人类探月史话(一)——嫦娥奔月之际,回顾人类最高技术航天活动的伟大史诗

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导读:[/align] 《人类探月史话》是我国首颗探月卫星——嫦娥一号成功发射后,《光明日报》于2007年10月25日开始,50期连载专题。记得当时本人刚上高中,网络还远没有今天普及,每天只能到阅报栏阅读。前后延续50天,由于各种原因,看到的不足一半。《人类探月史话》共约4.3万余字,平均每期仅800余字,有时遇到扣人心弦的地方,却戛然而止,真是吊足胃口!如今终于搜集全了,好东西不能独吞,拿出来与大家分享!由于篇幅限制,在此也只得分几篇发表。 自古以来,中国人就对月亮情有独钟。 唐朝大诗人李
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人类探月史话(一)

《人类探月史话》是我国首颗探月卫星——嫦娥一号成功发射后,《光明日报》于2007年10月25日开始,50期连载专题。记得当时本人刚上高中,网络还远没有今天普及,每天只能到阅报栏阅读。前后延续50天,由于各种原因,看到的不足一半。《人类探月史话》共约4.3万余字,平均每期仅800余字,有时遇到扣人心弦的地方,却戛然而止,真是吊足胃口!如今终于搜集全了,好东西不能独吞,拿出来与大家分享!由于篇幅限制,在此也只得分几篇发表。

自古以来,中国人就对月亮情有独钟。

唐朝大诗人李白的《静夜思》,可谓家喻户晓:“床前明月光,疑是地上霜。举头望明月,低头思故乡。”千百年来,人们从孩童时代起就背诵此诗。

再看宋朝苏轼的《水调歌头》:“明月几时有?把酒问青天。不知天上宫阙,今夕是何年。”他的词,给人无尽的遐想。

近代,朱自清的散文《荷塘月色》脍炙人口:“……塘中的月色并不均匀;但光与影有着和谐的旋律,如梵婀玲上奏着的名曲。”

中国古代还有很多美丽的神话传说:夸父逐日、女娲补天、嫦娥奔月、吴刚美酒……每年中秋佳节更是一家人团圆的日子。

中国古代科学技术起步较早。早在公元前14世纪,中国商朝的甲骨文里,已经记载了月食。中国与两河流域国家并列为古天文学最发达的国度,是世界上最早记录月食的国家。还有学者认为,明朝时一个叫万户的人,是“世界上第一个想利用火箭飞行的人。”万户非常聪明,总想到月亮上走一遭,会会嫦娥,拜拜吴刚。终于有一天,他在座椅下绑了47支大火箭,手拿两个大风筝,将火箭一齐点燃。不幸的是,火箭爆炸了,万户献出了宝贵的生命。这应该是世界航天史上的第一次重大事故。为表彰这位伟大的先行者,1970年,国际宇航协会特意将月球上的一座环形山以万户的名字命名。

天文学的发展为人类认识月球提供了更多的帮助。1543年,波兰天文学家哥白尼阐述日心说的《天体运行论》出版,否定了在西方统治达一千多年的地心说,标志着天文学上的一次伟大革命。随着科技的发展,人们进一步认识了太阳系、银河系、河外星系。

1609年,意大利天文学家伽利略制造了天文望远镜。在用望远镜观测月球时,他发现月球上有许多环形山。他还亲手绘制了世界上第一幅月面图。借助天文望远镜,伽利略还发现了月球的周日和周月天平动等。

1957年10月4日,苏联发射成功世界上第一颗人造地球卫星。稍后,苏联《真理报》在头版发表了一篇小消息,用克制喜悦的心情、简练而冷静客观的语言介绍了苏联航天事业的发展,告诉人们如何收听来自“新月亮(人造卫星)”的信号,同时承诺还有更大、更强的科学卫星。

与此同时,世界各地的报纸均在头条位置,以通栏大标题报道了这一爆炸性新闻。一连几天,以美国为首的西方媒体发表了铺天盖地的新闻、评论和分析。对于号称世界第一经济和科技强国的美国,这一事件简直就是当头一棒。50年后,赫鲁晓夫的儿子谢尔盖回忆当年的情景时说:“我们确实有这样一个感觉:‘天啊,我们赶上美国了。在未来几年的时间里,我们也许还会超过美国。’这对苏联人民来说意义重大。”

