书城科普读物突破卡门线——运载火箭
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第2章 飞天大力士

最原始的火箭

我国是火箭的故乡。我国古代火药的发明与使用,为火箭的发明创造了条件。

据史料记载,公元1000年,神卫兵器军队长唐福向朝廷献“火箭”、火球、火蒺藜。唐福应用射箭原理制成了战争武器,将火药直接装入箭杆中间,爆时声响很大,借以恐吓敌人,这是炸药箭。

公元970年,有个叫冯继升的人向皇帝献“火箭”,并在朝廷上做了表演。皇帝很高兴,奖给他许多衣物和布匹。这是一种用纸糊成筒,把火药装在筒里压实,绑在箭杆上,用弓发射出去的“火箭”。当时的“火箭”已经使用了燃烧效能更好的火药,但仍由弓弩射出,这是人类历史上最早、最原始的火药箭。

公元850年,我国已用黑色火药制造焰火。它一诞生,便很快得到完善和发展。到了宋代,人们把装有火药的筒绑在箭杆上,或在箭杆内装上火药,点燃引火线后射出去,箭在飞行中借助火药的燃烧向后喷火,产生的反作用力使箭飞得更远。人们把这种喷火的箭称为火箭。这种向后喷火、利用反作用力助推的箭,已具有现代火箭的雏形,可以称之为原始的固体火箭。

古代火箭

我国古代火箭由箭头、箭杆、箭羽和火药筒四部分组成。火药筒外壳用竹筒或硬纸筒制作,里面填充火药,筒上端封闭,下端开口,筒侧小孔引出导火线。点火后,火药在筒中燃烧,产生大量气体,高速向后喷射,产生向前推力,这就是现代火箭的雏形。

火药筒相当于现代火箭的推进系统。锋利的箭头具有穿透人体的杀伤力,相当于现代火箭的战斗部。尾端安装的箭羽在飞行中起稳定作用,相当于现代火箭的稳定系统。箭杆相当于现代火箭的箭体结构。我国古代火箭外形图,首次记载于公元1621年茅元仪编著的《武备志》中。

武器与娱乐

火箭出现后,在我国被迅速应用于军事行动和民间娱乐中。

10~13世纪,在宋、金、元的战争中,已应用了火枪、飞火炮、震天雷炮等火药武器。那时的飞火炮和现代的火箭炮相似,是一种原始的火箭武器。

北宋后期,在民间盛行的烟火戏中,人们利用火药燃气的反作用力,制成了能够高飞和升空的流星、爆竹、烟花,为节日增添了喜庆的气氛。从工作原理看,流星、爆竹已具有火箭的特点。黑色火药制造技术在唐朝时已经非常成熟。

火箭的祖先

12世纪后,原始的火箭经过改进后,被广泛应用于军事。到了元、明时代,火箭兵器在战争中有了很大发展,发明了许多与现代火箭类型相近的火箭,相继出现了“二虎追羊箭”、“九龙箭”、“一窝蜂”等,这些都利用了火箭多级串联或并联(捆绑)的技术。明代史籍中记载了多种火箭武器,比较突出的有“震天雷炮”、“火龙出水”、“神火飞鸦”、“飞空砂筒”、“万人敌”等。

当现在研究火箭技术的外国专家看见中国古代火箭的时候,不禁惊叹:这些都是火箭的祖先!

“神火飞鸦”火箭。我国古代的科学家一直在构想和研制会飞的火箭。飞航式火箭的雏形“神火飞鸦”和“飞空击贼震天雷炮”,都装有用鸟羽做成的翅膀,先用大火箭将“飞鸦”或“雷炮”顺风送到敌阵上空,然后引燃其中的炸药杀伤敌人。

“一窝蜂”火箭车。明代是我国火箭技术迅速发展时期,人们制成多种利用火药反作用力推进的火箭,并将其用于军事战争。明朝初年,朱元璋第四子燕王朱棣在夺取政权的“靖难之役”中,于河北的白沟河同建文帝的部队作战,遭到“一窝蜂”火箭车的射击,这是我国最早将“喷气火箭”用于战争的记载。此后,各种单级喷气式火箭日益增多。

多箭齐发的火箭武器包括32箭齐发的“一窝蜂”、“四十九矢飞廉箭”和“百虎齐奔箭”等。明朝初年出现的火龙神器阵法,采用36箭齐发的“火龙柜”,百柜同时使用,3600支火箭一齐飞向敌阵。“一窝蜂”相当于现代的“喀秋莎”火箭炮,一具发射器中带有多发火箭。

