航空、航天技术发展

武际可:科技史选讲之七(1)1 航空、航天技术的发展（） 今 天 不 可 能 的 事 明 天 将 变 为 可 能 。 康 埃 齐 奥 尔 可 夫 斯 基 武际可:科技史选讲之七(1)2 1. 早 期 人 类 对 于 飞 行 的 探 索2. 早 期 的 飞 机3. 航 天 技 术 的 发 展4. 航 空 与 航 天 力 学 的 发 展 武际可:科技史选讲之七(1)3 n力学学科从它诞生起就是与社会生活紧密相连的，在精神生活的领域方面它为破除迷信冲破精神枷锁开路，在改变人类的物质生活方面，它是社会生产力最活跃的因素。n和人类文明进程密切相关的工程技术领域很多，如土木、机械、化工、电机、交通、造船、纺织、材料、能源等等，在每一个领域力学都发挥了举足轻重的作用，我们不可能面面俱到地讲清楚这所有的领域同力学的相互作用，只能在本章选择这些领域中最具有代表性的航空与航天两个领域来介绍，必要的时候，也顺带谈到相关的领域。 武际可:科技史选讲之七(1)4 n 20世纪是人类开始的航空与航天的世纪。在人类开创的种类繁多的技术领域中，这两个领域是与力学学科关系最为密切、也最具有代表性的领域。由于力学的发展，才使航空和航天成为可能；也由于航空和航天的技术需要，刺激和推动了新的力学问题的研究，特别是应用力学与工程力学的研究。 武际可:科技史选讲之七(1)5 1 早 期 人 类 对 于 飞 行 的 探 索 n流体力学的理论发展，为航空工业的诞生准备了理论基础。在19世纪末，不少人进行了飞行的探索。这些探索为20世纪初的实际飞行准备了条件。最后终于迎来了一个新兴的工业部门的诞生，这就是航空工业的产生与发展。 武际可:科技史选讲之七(1)6 我 国 晋 代 有 关 于 竹 蜻 蜓 的 记 载 ， 是 一 种 借 旋 转 惯 性 以升 空 的 玩 具 。 武际可:科技史选讲之七(1)7 11达 芬 奇 的 论 鸟 的 飞 行 n我国在战国时代有了风筝、三国时代有了孔明灯、晋代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的发明。它们是人类早期对重物升空的尝试。n在欧洲的文艺复兴时代，在达芬奇的扎记中记载了他对滑翔升空的构想。据说他曾经花了20多年观察与研究鸟、蝙蝠、昆虫的飞行，并且计划将他的发现写成一本著作。1505年，达芬奇写成了研究手稿论鸟的飞行。达芬奇是大画家，在这篇论文中，图文并茂。他指出“由于大气本身是具有可压缩的性质的物质，当有某种物体以比它的流动更快的速度拍击大气时，它就要受到压缩。”还指出“除非翅膀拍击空气的运动比空气压缩时自身的运动速度快，否则翅膀下的空气不会变得很密，因此鸟就不会在空中支承自己的重量。”达芬奇在这里已经有了作用与反作用的思想，即鸟的翅膀拍击空气，空气给鸟的翅膀以升力。达芬奇还研究了鸟的羽毛的结构，他的结论是：羽毛的排列特点是当它向下扇动时，结构是密的压缩空气的效果显著；而当翅膀上扬时，羽毛变的疏散以减少空气阻力。 武际可:科技史选讲之七(1)8 达 芬 奇Leonardo da Venci 1452-1519的 自 画 像 和 飞 机 的 草 图 武际可:科技史选讲之七(1)9 武际可:科技史选讲之七(1)10 武际可:科技史选讲之七(1)11 n达芬奇还观察到在山谷或一定条件下会产生向上的气流，鸟经常利用这种上升的气流，高飞而又节省力气。他进一步注意到鸟一般都是逆风而很少顺风飞行。他说：“鸟逆风飞行可以不必扇扑翅膀，这得益于下降时下面的气流。利用放松运动使之处于气流之上。”他在这里已经有了空气动力产生升力的萌芽，这是极可宝贵的体验。n此外达芬奇还对鸟的起飞、降落、转弯、滑翔等动作，并且给了许多合理的解释。 武际可:科技史选讲之七(1)12 n根据鸟的飞行原理，达芬奇设计了飞机、降落伞、直升机。他考虑最多的是扑翼机，他说：“鸟是一架按数学定律工作的机器，人具有复制这架机器全部运动的能力。