導(dǎo)彈先驅(qū)齊奧爾科夫斯基

文/壽大本 鐘名一

導(dǎo)彈先驅(qū)齊奧爾科夫斯基

文/壽大本 鐘名一

現(xiàn)代火箭理論的奠基人、被后人尊為“宇宙航行之父”的齊奧爾科夫斯基，1857年9月17日誕生在俄國(guó)梁贊州伊諾夫斯克林區(qū)一個(gè)小林務(wù)官的家中。小齊奧爾科夫斯基是個(gè)聰明好學(xué)、有豐富想像力的孩子。小時(shí)候母親曾送給他一只小小的氫氣球。他非常喜歡這個(gè)小玩意兒，常常出神地看著這只小氣球在空中自由地飛來(lái)飛去。他想，要是人也能像這只氫氣球一樣飄浮在空中，再飄向浩瀚的星空去探索宇宙的秘密，那該多好??！

“小聾子”醉心“發(fā)明”

7歲那年，他上學(xué)讀書(shū)了。他非常熱愛(ài)學(xué)校生活，學(xué)習(xí)成績(jī)也很好。但10歲時(shí)，一場(chǎng)巨大的不幸突然降臨到他的頭上。他患了嚴(yán)重的猩紅熱病，并引起并發(fā)癥，雙耳幾乎失去了聽(tīng)覺(jué)，成了一個(gè)半聾子。從此，他聽(tīng)不見(jiàn)老師的講課，也聽(tīng)不見(jiàn)同學(xué)們的交談。

他不得不離開(kāi)學(xué)校。他沒(méi)有老師，也沒(méi)有伙伴，不懂的問(wèn)題只能靠自己的苦思冥想。他所有的知識(shí)幾乎全都靠自學(xué)獲取的。他不斷地從父親的書(shū)架取書(shū)閱讀，讀了一本又一本。父親的書(shū)架上有一些自然科學(xué)方面的教科書(shū)，通俗易懂，闡明了許多科學(xué)道理。這些書(shū)把齊奧爾科夫斯基領(lǐng)進(jìn)了一個(gè)多姿多彩的科學(xué)世界。從此他愛(ài)上了科學(xué)。

除了讀書(shū)，齊奧爾科夫斯基一個(gè)人不聲不響地制作玩具和模型。他照著書(shū)中的圖樣，剪剪裁裁，敲敲打打，動(dòng)手制作，很快就造出許多有趣的模型和玩具，有風(fēng)車，有用蒸汽推動(dòng)的機(jī)車、帶翅膀的飛行器等等。附近的孩子們都來(lái)參觀他精心制作的這些小玩意。齊奧爾科夫斯基就動(dòng)手演示給他們看：風(fēng)一吹，小風(fēng)車的葉片就飛快地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，帶著小磨子轉(zhuǎn)動(dòng)，將麥粒磨成面粉。蒸汽機(jī)車上裝著小鍋爐，鍋爐里水蒸氣不停地往外噴，推動(dòng)了機(jī)車的杠桿，帶動(dòng)車輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，蒸汽機(jī)車真的跑起來(lái)了。孩子們都被迷住了，大人們也認(rèn)為這個(gè)不愛(ài)說(shuō)話的小聾子，將來(lái)會(huì)有大出息的。齊奧爾科夫斯基通過(guò)手工勞動(dòng)，學(xué)會(huì)了木工、鉗工、車工等許多活兒。這種實(shí)際操作技能，對(duì)他成年后的科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造具有很重要的意義。

