《聖經》中有個故事,說人類為了上天,正在努力地建造一座高聳人雲的“通天塔”。上帝為了阻止人類上天,以保住天庭的純潔,就設法讓人類各國都用自己獨特的語言。這樣,建塔人因語言不通而無法合作,在不斷的誤會和爭吵中,通天塔的工程從此成為畫餅……
但是進入20世紀後,在科學家不斷努力下,這座“通天塔”終於逐步建立起來了。1936年,為了侵略和擴張,希特勒德國建立了一個秘密的火箭實驗室。兩年後,他們就製造出了可以準確命中18千米外目標的“A4”火箭。1944年,納粹把它改名為“V一2”,意思是“複仇武器”。這是現代大型火箭的雛型。它全長14米,直徑1.65米,要三個人才可合抱。底部尾翼展開1.95米。重13噸,其中彈頭內炸藥約1噸。射程可達320千米,命中精度±5千米,飛行速度接近每秒1610米。德國人一共生產了6000枚。從1944年9月6日開始,他們向英國及荷蘭等地先後發射了4700枚,其中1230枚擊中倫敦,導致2511人死亡,5869人重傷,更造成了嚴重的心理影響。當然,此時大局已定,V—2未能挽回法西斯覆滅的命運。
然而對於科學而言,V—2工程為研製大型火箭培養和造就了一批專家,製造了許多設備,積累了研究和管理的寶貴經驗,這些都成了美、蘇的最大戰利品——前蘇聯著重搜集設備、圖紙和原材料,美國則把大批專家和技術工人運回美國。
火箭飛行不需依賴空氣,它是靠尾部噴出氣體所產生的反作用力前進的。空氣反而成了它的大敵:會增加阻力,降低速度,並使它表麵產生高溫,甚至燃毀。所以要飛向宇宙,首先要解決火箭的耐高溫問題,同時也應盡量縮短在大氣中飛行的時間,因此大凡發射都是取垂直向上的姿勢。
從牛頓時代,人們已經知道了“宇宙速度”。要叫火箭發射後不再落地,永遠繞地球轉動,V—2火箭的速度還遠遠不夠,它至少要達到第一宇宙速度要求的7.9千米/秒。這個速度是聲速的23倍。以這個速度,從南京到上海隻需要39秒鍾。科學家算出,要達到如此的速度,燃料的重量至少是空火箭的39倍。換句話說,如果一支火箭總重量為1噸,那麼其中必須裝975千克燃料,占97.5%,而火箭殼、燃料箱及其它一切裝備一共隻能有25千克。誰也沒有本事造出這樣的火箭。因為即使是碰不起的雞蛋,1000千克中的蛋殼重量也重達110千克。何況為了飛得更遠,最好能製成比例更小(如不是1:39而是1:50或更多)的火箭。
出路在哪兒?齊奧爾科夫斯基為我們找到了解決的辦法——利用多級火箭!簡單地說來,就是把燃料箱做成好幾段,用完一段就丟一段,這可使燃料所占的比例大為減小,從而騰出比例來裝載科學研究用的各種儀器設備。例如有一支三級火箭,它的第三級裝著一個1噸重的負載物——人造衛星或宇宙飛船,那級火箭本身也重1噸,燃料為它們的3倍——6噸,那麼,這第三級總重為8噸。再把這8噸看作第二級火箭的負載,也按1:8的比例,那麼二、三兩級總重為64噸。以此類推,再加上第一級,整個火箭重為64×8=512噸。這裏,燃料總重438噸,占總重的85.5%。這個比例雖仍然很大,但比一級火箭要低得多了。
現在各國大多均采用這種三級火箭的方式:開始第一級點火,把飛船加速到一定速度,等它燃料燒完,這一級就自動脫離,同時第二級自動點火,使較輕的二級繼續加速,最後它也完成自己的使命而脫離墜下,最後第三級火箭就可把較輕的人造衛星或宇宙飛船加快到所需的速度,並把它送入軌道。
現代火箭真是一個龐然大物。以美國火箭“土星5號”為例,它可把100多噸重的人造衛星或空間站送入繞地球的軌道,或者把近50噸的飛船送上月球。震驚世界的“阿波羅”登月飛船,“旅行者”行星探測器,均是由它一一送上天的。“土星5號”火箭本體長85.7米,如果連同頂上的“阿波羅”飛船,則高達110.6米,與南京的金陵飯店相當。它的底部最大直徑為13米,20個人手挽手也無法合圍。它的主要部件不下200萬個,整個火箭的總重量為2930噸,可與一列滿載的列車相比擬。它的第一級高達42米,尾翼展開有18米,其重量約為2600噸,占總重的3/4。5台強大的發動機可以產生300多萬千克的推動力,總功率達17560萬馬力,相當於50萬輛大卡車的總和。其消耗也大得驚人:所裝的2200噸燃料,可供12500輛卡車開1小時,可隻能供它燒2分半鍾。2分半鍾後它自動脫下,這時火箭已升到60千米的高空,並達到了2.7千米/秒的速度。火箭第二級長25米,裝有34萬加侖(154萬升)液態燃料,燃燒8分鍾後,將末級火箭送到177千米高空,並加速到6.7千米/秒,然後脫下,同時長17米的第三級繼續點火,把衛星或飛船送入預定的軌道。