它的强度可能不会符合，因为缺少维持平衡的动力。我们可以说，人们建造这种机器不缺少任何东西，只有鸟的生命除外。”1后来的历史发展证明，达芬奇的这个论断是十分正确的。 1 艾玛阿里斯特著，郑福洁译，莱奥纳多达芬奇笔记，三联书店，1998年，第102页 武际可:科技史选讲之七(1)13 1 2利 用 气 球 飞 行 n 1783年10月21日来自法国里昂附近蒙格菲兄弟在巴黎成功地进行了载人的热气球试验。由于蒙格菲的成功，巴黎科学院拨出经费进行气球的研究，在同年12月1日，在巴黎研究以氢气作气球的查礼成功地进行了一次载人的氢气球试验。 武际可:科技史选讲之七(1)14 蒙 格 菲 兄 弟成 功 地载 人 热 气 球试 验 武际可:科技史选讲之七(1)15 n 1851年法国的吉法尔决定在长40米的气球上安装上50马力的蒸汽机，蒸汽机带动螺旋桨推进，这是最早的飞艇。时速可以达到每小时10公里。n 1900年7月德国的齐伯林以铝为构件的硬式飞艇试验成功。时速达每小时30公里。齐伯林的飞艇几经改进，到1911年的齐伯林七号，装有420马力的发动机，时速大约每小时58公里，并且被用于第一次世界大战，去对法国作战。 武际可:科技史选讲之七(1)16 齐 伯 林 Ferdinand von Zeppelin18381917 武际可:科技史选讲之七(1)17 齐 伯 林 的 气 球n 武际可:科技史选讲之七(1)18 n利用氢气比重比空气小的性质进行飞行，是基于流体静力学原理，即在古希腊由阿基米德所发现的浮力原理。虽然后来历经改进，采用氦气，采用金属外壳，还安装了发动机进行飞行，但是由于它既笨重又不安全，所以后来慢慢被飞机淘汰了。 武际可:科技史选讲之七(1)19 13凯 利 的 飞 行 研 究 n在达芬奇系统地研究鸟的飞行之后的数百年间，人们似乎忘掉了航空。特别是，在18世纪末，当法国人乘气球升空得到成功，并热衷于研究靠气球飞行、又逐步并取得进展的时候，在法国没有人再关心飞机飞行了。n到了19世纪初，英国人乔治凯利（George Cayley,17731858）才又提出这个问题，而且比达芬奇更前进了一步. 武际可:科技史选讲之七(1)20 n 18091810年凯利分三次在英国的自然哲学、化学和技艺杂志上发表了题目为论空中航行的论文。这是世界上最早的航空论文，也是世界上现代航空的标志。所以凯利后来被人们称为“航空之父”。在论文中，他明确说：“全部问题是给一块平板提供动力，使之在空气中产生并支持一定的重量。”文中他经过精心计算，给出了一架飞机的设计参数，换为现在的单位：当平板的面积为60平方米、迎风角为6度、速度为每秒10米时，升力可以支承90千克的人机总重。他并且说：“如果这块平板能在动力作用下高效率运动，空中航行就会实现。” 武际可:科技史选讲之七(1)21 凯 利 像George Cayley1773-1858 武际可:科技史选讲之七(1)22 n后来凯利还研究了飞机的飞行稳定性、操纵性和安全性，为了保证这些性能，他建议在飞机上在机翼上设置反角、在飞机身后加尾翼、在尾翼上装置可转动的垂直尾翼等。这些建议都为后来的飞行证实是有效的。n受时代的限制，凯利当时还没有合用的发动机，甚至连瓦特的蒸汽机也还没有。所以他没有办法实现他的设想。不过在18491853年间，他设计并且试制了供载人用的滑翔机。 武际可:科技史选讲之七(1)23 n后来，在凯利逝世后的半个世纪，美国的莱脱兄弟实现了飞机飞行，大莱脱曾说过：“我们设计的飞机，完全按照凯利爵士的非常精确的计算方法。”所以后来西方的航空专家都称凯利为航空之父。 武际可:科技史选讲之七(1)24 凯 利 设 计 的 飞 机 武际可:科技史选讲之七(1)25 1 4世 界 各 国 的 早 期 飞 行 探 索n在19世纪的后期，在英国、俄国、德国、法国都有一些动力飞行的探索者。n 1842年英国的汉森申请了他的飞机设计专利，这是世界上第一个有关飞机的专利。