從“鉛筆火箭”起步的日本航天

文/李嵩

1954 年，報(bào)紙上刊載的一篇名為《乘火箭20 分鐘穿越太平洋——5 年后將不再是夢(mèng)》的科普文章吸引了日本文部省一位官員的注意，當(dāng)時(shí)這位官員剛好接到了上峰的命令，讓他準(zhǔn)備項(xiàng)目參加將于1957 年舉辦的首屆“國(guó)際地球物理年”活動(dòng)，于是他通過(guò)報(bào)社聯(lián)系到了這篇文章的作者糸川英夫。

▲ 1954 年，糸川英夫在報(bào)紙上發(fā)表了一篇名為《乘火箭20 分鐘穿越太平洋——5 年后將不再是夢(mèng)》的科普文章

“鉛筆火箭”

糸川英夫是東京大學(xué)的一名教師，雖然在醫(yī)學(xué)院任教，但其實(shí)他的本專業(yè)是航空工程。在日本無(wú)條件投降之前，糸川一直在中島飛機(jī)公司從事戰(zhàn)斗機(jī)的研制工作，戰(zhàn)后由于日本被剝奪了繼續(xù)從事航空研發(fā)的權(quán)利，糸川這樣的航空工程師很多都“重派”到了大學(xué)再就業(yè)，糸川在醫(yī)學(xué)院選擇的研究領(lǐng)域是聲音。

在前往美國(guó)交流訪問(wèn)期間，糸川讀到了很多關(guān)于現(xiàn)代火箭與航天應(yīng)用方面的書(shū)籍，讓他大開(kāi)眼界的同時(shí)，也萌生了獨(dú)立發(fā)展日本火箭技術(shù)的想法。在戰(zhàn)爭(zhēng)行將結(jié)束前，糸川就參加過(guò)用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的自殺式飛機(jī)的研究項(xiàng)目，因此對(duì)這個(gè)領(lǐng)域并不陌生。

▲ 糸川英夫

歸國(guó)后，糸川召集了自己的前同事、現(xiàn)同事以及本校對(duì)這個(gè)項(xiàng)目有興趣的學(xué)生組成了航空電子與超音空氣動(dòng)力學(xué)研究組。雖然名字起得十分高大上，但研究小組從官方根本拉不到研究經(jīng)費(fèi)，只能靠私人關(guān)系從私企獲得一些微末的贊助費(fèi)用。

為了讓更多的人了解火箭，了解太空探索與開(kāi)發(fā)，糸川開(kāi)始撰寫(xiě)科普文章給報(bào)刊投稿，希望能借此博得更多的支持。功夫不負(fù)有心人，文部省的邀約雖然沒(méi)有給他帶來(lái)巨額的研究經(jīng)費(fèi)，卻讓他看到了把這件事繼續(xù)下去的希望。1955 年3 月12 日，糸川和他的小組成功將一枚試驗(yàn)火箭發(fā)射上了天空。這枚火箭長(zhǎng)23 厘米、直徑1.8 厘米，看起來(lái)就像一支大號(hào)鉛筆，重量不到半斤，甚至比現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多中學(xué)生自己制作的火箭還要小，但這畢竟是日本航天史上的第一次，據(jù)說(shuō)“鉛筆火箭”發(fā)射當(dāng)天，很多東京的市民趕到位于郊區(qū)的發(fā)射地點(diǎn)圍觀。公眾關(guān)注度的提升雖然沒(méi)有解決研究經(jīng)費(fèi)的捉襟見(jiàn)肘，但卻給了糸川小組更強(qiáng)的精神助力。

▲ “鉛筆火箭”

▲ “蘭姆達(dá)”火箭

再接再厲

1957 年，由糸川小組研制的“卡帕”（就是希臘字母Κ）系列探空火箭多次成功發(fā)射，完成了多項(xiàng)大氣與地球物理探測(cè)任務(wù)，成為日本參與國(guó)際地球物理年的重要技術(shù)支撐。這讓在戰(zhàn)后迫切希望重回世界懷抱的日本朝野上下，都感受到了航天技術(shù)的巨大潛力。

在蘇聯(lián)和美國(guó)相繼成功發(fā)射本國(guó)首顆人造衛(wèi)星后，日本政府在1958 年于首相辦公室之下單獨(dú)設(shè)立了國(guó)家太空活動(dòng)委員會(huì)，專司籌劃國(guó)家的航天技術(shù)規(guī)劃，并在之后陸續(xù)發(fā)布了《當(dāng)前宇宙科學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)規(guī)劃》以及《人造衛(wèi)星計(jì)劃試行草案》。日本由此走上了一條目標(biāo)明確的航天發(fā)展之路。

日本要著手研制自己的運(yùn)載火箭，用來(lái)發(fā)射本國(guó)的衛(wèi)星，糸川小組從此不僅獲得了政府的經(jīng)費(fèi)支持，也得到了官方的身份認(rèn)同。在K 系列探空火箭基礎(chǔ)上，他們開(kāi)始著手研制更大的“蘭姆達(dá)”（就是希臘字母Λ，對(duì)應(yīng)的英文是L）多級(jí)火箭，之后日本的各型全固體燃料運(yùn)載火箭都用希臘字母來(lái)命名的規(guī)則由此延續(xù)下來(lái)。同時(shí)代在諸多準(zhǔn)備開(kāi)展太空活動(dòng)的國(guó)家中，日本是準(zhǔn)備使用固體燃料火箭發(fā)射衛(wèi)星的唯一。同時(shí)期法國(guó)和英國(guó)都在進(jìn)行液體燃料火箭的研制，而中國(guó)也在錢(qián)學(xué)森的帶領(lǐng)下開(kāi)始了對(duì)蘇聯(lián)導(dǎo)彈技術(shù)的研仿，唯獨(dú)日本由于無(wú)法獲得與彈道導(dǎo)彈相關(guān)的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)而只能想辦法在固體火箭上挖掘潛力。

