天文航天|为什么说长征五号失控是伪命题?扒一扒火箭的“前世今生”( 二 )
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随后 60 年里,人类实现了月面行走,各国航天器被送往水星、金星、火星......太空探索如火如荼进行着,人类对宇宙的认知不断拓宽——当然,航天领域一次次的巨大飞跃,离不开火箭科学的发展 。
基于上述长征五号 B 遥二火箭牵涉出相关舆论的背景,在此对火箭的发展做一次简要科普(注:以下内容部分编译自 Interesting Engineering 网站文章) 。
如今我们眼中至关重要的火箭科学,实际上“出身卑微” 。
火箭的使用最早可能要追溯到宋朝,随后于 13 世纪传至欧洲和中东 。那时,火箭基本上是装着火药的管子,主要功能是用可怕的噪音和爆发力来恐吓敌人 。此后,火箭被用于各种各样的军事目的,例如包围防御工事、城墙等 。
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据了解,单词 rocket(火箭)来源于意大利语 rocchetta(小纺锤,因为它们在形状上与用于固定纺车上的线的装置相似),17 世纪早期开始出现在英文文本中 。
18 世纪晚期,迈索尔王国(位于今印度西南部卡纳塔克邦一带)发明了“迈索尔火箭”,主要目的仍是军用,通过压缩火药和铁箱将当时的火箭射程从 90 米左右增至 1830 米 。
1861 年,第一个提出使用火箭进入太空旅行的人出现——苏格兰天文学家、数学家、牧师 William Leitch 在名为《上帝在天堂的荣耀》的书中阐述了人类最终命运在于太空的信念,虽然观念在当时可谓超前,但有着一定的宗教色彩 。
19 世纪起,火箭终于沾上了科学的边 。
科学家们开始认真地把火箭的基本原理提炼成数学公式(后来被称为“火箭方程”,由多位科学家各自独立推导而成) 。
“火箭方程”实际上要归功于现代宇宙航行学奠基人、苏联火箭专家 Konstantin Tsiolkovsky(康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基) 。
1903 年,他发表了一篇题为《用反应机器探索外太空》的论文 。论文认为,火箭的发展将使人类太空飞行成为可能 。他不仅提出了火箭发动机工作的数学公式,他画出的原理图也为现代火箭设计奠定了基础 。
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1912 年,美国物理学家 Robert Goddard 也独立开发了一个火箭方程,随后法国工程师 Robert Esnault-Pelterie 和德国奥地利物理学家 Hermann Oberth 分别在 1913 年、1920 年导出了相同的方程 。
Konstantin Tsiolkovsky、Robert Goddard 、 Robert Esnault-Pelterie 和 Hermann Oberth 四人被共同称为现代火箭和航天之父 。
这之后,现代火箭从理论走向实践 。
1926 年,Robert Goddard 通过将固体推进剂转换为液体推进剂,并在高压燃烧室安装超音速拉伐尔喷管(de Laval nozzle,指一个中间收缩、不对称沙漏状的管子),建造了第一枚现代火箭 。
1942 年 10 月,纳粹德国设计出了 V2 火箭,它是世界上最早投入实战使用的弹道导弹,也是人类航天运载火箭的最早雏形 。
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二战后,纳粹德国的技术成为东西方阵营的抢夺焦点,双方早期火箭都有鲜明的 V2 火箭特征 。
苏联方面,Sergei Korolev 被任命为研制远程弹道导弹的首席设计师,在德国火箭科学家的帮助下,于 1957 年研制出 R-7 弹道导弹,即世界上第一个洲际弹道导弹,之后 R-7 家族火箭不断发展 。
美国方面,40 年代末、50 年代初由美国国家航空咨询委员会(NACA)监督相关研发工作,后来在 1958 年 7 月 28 日,时任总统德怀特·戴维·艾森豪威尔(Dwight David Eisenhower)签署了《美国国家航空航天法》,创建 NASA,并接管了 NACA 的工作 。
双方的竞争无疑加快了火箭技术发展,随后阿波罗时代、航天飞机时代先后到来,包括中国在内的众多国家也开始了自己的太空计划 。
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而我们如今正在经历的,则是商业太空时代 。
不论是老牌的洛克希德·马丁、波音、诺斯罗普·格鲁曼,还是新兴的 Blue Origin、SpaceX 和美国联合发射联盟(ULA),商业航天离不开火箭科学的飞跃 。
放眼未来,小行星采矿、太空旅行也许会成为司空见惯的事情,人类对宇宙的认知自然还会不断拓宽 。
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