他的飞机上装置的动力是蒸汽机，他将这种飞行器定名为“空中蒸汽车”。后来他自己进行了模型试验，在头几次试验失败后，他的财力已经耗尽，无力继续而停止了。n 1857年，法国的布里斯制造了一架大型滑翔机，他的起飞方式是将滑翔机固定在马车上，然后驱车沿大路奔跑，当马车达到一定速度时，把滑翔机放出去。在第二从试飞时，不幸遇到了下降的气流，滑翔机摔坏，他本人也摔断了大腿。过了10年，他又东山再起，继续继续滑翔机试验，试验又遭失败，从此他退出了航空。 武际可:科技史选讲之七(1)26 n德国的利林塔尔，1889年发表了一本鸟类飞行的艺术，这本书对后来的飞行影响很大。他还制造了具有蝙蝠形状机翼的滑翔机，为了改进他制造的滑翔机，他进行了2000次以上的飞行试验。他对滑翔机不断改进，最长的一次飞行是从15米高的山头上起飞，滑翔了300米远。他在滑翔机上增加了舵，并且准备装上动力，可惜在1896年8月的一天，在试飞时，因为机翼折断而牺牲。他离开人世时最后的遗言是：“如果没有牺牲，任何事都不会成功。” 武际可:科技史选讲之七(1)27 n这些只是动力飞行的早期探索者中的少数例子。是这些勇敢的冒险家的前仆后继的探求，人们又不断从中总结经验，才有后来的飞行世纪。诚然，像后来最早飞行成功的莱特兄弟，那样的胜利者的业绩值得庆贺，而像利林塔尔，这样的失败者的业绩也是可歌可泣的。 武际可:科技史选讲之七(1)28 利 林 塔 尔O tto Lilienthal1848 1896 武际可:科技史选讲之七(1)29 利 林 塔 尔飞 行 图 武际可:科技史选讲之七(1)30 2 早 期 的 飞 机 武际可:科技史选讲之七(1)31 2 1 兰 利 的 飞 机 研 究 与 实 验n兰利（Samuel Pierpont Langley,18341906）是美国的职业科学家，起先曾从事土木工程工作，后来靠自学成为著名的天文学家。他发展了测辐射热仪，对太阳光谱测量作出了重要贡献，1867年，任美国匹兹堡大学的物理与天文学教授。他从幼年便对鸟的飞翔产生了极大的兴趣。经常连续数小时观看鸟的飞行。 武际可:科技史选讲之七(1)32 n 1887年兰利移居华盛顿，出任当时美国学术权威机构斯密森学会的秘书。他建造了一座60英尺的悬臂机，该机靠煤气发动机驱动，外周速度可达每小时70海里。利用这座悬臂机，他进行了大量的空气动力实验，研究平板与鸟翼在空气中运动时的阻力与升力的规律，由此得到了许多定量的结果，并且纠正了前人的不少错误。他得出了有一攻角的平板升力为 其中A为平板面积、V为飞行速度、 为空气的密度、 为平板的攻角。兰利将他的研究结果写成一本书空气动力学实验，于1891年由华盛顿的斯密森学会出版。这本书是最早的比较系统的实验空气动力学著作，对后来的飞机研究者，包括莱特兄弟影响很大。sin2kAVF 武际可:科技史选讲之七(1)33 n除了实验室研究外，兰利还动手做飞行试验。他先后从1891年开始试制了橡筋动力模型飞机、设计并制造了轻型蒸汽机、并且设计了空中旅行者06共7个型号的飞机模型、对其中的第5、6两号在1896年进行了成功的飞行、后来又在1903年进行了两次不成功的载人的飞行试验。后来因为财政拮据和新闻界的冷嘲热讽，以及兰利本人年事已高（接近70岁）的诸多原因，放弃了试验，兰利也于1906年逝世。后人总结他载人飞行的失败主要是由于结构上的不合理，当时他的发射架如果采用轮式起落架，试飞很可能是另一种结果。 武际可:科技史选讲之七(1)34 兰 利 像Samuel Pierpont Langley 1834-1906 武际可:科技史选讲之七(1)35 兰 利 的 飞 机 （ 1901） 武际可:科技史选讲之七(1)36 2 2 莱 特 兄 弟 的 飞 机 n飞机的发明与发展是力学渐渐渗入技术的结果，是从盲目走向自觉的过程。19世纪末不少人都想制造飞机，当时滑翔机已有相当的进步，凡是致力于改进滑翔机的人，很自然的想法是在滑翔机上安装上动力。