《人类科学技术史-383》喷气式飞机和火箭的诞生

喷气式飞机和火箭的诞生
1.喷气式飞机的诞生

飞机的发明是20世纪初的事。作为人类飞行史上的第一架飞机是美国的莱特兄弟研制并试飞成功的。飞机在进入实用阶段之前，多是作为体育运动工具使用的。从运动工具变为运输工具和攻击性武器，进而向大型化、多样化、高性能发展，不可否认，两次世界大战起到了极大的催化作用。

在第一次世界大战之前，飞机已经开始作为先进技术纳入军事装备的行列。1909年，美国成为第一个拥有军用飞机的国家。奥佛设计制造了第一架可进行军事侦察的飞机。此后，军事需要对航空技术的促进日益明显。第一次世界大战之前，拥有飞机的国家，飞机的数量一般为几十架。在战争期间，飞机的数量则以惊人的速度增加，法国很快拥有了1400架军用飞机，德国有1000架，苏联有800架，英国有400架，美国、中国、日本、保加利亚、希腊、巴西等都有一定数量的军用飞机。到1918年，第一次世界大战结束时，英国、法国、德国都已拥有几千架飞机，四年中增加了几百倍。

美国是最先发明飞机，也是最早有军用飞机的国家，而且拥有得天独厚的研制飞机的机会和条件，但在第一次世界大战参战前仅有23架军用飞机。1917年4月，美军飞机性能远落后于法国的状况，引起了美国政府的重视，故决心改变现状，要在航空技术方面赶上法国。美国政府立即采取强制手段，动员所有汽车工厂制造飞机，还在国会中成立了国家航空顾问委员会，并由国家投资建立了第一个大型风洞。

在实战中人们认识到，飞机性能的优劣和制造技术的高低，直接关系着战争的胜负。先进的飞机应当具有机动性能高、操纵性能好、安全可靠程度大这些要素，而机动性能则包括飞行速度、高度及续航能力等。第一次世界大战后，不少国家为研制更先进的飞机投入了很大的工本。经过20年时间的探索、研究，飞机的动力装置取得了新的突破，飞机的结构、外形、材料有了很大变化，生产工艺也有了相应的提高。

在第二次世界大战中，空战和空中打击的规模已远远超过第一次世界大战。美国的航空技术和生产能力都已占据首位。其生产的飞机超过十万架，其中有战斗机，如野马"P-51"；有轰炸机，如空中堡垒"B-17"、超级空中堡叠"B-29"；还有运输机"C-47"等。这些飞机都在战争中发挥了巨大作用，显示出良好的性能。英国在第二次世界大战中生产了几万架飞机，其中有"喷火"式飞机、"兰卡斯特"轰炸机等。日本的"零"式战斗机，也是在第二次世界大战中研制的。在战争期间，各交战国共生产军用飞机70多万架，另有用于军事目的的民航运输机近十万架。由此可见战争规模之大。

第一次世界大战后，飞机的动力装置不断得到改进，特别是增压发动机、涡轮增压发动机和变螺距螺旋浆等新技术的采用，飞机的性能有了很大的提高。第二次世界大战中，飞机的时速已达250公里，高度可达7000米，续航能力超过1000公里。要想进一步提高飞机的速度，活塞式发动机已无能为力了。特别是音速，成了活塞式飞机无法突破的音障。飞机向大型化、载重化发展，需要巨大的动力装置，这也是活塞式发动机无法办到的。在这种需求下，涡轮喷气发动机诞生了。不久，喷气式飞机问世。

喷气式飞机研制成功，意义十分重大。它标志着航空工业进入一个新时代。不过，喷气式飞机的大规模生产和大量投入使用是第二次世界大战以后的事。喷气式发动机的设想早在1906年就已提出。1928年，英国皇家空军学院的弗兰克.惠特尔(1907-）发表了阐述空气推进的论文，随后提出了把燃气涡轮用于喷气推进的方案，并很快设计出了喷气推进发动机。但在当时并未引起有关部门的重视。直到第二次世界大战爆发前夕，喷气式飞机才进入了激烈竞争阶段。在这一轮竞争中，意欲发动侵略战争的纳粹德国抢了头码。1939年8月，德国研制成以涡轮喷气发动机作动力的He-178喷气式飞机。1941年5月，英国研制成时速为600公里的E-28涡轮喷气机。

美国引进英国的发动机仿制出1-A离心式喷气发动机，并于1942年研制出XP-59A喷气式飞机。同年，德国又有了Me-262型喷气式飞机，时速高达960公里。改进喷气机的竞争，随着战争的升级而加剧。1943年，喷气式飞机的生产开始进入规模化阶段。1944年，美国B-17和B-29轰炸机和德国Me-262喷气机分别加快了技术改进的步伐。1944年6月，德国用喷气机推进装置制造V-1飞弹，用来袭击英国本土，英国则用喷气式飞机进行拦击。

