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第3章 叩开太空大门(1)

太空立法者

自古以来,人类一直梦想进入太空,可是,进入太空大门的钥匙在哪里?人类在苦苦找寻。直到17世纪,科学知识达到一定水平,伟大的科学先驱开普勒的行星运动三大定律、牛顿的三大运动定律和万有引力定律,为人类找到了打开太空大门的钥匙。

约翰内斯·开普勒是德国近代著名的数学家、天文学家和占星家,是17世纪科学革命的关键人物。他最著名的研究成果是以他名字命名的开普勒行星运动定律,后来该定律成为牛顿研究万有引力理论的基础之一。

开普勒曾在奥地利格拉茨担任新教神学院数学教师,后来成为天文学家第谷·布拉赫的助手。他主要研究光学领域的基础性工作,改进了一种折射望远镜,即开普勒望远镜。

从宗教到科学,开普勒生活在一个天文学与占星术之间没有明显区别的时代。他将宗教、信仰和信念纳入了工作理念,按照对“上帝创造了世界”的理解进行工作。开普勒通过分析自然光,说明宗教论据,并进行推理,开创了天文学和天体物理学,用望远镜探究科学的过程中,开创了天文观测学。

1596年,开普勒出版了《宇宙的奥秘》一书,开启了对宇宙的探索之路。1618年,开普勒的《世界的和谐》问市,在天文学方面做出了巨大的贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、奠定天文学基础的科学家。他的开普勒望远镜、开普勒三大定律和开普勒猜想不仅给天文学打开了一扇科学之窗,也打开一个真实的宇宙空间。

1609年,开普勒发表了伟大著作《新天文学》,提出了他的两个行星运动定律。十年后,开普勒发表了行星运动第三定律。行星运动三大定律为经典天文学奠定了基础,为之后牛顿的万有引力定律的发现打下基础,也为后人研制人造卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间探测器和空间站等航天器的太空飞行指明了方向。开普勒被科学家和航天学家称为“太空立法者”。

世界上许多伟大的科学创造都是由偶然的事件引发。牛顿从一个苹果落地发现了万有引力定律,证明了物体互相之间存在引力,发现了引力大小与物体重量和大小的关系。万有引力定律把物体运动规律和天体运动规律统一起来,揭示了天体运动的规律,其在天文学和宇宙航行的计算方面发挥着重大作用。

牛顿利用万有引力定律不仅说明了行星运动规律,还指出木星、土星的卫星围绕行星也有同样的运动规律。根据万有引力定律,人们成功发现了海王星。万有引力定律出现后,才正式把研究天体运动建立在力学理论的基础上,从而创立了天体力学,为人类航天研究奠定了基础。

牛顿第二个伟大贡献是发现了三大运动定律,解释了力的来源,阐述了力和运动状态之间的关系。牛顿的万有引力定律和三大运动定律对创立天体力学做出巨大贡献,为人类航天研究奠定了理论基础。牛顿根据第三运动定律预言:人类将飞向太空。牛顿在数学、物理学、光学、天文学、哲学、神学等方面都有杰出的贡献。牛顿的伟大学说不仅提高了学术界对自然科学的认识,更唤醒了人们对科学与真理的追求。

19世纪末20世纪初,人类已经积累了一定的科学知识和技术。人类要飞上太空,必须克服两大障碍:地球引力和空气阻力。用什么方法将人类、运载火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间站等送上太空呢?

俄国科学家齐奥尔科夫斯基、美国科学家哥达德、德国科学家赫尔曼·奥伯特的研究都对人类探索宇宙产生深远影响。苏联火箭专家科罗廖夫、美国火箭专家冯·布劳恩等对人类航天研究做出了杰出贡献。

宇宙公民

1857年9月17日,在俄罗斯莫斯科南部的梁赞州,一个中产阶级家庭诞生了一个瘦弱的男婴。这个婴儿太虚弱,连哭都不会,也许活不到第二天。

婴儿的父亲爱德华·齐奥尔科夫斯基是波兰籍俄罗斯人,母亲玛丽亚是一位受过教育的俄罗斯女子。这位普通母亲做了一件不普通的事情。接生婆认为,养一个不健康的孩子是不明智的,实在不行,就扔了算了。而这位母亲并没有照接生婆说的做,这也由此诞生了一个伟大的航天理论奠基人——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基。否则,世界航天史也许就要被重写。