其实论说搞火箭,美国并非无人。二次大战后来到美国的德国火箭专家冯・布劳恩,早在1953年便研究制造出了红石火箭,并预言5年内可以发射地球卫星。但是,由于美国国内一些人不满意“二等公民”冯・布劳恩,以及他曾经为纳粹服务,导致研制工作进度缓慢。

据说,冯・布劳恩听到苏联抢先发射卫星的消息后说:“天哪,让我们放手干吧。只要给我们开绿灯,60天就行。”

冯・布劳恩没有食言,在经历了两次失败之后,1958年1月31日,冯・布劳恩用红石火箭发射了美国第一颗人造地球卫星“探险者1号”,卫星重8.22公斤。虽然重量远不能同苏联卫星同日而语,但是,总算好歹为美国挽回了一点颜面。

在苏联人造地球卫星和美国“探险者1号”发射成功后,人们自然把目光瞄准月球。月球随即成为美国与苏联竞争的下一个目标。

两个超级大国的太空竞赛让探月的努力进入了一个崭新的阶段。

为争夺一日之光辉,美国想在竞赛中赢得一分,从而压倒对方。于1958年8月17日首先发射了月球探测器,但以失败告终。苏联不甘示弱,于9月23日发射的月球探测器也遭到失败。与美国同台献艺,一比一战平。其后,苏联又接连两次发射月球探测器,均以失败告终。

1959年1月2日,苏联终于发射成功人类历史上的第一颗月球探

测器,命名为“月球1号”。探测器呈球形,重361公斤。两天后在距离月面5995公里处掠过月球。“月球1号”探测了月球磁场、宇宙线及其变化、太阳微粒辐射、星际气体成分和流星粒子,释放跟踪用的钠云,拍摄了照片。探测器上的无线电设备工作了60个小时。

此后,“月球1号”探测器又飞行了9个月,进入了绕日心轨道,成为太阳系的第一颗人造行星。

“月球1号”探测器发射成功的消息立刻轰动了全世界,西方世界再次受到强烈冲击,特别是美国,到处弥漫着懊恼、沮丧的气氛。

在20世纪50至60年代,苏联的火箭、卫星、探月和载人航天工程世人皆晓,但作为工程主要负责人的科罗廖夫却鲜为人知。

科罗廖夫1907年生于乌克兰一个教师家庭,生父早逝。1922年他进入建筑职业学校,1923年加入航空协会滑翔小组,期间凭借勤奋和天资,设计了K-5滑翔机,以后半工半读完成了中学和高等专科学校课程。1926年,科罗廖夫进入莫斯科鲍曼高等学院空气动力学系,大学毕业实习来到著名的图波列夫飞机设计局,毕业后正式成为图波列夫的助手和门生。

科罗廖夫热爱航空事业。1929年,他拜访了苏联航天科技泰斗齐奥尔科夫斯基,被先哲的宇宙航行思想深深吸引。1931年,科罗廖夫加入组建火箭喷气推进研究小组。1932年,火箭喷气推进研究小组被免费允许在军队一个试验基地活动,成功发射了液体火箭。

1933年,喷气推进研究小组与列宁格勒空气动力实验室合并,成立了世界上第一个喷气科学研究所,科罗廖夫被任命为副所长,后来又成为所长。期间他出版了两本专著――《火箭发动机》和《火箭飞行》。1936年,喷气科学研究所设计了苏联第一代火箭飞机,远远超过同时代的螺旋桨飞机。科罗廖夫还规划发展弹道火箭、带翼巡航火箭和载人飞行器。

卫国战争前期的1940年初,苏联获得了德国研制火箭飞弹的情报,便将科罗廖夫调到一家工厂,组织人员进行军用火箭研究。科罗廖夫专心从事研究工作,与人一起研制了重型轰炸机的火箭起飞加速器、高空歼击机上使用的火箭发动机等。他还亲自参加试验飞行,将个人安危置之度外。一次,液体火箭发动机突然爆炸,碎片击伤了他的头部,被救出来时满身血迹,但他却欣慰道:“好在我参加了试验,否则就无法了解火箭爆炸的真实状况。重要的是我找到了发动机爆炸的原因。”

