航天方面的基本知识－航天技术的发展(图文教程)

15~16世纪随着哥伦布发现美洲新大陆，以及麦哲伦对地圆说的证实，使得我们对自己所生活的这个星球有了更进一步的了解，自此人类的足迹开始遍布地球上的每一个角落。随着科技的发展，尤其是近代科学技术的进步促进了人类对自身以及生存环境的飞速探索，人类的生活空间已不仅仅局限于自己脚下的这一方土地，宇宙这片未知的领域无时无刻不在诱惑着一代又一代的人们，进入20世纪人类终于通过自己的努力第一次飞出了地球的摇篮，揭开了人类探索太空的帷幕。

“很难说什么是不可能的，因为过去的梦想即是今天的希望，明天的现实。”

——罗伯特?戈达德(美)1914年

正如对海洋这片蓝色的崇拜，人类从具有思维的那一天起对天空这片蓝色就怀有无限的遐想。人类渴望着有一天可以翱翔天空，这种对飞行的渴望逐渐演变成了一个个美妙动人的传说，经过千百年的传播和演变，这些传说不断的刺激着后代科学家为了实现梦想而努力。

随着天文学的发展，相继出现的太空幻想小说是人类对太空飞行进一步的思考。通过哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒和伽利略等科学家的不懈努力，确立了近代日心说的天文学体系。这时人们意识到地球仅仅是浩瀚宇宙中一颗普通的行星，人类借助于自己的想像力以及自己所生活的这个星球上的知识来设想宇宙中其它的星球。地球以外的星球是什么样的？上面是否有生命的存在？这些都推动着人类不断的去幻想。

德国天文学家约翰内斯·开普勒在1634年出版的《梦想》(Solemnium)中第一次对月球的旅行展开了幻想，稍晚出版的由英国主教、历史学家歌德温所作的《月中人》以及英国人威尔金斯所作的《月球世界上的发现》也对月球的情景进行了幻想和推测。这一时期的《月球之旅》(法国，切拉诺·德·贝尔热拉)是17世纪太空幻想小说中的典范，在书中作者用近似科学的态度讨论了太空旅行中的各种飞行方法，尤其提到了用焰火爆竹作为推进动力，其原理正是航天飞行中所用的反作用推进方式。

进入19世纪由于一系列科学的重大发现与发展，如生命体与非生命体物质元素相同、太阳系非惟一性、进化论、元素周期律的提出，不断地揭示了地球生命的非惟一性以及太阳系的平凡性，同时伴随着科学发现和科学技术地位的日益提高，太空幻想作品进入了新的黄金时代。

法国人儒勒·凡尔纳的《从地球到月球》是近现代太空科学幻想小说的代表作，在书的写作过程中，凡尔纳通过科学的推理，结合大量的数学、物理学和天文学知识，对小说中的宇宙飞船和发射装置进行了严格的计算。书中对有关航天活动中许多基本状况的预言都同航天科学发展有着惊人的吻合，如火箭发射场、飞船密封舱、失重、火箭变轨道飞行、制动火箭、海上降落等。德国科学家库尔德·拉斯维茨的科幻小说《两个行星上》描写了有关火星人的故事，与《从地球到月球》同样杰出的是，在他的作品中对光电感应器、光电池、轨道站、反作用发动机、变轨控制的设想和描述具有很强的科学性。

可以看到这个时候的太空科学幻想小说中科学性上升到了非常重要的地位，正是由于这个原因，他们的作品与当时的科学探索发现是紧密结合的，既不同程度受到不断出现的新技术新发现的影响，又对航天科学的发展起到了极大的影响作用。后来的许多火箭专家和航天先驱者都受到了这些作品的启发和激励，俄国航天先驱齐奥尔科夫斯基，美国航天先驱戈达德，德国火箭专家冯·布劳恩等在早期都曾受到过这些作品的影响。德国航天先驱奥伯特和法利尔还曾对《从地球到月球》中凡尔纳设计的火炮及用这种装置发射飞船的可能性进行过认真地研究。

人类对太空的幻想激励着我们不断的对太空进行探索，去实现翱翔太空的梦想。在对太空的无限遐想中，人类逐步建立起了太空飞行的思想和观念，这就为航天梦想的实现奠定了思想基础。因此当新的时代来临时，在这种原始动力的推动下真正的航天理论和实践得以迅速发展。

