科学技犬前沿系列丛书 11中天文学发展历史。 占代火箭 1.从神话到现代火箭 古代人类在艰难的生活和生产中产生了飞行的愿望,向往 到太空旅行。在我国、占希腊、埃及、阿拉伯和印度等国家和地 区流传许多神话和传说,都是古代人类飞行愿望的体现。如我 国的嫦娥奔月,古希腊的墨丘利带翅凉鞋,阿拉伯的波斯飞毯 我国发明火药之后,为了适应军事和娱乐的需要,又出现了 火箭。“火箭”这个名词最早见于三国时代。而将火药用于火 箭,是在唐末宋初(公元10世纪),但它不是靠喷气推进的真正 火箭。明代茅元仪编著的《武备志》中记录了集燃烧剂和氧化剂 于一身,运用作用和反作用原理的原始火箭,它有战斗部(箭 头)、推进系统(火药筒)稳定系统(尾部羽毛)和箭体结构(箭 杆),用喷气推进方式在空中飞行。可以说它已经具备了现代火 箭的雏形。 13至14世纪,我国的火药兵器和火箭技术传到阿拉伯和 印度,以后又传入欧洲。一直到19世纪,由于战争中厂泛使用 火炮,使火箭的发展变得非常缓慢 2.科技发展产生了科幻作品 16世纪中叶,大量的天文观测,获得了有关行星运动和行 星面貌等丰富资料,望远镜的发明,经典力学的发展,使人们开 始从动力学角度研究天体的运动,产生了天体力学,因此,天体 力学是克服地球引力进入太空的理论基础。 到了17世纪,-些作家将天文知识和循理虚构情节结台起 10
科学技术前治系列丛书 来,撰写航天科学幻想小说,其中包括用火箭和利用太阳能等喷 射推进方式的月球旅行。这一时期最有影响的当属法国作家 J.凡尔纳的〈从地球到月球》和《环游月球》。 科学幻想小说与神话传说的根本区别是,科幻小说是在科 学的基础上加上合理的演绎和设想,既有科学原理,又有合理约 思想,使后人从中得到启发和鼓舞。 3.航天先驱者的贡献 现代意义的航天科技,研究不依赖空气的喷气推进方式的 运载火箭进入太空,是在20世纪初。以K3.齐奥尔科夫斯 基、RH.戈达德、H.奥伯特为代表的航天理论先驱者们阐明 了航天科技的基本理论。 齐奥尔科夫斯基论证了利用火箭进行星际航行的可能性 推导出著名的齐奥尔科夫斯基公式,奠定了火箭和液体火箭发 动机的理论基础。戈达德阐述了宇宙航行学理论和基本数学原 理,并在火箭技术领域有许多发明。1926年3月16日,他研制 的液体火箭在世界上第1次试飞成功,戈达德成为液体火箭的 创始入。奥伯特则专注于航天科技理论和数学研究,提出了脱 离地球引力的方法和火箭点火理论。 1942年10月3日,德国首次发射了世界上第1枚弹道导 弹——V-2火箭,在工程上实现了航天理论先驱者的技术设 想,造就了一大批包括W.冯布劳恩在内的有实践经验的火箭 专家。V-2火箭的成功是航天科学技术发展史上的一个里程 碑 4.开创航天新纪元 第二次世界大战结束后,美国和前苏联接收了参与V-2 火箭研制的部分专家、设备和资料,在各自国家内成立了专门机
科学技术前沿系列丛书 构,从事火箭及其他航天技术的研究工作。这些研究工作有:怎 样把卫星送到地球大气层以外;穿过大气层时产生的高温间题; 发射场的设施及工作内容等等。 科学家们认为,当时的技术发展已经能设计人造地球卫星, 但那时的火箭还没有足够的推力将卫星送人太空,因此,人们的 研究重点是如何实现大推力火箭。事实上,在那时的条件下,要 在工程上实现人造地球卫星也有很多困难,例如卫星上的电子 设备只能使用电子管,它们又重又费电,需要较大容量的蓄电 池,而蓄电池本身也很笨重,效率也不高。一直到1948年,晶体 管的出现才使卫星的研制设计工作有了突破。以后的航天科技 发展也说明了它与电子技术的发展是密切相连的。 到40年代末,航天飞行的论著逐渐形成工程和科学文献, 显然,下一步的工作是如何从工程上实现了。 美国和前苏联首先发展探空火箭,它们是在V-2火箭的 基础上发展起来的。在摆脱地球引力方面,火箭发动机的推力 由小到大,飞行高度由低到高,从工程上逐步实现了。与此同 时,探空火箭突破了以往飞机和气球的大气探测高度,获得了 100km以上高度的高层大气密度、化学成分、粒子辐射强度等 参数。