垂髫之后刻苦深造

為了學(xué)到更多的知識(shí)，他16歲離開(kāi)家鄉(xiāng)到莫斯科求學(xué)?？墒牵皇苓^(guò)兩三年小學(xué)教育又嚴(yán)重失去聽(tīng)覺(jué)的鄉(xiāng)下少年，哪個(gè)學(xué)校也上不了，只能自學(xué)。于是，圖書(shū)館成了他的學(xué)校和課堂。每天早上一開(kāi)館，他就帶著黑面包和一瓶水，第一個(gè)走進(jìn)圖書(shū)館。晚上天黑了，館內(nèi)工作人員點(diǎn)亮了煤油燈，他就在燈下埋頭苦讀。圖書(shū)管理員費(fèi)多羅夫是個(gè)熱心人。費(fèi)多羅夫了解到這個(gè)耳聾的外地孩子是一個(gè)人來(lái)莫斯科求學(xué)時(shí)，非常感動(dòng)。費(fèi)多羅夫幫助他制訂了一個(gè)讀書(shū)計(jì)劃，為他提供了中學(xué)、大學(xué)必讀的圖書(shū)。從此，齊奧爾科夫斯基就一頭鉆進(jìn)書(shū)本的海洋，系統(tǒng)地自學(xué)了高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、機(jī)械學(xué)、天文學(xué)等基礎(chǔ)課程。盡管許多理論、公式像一只只攔路虎擋在他的面前，但他毫不畏懼，發(fā)奮努力地刻苦自學(xué)。整整3年，每天從清晨到深夜，除了讀書(shū)、計(jì)算，他就在自己住的小屋里做實(shí)驗(yàn)。為了購(gòu)買(mǎi)實(shí)驗(yàn)材料，有時(shí)甚至買(mǎi)面包的錢(qián)也花掉了，他只能餓著肚子苦讀、做實(shí)驗(yàn)。終于，他以令人難以想像的堅(jiān)強(qiáng)毅力，在最短的時(shí)間里，把中學(xué)、大學(xué)的課程全部學(xué)完了。

回到家鄉(xiāng)以后，齊奧爾科夫斯基制訂了系統(tǒng)的自學(xué)計(jì)劃，繼續(xù)讀書(shū)深造。這時(shí)，他父親已經(jīng)退休，家庭生活只靠微薄的養(yǎng)老金，日子過(guò)得拮據(jù)。他就經(jīng)父親介紹去做家庭教師，掙錢(qián)補(bǔ)貼家用。盡管他聽(tīng)力很差，但是講課認(rèn)真負(fù)責(zé)，通俗易懂，受到學(xué)生和家長(zhǎng)的好評(píng)。

1878年，他以優(yōu)異的成績(jī)通過(guò)了教師資格考試，取得了教師稱號(hào)。這位完全靠自覺(jué)成才的殘疾青年從此有了一份正式的職業(yè)。

研究噴氣式火箭理論

1879年冬天，22歲的齊奧爾科夫斯基告別了父親，開(kāi)始獨(dú)立謀生。他來(lái)到卡盧加州的彼得羅夫斯克的一所公立中學(xué)，在那里他教授數(shù)學(xué)和物理。他在該市和一個(gè)勤勞善良的姑娘結(jié)了婚。在學(xué)校，他盡心盡責(zé)地教授學(xué)生，他物理實(shí)驗(yàn)做得尤其出色，在校很受學(xué)生們的歡迎和尊重。他的課余時(shí)間，全用在了科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)上。每天清晨起床，上課前他先要搞幾個(gè)小時(shí)的研究工作，下課后他也是繼續(xù)搞研究做實(shí)驗(yàn)直到深夜。他很少與人交往，他要擠出更多的時(shí)間從事科學(xué)研究事業(yè)。

科學(xué)研究的道路是不平坦的。他花了很大的精力搞出的研究成果——?dú)怏w運(yùn)動(dòng)理論的論文，寄到彼得堡后，很快被否定了。因?yàn)檫@項(xiàng)研究別人早已做過(guò)，只由于他信息不靈，結(jié)果自己白白地浪費(fèi)了時(shí)間和精力。齊奧爾科夫斯基沒(méi)有氣餒，繼續(xù)鉆研自己選定的課題，不久寫(xiě)出了第二篇論文《生物機(jī)體力學(xué)》。這篇論文得到了著名生物學(xué)家謝切諾夫的好評(píng)，齊奧爾科夫斯基也因此被選為俄羅斯物理化學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)員。

當(dāng)時(shí)世界上飛機(jī)還沒(méi)有發(fā)明，飛艇剛剛問(wèn)世，引起人們很大的興趣。但是飛艇的外殼是膠布做的。在高空飛行時(shí)，飛艇內(nèi)的大量氣體迅速膨脹，以致會(huì)在高空將外殼撐破，造成嚴(yán)重的事故。齊奧爾科夫斯基決心解決這個(gè)問(wèn)題。他花了兩年的時(shí)間，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種又輕又牢固的全金屬飛艇，并寫(xiě)出了《氣球的理論和實(shí)驗(yàn)》這篇總結(jié)性的科學(xué)研究報(bào)告。他被邀請(qǐng)到莫斯科去報(bào)告自己的成果，受到了與會(huì)科學(xué)家們的熱烈稱贊。大家鼓勵(lì)他繼續(xù)研究下去。