1959年9月26日,科罗廖夫又把“月球2号”探测器送上太空。

2天后“月球2号”飞抵月球,在月球表面的澄海硬着陆,成为到达月球的第一位人类使者,首次实现了从地球到另一个天体的飞行。那天,科罗廖夫和助手们聚集在飞行控制室,屏住呼吸,观看着“月球2号”探测器下降过程中传回来的图像在碰撞的一刹那,大家都欢呼雀跃起来。

紧接着10月4日,科罗廖夫的“月球3号”探测器再赴征程,3天后环绕到月球背面,拍摄了首批月球背面照片,让人们首次看到了月球不为人知的面貌。“月球3号”携带了两台不同焦距的照相机,使用太阳能电池。经过3天的飞行,“月球3号”顺利到达月球背面6200公里处,在40分钟内,两部相机拍照了29张照片,其中17张被自动冲洗出来,然后经过电视扫描转换成电信号,用无线电传回地面。

照片覆盖了月球背面70%以上的区域,尽管分辨率很低,但是却是人类第一次看到月球背后的景象。几天之后,苏联公布了这批照片,再次在全世界引起轰动。“月球3号”首次拍摄月球背后照片,标志着人类探测月球里程碑式的成就。

1958年至1960年,苏联发射了第一代月球探测器月球1-3号,质量361-435公斤,不经过地球轨道,发射后直奔月球。目的是获得足够的速度和精度,保证探测器撞击月球或者从月球边缘掠过,以便向地球发回探测数据。苏联第一代月球探测器先后进行了9次发射。

在苏美航天竞争的格局下,苏联人大大领先了,美国人已经被逼到拳台一角。

早在1958年,冯·布劳恩在美国陆军弹道导局支持下就潜心研究大推力运载火箭,这些工作在日后登月成功中起了关键性作用。1959年年底,美国国家航空航天局\(NASA\)提出到1970年年底,以260亿至380亿美元的代价,进行载人环绕月球飞行。由于花费昂贵,计划被总统艾森豪威尔否决。

1961年1月20日,肯尼迪就任美国第35届总统,他对载人环月飞行计划抱有很大热情。他曾向苏联建议,双方在这个项目上进行合作,但是已经领先的苏联未同意。

1961年4月12日,苏联将人类历史上的第一位宇航员加加林送入太空,东方号宇宙飞船环绕地球108分钟,安全返回地面,开辟了载人航天新纪元。

面对载人航天再度落后,美国人急起直追,慌不择路。于苏联人进入太空后的23天即5月5日,美国用冯・布劳恩研制的红石火箭,将美国首位宇航员谢泼德送入太空,不是环绕地球,而是像往天上崩弹弓一样,做了一次所谓亚轨道飞行,即直上直下的倒栽葱飞行。

1961年5月25日,美国总统肯尼迪在国会作《紧迫的国家需要》特别演讲,是其总统生涯中最为著名的一次演讲,他语气坚定地说:“我确信,在这个十年结束之前,我们的国家有能力实现把人送上月球并安全返回地球这一目标。”

二次大战后形成的美苏两大阵营,在政治、经济、军事、科技等各个领域展开了激烈的竞争。同一时期,苏美都已认识到航天科技对国家政治影响、军事能力、科技发展的巨大推动作用。美国在第一颗人造地球卫星和载人航天落后的不利形势下,调动全国的力量,急起直追,将实现航天员登月作为国家目标,这也是美国最终取胜的唯一途径。

就大局来说,实施阿波罗登月计划,也是肯尼迪出于提高美国国家威望这一政治动机,决意要与苏联决一雌雄。

美国宣布实施阿波罗登月计划后,冯・布劳恩被任命为总统空间事务科学顾问,分管阿波罗工程,并主持土星5号运载火箭的研制工作。要解决阿波罗登月问题,首先要确定可行性方案。美国对多种登月方案进行了论证,最终决定采用环月登月方案。