伴随着戈达德博士液体火箭的升空，人类揭开了航天时代的序幕。20世纪20～30年代在航天先驱的影响和激励下，欧美等许多国家自发成立了有关火箭研究和太空飞行的研究协会或相关组织。这些火箭协会和研究组织在成立的初期，基本上都没有得到官方的资助和支持，但他们仍在极端困难的条件下，进行了大量的火箭研制和航天学理论的发展工作，为液体火箭的发展做出了很大贡献。在航天学基本理论建立直至二战中德国液体火箭技术高峰这一段时间这些组织起到了重要的承上启下作用。

德国星际航行协会

1927年，一批热情的支持者成立了宇航协会。协会在布雷斯劳的一家啤酒店里召开了具有历史意义的第一次会议。会议的宗旨是要开展震惊世界的火箭研制工作，而协会本身则成了培养打开宇宙大门的人才的基地。协会人才济济，第一任会长是谦虚诚恳的温克勒，还有克里斯·里迪尔。年轻的天才冯·布劳恩在其18岁的时候也加入了该协会。宇航协会的成员们在设备十分简陋的情况下开始了他们的火箭研究工作。早期的试验很粗糙，也带有一定的危险性。冯·布劳恩曾对他们早期的一次发射有所描述：“里迪尔担当了这个颇有危险的任务，即把泡在水桶中的小喷管点燃。在火箭的冲力达不到的地方设置了一个挡板，里迪尔需要把一块浸过汽油点燃后的布片扔到喷着气体的锥形喷管上去。接着在发动机发出震耳的怒吼声前，就迅速隐蔽在挡板之后。这需要相当的敏捷，但是对于里迪尔这样一位超过196磅的大个子来说，他当时表现出的敏捷简直是奇迹。”

火箭发射成功也是一个奇迹。1930年8月，奥伯特成功地运转了他的锥形喷管发动机。此后，协会致力于建造一枚最小型火箭，它被称为“米拉克”。米拉克并没人满意，协会会员于是设计了一系列“推力器式”火箭。1931年5月，推力器式火箭试飞成功。火箭升高61米，飞行距离为610米。

尽管获得这些成功，宇航协会的火箭飞行场却面临被关闭的危险。当时的德国陷入经济萧条，协会成员的境遇也一落千丈。能使火箭研究得以继续的惟一出路就是依靠军方的雄厚资本和独到条件，而陆军当局出于战争上的考虑对火箭表现出相当的兴趣。从此，火箭研究逐步转于陆军控制之下，而宇航协会也就逐渐瓦解了。

德国星际航行协会所作的大量基础工作及所造就的火箭专家最终对德国战时火箭研制做出了巨大的贡献，使得战时德国的火箭研究和远程火箭技术达到了第二次世界大战结束前的世界最高水平。

第一次世界大战后德国作为战败国，由于《凡尔赛和约》的限制不能大规模发展作战飞机、坦克、大炮和机枪等军事装备，尤其对陆军装备的限制更加严格，这就促使德国军队寻找新的武器系统而又不受和约条款的限制，因此早在二十年代德国陆军就开始筹建官方的火箭研制组织，抽调专人研究火箭的未来发展潜力和用于战争的可能性。由于有了政府的支持，这就有了其它国家无法比拟的优越性，同时，德国陆军多方寻求研究人员，从研究机构调集技术骨干，最终促成德国火箭技术的飞速发展。

在陆军炮兵局卡尔·贝克尔少将的主要支持下，1930年陆军部召开了正式的火箭武器研制会议，标志着德国官方军事火箭计划的开始。在负责火箭具体研究工作的多恩伯格上尉的努力下，德国星际航行协会的一批研究人员，如冯·布劳恩、鲁道夫·内贝尔、克劳斯·里德尔、瓦尔特·里德尔等也加入了该计划，最终于1932年底组成了由多恩伯格、冯·布劳恩、瓦尔特·里德尔和海因里希·格鲁诺所领导的火箭研究小组，并于1936年至1938年建立了著名的佩内明德火箭基地。该研究小组成立后，设计或生产了“集合体”系列火箭(A-1~A-12)，其中A-4即二战末期德国所使用的V-2导弹。

导弹与火箭的区别：我们平常所说的火箭是指以火箭发动机为动力的飞行器，而导弹则是指带有战斗部(如各种弹头)的可控制火箭。

“我们证明了利用火箭原理进行太空飞行是切实可行的，这在科学技术史上有着决定性的意义。除了陆地、海洋和空中交通外，现在还可以加上无限广阔的宇宙空间作为未来洲际航行的一个中介。这是宇宙航行新纪元的曙光。”