但是那时只有蒸汽机这种过重的发动机。n 于是有一些人从事研究内燃机，如德国的利林塔尔与皮尔彻在1896年与1899年，先后在滑翔机上安装上内燃机进行试验。不幸他们二人先后都因为事故而牺牲。同时美国也有人进行类似的试验，结果也以失败而告终。 武际可:科技史选讲之七(1)37 n美国在俄亥俄州开自行车修理店的莱特兄弟为德国的利林塔尔的牺牲精神所鼓舞，决心试制飞机。他们首先从制造滑翔机开始，从1899年开始，逐渐改进。1899年，他们写信给斯密森研究院索取有关航空资料，他们研究前人的经验，其中包括达芬奇、乔治凯利、兰利教授、马克辛（机枪的发明者）、查纽特、帕森斯、托马斯爱迪生、利林塔尔、阿代尔、等等的事迹与经验。1901年莱特兄弟（哥哥 Wilbur Wright，18671912,弟弟Orville Wright，18711948）为了实验和改进翅膀，建造了风洞，他们研究与比较了200种以上的机翼形状。到1902年秋，已经积累了上千次滑翔经验，掌握了飞行的理论与技术。 武际可:科技史选讲之七(1)38 莱 脱 兄 弟哥 哥 (左 ) Wilbur Wright1867 1912弟 弟Orville Wright1871 1948 武际可:科技史选讲之七(1)39 n 最后，他们决心制造装有发动机与螺旋桨的飞机。经过艰苦的研究，终于制成了4缸8马力的内燃发动机，并且用枞木制造了螺旋桨。1903年12月17日在北卡罗来纳州的刺鬼山海岸（Kill Devil Hills beach），对他们制成的“飞行者”1号进行了试飞。经过4次试飞，最好的成绩是在空中飞行59秒，飞行距离259.7米的记录。那次试飞，他们发了50封邀请信，结果只来了5个人，报界对此反映冷淡。到1905年，美国著名的科学普及杂志科学的美国人说这次试验只不过是一个骗局。可是，就在这一年，莱特兄弟的第三个改型飞机在10月5日那天，一次飞行了38.6千米，在空中持续飞行38分又3秒钟。 武际可:科技史选讲之七(1)40 莱特兄弟的飞机试飞图 武际可:科技史选讲之七(1)41 n之后莱特兄弟以及世界上不少国家与个人进行了改进试验。1904年进行了“飞行者”2号试飞，总共飞行了105次，最长飞行记录是飞行了5分钟，距离为4.4公理。后来他们对飞机的操纵性能做了改进，1905年6月，制成了“飞行者”3号。经过50次试飞，在10月5日达到了持续飞行38分3秒、飞行距离38.6公理的记录。经过各种姿态的飞行试验，说明这架飞机已经具备实用性。 武际可:科技史选讲之七(1)42 n莱特发明的飞机虽然已经达到了实用阶段，但是要得到社会的承认与支持还经过了一段艰苦的努力。n莱特兄弟首先向美国陆军谈判，希望获得支持，但是陆军反应冷淡，说是要等到他们造出除驾驶员外能携带一名人员的条件下能够平飞时，才会考虑定购。后来他们又同英国人谈判也未有任何进展。在1906、1907这两年中，他们没有试验，而是转而改进发动机与螺旋桨。到1907年春，他们又制造了一架新飞机，由莱特兄长带到欧洲，商谈申报专利与生产问题，也没有得到什么结果。整个世界对他们数年的成功试飞没有什么反应。 武际可:科技史选讲之七(1)43 n 1907年12月23日，美国政府愿意提供25000美元的资金，招标制造一架能载两人、飞行速度每小时64.4公里、飞行距离125公里的飞机。为了说服美国官方，1908年2月莱特兄弟进行了一次飞行表演，美国战争部同意到场观看。同年3月莱特与战争部签订制造飞机的协议。n 1908年8月莱特弟弟在法国、1908年9月莱特兄长在美国进行了飞行表演。都相继取得了成功，这些成功的表演新闻界广为报导，这才使他们成为全世界注目的英雄。 武际可:科技史选讲之七(1)44 2 3 航 空 事 业 的 发 展 n法国的桑托斯杜门一直致力于飞行，在1905年以前，他从事于飞艇的研制。从1906年开始研制飞机，他先造了一架直升机，可惜因为旋翼太小没有成功。