▲ “大隅”號(hào)衛(wèi)星（上方的銀色圓錐體是衛(wèi)星本體，下方的黑色圓球則是“蘭姆達(dá)”火箭的第四級(jí)）

▲ 1970 年2 月11 日，第五枚“蘭姆達(dá)”火箭發(fā)射升空，成功將“大隅”號(hào)衛(wèi)星送入軌道

“蘭姆達(dá)”火箭為三級(jí)構(gòu)型，各級(jí)全部采用探空火箭常用的無(wú)控方案。由于無(wú)煙火含能量偏低，根本無(wú)法達(dá)到入軌高度，日本政府設(shè)法從美國(guó)引進(jìn)了高能推進(jìn)劑，但這也是僅僅解決了溫飽問(wèn)題，火箭的運(yùn)載能力還是不足，于是已經(jīng)成為宇宙航空研究所領(lǐng)導(dǎo)者的糸川提出了增加第四級(jí)火箭并將衛(wèi)星功能與第四級(jí)火箭合二為一的方案。說(shuō)直白一些就是用運(yùn)力有限的“蘭姆達(dá)”火箭發(fā)射一個(gè)帶有衛(wèi)星功能的四級(jí)火箭上去。所謂衛(wèi)星功能其實(shí)也就是對(duì)外發(fā)射電磁波，星上主要設(shè)備只有由松下公司研制的溫度計(jì)和加速度計(jì)、由NEC 公司研制的信號(hào)發(fā)射機(jī)和天線，再加上一塊氧化銀的蓄電池，整個(gè)衛(wèi)星的重量只有大概10 千克，也就是一袋大米的重量。1964 年，為了紀(jì)念鹿兒島上的發(fā)射場(chǎng)建成，衛(wèi)星被命名為“大隅”，因?yàn)槁箖簫u是大隅群島中的一座。

如愿以償

從1966 年起，“蘭姆達(dá)”火箭連續(xù)4 次發(fā)射都沒(méi)有成功，第一枚火箭的第三級(jí)飛行彈道出現(xiàn)偏差，自旋發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，無(wú)法控制姿態(tài)；第二枚火箭的末級(jí)不點(diǎn)火；第三枚火箭的第三級(jí)不點(diǎn)火；第四枚火箭發(fā)射后，分離掉的第三級(jí)在剩余推力作用下，撞到了末級(jí)火箭上。

連續(xù)的發(fā)射失利讓糸川壓力大增，日本政府轉(zhuǎn)而去求助美國(guó)。但美國(guó)人根本不希望日本發(fā)展本國(guó)的火箭技術(shù)，美國(guó)宇航局提出由美國(guó)火箭發(fā)射日本衛(wèi)星的方案，這遭到了糸川的斷然拒絕。糸川的強(qiáng)硬受到了以《朝日新聞》為首的媒體的猛烈抨擊。他在壓力與憤怒之下選擇離開(kāi)研究團(tuán)隊(duì)，但條件是必須仍由日本本國(guó)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)完成火箭的后續(xù)研制工作。

▲ “隼鳥(niǎo)1 號(hào)”小行星探測(cè)器

1970 年2 月11 日，是第五枚“蘭姆達(dá)”火箭發(fā)射的日子。鹿兒島的居民一大早就來(lái)到神廟，冒著刺骨的寒風(fēng)虔誠(chéng)祈禱，為發(fā)射祈福。中午時(shí)分，“蘭姆達(dá)”點(diǎn)火升空。由于采用無(wú)控方案，火箭是以一定的傾角沿著導(dǎo)軌發(fā)射的，最終成功把“大隅”衛(wèi)星送入傾角31 度、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度5140 千米、近地點(diǎn)高度350 千米的橢圓軌道上。此時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)行的糸川在出租車上通過(guò)廣播得到了發(fā)射成功的消息，立時(shí)陷入了無(wú)聲的哭泣當(dāng)中。

“大隅”衛(wèi)星在軌運(yùn)行了14 個(gè)小時(shí)后便不再發(fā)射信息。后來(lái)?yè)?jù)分析是因?yàn)樾l(wèi)星內(nèi)部超溫使電子元器件失效，但這并不妨礙日本成為繼美蘇法后第四個(gè)擁有自主發(fā)射人造地球衛(wèi)星能力的國(guó)家。糸川英夫也因?yàn)樵谌毡净鸺夹g(shù)發(fā)展史上的開(kāi)拓作用，被稱為“日本火箭技術(shù)之父”。

2003 年，日本的“隼鳥(niǎo)1 號(hào)”小行星探測(cè)器發(fā)射升空后，成為其目的地的小行星25143 被命名為“糸川”，以紀(jì)念他對(duì)日本科學(xué)界與太空科學(xué)的貢獻(xiàn)。2005 年11 月26 日，“隼鳥(niǎo)1號(hào)”成功在“糸川”小行星表面采樣，并于2010 年6 月13 日把采樣帶回了地球，用日本航天的發(fā)展成果告慰了糸川英夫的在天之靈。

▲ “隼鳥(niǎo)1 號(hào)”小行星探測(cè)器的返回艙