星際航行的新階段

正當(dāng)全世界的人民滿懷著信心和希望進(jìn)入新的一年的時(shí)候，傳來(lái)了人類征服宇宙歷史上新的偉大勝利的消息。1月2日那天晚上，從蘇聯(lián)發(fā)射了一支多級(jí)火箭，這支多級(jí)火箭的最后一級(jí)，在燃料用完以后余重1427公斤，獲得了每利11．2公里以上的速度。這支宇宙火箭在發(fā)射后34小時(shí)之內(nèi)就到達(dá)月球區(qū)域，利用它所攜帶的自動(dòng)式的科學(xué)測(cè)量?jī)x器，對(duì)月球進(jìn)行了探索，通過(guò)無(wú)線電發(fā)報(bào)機(jī)把結(jié)果傳到地球上來(lái)，并且，在這項(xiàng)任務(wù)完成以后，進(jìn)一步完全脫離了地球和月球的吸引力，在1月7日進(jìn)入了它的新的經(jīng)常性軌道，變成了一個(gè)環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行的行星。世界上第一個(gè)人造行星就此誕生了。如果說(shuō)，1957年10月4日發(fā)射的第一個(gè)人造地球衛(wèi)星開(kāi)始了星際航行的新紀(jì)元，那末宇宙火箭的發(fā)射，又把人類帶進(jìn)了星際航行的一個(gè)更新、更高的階段。

發(fā)射宇宙火箭需要怎樣的科學(xué)技術(shù)？

大家知道，蘇聯(lián)發(fā)射人造地球衛(wèi)星的辦法是發(fā)射多級(jí)火箭。在多級(jí)火箭中，前一級(jí)火箭的任務(wù)就是靠自己的發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生推力，使得下幾級(jí)火箭增加到一定的速度，它在完成自己任務(wù)后就自行脫落，讓剩下來(lái)的火箭可以減輕負(fù)擔(dān)，使速度更容易增加。最后一級(jí)火箭的有效載重就是人造衛(wèi)星?，F(xiàn)在發(fā)射宇宙火箭在原則上沒(méi)有什么不同，但是由于需要達(dá)到第二宇宙速度（每秒11.2公里以上），因此多級(jí)火箭的級(jí)數(shù)就要更多一些，最后的一級(jí)火箭便是宇宙火箭，它所攜帶的科學(xué)觀測(cè)儀器電源等就是最后有效載重。

可以想像，為要使一定的有效載重達(dá)到所期望的速度，火箭在地面上一開(kāi)始發(fā)射時(shí)的總重量一定要比最后的有效載重大好多倍。因?yàn)槠渲幸淮蟛糠质歉骷?jí)火箭使用的燃料（在工作過(guò)程中消耗掉）；還有前幾級(jí)火箭的重量，（在工作過(guò)程中依次被拋棄掉）。起飛時(shí)總重量比最后有效載重的這個(gè)倍數(shù)，取決于所使用的燃料性能和火箭設(shè)計(jì)（火箭結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)）。如果按照一般的科學(xué)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，每增加一級(jí)火箭，總重量大約要增加前一級(jí)火箭重量的10倍。這也就是說(shuō)，如果宇宙火箭是用四級(jí)火箭發(fā)射，則起飛時(shí)火箭總重應(yīng)該是最后有效載重的10×10×10×10＝10000倍。這樣，從宇宙火箭所載有效載重為361．3公斤來(lái)看，起飛時(shí)總重大約是4000噸的樣子。而為了從地面把整個(gè)火箭朝上推動(dòng)起來(lái)，一開(kāi)始推力至少要6000－7000噸，這是有何等威力的發(fā)動(dòng)機(jī)！

從蘇聯(lián)發(fā)射第一個(gè)人造衛(wèi)星到發(fā)射宇宙火箭，在火箭科學(xué)技術(shù)上一定有重大的發(fā)展，可能上面的估計(jì)是顯得太保守了。由于火箭技術(shù)的改進(jìn)，為了發(fā)射宇宙火箭，可以設(shè)法把在一開(kāi)始時(shí)的總重量減輕很多，但無(wú)論如何，起飛時(shí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力不會(huì)小于數(shù)百噸的規(guī)模。

