第五章
赫·奧伯特
赫爾曼·奧伯特1894年出生在奧地利,其出生地後來劃歸羅馬尼亞。1940年他加入德國籍,曾參與“V-2”導彈研究。他從小對交通工具特別感興趣,渴望著利用它們旅行得更快、更遠、更好。為此,他製定了設計奇異的火車、飛機和宇宙飛船的計劃,也因而如饑似渴地閱讀這方麵的書籍和小說。11歲那年,母親將儒勒·凡爾納的著名小說《從地球到月球》和《月球旅行》作為禮物送給他。他一連讀了五六遍,幾乎把全部內容都印在了腦海裏。雖然他對書中的故事懷有極大的興趣,但對登月的方法並不盲從。12歲時,他認識到,不能像凡爾納設想的那樣,讓旅行者坐在用炮彈做成的座艙裏,用巨大的大炮發送上月球,因為即使在技術上能夠製成這種大炮,但在發射時,炮彈飛行的巨大加速度,也會使炮彈裏的旅行者被壓得粉身碎骨。他倒是對凡爾納設想的用來改變宇宙飛船方向和減低飛船著陸速度的火箭感興趣。這使他逐漸認識到反作用推進提供了惟一一種實現太空飛行的方式,巨大的火箭將在未來用於宇宙航行。
1923年,奧伯特成為數學教授,但他把全部業餘時間用在宇宙航行的研究上。為此,他廣泛收集資料,結交朋友,尋覓誌同道合者。當他在報紙上看到美國的戈達德教授研究火箭的報道後,就熱情地給戈達德寫信說:“我已經多年從事研究如何用火箭飛出地球的問題。當我正要發表我的實驗和計算結果時,從報紙上得知,我在這方麵的探索不是孤立的,而您,親愛的先生,在這方麵已做了很重要的工作。雖然我作了不少努力,仍未能得到您在這方麵的著作。因此,可否請您賜寄幾冊。”
1922年,他把自己的研究成果整理成文,作為申請博士學位的論文寄給了海德堡大學。但是,他的研究成果沒有得到承認。他很想再寫一篇論文,以獲得博士學位。但他又一想,沒有博士學位這個頭銜也沒關係,事實將證明我能夠成為比某些人更偉大的科學家。
奧伯特在他的自傳中這樣說過:“一般認為,駱駝能夠在它們渴了的時候發現新的水源。也許某種可以類比的東西在我身上發生了”。確實是這樣,奧伯特不僅在兒童時代就斷定,反作用推進的火箭,提供了惟一實現太空飛行的方式,巨大的火箭一定會用於未來的宇宙飛船,而且,在他的著作中,還提出了空間火箭點火的理論公式;用數學闡明了火箭如何獲得脫離地球引力的速度;預見到電推進火箭和離子火箭的發展。在實踐方麵,他不僅研製了固體火箭,而且還研製了液體火箭;不僅研究了火箭,還研究了火箭推進劑;在武器方麵,他是研製防空火箭的第一個人;參與過研製多種火箭。
奧伯特在火箭理論研究和實踐中的成就,使他被公認為現代航天學的奠基人之一,被譽為德國的火箭之父。
貝爾特利
貝爾特利於1881年11月8日誕生在巴黎。他的父親是一位紡織機械製造商,他在童年時期對各種機械產生了濃厚興趣,激發了自己的創造能力。在他13歲時,父親買給他一台玩具火車。他自己設計了一套完整的電路,並動手把電池、燈泡、開關和電線裝配起來,接通信號後玩具火車就可開動起來。貝爾特利從擺弄玩具中獲得創造發明的知識和靈感。1898年他17歲時,在家裏布置了一個實驗室,研究無線電極,使用購置和自製的元器件,動手裝配成許多簡單的實驗設備,培養了他的創造能力。
1902年,貝爾特利安裝的一種敏感性很高的電子延時器獲得了他的第一項發明專利。這一年他大學畢業,之後完全投入到豐富多彩的科學研究和技術發明活動中。他研究發明的領域涉及冶金、電子、磁學、液壓、熱力學等,一生獲得了200多項發明專利,在諸多科學技術部門做出了令人讚歎的成績。
