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“航天之父”齐奥尔科夫斯基

2024-10-14罗方扬

科学大众(中学) 2024年8期

中国人最早发明了黑火药,这是古人在长期的炼丹实践中发明的,至今已有1 000多年的历史了。唐末,火药开始用于军事。宋代,火药和火箭技术就广泛运用于战场了。明代,还出现了一种很先进的“一窝蜂”火箭。在这种火箭中,火药并不爆炸,而是迅速燃烧,产生巨大的推力,让箭支高速飞行。人们逐渐开始意识到:火箭推力不仅可以用于战场,也可以加速物体,甚至用于飞天。于是,就有了“万户飞天”的尝试。

到了18世纪,人们根据牛顿力学计算出,若是一个物体能达到每秒7.9千米以上的速度,就能环绕地球飞行而不落地。这个计算,可以看作人造地球卫星的理论雏形(这个速度后来被称作“第一宇宙速度”)。但是,这个速度实在是太快了,以当时人类的技术,是无法达到的。在很长一段时间内,人类能够制造的最高速度就是依靠黑火药发射的炮弹速度。在法国科幻作家儒勒·凡尔纳于1865年出版的经典小说《从地球到月球》中,人们为了达到第一宇宙速度,特制了一门巨大的火炮,让乘客搭乘炮弹飞到月球上。事实上,在19世纪中期以前,靠黑火药发射的炮弹速度只有几百米每秒。到了19世纪后期,无烟硝化棉取代了黑火药作为发射药,炮弹提速了不少,但还是远远达不到第一宇宙速度。

航天理论基础的奠定,很大程度上归功于俄罗斯的齐奥尔科夫斯基(1857—1935),他也因此被称为“航天之父”。他最先论证了利用火箭进行星际飞行、发射人造地球卫星和空间轨道站的可能性,并设计了火箭蓝图,研究了火箭液体发动机结构等一系列重要的工程技术问题。

在19世纪后期,齐奥尔科夫斯基就开始从理论上研究航天的有关问题,进一步明确了只有利用火箭才能达到第一宇宙速度的观点。1897年,他推导出著名的火箭运动方程式。随后,在一系列的论文中,他对航天的未来发展进行了设想和展望。这些设想和展望具有惊人的前瞻性,包括火箭飞机、人造卫星、载人飞船、空间工厂、空间基地、行星基地、星际飞行等。

为了达到第一宇宙速度,他提出了多级火箭的方案,即把火箭一级一级地接在一起,第一级点火后,带动整个火箭飞行,燃料耗尽后就被抛弃,第二级接着点火,燃料耗尽后,第三级再点火加速。这样,火箭就能达到第一宇宙速度了。

为了表彰齐奥尔科夫斯基的杰出贡献,1932年,苏联政府授予他劳动红旗勋章;1954年,苏联科学院又设立了齐奥尔科夫斯基金质奖章。图中所绘就是齐奥尔科夫斯基的肖像和1971年苏联发射的人类第一个空间站——礼炮一号。

(责任编辑:白玉磊)