在同年他又造了两架飞机，结果都不理想。但是不管如何，它毕竟是欧洲的最早的飞机。几经改进，到1909年杜门制造的“蜻蜓”飞机，是单翼机、轮式起落架、结构紧凑，他自己驾驶，速度竞达到每小时97公里。 武际可:科技史选讲之七(1)45 n 1908年英国的每日邮报设1000英镑的奖金，以奖励第一个飞越法英两国之间的英吉利海峡的人。1909年7月25日凌晨法国的布雷里奥用了大约36分钟完成了飞越英吉利海峡，飞行41.9公里。一时成为轰动欧洲的大事。n后来欧洲人经过不断改进，并且举行各种航空表演与航空展览，以推动航空事业。到第一次世界大战之前，欧洲的航空达到世界领先的地位。 武际可:科技史选讲之七(1)46 n 冯如（18831912）广东恩平人，12岁赴美当童工，后在一家工厂当工人。经过数年的自学研究，积累了不少机械制造方面的知识。1906年，冯如在旧金山与当地华侨和亲友集资创办飞机制造公司。1907年，广东机器制造厂在美国奥克兰市成立，从事研制飞机。经历了6次失败后，在1911年初，于奥克兰市成功地进行了多次航空表演，而且创造了时速105公里的新记录。当时孙中山先生也在美国，观看了他的飞行表演，在观看后发表讲话时对冯如的成功大加称赞，鼓励他回国为祖国服务。1911年3月冯如回国，不幸在1912年8月25日的一次飞行表演中因飞机失事而牺牲。 武际可:科技史选讲之七(1)47 冯 如1883 1912 武际可:科技史选讲之七(1)48 n由于空气动力学方面的研究成果，飞机的空气动力性能不断改善，也由于航空发动机的不断改进，飞行的新记录不断产生。n 1913年，英国的每日邮报悬赏10000英镑，给第一个飞越北大西洋的人。1919年6月14日，英国的阿尔科克和布朗二人完成了这项飞行而获奖，航程3032公里。n 1920年美国的企业家奥太格悬赏25000美金，给第一个从纽约到巴黎的飞行者。1927年5月21日，美国人林白（Charles Augustus Lindbergh,19021974）领走了这笔奖金，航程5810公里，历时33.5小时。林白后来多年任泛美航空公司的高级技术顾问，他也是第一批改进机械心脏泵的发明者之一。 武际可:科技史选讲之七(1)49 林 白 Charles Augustus Lindbergh,19021974 武际可:科技史选讲之七(1)50 1927， 5， 21的 一 幅 漫 画 武际可:科技史选讲之七(1)51 n人们终于迎来了20世纪这个航空的新世纪。从1916年开始，在英国、荷兰、比利时、德国、法国、苏联、美国等国先后成立了国内与国际的航空公司，办理客货运。到19501970年间，在欧美各国的长途客运几乎都让位给航空了，而铁路长途客运倒闭。在二次世界大战之后，又出现了喷气式超音速飞机。所有这些都得益于力学的发展。 武际可:科技史选讲之七(1)52 3 航 天 技 术 的 发 展 武际可:科技史选讲之七(1)53 n 在 力 学 发 展 的 早 期 ， 是 和 天 文 学 紧 密相 连 的 ， 人 类 的 力 学 知 识 可 以 说 最 早是 从 研 究 天 上 的 星 宿 得 到 的 。 在 20世纪 ， 当 从 牛 顿 时 代 精 确 化 的 力 学 知 识发 展 了 200多 年 后 ， 可 以 说 力 学 又 回 到了 天 上 。 人 造 卫 星 、 人 造 天 体 的 出 现就 是 这 一 回 复 的 明 证 。 武际可:科技史选讲之七(1)54 3 1 早 期 星际 航 行的 研 究 武际可:科技史选讲之七(1)55 n齐奥尔可夫斯基（ ，18571935）出生于俄罗斯离莫斯科不远的梁赞省的伊热夫斯基村。大约在他十岁的时候因为疾病使他的耳朵几乎完全失去听力。由于生病，他经常缺课，在家由他母亲帮他补课。他14岁时才开始正式上学，16岁时，父亲送他到莫斯科求学。后来他靠顽强的自学精神，而于1878年秋成为一名中学教师，并且撰写了若干篇有关化学和物理的学术论文。 