方案主旨为:首先运载火箭将登月飞船送入地球轨道;登月飞船进入月球轨道;登月飞船分离出登月舱实现登月;航天员乘登月舱返回月球轨道与登月飞船对接;登月飞船甩掉登月舱;航天员乘坐登月飞船返回地球。1962年7月,阿波罗登月方案最终确定。

美国在技术上还存在许多问题,包括登月必须的土星5号重型运载火箭。这是主要的技术攻关对象。阿波罗登月计划需要耗资250亿美元。按美国国家航空航天局(NASA)预算,从1960年的5亿美元猛增到1965年的52亿美元,占联邦预算的5.3%。美国国家航空航天局的工作人员,也从1960年的1万人增加到1966年的3.6万人。同期,美国航空航天业的工作人员增加10倍,从3.6万人增加到37.6万人。有两万家来自80个国家的公司参与美国阿波罗计划,另外还有200多所大学参与了阿波罗计划。

由于时间紧迫,美国集中了大量人力、物力、财力,兵分多路,齐头并进开展工作。

1961年9月,位于美国新奥尔良州的密西西比测试装配站建成,用于土星1B和土星5运载火箭装配。选拔训练航天员、建设全球测控网同时进行。

1962年夏,位于美国得克萨斯州休斯顿的载人航天中心建成,用于设计阿波罗飞船、训练航天员和控制载人飞行。最后是在佛罗里达州卡纳维拉尔角建立阿波罗飞船发射控制中心,用于土星5运载火箭最后装配和发射。1963年11月29日,中心改名为肯尼迪航天中心。

为了确保阿波罗计划的成功,美国还实施了多项辅助计划,其中包括双子星座载人飞船计划,验证航天员出舱活动和飞船交会对接技术;为收集月球表面的环境数据,对着陆场选址,实施了月球探测计划等。

随着阿波罗计划的展开,“土星5号”重型运载火箭的研制紧张进行。在马歇尔航天飞行中心,冯·布劳恩被指定全面负责“土星5号”火箭的研制工作。“土星5号”高达110米,直径10米,由三级火箭组成,质量2910吨。工程采用合同招标制。波音公司赢得第一级的研制合同;北美航空公司获得第二级合同;道格拉斯公司取得第三级。IBM承担了电子设备的研制。马歇尔航天飞行中心进行了扩建。

可以说,阿波罗计划的实施全部都在冯·布劳恩的掌控之中。冯·布劳恩出生于1912年,德国贵族后裔。1920年入小学,1925年读德国科学家奥博特的火箭专著,深受影响。后来,冯·布劳恩在苏黎士高等技术学校读书时,参加了奥伯特始创的德国空间旅行学会,并很快成为董事会成员。1930年冯·布劳恩进入柏林理工学院,并正式成为奥博特的助手,从事液体火箭发动机研究试验工作。1932年,冯·布劳恩大学毕业,获得了飞机驾驶执照。1934年,冯·布劳恩获得柏林大学物理学博士学位。

1932年起,冯・布劳恩受聘德国陆军军械部火箭研究小组,在人迹罕至而且荒凉的海滩佩内明德试验场从事火箭研究。历经多次失败,A-2火箭终于研制试验成功,为此德国当局批准修建大型秘密火箭研制基地。1936年至1938年,耗资3亿马克的后来举世闻名的佩内明德火箭试验基地落成。冯・布劳恩被任命为基地技术主任。

1938年夏,冯・布劳恩的A-5火箭发射成功。1942年10月3日,威力更大的A-4火箭也诞生了。A-4火箭弹长14米,起飞重量12.5吨,最大上升高度85公里,飞行距离190公里。战争促进了军事工程技术的发展。二战期间,冯・布劳恩还为德国Ju-50、He-112和He-176b飞机研制了火箭发动机,为重型轰炸机B2、B8研制了辅助起飞装置。战争的失利让德国寄希望于A-4火箭。