——1942年10月3日多恩伯格在A-4火箭发射成功庆祝酒会上的演讲

在研究A系列火箭的过程中，冯·布劳恩等人以科学家的态度同时在进行着认真的太空探索，他们利用军队的拨款，进行了大量的空间飞行尝试。在二战后期冯·布劳恩、多恩伯格等人曾制定了有关载人宇宙飞船的机密计划——“小组计划”即A-9和A-10计划，在该计划中不仅希望设计大型的洲际弹道导弹，而且探索了载人飞行运载工具的问题。这些专家还设计了航天运载火箭，他们曾经设想在A-9基础上，加装一个大型火箭，从而使火箭达到3级推进，估计就可以将一个驾驶员舱送入轨道。虽然这些设想由于战争的变化都不可能得到实现，但已经为航天技术提供了一种可行的方案。

二战后西方各国由于看到V-2导弹在战争中的威力，因此不同程度的开展了洲际导弹的研究计划，尤其美苏两国出于各自利益需要，在导弹和航天领域展开了激烈的竞争。

苏联战前的火箭技术在各方面已经有了重大突破，拥有一批火箭专家，这就为战后苏联火箭、导弹和航天技术的发展奠定了良好的基础。同时由于“冷战”格局的逐渐形成，苏联所制定的战略思想中对当时各项具有军事意义的新技术，包括火箭技术给予了高度的重视。为了发展核威慑力量，苏联制定了发展洲际弹道导弹的计划，通过对德国V-2导弹的研究和仿制，苏联开始研究设计自己的洲际导弹，最终于1957年8月21日成功的发射了P-7(P为俄文“胜利者”第一个字母)洲际导弹。因为洲际导弹的出现在很大程度上要依赖于火箭技术的发展，所以它的成功在客观上也为发展航天事业直接或间接的奠定了重要的技术基础。接着由科罗廖夫为主的研究小组为了发射人造卫星并达到第一宇宙速度，对P-7导弹进行改进，研制成功了斯普特尼克(Sputnik)号运载火箭。1957年10月4日晚，这枚火箭携带着世界上第一颗人造地球卫星斯普特尼克l号(C∏-1)在苏联的拜科努尔航天发射场发射成功，标志着人类航天时代的真正到来。

当年苏联第一颗人造卫星发射的主要目的是进行洲际弹道导弹发射试验。这次洲际导弹发射试验失败，可在太空中却丢下一个83千克的小玩意。这个小玩意在轨运行了92天，给苏联带来了无比的荣耀。

人造地球卫星是环绕地球在空间轨道上运行的无人航天器，简称人造卫星或卫星。通信及广播卫星、对地观测卫星和导航定位卫星，都是开发相对于地面的高位置空间资源的航天器，这类航天器一般又称为应用卫星。应用卫星是直接为国民经济、军事和文化教育等服务的人造卫星，是当今世界上发射最多、应用最广泛的航天器。

在苏联开展战略导弹、运载火箭和人造卫星计划这一期间，美国同样在进行着航天技术的探索，国防部、陆海空三军以及一些科学机构开展了多项导弹、火箭及卫星计划，先后就人造卫星的运载火箭研制的可能性和潜在的科学技术及军事价值进行了广泛的研究和讨论。但一方面由于美国政府及军事机构在发展战略武器思想上的错误，致使人造卫星和运载火箭研究长期没有进入实质性阶段；另一方面由于各计划的开展都是在不同的部门或部门间开展的，没有一个高度统一的部门负责，造成人才、资金、设备等资源的分散和浪费，所以美国在运载火箭及人造卫星的发展中落后于苏联。直至1958年1月31日，才在卡纳维拉尔角，由丘比特-1号火箭将探险者-1号卫星送入太空。美苏运载火箭、人造卫星技术的发展虽然是两国军备竞赛下的产物，但在人类的历史长河中，他们在航天领域所取得的每一项进展作为世界科技文化的一部分同样也是对人类历史的贡献，谱写了世界航天史的新篇章。继美苏成功的发射了第一颗人造卫星后，其它一些国家也开始根据自己的国情制定各自的航天发展计划，并取得了极大的成功。航天技术也由最初的军事目的逐渐转向民用，各国相继发展了包括通信卫星、气象卫星、资源卫星等应用卫星，并相应的改进、发展了运载火箭，提高它的可靠性和运载能力。正因为这些航天技术的出现，使我们的社会文化和生活发生了革命性的变化，也看到实现千百年以来的梦想——载人太空飞行的可能，随着新技术的出现，我们最终实现了这个梦想，在宇宙中飘舞起我们的长袖。