齊奧爾科夫斯基高高興興地從莫斯科回了家。不料一場(chǎng)災(zāi)難突然降臨到他的頭上。一天半夜，鄰居草棚失火，大火把他們家也燒著了。他所有的手稿、圖紙、模型、工具、儀器全部毀之一炬。他多年的心血?dú)Я恕Ｔ谶@巨大打擊下，他生了一場(chǎng)大病。病愈之后，他又重新振作起來(lái)，從頭開(kāi)始，繼續(xù)研究。終于一個(gè)全金屬的飛艇模型在他手中誕生了。他把精心制作的飛艇模型和設(shè)計(jì)手稿的第一部分寄給了大科學(xué)家門(mén)捷列夫。門(mén)捷列夫很重視，立即推薦給俄羅斯技術(shù)協(xié)會(huì)航空部門(mén)，希望他們認(rèn)真研究?？墒枪倭艂儗?duì)小城市一個(gè)中學(xué)教員的發(fā)明絲毫不感興趣。他們寧肯花大量的金錢(qián)到國(guó)外去購(gòu)買(mǎi)飛艇的技術(shù)和材料，也不愿意花時(shí)間研究一下他的論文。齊奧爾科夫斯基在這些老爺面前是不可能得到重視和支持的。

但他并沒(méi)有灰心，沒(méi)有停止自己的科學(xué)研究。

在研究全金屬飛艇的外形和飛機(jī)機(jī)翼的作用力時(shí)，他十分謹(jǐn)慎小心地用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明各種數(shù)據(jù)。他當(dāng)時(shí)所做的許多實(shí)驗(yàn)都和風(fēng)密切相關(guān)。然而天然的氣流——風(fēng)是變幻無(wú)常、不聽(tīng)人類擺布的。所以他迫切想要制造一臺(tái)送風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他曾寫(xiě)信和打報(bào)告給俄羅斯物理化學(xué)協(xié)會(huì)。請(qǐng)求給予經(jīng)濟(jì)資助，協(xié)會(huì)以“計(jì)劃太簡(jiǎn)單”為由拒絕提供科研經(jīng)費(fèi)。最后他只得勒緊褲帶，從微薄的工資中再省出了一筆錢(qián)來(lái)制造送風(fēng)機(jī)。他硬是從牙縫里省下錢(qián)來(lái)，于1897年發(fā)明制造成功了送風(fēng)機(jī)——俄國(guó)第一座實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞。

1903年，齊奧爾科夫斯基發(fā)表了一篇極其重要的論文——《用噴氣工具探測(cè)宇宙空間》。在這里他第一次從理論上論證了用噴氣式的火箭進(jìn)入宇宙的可能性。他設(shè)想，火箭在剛開(kāi)始離開(kāi)地面時(shí)速度并不是很快，在飛行過(guò)程中逐漸加速，速度越來(lái)越快，最后達(dá)到足以飛出地球大氣層的速度。他推導(dǎo)出了著名的火箭運(yùn)動(dòng)公式——齊奧爾科夫斯基公式：V=Cln mi/mk

公式中V是火箭運(yùn)動(dòng)的速度，C是燃燒產(chǎn)物由噴管中流出的速度，mi是火箭起飛前的原始質(zhì)量，mk是燃料和氧化劑燃燒完后火箭的最終質(zhì)量。他還首先提出用液體燃料來(lái)取代傳統(tǒng)的固體燃料。他說(shuō)用液體燃料能提高火箭的噴氣速度，從而提高火箭前進(jìn)的速度，最終能飛出大氣層。他還在論文中畫(huà)了世界上第一幅液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造圖。

1915年，他的又一篇宇航論文《星際航行》發(fā)表了。經(jīng)過(guò)10多年對(duì)宇航理論的不斷研究，他的理論進(jìn)一步得到完善。他預(yù)見(jiàn)到將來(lái)的火箭如果從宇宙返回地球，將遇到一個(gè)大難題——由于火箭返回地球的速度極快，高速回歸的火箭與地球大氣層摩擦后會(huì)產(chǎn)生高溫。這種高溫足以把火箭化為灰燼。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的思考和研究，他在這篇論文中提出了解決上述難題的對(duì)策：利用液態(tài)氮來(lái)冷卻回歸地球時(shí)火箭的外殼。他的這一理論使火箭返回地球成為可能。