1942年,由纳粹宣传部长戈培尔命名为“复仇者2号”,即由A-4火箭改装的V-2导弹试验成功,年底定型投产。V-2导弹采用单级液体发射,扩大了容积和承载重量,改进了导航系统和战斗部,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。V-2采用程序和陀螺双重控制系统,推力方向由耐高温石墨舵片操纵。V-2火箭的诞生,在工程技术上首次实现了宇航先驱的技术设想,对现代大型火箭发展承前启后,具有火箭发展史上里程碑的重要意义。

1944年9月8日,第一枚V-2导弹击中伦敦。V-2导弹从投产到德国战败,纳粹德国共制造了6000余枚,其中4300枚用于袭击英国伦敦和荷兰安特卫普等城市。有1.2万人因V-2导弹丧命。

二战结束,德国导弹试验基地佩内明德还有4400多名工程技术人员,其中科学家900多人。1945年5月盟军占领了佩内明德,冯・布劳恩和手下400余人向率先到来的美国人投降。美国人得到了V-1、V-2导弹的设计图纸和大部分设备,以及一大批最优秀的工程设计师,满载而归。迟来一步的苏联人,也得到部分V-1、V-2。

无论如何,二战后,以德国V-1、V-2导弹为基础,派生出了苏美两个超级大国的导弹和字宙空间计划。在20世纪剩余的年代,演出了一场太空争夺的悲喜剧,推动科技向更深更广的领域发展,在历史的长河中留下不可磨灭的脚印。同时,也为人类探索宇宙开辟了壮丽的前景,而热核大战的威胁也为人类敲响了警钟。

毋庸置疑,登月需要研制重型运载火箭,苏联和美国早已认识到这一点。

1958年6月5日,苏联航天首脑科罗廖夫为政府起草了《开发宇宙空间的远景工作》,提出:在1961至1965年完成乘坐2至3名宇航员的载人飞船研制,1962年开始建造太空站。

1959年2月16日,科罗廖夫和苏联科学院院长凯尔迪什联名向最高当局致信,呼吁加快研制重型运载火箭、载人飞船,进行星际探索。

1960年6月23日,苏联政府作出了《关于在1960-1967年间为军事航天部队研制几种运载火箭、卫星和航天器》的第715-296号决议。根据决定,苏联几家设计局都行动起来。科罗廖夫的设计局开始“N-1”火箭的研究工作,其初衷是利用“N-1”火箭实现载人登陆火星。

与此同时,科罗廖夫的实验和机械制造中央设计局,开始研究用“N-1”火箭发射“重型载人行星际飞船”,即TMK。计划于1971年6月首次飞行,经地球轨道和星际航行,宇航员们到达火星,并于1974年7月返回地球。TMK飞船由N-1火箭发射,N-1同时也是苏联登月飞船的运载工具。1961年10月,TMK飞船的设计草图完成。飞船重75吨,长12米,最大直径6米,乘员组3人,自持力1095昼夜。

1961年5月,当时的苏联领导人作出一项对后来载人登月影响很大的决定。他要求著名火箭设计师切洛梅依和其设计局,设计环月飞行的运载火箭与飞船。次年,切洛梅依设计局接到登月计划草案设计任务,“月球飞船-1”计划正式实施。这样,苏联就有两套载人登月方案同时进行,意味着将耗费更多的资源。

切洛梅依在二次大战期间,曾研制新式武器,半年间制造出数十枚机载导弹武器。1947年苏联空军节,切洛梅依研制的飞航式导弹进行了表演,《真理报》进行了绘声绘色的描述:“在检阅队伍中,由切洛梅依设计的飞行器发出了异乎寻常的隆隆声,它们顷刻之间划过机场上空,直上云霄,消失在天际,只留下缭绕在耳边的一片响声。”

1959年切洛梅依组建了自己的设计局。1961年起,切洛梅依从事“质子”号火箭和航天飞机的研制。

1964年8月3日,切洛梅依签署了“月球飞船-1”初步设计方案。拟采用“质子”号火箭发射载人绕月飞船,内乘1名航天员,外型类似美国“双子星座”飞船。

1964年10月14日,苏联上层政治格局发生变动,赫鲁晓夫下台,勃列日涅夫成为新的苏共中央第一书记。

勃列日涅夫对赫鲁晓夫一直支持的切洛梅依看不顺眼,于是,切洛梅依在1961年奉命研制的航天飞机计划被取消。不久,在一次航天设计局主要设计师参加的方案论证会上,“月球飞船-1”设计方案未被采纳,而科罗廖夫的“N-1”设计方案被通过。不过,切洛梅依的登月方案虽然没被通过,此后的登月工程却始终参与。