發(fā)射宇宙火箭除了動(dòng)力的要求之外，還有控制的要求。在發(fā)射的過(guò)程中，每一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在何時(shí)何處開(kāi)始工作，何時(shí)何處停止工作，都需要按事先規(guī)定的安排進(jìn)行，這只能依據(jù)很精密的自動(dòng)測(cè)量控制設(shè)備，隨時(shí)測(cè)量誤差，隨時(shí)糾正誤差，最后，在宇宙火箭走上軌道時(shí)，能有事先確定的速度和位置，否則就會(huì)差以毫厘，失之千里。

發(fā)射火箭牽涉到的科學(xué)技術(shù)是很復(fù)雜和廣泛的。我們很難一一例舉。這些科學(xué)技術(shù)只有技術(shù)上最發(fā)達(dá)的國(guó)家才能做到。

蘇聯(lián)成功地發(fā)射了宇宙火箭的事實(shí)，再一次雄辯地證明，在科學(xué)技術(shù)成就方面，蘇聯(lián)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)地把美國(guó)拋到后面了。社會(huì)主義在科學(xué)技術(shù)上賽過(guò)資本主義，這已不只是一個(gè)愿望而是鐵的事實(shí)了。

為什么沒(méi)有在月球上降落？

由于月球的質(zhì)量只是地球的六分之一，所以它的引力要比地球的引力小得多。要設(shè)法在月球附近搞一個(gè)繞著月球轉(zhuǎn)的人造月球衛(wèi)星，只需要它具有每秒1．66公里的速度就足夠了。要從月球表面沖出月球的引力范圍，也僅需要有每秒2．34公里的速度。距離月球表面愈遠(yuǎn)，需要的速度也就愈小。

我們知道，這次發(fā)射的宇宙火箭，由于初始速度要比每秒11．2公里還高些，也就是說(shuō)，在它克服地球的引力以后，還有余力前行，而在趨近月球的時(shí)候，（最靠近時(shí)達(dá)到離月球表面7500公里的樣子）又有力量戰(zhàn)勝月球?qū)λ囊?，因此月球就留不住這位不速之客，宇宙火箭就愈走愈遠(yuǎn)了。

也許，有些人會(huì)感到失望。他們問(wèn)：難道降落在月球上不更好一些么？這是否是沒(méi)有達(dá)到事先期望的結(jié)果？

我們知道，一個(gè)物體在宇宙空間相對(duì)于另一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的軌道，取決于它們之間的距離和它們的速度（包括大小和方向），而這些是在不斷地變化著的。要使一個(gè)物體采取事先規(guī)定的軌道就必需要求它在一定地點(diǎn)具有一定的速度，只要稍有偏差，就會(huì)引起軌道的變化，有時(shí)還會(huì)是根本不相同的結(jié)果。舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子，美國(guó)在1958年10月也曾企圖發(fā)射一個(gè)月球火箭，由于在速度上差了百分之二，結(jié)果導(dǎo)致完全失敗。如果我們企圖朝月球本身描準(zhǔn)時(shí)，要注意到月球本身也是在運(yùn)動(dòng)著，那末，如果在宇宙火箭走上脫離地球的軌道時(shí)，時(shí)間上或者速度上稍有差錯(cuò)，就會(huì)影響到全局，因此，事先描準(zhǔn)的要求是比較困難的。

當(dāng)然，困難并不是沒(méi)有辦法解決的。如果最后一級(jí)火箭（宇宙火箭）的燃料并不完全用盡而是保留一部分，在趨近月球時(shí)，根據(jù)實(shí)際誤差的情況，把火箭發(fā)動(dòng)機(jī)重新開(kāi)動(dòng)，用調(diào)整噴氣方向的辦法糾正誤差，這樣就有可能達(dá)到目的。甚至可以用“剎車”（即反飛行方向噴氣）的辦法來(lái)降低速度，來(lái)實(shí)現(xiàn)人造月球衛(wèi)星的要求。當(dāng)然，怎樣及時(shí)測(cè)量誤差，怎樣指揮發(fā)動(dòng)機(jī)工作，都是很繁雜的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，但在原則上是完全可以解決的。

