小火箭出品
本文作者:邢强博士
原文题目:跌宕起伏!法国的导弹与火箭工业是如何起步的?(二战篇)
本文是小火箭经典导弹和运载火箭系列文章第二季的第六篇。本季第一篇介绍V-2弹道导弹的时候,重点分析了导弹空气动力学和早期液体火箭发动机。在本季第二篇介绍苏联R-7洲际弹道的文章中,我们能够看到这个导弹/火箭家族通过1863次发射,逐渐成长为苏联以及俄罗斯的运载火箭的中坚力量,将第一颗卫星、第一位宇航员送上太空,开启了人类的航天时代。在第三篇文章中,小火箭以美国最早的洲际弹道导弹宇宙神为案例,详述了一个型号诞生的不易和小火箭对导弹系统项目管理的一些心得体会。在第四篇和第五篇中介绍了冯·布劳恩博士与开创美国航天和导弹工业的红石导弹。
在本篇中,小火箭将要介绍法国导弹和火箭工业是如何起步的。美国和苏联的导弹和火箭在多年的白热化竞争中,逐渐成为了人们讨论的热点。而他们的导弹和火箭,追本溯源的话,都能够找到V-2导弹的影子。实际上,法国的导弹和火箭起步也很早,发展得也很迅猛。
小火箭沿着法国导弹这条线索进行回溯的时候,居然发现:法国导弹和航天工业的起源也和德国的V-2导弹有着千丝万缕的联系!
可以说,V-2的导弹技术在二战之后,除了发展出以美国和苏联为代表的两大谱系之外,还有一支,在法国开枝散叶,在与法国工程师的本土原创融合之后,奠定了这个欧洲航天大国的技术基础。
这是法国早期的运载火箭:钻石B型。这一天是1970年3月10日,这枚火箭的成功发射让法国人向着茫茫宇宙又踏出了坚实的一步。而能够取得这样的成就,是不容易的。要知道,在第二次世界大战期间,德国人的装甲部队在法国展示了闪电战的打法,让法国这个文艺气息很浓的国家品尝到了亡国之痛,也极大地破坏了法国的航空航天产业。
法兰西,这片美丽富饶的土地上有无数浪漫的故事,有大片诱人的葡萄园,有一个著名的铁塔,有一座十分文艺的宫殿。人们有时候会很难把航空航天的早期技术发展史与这个国家联系起来。毕竟,喷气发动机诞生于英国与德国的技术竞争之中,而大推力的火箭发动机则成熟于美国与苏联的太空竞赛之时。实际上,法国人对发动机的贡献是巨大的。世界上第一架以冲压发动机为动力的喷气式飞机就诞生在法国。而如今,以法国的技术为主线发展而出的阿丽亚娜运载火箭则在世界商业航天中占有举足轻重的地位。
小火箭把目光移回到过去,和大家一起探寻法国是如何在很早的时候就有自己的航空航天先驱,又是如何因战争而不得已中断研发,又是怎样在二战后奋然崛起,踏上导弹和航天大国之路的。这期间,充满了跌宕起伏的事情,也满含了法国航天人的倔强和执着。
第一章:法国先驱
提起航天先驱,人们总是会想到齐奥尔科夫斯基、戈达德和奥伯特。他们分别代表了俄国、美国和德国在航天理论体系和火箭方程方面的先进水平。而后来奥伯特的高徒冯·布劳恩,苏联火箭领域的大师科罗廖夫则成为第二代航天飞行器设计师的翘楚。
实际上,法国人有他们自己的航天先驱。
