》追加了一段話(huà)：“探測(cè)太陽(yáng)系之外的恒星，應(yīng)該選擇海王星的第一顆衛(wèi)星作為出發(fā)點(diǎn)。在那里裝配設(shè)備，使火箭點(diǎn)火起飛。”考慮到貿(mào)然發(fā)表未免過(guò)于大膽，他把這份手稿放入一位朋友的保險(xiǎn)柜，封面上有段警告：“這些筆記只能由樂(lè)觀主義者閱讀?！?/p>

1929年7月，在一次試驗(yàn)中，戈達(dá)德的火箭發(fā)生爆炸。這次事故成為一件公眾新聞，他被警察局禁止繼續(xù)做試驗(yàn)，他的實(shí)驗(yàn)室也被查封。后來(lái)，曾單人駕機(jī)首航越過(guò)大西洋的飛行員林德伯格利用自己的聲望幫助他獲得了一筆數(shù)額不大的研究基金，警察局也做出讓步，同意戈達(dá)德繼續(xù)試驗(yàn)，但條件是必須挪地方。

1930年，戈達(dá)德把實(shí)驗(yàn)室搬至新墨西哥州的荒原，并建立了世界上第一個(gè)專(zhuān)業(yè)的火箭試驗(yàn)場(chǎng)。1935年，戈達(dá)德的液體燃料火箭飛行距離達(dá)到2500米。

第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，戈達(dá)德多次上書(shū)美國(guó)政府，希望支持他的火箭研制工作，但當(dāng)局未予理睬。不久后，他因患喉癌去世，未能看到自己的火箭升上太空。

作為液體燃料火箭的先驅(qū)，戈達(dá)德完成了現(xiàn)代火箭技術(shù)中許多重要的基礎(chǔ)性發(fā)明，其中包括完整的火箭總體設(shè)計(jì)、最早的火箭發(fā)射程序、精確控制火箭飛行路線的陀螺儀，以及跟蹤火箭飛行軌跡的光學(xué)觀測(cè)系統(tǒng)等。戈達(dá)德的理論研究和探索實(shí)踐，為現(xiàn)代火箭技術(shù)奠定了基礎(chǔ)（未完待續(xù)）。