根據(jù)公報(bào)，蘇聯(lián)宇宙火箭上并沒(méi)有這樣的設(shè)備，顯然是本來(lái)就沒(méi)有打算達(dá)到這樣的目的。發(fā)射這支宇宙火箭的任務(wù)，是要達(dá)到第二宇宙速度，是到宇宙空間去?；鸺鶖y帶的科學(xué)儀器的任務(wù)就是要研究空間、特別是月球附近區(qū)域的宇宙空間的特點(diǎn)?；鸺耆凑疹A(yù)先計(jì)算那樣進(jìn)入了軌道?；鸺咏虑虻某潭?，恰好足以獲得關(guān)于月球磁場(chǎng)及其放射性的最豐富的材料，這將大大有助于我們對(duì)月球本身結(jié)構(gòu)的了解。另外，宇宙火箭還從事于宇宙線、太陽(yáng)微粒幅射和流星粒子的探查，這使我們第一能深入到離地球幾十萬(wàn)公里的地帶去作實(shí)地調(diào)查。蘇聯(lián)宇宙火箭出色地完成了全部科學(xué)研究任務(wù)意義是很大的。

當(dāng)然，這并不是說(shuō)，以后就不必設(shè)法建立人造月球衛(wèi)星，或者用“剎車”的辦法在月球上安然降落的了。這些工作都將在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)。

怎樣會(huì)變成人造太陽(yáng)行星的？

宇宙火箭在離開(kāi)月球區(qū)域后，忽然改變了身份，變成了太陽(yáng)系中的一個(gè)新成員，這一點(diǎn)也引起了一些人的驚奇。太陽(yáng)怎末會(huì)插手進(jìn)來(lái)的？為什么在從地球到月球這一階段沒(méi)有注意到太陽(yáng)的影響？

事實(shí)上，太陽(yáng)并不是臨時(shí)出現(xiàn)在舞臺(tái)上的演員。它的吸引力一直在作用著。要是沒(méi)有這個(gè)吸引力，地球和其它的行星就不會(huì)按著大家所熟知的規(guī)律運(yùn)動(dòng)了。

太陽(yáng)的引力不但作用在地球上，也作用在環(huán)繞地球運(yùn)行的月球上，地球和月球是當(dāng)作一個(gè)總體受到太陽(yáng)引力作用的。當(dāng)宇宙火箭走到離地球1000公里的地方，脫離了地球和月球的吸引力以后，太陽(yáng)的引力成了對(duì)宇宙火箭起決定作力用的一種力量。太陽(yáng)的引力如此強(qiáng)大，使得宇宙火箭像孫悟空一樣，雖然一個(gè)斛斗十萬(wàn)八千里，仍然逃不出如來(lái)佛的手掌，火箭無(wú)法掙脫太陽(yáng)的引力，只能乖乖地繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，成為第一顆人造行星，太陽(yáng)系的第十顆行星。

宇宙火箭是朝地球本身繞太陽(yáng)運(yùn)行的方向發(fā)射的，而且在脫離地球引力作用范圍后，沒(méi)有弄得“精疲力竭”，尚有一定的速度。這樣它相對(duì)于太陽(yáng)就有

宇宙火箭上了天，

不等七七就團(tuán)園，

遙指王母你且聽(tīng)，

從此不受分離怨。

李國(guó)靖插畫(huà)并詩(shī)

比地球公轉(zhuǎn)略為大些的速度（即比每秒三十公里還大），因此它的軌道是一個(gè)比地球軌道大一些的橢園。也就是說(shuō)，宇宙火箭距太陽(yáng)比地球還遠(yuǎn)一些，處在地球和火星之間。

