普通人的“登天”梦想史

2021-08-03 09:50菲尼克斯
新民周刊 2021年27期
关键词:载人火箭研制

菲尼克斯

2021年6月,总部位于美国卡纳维拉尔角的Space Perspective公司已正式开始销售最高的热气球之旅的门票。

自尤里·加加林以来,人类进入太空已经60年。长久以来,载人航天由国家负责,只有极少数人可以完成太空之旅。但是,人们一直在为普通人“登天”而不懈努力。当载人航天逐渐从国家垄断走向商业运营,这样的梦想正越来越近。

“前传时代”

无论是载人还是载物、不管研制发射机构是政府还是公司,航天的基础都是火箭。如今人们可以遨游太空,要感谢罗伯特·戈达德将近100年前的发明。

戈达德是美国马萨诸塞州人,从小醉心于《星球大战》《从地球到月球》等科幻小说,立志实现人类的“登天”梦想。1911年,他在克拉克大学取得博士学位后留校任教。在此期间,他认识到液氢和液氧是理想的火箭推进剂;随后的几年里,他进一步确信用他的方法一定会把人送入太空。

他在实验室里第一次证明了在真空中可存在推力,并首先从数学上探讨包括液氧和液氢在内的各种燃料的能量和推力与其重量的比值。戈达德并不只停留在理论研究上,他还最先研制出使用液态燃料的火箭发动机,当时他选用的是液氧和汽油。

1926年3月16日,戈达德在马萨诸塞州奥本的一片冰雪覆盖的草原上,发射了人类历史上第一枚液体火箭。火箭长约3.4米,发射时重量为4.6公斤,空重为2.6公斤。飞行延续了约2.5秒,最大高度为12.5米,飞行距离为56米。从今天的眼光看,这次飞行的数据似乎微不足道,但这是人类航天史上的伟大开创。

戈达德不断改进他的发明,于1935年发射的一枚液体火箭第一次超过了音速;此外,他还获得火箭变轨装置和用多级火箭增大发射高度的专利,并研制了火箭发动机燃料泵、自冷式火箭发动机和其他部件。他设计的小推力火箭发动机是现代登月小火箭的原型,曾成功上升到约2公里的高度。

戈达德总共获得过214项专利,其中多级火箭和液体火箭是航天飞行的两个重要里程碑。他于1919年发表的论文《达到极端高度的方法》被认为是20世纪火箭科学的经典著作之一,他被誉为“现代火箭技术之父”。

虽然戈达德在火箭研制上做出了如此之多的创举,但直到他去世时,这些理论和实践并未引起美国政府的重视和支持。然而,德国人对此视若珍宝。吸取了戈达德的成就后,沃纳·冯·布劳恩团队研制出了V2火箭,在二战中被纳粹德国用做攻击武器。V2火箭于1942年10月3日首次发射成功、1944年9月正式投入使用,是世界上首个大型火箭,也是世界上最早投入实战使用的弹道导弹。

V2是单级液体火箭,全长14米、重13吨、直径1.65米、最大射程320公里、射高96公里、弹头重1吨。尽管一度给英国、荷兰等造成严重伤亡,但它没有改变纳粹德国战败的命运。

二战结束后,美国情报单位实行了“回形针”行动,赶在苏联之前将大量V2火箭以及相关设备抢运一空,并接受布劳恩及其团队成员的投降,将他们带往美国,为此后美国航天工业的腾飞积累了关键的人才与技术储备。

从这样的历史沿革可以看出,现代航天与政府、军队等官方机构紧密相连由来已久。不过,这样的情况从20世纪60年代初期已经开始松动。

1961年12月12日,世界上第一颗非政府研制的卫星在美国发射成功,进入近地轨道。这颗卫星叫“OSCAR一号”,它的名字并不是简单的“奥斯卡”,而是Orbiting Satellite Carrying Amateur Radio(携带业余无线电的轨道卫星)的缩写。这颗卫星由一群加利福尼亚的业余无线电爱好者建造,个头很小,可以由一个成年人轻松抱在怀里,当时价值约60美元。奥斯卡一号在轨20天,向地面发送简单的“Hi”信号,被地面上28个不同的国家成功接收。

紧随其后的1962年,时任美国总统约翰·肯尼迪签署了《1962年通信卫星法案》,为私营公司拥有和运营卫星提供了最初的法律基础和监管框架。

“三强争霸”

航天载荷开始非官方化之后,火箭的商业化历程也缓缓开启。

1982年,美国一家名为Space Services的公司发射了第一枚私人出资的火箭。这枚名为“康尼斯多加一号”的运载火箭是从一枚“民兵”洲际弹道导弹改装而来。这次飞行只是一次试验,有效载荷用40磅水替代,并没有运载任何真实的仪器以及人员。

两年后,时任美国总统里根签署了《1984年商业太空发射法案》(Commercial Space Launch Act of 1984),认可了私营航天技术的商业价值和增长前景,要求持续鼓励私营航天事业。该法案允许私营企业有偿为政府提供地外货运发射服务,打破了NASA(美国国家航空航天局)的垄断地位,为后续更多的私营航天活动扫清了障碍。随后,美国政府陆续出台了一系列鼓励发展卫星应用、载人航天的相关法律法规以及资助计划,扶持商业航天的发展。

沃纳·冯·布劳恩团队研制出了V2火箭,在二战中被纳粹德国用做攻击武器。

1990年,軌道科学公司(Oribital Science)自主研发的一种小型空中发射火箭“飞马座”成功试射,成为第一枚没有政府资助开发成功并进入近地轨道的火箭。

卫星、火箭之后,就该是载人飞船了。21世纪的头几年,美国进一步向私人公司开放航天领域,如今世界上最有影响力的几家商业航天公司先后成立。

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