罗贝尔·埃斯诺-佩尔特里生于1881年的巴黎,自童年就对机械技术非常感兴趣。17岁。少年佩尔特里在家里搭建了无线电实验室。1902年,21岁的他大学毕业,同时取得了电子延时器专利。
1904年,23岁的罗贝尔·埃斯诺-佩尔特里再也掩藏不住对飞行器的热爱。当年5月,他制成一架滑翔机。同年10月,他制作了另一架带有副翼的滑翔机,并做了大量试验。
之后,佩尔特里研制出了一种风冷式航空发动机,并对单翼结构布局、全向操纵杆、复式操纵系统、封闭式座舱、副翼结构等技术细节方面的探索。
这是佩尔特里设计的飞机机翼结构。这样的设计已经和现代的飞机结构十分相似。不过,到了1912年,佩尔特里毅然停止了对航空飞行器的研究。
他认为,自己真正的兴趣点其实是宇宙航行。他开始钻研航天飞行器的设计原理。1912年,他提出了火箭运动方程(独立完成),计算出了用火箭运送物体到太空的入轨速度。甚至还计算出了登月所需的能量,并创造性地提出了具体的登月轨道设计(包括3个轨道阶段、每个阶段对发动机和燃料的要求等)。可惜,第一次世界大战的爆发让佩尔特里的研究被迫中断。
另外,如果说杜黑的《制空权》预言了飞机在战争中的巨大作用的话,佩尔特里的《航天学》则成功预言了火箭影响战争进程的巨大潜力。他指出火箭将会成为一种大规模杀伤性武器。(但是,富有戏剧性的是,将这一预言变为现实的是攻陷法国的德国人。)
在佩尔特里的呼吁下,法国成立了航天协会。热爱航天飞行器设计的法国人建立了组织。同时,佩尔特里向法国政府建议发展火箭武器和能够将物体和人类送入太空的火箭。但是,法国政府对佩尔特里的建议并未放在心上。
第二章:国家沦陷
对于巴黎市民来说,这是一百年来,巴黎的第二次沦陷。(上一次是在1870年至1871年的普法战争期间。)
第三章:柳暗花明
1945年,一枚被盟军缴获的V-2导弹被运到巴黎街头进行展览。
巴黎解放了。而在被德军占领期间,佩尔特里和他的学生让·雅克·巴雷终于完成了他们的液体火箭设计。他们小心翼翼地保护着他们的设计。然而,当他们在1945年见到德国的V-2导弹实物的时候,才终于意识到,过去逝去的那十几年带来的损失是不可估量的。
V-2导弹的发动机推力是佩尔特里和让·雅克·巴雷的火箭的2倍还多,而且里面有关制导控制系统和燃料输送系统的设计细节让所有在法国被占期间依然坚持火箭研究的法国工程师惊叹不已。
实际上,一个叫亨利·穆勒的法国科学家早早地就意识到了V-2导弹的技术会对法国航天工业的起步发挥重要作用。
身为巴黎实验室主任的亨利·穆勒准备在战败的德国那里拿到更多有关V-2导弹的详细资料。但是,亨利·穆勒知道,仅凭一己之力,是难以做到的。
他要找帮手,而且一定是既对科学有研究,又对火箭这种新型飞行器有了解,还要在盟军中有足够影响力的人才行。
亨利·穆勒选的这个帮手,就是赫赫有名的约里奥-居里。(这个人跟中国是很有渊源的。他和他的妻子是钱三强的导师。钱三强则是中国原子能事业的主要奠基人之一。)
咦?名字里有个居里,难道这个大帅哥是居里夫人的亲戚?