幼年时,妈妈给齐奥尔科夫斯基买了一个气球。他望着飞向天空的气球,幻想着自己钻进了一个更大的气球,飞往遥远的星空,去做一名“宇宙公民”。9岁时,齐奥尔科夫斯基不幸患了猩红热病,几乎完全丧失听力,也因为听力问题,没有学校愿意接收他。齐奥尔科夫斯基几乎与外界隔断了联系,生理障碍使他与人们疏远了。

这一切激发了齐奥尔科夫斯基发奋读书的精神。在莫斯科的图书馆,他自学了中学和大学课程,掌握了大量数学、物理学、天文学知识。因为生理上的缺陷,他只当了一名中学数学老师。在凡尔纳小说的启发下,齐奥尔科夫斯基将太空旅行和火箭推进器等许多设想理论化。他被认为是宇宙航行、空间站、太空电梯设想的第一人。1895年,巴黎艾菲尔铁塔建造完成,法国建筑师艾菲尔先生给了齐奥尔科夫斯基灵感,使他诞生了太空电梯的伟大设想。

齐奥尔科夫斯基倾尽全部精力和时间,研究飞艇、飞机、火箭技术与星际航行的科学理论。他的思想大大超前了,许多他所想到的是别人连幻想也不敢的。不少人无法了解他工作的重要意义,他的理论被认为是“异端邪说”,人们称齐奥尔科夫斯基为“聋子幻想家”。曾有一幅漫画将他画成头顶地,脚朝天,腋下夹着大大小小星球的形象,挖苦他是一个“无名之辈,无聊文人”,斥责他“企图把青少年引向邪路”。齐奥尔科夫斯基与常人格格不入,非常厌世,在距离莫斯科200多千米的卡卢加隐居。他住在小木屋中,心却在天上。

当世界上还没有一架能飞上天空的真正的飞机的时候,“聋子幻想家”就提出了飞向星际空间的具体设想,他画出了人造卫星的图样,提出了以火箭发射人造卫星的主张。齐奥尔科夫斯基还描绘了宇宙航行器和太空城。

1883年,齐奥尔科夫斯基在《自由空间》一文中提出,宇宙飞船的运动必须利用喷气推进原理,并画出了飞船的草图。1896年,齐奥尔科夫斯基开始系统地研究喷气飞行器的运动原理,并画出了星际火箭的示意图。

1897年,齐奥尔科夫斯基研究出火箭运动速度的计算公式。1903年,齐奥尔科夫斯基发表了《利用喷气工具研究宇宙空间》的论文。他指出火箭在宇宙空间飞行并不需要周围有空气这一重要事实。一枚火箭的内部装有火药,被点燃后,就会产生一股热气流。热气流从火箭后部的排气口喷出,把火箭朝相反方向推进。

1929年,齐奥尔科夫斯基提出了多级火箭构造设想。多级火箭理论打开了科学思维和宇宙航行的大门。慢慢地,齐奥尔科夫斯基的理论开始被人们接受。

齐奥尔科夫斯基设想了许多克服地球引力的方式,还提出利用太阳光的光压来使飞船加速的太阳帆的概念。他的一系列科学著作,为开创人类的宇航事业奠定了理论基础。齐奥尔科夫斯基一生写下了730多篇论著,被尊称为宇航理论奠基人。

时间证实了齐奥尔科夫斯基的伟大预言:1957年10月,苏联发射了第一颗人造地球卫星,从此,人类开始冲破地球的束缚,进入太空。

1935年9月19日,伟大的航天理论开创者、宇航之父、火箭之父康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基病逝。

他没有看见苏联第一颗人造地球卫星上天,也没有看见人类登陆月球,更没有看见空间探测器飞出太阳系。为了表达人们对他的敬佩与敬意,苏联在齐奥尔科夫斯基的墓前矗立起一座高大的纪念碑,上面铭刻着他的名言:

“地球是人类的摇篮,但人类不应总是生活在摇篮里。人类将会不断探究新的生存空间与世界,起初是小心翼翼地飞出地球大气层,然后将探索整个太阳系。”

月亮人

他是一个郁悒的穷博士,也是一个心比天高的梦想家,他一心想当月亮人。罗伯特·哥达德,1882年10月5日出生于美国马萨诸塞州。他是物理学家和发明家,更重要的是他试验成功了世界上第一枚液体火箭,被认为是宇航学、火箭学先驱之一、美国火箭之父。

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