飞机在战争中发挥了作用；战争又促进了飞机的革新、改进和发展。两次大战之后，军用飞机在转向民用航空方面，都发挥了很大作用。第一次世界大战之后，美国最早使用飞机横跨大陆邮递信件，并将军用飞机改为民用。20年代末至30年代初，许多国家相继建立了民用航空公司。民航的建立和发展，为交通运输业注入了新的活力，也极大地改变了交通运输业的面貌。第二次世界大战以后，军用喷气式飞机得到迅速发展，同时，也开始研制民用喷气式客机。在研制民航客机方面，率先取得成功的是英国。1949年，英国德.哈威兰公司研制出第一架喷气式大型客机"彗星-1号"，可乘坐80人，载客容量成倍提高，飞机时速超过800公里，高度可达1万米。制造大型喷气客机的序幕从此拉开。

2.火箭的发明与运用

现代火箭技术是从19世纪末开始发展起来的，其重要标志是液体火箭的产生。使用液体燃料的火箭和喷气式飞机几乎是同时出现的。

液体燃料火箭的设想是俄国的齐奥科夫斯基(1857-1935)首先提出的。1903年，他在《利用喷气工具研究宇宙空间》一文中提出火箭飞行和火箭发动机的原理，阐述将火箭用于星际交通的可能性，并提出液体燃料火箭的思想和原理图。文中还说明了火箭由地面起飞和在星际空间飞行的条件，并指出，必须设置地球卫星式中间站，才有可能飞向其他行星。因此，齐奥科夫斯基被誉为宇宙航行的先驱。

最初制成火箭的是美国人戈达德(1882-1945)。1901年，他曾撰写了一篇关于太空航行的论文，并从1908年开始研究火箭原理，试验各种火箭燃料，从理论上阐述了液氧和液氢是最好的化学燃料。1918年11月，他成功地发射了自己研制的固体燃料火箭。1919年，他发表的《达到最大高度的方法》中收入了1916年所著的《关于火箭的潜在可能性》的论文。1926年3月16日，他制成世界上第一枚以液氧和汽油为燃料的液体火箭。之后，他又提出多级火箭理论，并预言能把火箭送上月球。1929年，戈达德在古根海姆基金会的资助下，在新墨西哥州建立了大型火箭试验场，发射了第一枚载有气压计、温度计、照像机等探测仪器的火箭。1930年至1935年间，他又试验发射了多枚火箭；高度达到2500米，时速超过1000公里。到1945年止，戈达德共取得了包括固体、液体火箭推进器和多级火箭技术在内的214项专利，对美国火箭技术的发展作出了巨大贡献。

1923年，德国的"火箭之父"欧柏斯(1894-）撰写了《进入宇宙的火箭》一书。1927年，在他的努力下，德国建立了世界上第一个宇宙航行协会。冯.布劳恩(1912-1977)在欧柏斯影响下，从1929年开始进行火箭试验，并取得明显进展。他在燃料问题、发动机冷却等方面都有重要贡献。

1931年，宇宙航行协会会长温克勒制造的液体火箭发射成功。此后，德国的火箭技术迅速发展起来。

从1930年起，战争的阴影开始笼罩德国，为了发动新的战争，德国决定秘密发展火箭技术，并成立了陆军武器发展小组，建立了陆军火箭试验站。为了保证火箭研制工作的顺利进行，军方提供了最先进的设备和充足的资金。1933年，希特勒掌权后，大肆推行法西斯独裁和军国主义。他把所有研究火箭的专家全部划归德国陆军管辖，并命令他们把研究宇宙航行马上转换为研究火箭武器。1936年，680公斤的火箭就是在当时那样的政治背景下研制成的。德国火箭研究所的所长冯.布劳恩，在研制过程中起了重要作用，当时他只有24岁。1942年10月3日，在冯.布劳恩的主持下，大型V-2火箭发射成功。其重量为13吨，最大飞行高度80公里，最大时速7.5公里／秒，最大射程300公里。

1944年，德国开始大规模生产V-1飞弹(喷气机推进装置）。德国利用飞弹轰炸英国本土，但在英国雷达的检测和英国喷气机的迎击下而告失败。同年9月，德国又大量生产V-2型远程火箭，推力为30吨，可以每秒1.7公里的速度续航240公里。V-2火箭袭击了英国本土，使英国受到很大损失。

当时德军V-2火箭是从荷兰的瓦萨纳森林向伦敦发射的，速度超过音速，因此防备V-1飞弹的办法对V-2火箭无效，德国一共向英国发射了1120枚火箭，有1050枚命中伦敦，很多建筑物遭到破坏，大量市民伤亡。

由于希特勒并不信任火箭技术，所以V-2火箭其实在战争中并未充分发挥作用。1939年9月，希特勒说："V-2火箭在这次大战中用不上"，于是，火箭的研究经费被大量削减，V-2火箭的实用也因此推迟了。可以想象，如果德国V-2火箭的研调究和制造一直进展顺利，并能在1943年以前用于战争，那么，第二次世界大战中双方的较量可能又是另一番情景。在战争与科技的关系方面，希特勒的许多愚见，加速了他的灭亡。