没错!居里夫人是他丈母娘。约里奥-居里(原名:让·弗雷德里克·约里奥),1900年生于法国巴黎,毕业于巴黎物理与化学学院。1925年,他进入居里夫人的实验室,成为实验助手。不久后,他与居里夫人的长女伊雷娜·居里堕入爱河。在1926年,两人结婚后不久,他们夫妇同时将他们的姓氏更改为约里奥-居里。(注意,这个是合姓,完全不是入赘的意思。)
在丈母娘居里夫人的督促下,原本只有学士学位的大帅哥约里奥-居里拜入朗之万门下(嗯,就是核物理中的朗之万方程的那个朗之万),攻读博士学位。
朗之万的博士导师是居里夫人的丈夫,皮埃尔·居里。在朗之万和居里夫人的悉心指导下,约里奥-居里夫妇在1935年获得了诺贝尔化学奖。
35岁成为诺贝尔奖得主的约里奥-居里是最年轻的诺贝尔化学奖得主。后来,法国沦陷的时候,他并没有离开法国,也没有选择为德国工作,而是和他的导师朗之万一起,参与组织了大量反法西斯活动。
于是,那段经典的对话就在这里出现了:
约里奥-居里:“这一仗,我们其实还是打败了。如今,法国虽然解放了,但是,我们依然要开始另一场战争。在这场战争中,我们虽然困难重重,但是我要致力于发展物理学的初衷是始终不会改变的。法兰西要想获得真正的独立,就必须有自己的物理学和化学人才,同时拥有自己的核物理技术。”
亨利·穆勒:“我完全信服您对核物理技术的见解。而如果我们拥有了火箭技术的话,那就会更好了。”
亨利·穆勒准备向约里奥-居里说明V-2导弹的事情,而约里奥-居里实际上早就对火箭技术有非常大的兴趣了。
二人一拍即合,史诗般的法国航天崛起之路,由此开始。
保卫法兰西!
他们首先来到了法国北部的圣奥梅尔。这里有一个巨大的V-2导弹地下总装厂房和发射基地。
不过,在他们到来的时候,这里基本上就只剩下巨大的钢筋混凝土结构了。里面的图纸和设备已经不见踪影。
原来,美国和苏联也意识到了火箭技术的重要性,而且他们早就下手了。上图是美国有计划地俘虏的104名德国火箭工程师。
亨利·穆勒和约里奥-居里加快了行动的节奏。
他们在1945年5月份来到了德国诺德豪森“参观”。这一回,他们如愿以偿。看到了V-1导弹和V-2导弹的生产车间。
早已总装完成但还未来得及发射的V-1导弹就这样完好无损地成排存放着。大量V-2导弹的发动机、制导控制系统等关键部件也处在良好的保存环境中。
亨利和约里奥-居里高兴极了。他们或许在当时就已经在憧憬法国航天事业的未来了。
但是,一个残酷的现实瞬间击碎了他们的美梦:几乎所有的导弹图纸都被先到一步的美军运走了。大量导弹工程师也已经踏上了飞往美国的飞机。而苏联人则无论是技术工人还是机器设备,只要是和导弹有关的,统统送到运往苏联的火车上。
在这场对V-2导弹的工程师和设备进行争夺的战争中,法国人根本插不上手!
而亨利则是在巴黎实验室工作多年的“老油条”了。善于“与人交流”的亨利主任和身披诺贝尔奖光环的约里奥-居里在盟军中实际上是很受欢迎的。
上图为改建成博物馆的二战德军在法国修建的V-2导弹基地。里面矗立着一枚V-2弹道导弹。
约里奥-居里和亨利·穆勒进入诺德豪森地下导弹基地,开始挑选他们认为未来对法国导弹和航天工业有着重要意义的零部件。
诺德豪森基地主要由4条相互平行的,长3千米的地下通道构成。这些通道由44条巷道连接而成。每个巷道都各司其职,有的负责零部件的生产和修配,有的负责导弹的水平总装,有的负责导弹的水平测试,而主通道还能够进行V-2导弹的垂直测试。密集的地下铁路系统将这些实验室和厂房连成一个有机体。
美军在运走了100枚V-2导弹和几乎整套图纸之后,把俘虏和运送德国火箭工程师作为重点。苏联人则把德国人建造的液氧工厂、电路电子设备厂、铸造厂等工厂的设备拆除,连同相关的技术工人运往苏联。
法国人就在美苏抢夺V-2导弹的缝隙中,想方设法周旋,终于得到了他们想要的东西。在美国人突然意识到法国人并非仅仅是在给博物馆运送纪念品的时候,已经为时太晚了。
法国此时已经获得了9车皮的V-2导弹零部件和资料。
这些零部件和资料成为了法国导弹和航天工业起步的重要参考。虽然从获取空气动力学和弹道试验数据的角度来说,获取的V-2导弹的数量越多越好。(拥有越多的导弹,就能够开展越多的飞行测试和改装试验),但是,以法国当时的状况来说,获得7车皮的零部件和资料已经实属不易。
或许是天意,又一个对法国航天事业有巨大帮助的巨大巧合出现了!