武际可:科技史选讲之七(1)56 n齐奥尔可夫斯基对星际航行的兴趣是由凡尔纳的科学幻想小说引起的，他在1911年回忆说：“对我来说，第一颗太空飞行思想的种子是由著名的儒勒凡尔纳的幻想小说播下的，它们使我在头脑里形成了确定的方向。我开始把它作为一种严肃的活动。”n齐奥尔可夫斯基在1898年完成了论文利用喷气工具研究宇宙空间，但是论文直到1903年才在莫斯科的科学评论杂志上发表。论文涉及航天飞行的各方面的问题。 武际可:科技史选讲之七(1)57 n他首先指出，利用气球、大炮炮弹、都不可能飞出地球，因之“我建议利用反作用机械研究高空大气。我所指的反作用机械就是火箭。”n论文开创了变质量力学，并且由此推导出火箭运动的基本公式，后人称之为齐奥尔可夫斯基公式，即在不考虑空气阻力与地心引力的条件下，火箭在在耗尽燃料时的速度为 ，其中 分别为火箭总重与火箭结构重，为常数。 21ln MMcv 21,MMc 武际可:科技史选讲之七(1)58 n论文导出了火箭要克服地球引力所要具有的最小速度，即第一宇宙速度为每秒8公里。并且给出了液体燃料是最理想的推进剂。n 1919年齐奥尔可夫斯基发表了论文太空火箭列车。这是关于多极火箭的最早的研究。n齐奥尔可夫斯基还写作过不少通俗介绍火箭与太空飞行的读物。他一生写了580篇科学论文与科学幻想作品。不过，他的研究工作，首先是在美国与德国受到重视，外国的研究火箭热，反过来推动了苏联。到1924年，苏联重新出版了齐奥尔可夫斯基发表过的论文。 武际可:科技史选讲之七(1)59齐奥尔可夫斯基像 武际可:科技史选讲之七(1)60 n法国人埃斯诺贝尔特利（Robert Esnault-Peltrie,18811957）早期从事飞机的设计与研究，后来转入火箭与星际航行的研究。他独立于齐奥尔可夫斯基的工作，在1912年发表了论文关于无限减轻发动机重量的可能性的结果的思考。论文得到了和齐奥尔可夫斯基相同的结论。他计算得到火箭逃出地球的速度为每秒11.28公里，即现今说的第二宇宙速度。他并且设计了到达月球、金星与火星的火箭以及飞行策略。n齐奥尔可夫斯基与埃斯诺贝尔特利的研究工作奠定了航天技术的理论基础。 武际可:科技史选讲之七(1)61 3 2 火 箭 的 改 进 与 V 2火 箭 n最早在实际上研究设计与制造液体火箭的是美国的戈达德（H.Geddard, 18821945）与罗马尼亚人奥伯特（H.J.Oberth,1894？）n戈达德独立自费研究火箭推进，并且在1919年出版了研究的论著。在1926年3月16日，有四位助手配合，妻子担任记录，成功地发射了液体试验火箭。火箭在2.5秒时间内，升高12.5m，水平飞行56m。1923年他又出版了深入星际太空的火箭一书，这本书对后来德国的火箭研究起了很大作用。 武际可:科技史选讲之七(1)62 戈 达 德H.Geddard 1882 1945 武际可:科技史选讲之七(1)63 戈 达 德 的 液 体 火 箭 武际可:科技史选讲之七(1)64 n奥伯特1922年得知美国的戈达德发表了到达极大高度的方法，写信索要并仔细研读。之后写了论文飞往星际空间的火箭。文中他设想了载人火箭的设计方案。之后他将论文扩展成为书，于1929年出版，书名为通向宇宙之路。在1928年奥伯特应聘为科学幻想电影月球女郎做载人飞船，随之进行了火箭试验。1939年第二次世界大战爆发后，奥伯特，被德国当局应征去研究军用火箭。 武际可:科技史选讲之七(1)65 奥 伯 特 作 液 体 火 箭 试 验 （ 右 立 者 ） 武际可:科技史选讲之七(1)66 n在 世 界 上 德 国 的 星 际 航 行 发 展 得 最早 ， 在 奥 伯 特 的 著 作 影 响 下 ， 1927年 6月 5日 在 德 国 布 莱 斯 劳 成 立 了 德国 星 际 航 行 协 会 ， 并 决 定 出 版 刊 物 火 箭 。 协 会 在 一 年 间 ， 人 数 增加 到 500人 。 