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现代火箭的发明

  火箭的发展有着漫长的历史,古今火箭在性能和结构复杂程度上相差极为悬殊,但原理却是相同的:依靠不断向后喷射燃气而前进。世界上公认火箭是中国首先发明的。早在南宋,火箭已在中国用作武器,明代又有所改进。有的将多个火箭绑在一起以增大推力,有的使用了二级火箭。这与现代使用的集束式火箭和多级火箭原理上是一样的。古代火箭主要用于作战,但已有人幻想利用它航天。据野史记载,1500年前后,中国一位叫万户的学者,把47枚火箭绑在椅后,自己手持风筝端坐椅上,请人同时点燃这些火箭,决心飞上天去。结果一声爆炸,碎片纷飞,再也找不到万户了。为了纪念这位为人类航天而献身的先驱者,现代科学家将月球背面的一座环形山命名为“万户火山口”。
  
  现代火箭的产生和发展是建立在大量的理论和实验研究基础上的。由于液体燃料燃烧的理论和技术问题都比固体燃料简单,所以现代火箭是从液体火箭开始的。前苏联、德国、美国都有代表人物在研制火箭方面取得杰出成就。齐奥尔科夫斯基是前苏联人,他从小多病,曾经患猩红热,病后耳朵几乎聋了,被迫中途退学。但他顽强自学,22岁参加中学数学教师的招考被录用,开始了中学教师生活,业余时间搞科学研究。1895年他写了一本科学幻想小说《奇异的地球和天空》。1898年,他写成《用火箭推进飞行器探索宇宙》一文,拖延5年以后才发表在俄国的《科学评论》杂志上。这篇文章第一次阐述了火箭飞行和火箭发动机的基本原理,具体说明液体火箭的构造,认为可以用液氧和煤油做推进剂,提出了质量比(起飞质量和推进剂消耗完后的质量的比值)概念,推导出计算火箭飞行最大速度的公式。它从科学上证明了太空旅行的可行性。齐奥尔科夫斯基共发表论文、科普文章、科幻小说等近600篇。1920年,列宁亲自下令支持齐奥尔科夫斯基的研究工作。他的研究成果对前苏联火箭技术的发展有深远的影响。奥伯斯关于火箭的研究工作是在德国进行的。1923年,他出版了《从火箭到星际太空》一书。他深入研究了许多技术问题,比如喷气速度、理想速度和火箭在大气层中上升的最佳速度等。奥伯斯的着作曾经由科普作家改成写通俗读物,产生了广泛影响。哥达德是美国人,他被科幻小说描写的太空飞行所吸引,立志从事火箭研究。他把理论研究和实验结合起来。1926年3月,哥达德制造的用液氧和汽油做推进剂的第一枚液体火箭试飞成功。1929年,他又发射一枚装有气压计、温度计和照相机的火箭。从1930年到1935年,他发射了多枚火箭,高度达到2500米左右。从20世纪30年代起,火箭研究在德、意、英、法、奥等许多国家开展起来。尤其是德国,它的开创性研究是在其他欧洲国家的严密监视下进行的。从30年代开始,特别是希特勒上台之后,德国广泛网罗人才,充分提供研究经费,在极端保密的情况下,使火箭研究迅速发展。1932年,德国陆军接管了火箭研究工作,并进行了大量基础性研究。1933年,开始设计火箭,在冯·布劳恩的主持下,通过反复试验,在空气动力学方面取得了重要成果,在制导与控制、发动机设计、弹道设计方面积累了大量经验。在此基础上,1942年10月3日,在精心选择、严格保密的波罗的海沿岸佩内明德发射场,成功地发射了第一枚液体军用飞弹V-2,飞行190千米,横向偏差4千米,最大高度85千米。V-2飞弹全长14米,结构重量为399吨,携带896吨推进剂和1吨的弹头,最大射程300千米。从1944年9月至1945年3月,纳粹德国仅向英国就发射了1万多枚V-2,但这并不能挽救其覆灭的命运。不过飞弹本身却成了战后各国火箭发展的蓝本。
  
  第二次世界大战以后,美苏两国成了德国V-2成就的继承者。美国俘获了包括冯·布劳恩在内的100多名德国一流的火箭专家,全部V-2资料;前苏联俘获了一批二流专家和大量V-2及其零件。这为美苏发展火箭技术的发展提供了有利条件。在1945年以前,科学家们对距地表100千米以上高空的情况,只有通过间接手段得来的少得可怜的知识。战后,科学家们迫不及待地利用战争中发展起来的火箭,在头部安放仪器,对高空各方面的情况进行直接的探测。1946年4月美国首次发射V-2,这是一个探空火箭计划的开始,也是研究、仿制、改进V-2,直到研究全新火箭这个过程的开始。不久,V-2火箭头部装上科学仪器被发射到73至130千米的高空。1947年第一次成功地使用降落伞将火箭安全降落下来。前苏联于1947年10月发射第一颗V-2。1947~1949年还研制了几种探空火箭,一直用到50年代。战后10年,火箭发动机技术、飞行控制、跟踪、遥测和遥控仪器都随着经验的积累和高空数据的获得而不断发展。1957~1958年是国际地球物理年,出现了利用探空火箭探测高空的高潮。在此期间,美国发射了210枚火箭,前苏联发射了125枚,英、德、法、日等十几个国家也都制定了探空的合作项目。火箭最大高度已达470千米。在这些探测活动中,各国获得了关于地球大气层的物理和化学性质、地磁场、宇宙辐射和太阳辐射以及陨石等大量资料,火箭的科学价值也逐渐为人们所充分认识。
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