1945年10月份,一对法国士兵在奥地利境内发现了一个大建筑群。他们被高大的厂房和复杂的管路吸引了。法国军队立刻向上级报告。
这份报告很快就传到了约里奥-居里和亨利·穆勒那里。我的天!他们发现了当时世界上最先进的风洞!
德国工程师对空气动力学的追求达到了极致。他们早已不满足于缩比模型了。德国人建造了大型风洞,这样能够对一架完整的真实的飞机进行实时的空气动力学试验。
上图摄于上世纪40年代的德国人的风洞内的场景。一架Bf 109战斗机正准备接受风洞测试。
而法国人在奥地利发现的那个风洞,促进了Me 262这款世界上最早投入实战的喷气式战斗机和Ho 229这款世界上最早的采用无尾飞翼式设计的战术轰炸机的诞生。
有关这个风洞的消息几乎传遍了法国工程师界。虽然对这个风洞未来会对航空还是对航天更有用的争论还是有的,但是有一点,大家出奇地一致:赶紧把这个风洞运到法国来!
搬运小组是在1945年10月10日成立的,而留给他们的时间并不多。期间除了有英国和苏联方面要求派人进行参观外,主要的阻力还是来自于美国。
当时盟军对于二战后对之前的德国势力范围进行占领的具体区域划分是有协议的(见上图)。按此协议,1946年5月份一过,跟这个风洞相关的一些地区就要归美国人了。
就在法国人紧锣密鼓地开始拆除奥地利风洞设施的时候,美国人也准备把风洞拆走。
为了避免正面冲突,法国小组解释说,法国需要钢铁和木材进行战后建设。这些都是急用的物资,还请美国方面不要阻拦。
但是,法国人意识到,美国是不会放弃对这个风洞的抢夺的。
1945年年底,矛盾激化了。法国和美国由各自搬运变成了争夺。法国小组真的急了,亮出了武器,并高呼 “保卫法兰西!”
美国人极不情愿地妥协了。就这样,法国人终于将德国人建在奥地利的风洞拆除了。火车连绵不断地将钢铁和木材运往法国里昂,就这样,被拆开的风洞变成了将近4600吨的带有编号的零部件。
历史上,留下了约里奥-居里的一句话。他说,他记起他的母亲艾米莉·约里奥的一句话,几乎可以作为他的座右铭:“人生最重要的事情就是为反对不公平而进行斗争。”小火箭也正在经受着这个时代特有的一些不公平,因此,可以用这句话来共勉了。
法国人用这个风洞的材料,开始在法国重建大型风洞。
这就是赫赫有名的Modane风洞的来由。如今,这个在二战期间帮助很多经典德国飞机诞生的风洞已经为欧洲的航空航天事业提供了大量帮助。(协和、幻影、猎鹰7X和A380都在这个风洞群里进行了相关试验。)
当年法国工程师对这个风洞的选址非常有远见。如今,Modane风洞的规模越来越大。注意上图风洞建筑群旁边密密麻麻的输电线路。这个风洞选址在水坝旁边,可充分利用水坝发的电。Modane风洞群的用电量很可观,为法国总发电量的0.1%。
这些都为法国航天工业的起步奠定了良好的基础。而二战后,法国通过自身的努力,竟然独立发展出自己的导弹和火箭研发体系,并在苏联和美国之后,成为世界上第三个依靠自己研发的火箭把自己研发的卫星送入近地轨道的国家。这样的成绩得益于法国的钻石系列运载火箭。而有关该火箭的详细介绍,请看小火箭的经典导弹和火箭系列文章第二季的第七篇。
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