武际可:科技史选讲之七(1)67 n布劳恩（W. von Braun, 19121977）1932年毕业于柏林工学院，1934年获柏林大学物理系博士学位。1932年在德国陆军军械部从事火箭研究。作为第一次大战的战败国，德国不允许发展常规武器，于是便在火箭上打主意。从20年代末德国军方就组织人员研究火箭。30年代希特勒上台后，更加紧了火箭的研究。从1933年开始设计火箭。1937年希特勒拨款3亿马克建立导弹研究基地。在冯布劳恩的主持下，通过对A1（一枚，失败）、A2（两枚，均成功）、A3（三枚，均失败）、A5（25枚左右，均成功）型号火箭的研究和试验，取得了大量空气动力学方面的成果，并且在制导、控制、发动机设计、弹道设计等方面积累了大量经验。在此基础上，1942年10月3日，成功地发射了第一枚液体燃料的军用导弹V2。 武际可:科技史选讲之七(1)68 n后来V2又经过不断改进，最后它的状况为：n V2火箭长14m，结构重量3.99t，弹头1t，燃料8.96t，射程300公里，最大速度每秒1.5公里。它的主要特点有：（1）垂直起飞，没有起飞滑轨，以免结构与轨道撞击；（2）采用处于燃气气流中装在尾翼上的四个叶片的燃气舵控制，燃气舵又受装在导弹前部的两个陀螺仪控制；（3）使用涡轮泵将推进剂注入燃烧室。n从1944年起，直到1945年德国法西斯覆灭，德国共向盟国各地区、特别是英国发射了V2火箭3745枚。 武际可:科技史选讲之七(1)69 布 劳 恩W. von Braun19121977 武际可:科技史选讲之七(1)70 V 2火 箭 武际可:科技史选讲之七(1)71 n德国法西斯覆灭后，美国俘获了包括布劳恩在内的100多名火箭专家、全部V2火箭的设计资料和少量的V2火箭及其零件，苏联则俘获了一批二流专家和一批V2火箭及其零件。这样V2火箭就成为后来苏、美两国进行军用火箭与空间飞行研究的基础。n布劳恩投降美军后，到美国陆军装备设计研究局工作，后任陆军弹道导弹发展处处长。1955年入美藉。先后领导研制成功红石、丘辟特、潘兴等火箭，并用火箭发射美国第一颗人造卫星成功。19601970任马歇尔航天中心主任，1961年任肯尼迪总统的空间事务科学顾问，分管阿波罗工程。美国将人送上月球，就是用的他主持设计的土星火箭。1970年任美国国家航空航天局主管计划的副局长，1972年辞职。可以说布劳恩的一生，是研制火箭成功的一生。 武际可:科技史选讲之七(1)72 Wernher von Brauns teams with the Army and NASA developed many of the rockets that launched America into the space race. Clockwise from upper left: the Redstone (first U.S. Army ballistic missle), Juno-1 (carried Explorer 1, the first U.S. satellite), Mercury-Redstone (launched Allan Shepard, the first American in space), and the Saturn-1 (booster rocket for the Apollo missions). (Photographs courtesy MSFC Image Exchange) 武际可:科技史选讲之七(1)73 美 国 阿 波 罗 11的 发 射 指 挥 队 伍 武际可:科技史选讲之七(1)74 3 3 人 造 卫 星 、 星 际 航 行 的 发 展及 其 技 术 应 用 n 1947年，苏联发射成功了类似V2的导弹火箭。1952、1953年间，苏联的导弹射程已经可以达到1800公里。1955年苏联成立了人造地球卫星委员会，开始研制人造卫星与运载火箭。