早在1962年,科罗廖夫的“N-1”火箭计划就遭遇麻烦。在“N-1”火箭第一级发动机采用什么推进剂的问题上,科罗廖夫认为液氢液氧是首选。而苏联火箭发动机创始人格鲁什科反对,说:“液氧是远期最好的氧化剂,但液氢将永远不存在任何实际价值。”从1949年起,苏联发射的全部运载火箭,都使用格鲁什科研制的发动机,其中两种主要发动机结构设计十分成功,以液氢和煤油为燃料。而使用液氢和煤油发动机的东方号、联盟号火箭,已经成功发射了世界第一颗人造卫星、东方号、上升号宇宙飞船。因此,格鲁什科主张“N-1”的第一级火箭发动机,采用液氧和煤油作为推进剂,并且由他的设计局承担“N-1”第一级及30台发动机的设计,而火箭另外四级由其他单位设计。这样,“N-1”五级重型火箭就要由至少两家设计局研制,这也为日后埋下了隐患。

说起科罗廖夫与格鲁什科,两个人的矛盾可以追溯到1933年秋天。当时,列宁格勒气动力研究室和喷气发动机设计部,合并成为世界上第一个喷气科学研究所。60年代初,双方在理论上发生争执。格鲁什科想通过并联不同数量火箭的方法,研制一系列火箭。科罗廖夫为首的实验和机械制造中央设计局严厉批评这种观点。格鲁什科继而反对用液氧液氢作发动机燃料。两个人的矛盾,严重影响了“N-1”火箭的研制。

美国初期探月工程可谓艰难。1961年发射的“徘徊者”月球探测器,前3颗都没有成功。

1962年4月23日,美国发射的“徘徊者4号”月球探测器,勉强算是在月球上硬着陆。相比苏联的1959年9月12日“月球2号”首次月球硬着陆,晚了31个月。

1964年7月,美国发射“徘徊者7号”月球探测器,在碰撞之前,探测器发

回4316张高质量月面照片,在最后425米高度,显示出直径1米大的撞击坑和0.25米大的岩石。之后的“徘徊者8号”、“徘徊者9号”发回上万张照片。

下一步月球探测是月面上软着陆,不但对科学考察也对人类登陆月球意义重大。

苏联第二代月球探测器,实现软着陆困难重重,是探月工程中最难解决的问题之一。“月球4号”至“月球8号”,其中3颗撞毁在月球表面,2颗与月球失之交臂。

1965年5月,苏联“月球5号”降落的最后阶段,制动火箭未能启动,以致撞毁在月球上。据说,德国一家天文台观测到“月球5号”扬起的长225公里、宽85公里的烟尘。“月球6号”修正轨道发动机没有按时关闭,与月球擦肩而过,进入日心轨道。“月球7号”因下降阶段制动火箭过早点火,燃料提前消耗殆尽,最后撞毁在风暴洋上。“月球8号”又因下降阶段速度太快,而启动发动机太迟,被撞毁在月球上。

1966年1月31日,苏联发射了“月球9号”软着陆探测器,重1583公斤。在经过79小时飞行后,于月球风暴洋附近着陆。探测器在距月面75公里时逐渐减速,从探测器底部伸出5米的探针,在接触月面的瞬间关闭发动机,并抛出100公斤的着陆舱。着陆舱依靠充气气球,以每秒6米的速度缓慢着陆。7小时后,“月球9号”发回了黑白全景高清晰度照片。3天后“月球9号”电池耗尽,寿终正寝。人们从“月球9号”了解到:月球表面是硬的,人类完全可以登月。

苏联“月球9号”发射期间,英国一家电台监听到了信号,后来发现是不加密的电视图像。第二天,整个西方世界都看到了“月球9号”发回的图像。对此盗窃行为,苏联人感到非常愤懑。此后苏联对航天探测器的电讯号都予以加密。


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