那末，能不能使宇宙火箭離開(kāi)太陽(yáng)系，飛到其他球星上去呢？在理論上說(shuō)是可以的。只要使火箭在擺脫地球引力之后所具有的速度，超過(guò)每秒16.7公里就行。這個(gè)速度也就叫第三宇宙速度。

現(xiàn)在的人造太陽(yáng)行星和已有的幾個(gè)人造地球衛(wèi)星不同，它的壽命可以說(shuō)是無(wú)限的，它將永遠(yuǎn)圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。因?yàn)?，跟其他行星一樣，宇宙火箭在星際空間并不受什么阻力，宇宙火箭周圍的環(huán)境對(duì)火箭的影響是微不足道的。當(dāng)然，它有可能受到流星的襲擊，但是一般的流星都很小，對(duì)火箭不會(huì)有任何影響，而它和大流星碰撞的機(jī)會(huì)是極小的，大概走幾百年也不見(jiàn)得碰到一次。也跟其他星球一樣，宇宙火箭沿著軌道運(yùn)行的速度會(huì)有改變，在近日點(diǎn)（軌道上離太陽(yáng)最近之點(diǎn)）的時(shí)候，速度約為每秒32公里，在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，約為每秒24公里。

另外一件有趣的事是：第一個(gè)人造行星有可能在一百五十四年以后，同地球重逢。因?yàn)橛钪婊鸺诮衲暌辉露諒牡厍虬l(fā)射出去以后，只要它在運(yùn)行中不遇到任何障礙的話，將永遠(yuǎn)沿著同一條橢園形軌道運(yùn)行。正因?yàn)槿绱耍慨?dāng)走完自己的軌道一周以后，都將返回發(fā)射區(qū)。我們知道，宇宙火箭運(yùn)行軌道一周的時(shí)間是四百五十天。所以，可以預(yù)期，從一月二日起，四百五十天以后，它將第一次回到地球軌道上發(fā)射火箭的地方。但是，那時(shí)候地球本身已沿著自己的軌道向前走得很遠(yuǎn)了，它跟宇宙火箭的距離將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)地球跟太陽(yáng)的距離。在人造行星運(yùn)行兩圈以后，這個(gè)距離還會(huì)更大：一個(gè)在太陽(yáng)這一邊，一個(gè)在太陽(yáng)那一邊。運(yùn)行三圈和四圈以后，火箭跟地球的距離分別為兩億公里和六千七百萬(wàn)公里。在1975年初，宇宙火箭距地球的距離將是最近幾十年中最接近的一次，但是就在那時(shí)也還有一千五百萬(wàn)公里遠(yuǎn)。直到2113年，即距今一百五十四年以后，據(jù)計(jì)算，宇宙火箭才有機(jī)會(huì)同地球相遇，不過(guò)，由于宇宙火箭的軌道受到月球和各行星的影響而發(fā)生變化，這個(gè)人造行星將不會(huì)同地球相碰。

人怎樣進(jìn)入星際空間？

研究星際航行的最根本目的還是要設(shè)法使人能夠乘坐星際航船——宇宙火箭到其它星球上去旅行。何況，有許多工作，都是必需要人親自去動(dòng)手才能作得好，有許多臨時(shí)會(huì)出現(xiàn)的特殊情況，必需要人親自去應(yīng)付才行。