齊奧爾科夫斯基郵票

齊奧爾科夫斯基故居

蘇聯(lián)時(shí)期提出多級(jí)火箭理論

齊奧爾科夫斯基在航空航天方面的理論研究工作，在沙皇統(tǒng)治時(shí)期，一直沒(méi)有受到重視。他只是憑著科學(xué)家的責(zé)任感和事業(yè)心，一個(gè)人默默地孤軍奮戰(zhàn)。十月革命勝利后，蘇維埃政權(quán)給予他巨大的支持和鼓勵(lì)。1920年列寧親自下令支持齊奧爾科夫斯基的工作。1921年，齊奧爾科夫斯基已經(jīng)過(guò)了花甲之年。為了能在晚年集中精力從事科學(xué)研究，他請(qǐng)求解除他的教學(xué)職務(wù)。他的這一請(qǐng)求立即得到了回復(fù)。蘇聯(lián)政府決定“給予航空專家、科學(xué)發(fā)明家齊奧爾科夫斯基終身?yè)狃B(yǎng)金”。從此，他徹底解除了后顧之憂，一心一意地投身于科學(xué)研究之中。

1929年，齊奧爾科夫斯基發(fā)表了《火箭列車》這篇著名論文。在論文中，他首次提出了多級(jí)火箭的思想。這一偉大的思想使人類終于能夠憑借液體燃料沖出地球飛向宇宙。在文中他詳細(xì)介紹了串列多級(jí)火箭和并聯(lián)多級(jí)火箭兩種設(shè)計(jì)方案。

以串列式多級(jí)火箭為例，火箭發(fā)射時(shí)先點(diǎn)火發(fā)動(dòng)在地面的第一級(jí)火箭，靠著它的動(dòng)力把前面幾級(jí)火箭往高空推送，在它的燃料用盡時(shí)，便與“火箭列車”自動(dòng)脫離；與此同時(shí)第二級(jí)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，第二級(jí)火箭繼續(xù)推動(dòng)著前面的火箭，一直到燃料用完再自行脫落。而最前面一級(jí)的飛行物最終能被送入太空，進(jìn)入宇宙遨游。衛(wèi)星或是飛船可以靠多級(jí)火箭逐級(jí)把它送入飛行軌道。齊奧爾科夫斯基的多級(jí)火箭理論是火箭技術(shù)研究中的一個(gè)重大突破。今天，世界各國(guó)發(fā)射的洲際導(dǎo)彈和各種航天器都是用多級(jí)火箭發(fā)射上去的。

齊奧爾科夫斯基的晚年一直在政府的支持下從事航空航天研究。1931年，蘇聯(lián)成立了噴氣推進(jìn)研究小組。1933年，由齊奧爾科夫斯基設(shè)計(jì)的第一枚液體燃料火箭在蘇聯(lián)發(fā)射成功。這枚火箭的發(fā)射成功，為以后的導(dǎo)彈技術(shù)和航天事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1935年9月19日，科學(xué)家齊奧爾科夫斯基與世長(zhǎng)辭了，終年78歲。齊奧爾科夫斯基的一生是為科學(xué)事業(yè)鞠躬盡瘁的一生。他共寫(xiě)了近600篇論文、科普文章和科幻小說(shuō)。為了紀(jì)念這位先驅(qū)，現(xiàn)在莫斯科航空學(xué)院和月球上的一個(gè)環(huán)形山都以“齊奧爾科夫斯基”命名。

?鏈接在美國(guó)，有一位人稱現(xiàn)代“火箭之父”的導(dǎo)彈技術(shù)先驅(qū)戈達(dá)德博士。他根據(jù)齊奧爾科夫斯基創(chuàng)建的現(xiàn)代火箭理論，于1923年造出了第一臺(tái)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)并進(jìn)行了試驗(yàn)。1926年3月16日，戈達(dá)德在美國(guó)馬薩諸塞州發(fā)射了世界上第一枚液體燃料火箭。該火箭達(dá)到12.5米的高度，飛行了56.1米遠(yuǎn)。試驗(yàn)取得了成功。1931年，戈達(dá)德使用自動(dòng)化程序裝置發(fā)射了一枚火箭。1932年他又首次用陀螺控制的燃?xì)舛娌倏v火箭的飛行。1935年他試驗(yàn)成功超音速火箭，最大射程達(dá)到20公里。齊奧爾科夫斯基、戈達(dá)德是名副其實(shí)的導(dǎo)彈先驅(qū)、火箭先驅(qū)。

摘編自解放軍出版社出版《呼嘯的火花——導(dǎo)彈發(fā)明史》