後來,貝爾特利把興趣轉到航空學領域。1904年5月,他仿製了萊特兄弟的滑翔機,但由於沒有理解萊特滑翔機的機翼翹曲技術,試驗時並不理想。經過仔細琢磨,他認為萊特滑翔機以固有不穩定性和采用機翼翼尖翹曲方式達到穩定和操縱目的的方法不僅危險,而且也不能取得良好的效果。於是他在同年10月改進並製造了他的第二架滑翔機,最引人注目的特點是首次為滑翔機加裝了副翼。他用這架滑翔機進行了大量試驗,包括在汽車上進行飛機部件試驗、翼型試驗、滑翔牽引試驗以及飛行試驗。1905年1月,貝爾特利對這架滑翔機的試驗結果在法國航空俱樂部作了一次講演,贏得普遍好評,使許多航空愛好者受到教益。後來設計的飛機上安裝副翼都可以追溯到他的首創成果。
貝爾特利的航空研究取得許多突出成就,如研製了一種性能優異的氣冷式航空發動機,其獨特設計思想為後來的許多發動機設計師所采用;設計了技術上頗具特色的動力飛機,它有單翼結構布局、封閉式座艙、複式操縱係統、單杆全向操縱柄、副翼結構等創新設計。1909年,貝爾特利駕駛自己設計的BEP-2比斯飛機進行了一次出色的飛行,航程達到8千米。此後,他轉到航天學研究領域。
1912年2月和11月,貝爾特利就研究航天學的初步成果,分別在彼得堡和巴黎物理學會發表演講,後來寫成《關於無限減輕發動機重量的可能性結果的思考》論文。他在演講和論文中提到:“無數權威人士認為,人從一個行星到另一個行星的旅行完全是一種幻想。他們沒有經過認真思考和研究就認為這種幻想是不可能實現的,因此幾乎沒有人試圖研究實現這種幻想的物理學條件。星際間沒有空氣,因此飛機不能在星際間飛行,但現有的科學知識告訴我們,有一種發動機不需要空氣支持它的飛行,這種發動機就是火箭。”他是最早指出利用火箭實現星際航行的理論開拓者之一。這篇論文被認為是航天理論的開山之作,有著奠基性的意義。
貝爾特利在這篇論文中定性地描述了火箭的工作和飛行原理。他寫道:“常有人認為,火箭是通過噴氣作用於空氣使之產生反作用而產生推力的。這種思想的前半段是正確的,而後半段是錯誤的。火箭在真空中能夠像在空氣中一樣正常工作,甚至工作得更好。舉一個簡單的例子,把機槍裝在汽車上,每開一槍,汽車和機槍組成的係統都要向後移動。按照已經建立起來的力學原理,子彈的動量和汽車、機槍的動量大小相等,方向相反。火箭也基於動量守恒原理,其中噴射氣體類似子彈,隻不過它是連續的。”他根據動量守恒定律和能量守恒定律還推導出了火箭在真空中運動的方程式,求出火箭逃逸地球的速度為1128千米每秒。在此基礎上,貝爾特利又研究了月球火箭,並正確地提出了從地麵發射月球火箭到登陸月球的三個階段,還分別計算出了每個飛行階段所需要的時間,以及發動機及燃料的質量、發動機的效率和功率。總之,在當時的條件下,貝爾特利對月球火箭論述之深刻,計算之精確,是非常了不起的。他還進一步研究了火星和金星火箭,計算了火箭的飛行速度和飛行時間,並以高能的鐳作燃料。他指出:“我們現在考慮的火箭飛行速度是十分驚人的,設想如果一枚1000千克的火箭裝有400千克鐳,那麼這些鐳足以使火箭到達金星並返回。這種高能工具足以載人去最近的行星旅行。”這一發射探測器去金星旅行的科學預言,今天已經變成了現實。