那末，要想使人進(jìn)入星際空間，有什么樣的問(wèn)題需要解決呢？

從安全上來(lái)考慮，首先就會(huì)想到如何回到地球表面上來(lái)的問(wèn)題。目前的情況可以說(shuō)是“離地容易回地難”，因?yàn)樵谀敲Ｃo(wú)際的星際空間中，如果一旦錯(cuò)過(guò)目標(biāo)，臨時(shí)出了事故就很難想辦法來(lái)挽救了，進(jìn)一步說(shuō)、如果能回到地球附近，由于地球吸引力增強(qiáng)，顯然朝地面的速度愈來(lái)愈大，那末，為了在宇宙火箭穿過(guò)地球的大氣層時(shí)、不致由于強(qiáng)烈的摩擦加熱而焚毀的話、就必須設(shè)法把速度變慢，這在原則上可以用前面提到的“剎車”的方法，或者再加上事先裝備在里面臨時(shí)伸出的滑翔翼的輔助來(lái)慢慢地降落到地面上（在火箭離地面時(shí)問(wèn)題并不如此嚴(yán)重，這是由于發(fā)射一開(kāi)始不久，火箭的速度還沒(méi)有加得太高就已經(jīng)到了大氣層外面了。）。還有人想到，使宇宙火箭在靠近地球表面時(shí)先穿過(guò)大氣高層，受到一次“剎車”作用，但又穿出大氣層外面去，下一次再回來(lái)又穿過(guò)一次大氣高層，速度再減低一下。如此經(jīng)過(guò)多次，速度可以降低下來(lái)。而由每次在大氣高層中只是擦過(guò)一下，不致于像直接跳進(jìn)大氣海洋中那樣嚴(yán)重受熱?？墒?，大家都會(huì)想到問(wèn)題的另一方面，要湊好適當(dāng)?shù)能壍?，控制的?wèn)題就更復(fù)雜了。

蘇聯(lián)在1958年8月發(fā)射的一只探空火箭，達(dá)到離地面四百多公里，其中裝載的試驗(yàn)動(dòng)物（兩只小狗）安然無(wú)恙地回到地面。這是生物從地球上出發(fā)到了星際空間又回到地面的新成就。這說(shuō)明重入地球大氣層的技術(shù)問(wèn)題正在日益趨近于解決。

人走到星際空間中去時(shí)還要考慮到周圍的環(huán)境和內(nèi)部的反應(yīng)。在宇宙火箭里造成一個(gè)適用人生活的環(huán)境，一般說(shuō)，并不困難。譬如說(shuō)，可以設(shè)法維持宇宙火箭艙內(nèi)一定的氣溫氣壓，并有為呼吸必需的把二氧化碳轉(zhuǎn)化成氧氣的設(shè)備。至于說(shuō)宇宙空間中外來(lái)的兩種大威脅——宇宙線照射和流星撞擊的破壞作用，可以在實(shí)現(xiàn)載人的星際航船以前，通過(guò)多次宇宙火箭的探索來(lái)掌握情況，事先采取必要的防護(hù)措施和對(duì)策。

人在星際空間旅程中還會(huì)有一些特殊的生理感覺(jué)。首先在火箭發(fā)射階段，由于和引力相反的方向有一個(gè)較高的加速度，這就使乘客身上會(huì)感到十分沉重的壓力，為了生命安全就不得不把火箭上升的加速度限制在一定的范圍內(nèi)。反過(guò)來(lái)，當(dāng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)停止作用，也就是宇宙火箭進(jìn)入了星際航行軌道以后，由于人和他所乘的航船在受到地球或其它天體引力所產(chǎn)生的加速度都是同樣大小，因此人就感到失去了重量，因此也就沒(méi)有“上”“下”的區(qū)別。

在“失重”的情況下，在星際航船里活動(dòng)的人就會(huì)引起“飄飄欲仙”的感覺(jué)，可以用句俏皮話來(lái)說(shuō)，這種感覺(jué)只有“上天”之后才有。在這種環(huán)境生活起先是不習(xí)慣的，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的鍛煉后也就不足為怪了。

很難想像得完全，在宇宙航行面前還會(huì)出現(xiàn)怎樣的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。無(wú)論如何，我們?nèi)祟愐呀?jīng)進(jìn)入了這樣的一個(gè)偉大的時(shí)代。正如宇宙航行的創(chuàng)始人之一偉大的科學(xué)家齊奧爾科夫甫斯基所預(yù)示的：“地球是人類的搖籃，但人類不會(huì)長(zhǎng)久停留在這搖籃里。”我們有這樣的信心：宇宙航行的時(shí)代也就是共產(chǎn)主義在全世界勝利的時(shí)代。