n美国在战后首先进行了探空火箭的研制，改进了V2火箭，在1947年达到了393公里的高空。但是由于当时美国着意于核武器的研制，放松了对导弹的投资。美国的火箭研究在50年代初明显落后于苏联。直到50年代中期才重视起来。 武际可:科技史选讲之七(1)75 n 1957年10月4日，苏联在拜科努尔航天发射场发射成功第一颗重83.6公斤的人造卫星。它的轨道近地点215公里、远地点947公里、轨道倾角为、周期是96.2分。它在天上运行了92天。这颗卫星进行了高空空气阻力的测量，完成了地面大气密度的测量等多方面的研究。n 1958年1月31日美国将探险者1号卫星送入6002537公里的轨道。n在苏美两国相继发射卫星成功后，各国又发射各种不同应用的卫星，如通信卫星、气象卫星、遥感卫星、地球资源卫星、军用情报卫星等。共发射不同用处的卫星数千枚。 武际可:科技史选讲之七(1)76 苏 联 第 一 颗 人 造 卫 星 武际可:科技史选讲之七(1)77 n 1970年4月24日，中国发射成功了“东方红1号”卫星，重173公斤。n 1961年4月12日，苏联把宇航员加加林（Yuri Alexeyevich Gagarin,19341968）送入地球轨道，运行了108分钟，开辟了人类进入太空的纪元。n 1969年7月16日美国的“阿波罗11”将三位宇航员送上了月球轨道，其中两人送上了月球，于7月25日安全溅落在太平洋上。它不仅在组织管理的水平要求是空前的，在技术方面，还要解决诸如控制问题、通讯问题、材料问题、发动机技术问题、以及大量的力学问题（空气动力学、固体力学、飞行力学）。 武际可:科技史选讲之七(1)78 第 一 个宇 航 员伽 伽 林Y.A.Gagalin1934-1968 武际可:科技史选讲之七(1)79 1980年中国的火箭在发射 武际可:科技史选讲之七(1)80 n就以再入大气所遇到的力学问题来说，就要求解决：再入大气时的入角大小要合适，过大过小都不行；再入大气后的数分钟内，由于大气的电离层隔断无线电通讯，要解决飞行器精确自动控制的能力问题；再入大气后飞行器与空气摩擦产生的高温（1000以上）问题等。而在所有飞行的各个环节中，火箭的条件，包括加速度、温度都要控制得适合人的生存。 武际可:科技史选讲之七(1)81 n 1964年8月19日，美国发射了第一枚地球同步静止轨道通信卫星。这种卫星的特点是：它的绕地球的周期与地球的自转一样都是24小时；它的轨道严格处于地球的赤道平面内，且为圆形。通过计算知道，这种卫星的轨道高度是35800公里。为此火箭在地面的初始速度必须达到每秒10.43公里。在发射时，要有十分精确的控制系统。此外，当卫星达到赤道平面内的椭圆轨道后，还要通过二次点火使轨道调整到预定的精确位置上。所以同步静止轨道通讯卫星是火箭与卫星技术的新水平。1984年4月8日，我国成功地发射了一颗地球同步静止通讯卫星，并于4月16日定点成功。 武际可:科技史选讲之七(1)82 n之后美国与苏联都发射成功了各种空间实验站、科学卫星和空间探测器。先后有探测水星、土星、木星、火星的探测器。取得了大量的研究资料。n 1981年4月12日美国又成功地进行了载有两名宇航员的航天飞机“哥伦比亚”号的飞行。至今航天飞机已进行过多次成功飞行，可以进行摘取卫星、修复航天望远镜、修理空间实验室等任务。n航天飞行还在发展，前程无量。 武际可:科技史选讲之七(1)83 武际可:科技史选讲之七(1)84 n之后美国与苏联都发射成功了各种空间实验站、科学卫星和空间探测器。先后有探测水星、土星、木星、火星的探测器。取得了大量的研究资料。n 1981年4月12日美国又成功地进行了载有两名宇航员的航天飞机“哥伦比亚”号的飞行。至今航天飞机已进行过多次成功飞行，可以进行摘取卫星、修复航天望远镜、修理空间实验室等任务。n航天飞行还在发展，前程无量。 武际可:科技史选讲之七(1)85 武际可:科技史选讲之七(1)86 武际可:科技史选讲之七(1)87