这些参数也是航天飞行必须要了解的、航天器设计必须 要考虑的。 50年代,在V-2火箭的基础上,美国和前苏联研制的各种 类型导弹武器相继问世,形成了导弹武器系统,同时也积累了研 制运载火箭的经验,建立了与之配套且初具规模的工业设施。 至此,科学家们意识到,人类已初步掌握了进人太空的基本技 能,航天飞行指日可待。 1954年召开的国际地球物理会议建议,有关国家在1957 1958国际地球物理年期间发射人造地球卫星。在这一年,美国 乡 和前苏联着手人造地球卫星及其运载火箭的方案探索工作。美 12
科学技术前沿系列丛书 国政府在1955年决定采用海军的先锋号火箭发射卫星,但是 1957年9月火箭的首次发射没有成功;前苏联决定采用捆绑技 术研制P-7洲际导弹,以此来发射卫星 1957年8月21日,P-7洲际导弹首次发射,全程飞行试验 成功。同年10月4日,由P-7洲际导弹改装的东方号运载火 箭把世界上第1颗人造地球卫星(见彩图)送人太空。从此,人 类打开了通向宇宙的大门,开创了人类航天新纪元 三、航天科学技术发展概况 第1颗人造地球卫星(以下简称人造卫星)的发射成功对许 多国家的运载火箭和航天器的研制工作起到了推动作用。此 后,世界上许多国家参加到航天活动中来,一些国家具有研制运 载火箭和航天器的能力,有些国家仅发展本国的航天器技术,还 有些国家通过购买和租用卫星或联合研制航天器发展本国的航 天事业。 继前苏联之后,美国在1958年1月31日,法国在1965年 11月26日,日本在1970年2月11日,中国在1970年4月24 日,英国在1971年10月28日,欧洲空间局在1979年12月24 日,印度在1980年7月18日,以色列在1988年9月19日相继 用本国的运载火箭发射了自己的人造卫星。 其他具有研制卫星能力和拥有卫星的国家和国际组织有加 拿大、德国、意大利、澳大利亚、荷兰、西班牙、瑞典、葡萄牙、捷 克、巴西、墨西哥、印尼、巴基斯坦、韩国、卢森堡、挪威、阿根廷、 泰国、马来西亚、土耳其、伊朗、南非、国际通信卫星组织、国际移 动卫星组织、北大西洋公约组织、国际宇宙组织、阿拉伯卫星组 织、欧洲通信卫星组织等等。还有一些大学、企业和公司也研制 或拥有(购买)卫星用于科学研究技术试验和商业活动。 13
科学技术前沿系列丛书 的不同组合,形成能适应各类航天发射任务的运载火箭系列。 为参与商业发射竞争,各国竞相研制以氢氧低温技术为基础、捆 绑模块式组合为特征的大型运载火箭。 (3)可重复使用运载器发展阶段 为降低发射费用,适应空间站双向运输的要求,出现了兼有 运载火箭、载人航天器和高性能飞机等多重特性的航天飞机,虽 然目前航天飞机的发射费用仍高于运载火箭,但从长远看,航天 飞机、空天飞机和可重复使用的单级运载火箭终将以其低廉的 发射费用和优良的技术性能取代一次性使用的运载火箭。 2航天器的发展 航天器发展大致经历二个阶段。粗略地说这三个阶段分别 以技术试验、应用和空间站为主要标志,但各种探索与试验始终 是各发展阶段的重要内容。 (1)初期环境探测和技术试验阶段 这一阶段大致在50年代末60年代初,以人造卫星为主,探 测地球周围空间环境,试验各种航天技术和有效载荷,掌握各类 轨道的发射技术,为今后设计航天器提供依据,并在地面建立各 类环境模拟试验设备。 这一阶段的航天器重量在几十千克到上百千克之间,工作 寿命也短且功能较单一,主要用于探索航天器各系统实现的方 案,发展相应的器件设备,验证它们的工作原理和功能。 应当指出,第1颗人造卫星上天后的几年,在两个超级大国 激烈竞争的态势下,空间探测、载人航天和应用卫星都有了长足 的发展。前苏联在前两项探索中领先,而美国在应用卫星方面 占有优势。1959年前苏联发射了第1个月球探测器,1961年, 美国、前苏联分别发射了第1颗金星和火星探测器;同年,前苏 联发射了东方号载人飞船,人类首次进入太空;1958~1963年