“火龙出水”火箭。明代后期的多级火箭——“火龙出水”,是在纸筒外绑第一级火箭,龙口内有第二级火箭,射出后击中敌方船舰的火箭,用于水上攻击,射程可以达到1.5千米。“火龙”有龙身、龙头、龙尾。龙身是用约1.6米长的薄竹筒制成的箭身,前部装有一个木制龙头,龙口张开,利于火箭射出,后部装有一个木制龙尾。箭身头尾下部两侧各安一支半斤重的起飞火箭,箭身内部置有火箭数枚,全部引线扭结在一起。龙身下前后共装4个火箭筒,前后两组火箭引线各将自身引线扭结在一起,火箭药筒底部和龙头引出的扭结线相连。发射时,先点燃龙身下部的4个火药筒,推进“火龙”向前飞行。当火箭的火药燃尽时,龙身内的火箭即被引燃,从龙口射向目标。

“火龙出水”应用了火箭并联(4个火药筒)、串联(两级火箭接力)原理。它既可以用于地面作战,也可以用于水战。它用于水战时,可在水面上飞行数千米远,这是最早的二级火箭,比现代的二级火箭要早300多年。此外,当时还创制了一种二级火箭——“飞空沙筒”。“飞空沙筒”是用竹筒制成,用于发射爆竹。爆竹炸药内掺入沙子。当爆竹飞入敌阵爆炸时,沙子四射,可以杀伤敌人或溅迷敌人双眼。中国古代的火箭技术为近代火箭的研制开辟了思路。这是中华民族对火箭技术发展所做的重大贡献。

万户的火箭

明代时,火箭不但被应用于军事领域,还出现于火箭载人飞行的尝试和探索中。世界上第一个设想乘坐火箭上天的“宇航员”就是明代学者万户,可以说他是世界运载火箭的鼻祖,是空中飞行试验的开拓者。

传说14世纪末,万户在火箭具有推动物体上升能力的基础上,制作了一把能上天的椅子。他在座椅背后安装了当时个头儿最大的47支火箭,同时,把自己捆在座椅上,两手各拿一个大风筝,然后叫人把47支火箭同时点燃,试图借助火箭的推力和风筝的升力飞向天空。

万户在爆炸声中上了天,但自己也被炸成碎片。万户的试验虽然没有成功,但他已被公认为世界上第一个试图利用火箭升空飞行的人。

为纪念世界上第一个试验火箭飞行的勇士,月球表面东方海附近的一个环形山以“万户”命名。

印度的“吉奥科斯”

大约公元1000年,我国的火箭就被制成了实用的战争武器。在13世纪末至14世纪初,我国的火药与火箭等火器技术传到了印度、阿拉伯国家,最后传到了欧洲。阿拉伯与欧洲国家对火箭技术的研究和应用,推动了火箭技术的发展。

1750年至1799年,印度王国的统治者哈德阿里和他的儿子提普苏丹,成功地将火箭技术应用到对抗英国殖民军队的战争中。

提普苏丹有27个火箭队。开战时,火箭爆炸后嘶鸣着飞向英军,每队的火箭兵还大声呼叫着“吉奥科斯”,以壮军威。什么是“吉奥科斯”?就是“火箭”。

英国人把火箭发射称为火箭弹幕。1792年,在印度迈索尔的抗英战争中,印度军发射火箭弹幕对抗3.6万多英军的攻击。印度火箭的燃烧室是用木材或竹子做成的,火箭重量在2.2~5.5千克之间,射程为1.5~2.5千米,用铁圆筒包装。虽然印度使用的火箭是原始的, 但巨大的爆炸声已经把英军吓得魂飞魄散,失去了方向。印度军队不但能在英军前线使用爆裂火箭,所发射的火箭还能射中后面的英军。在1780年9月的第二次抗英战争中,提普苏丹的火箭队又取得了胜利。印度是利用我国发明的“高科技武器”保卫着祖国。印度火箭通常绑上锐利的竹签,直接瞄准目标,一次毙命。关于印度火箭的威力,在英国伦敦皇家火炮博物馆,有一幅描述1792年战争中印度军队发射火箭打击英军的油画。

1799年4月,由威灵顿公爵率领的英国军队用步枪攻击印度军,但在印度军火箭发射器的攻击下,只能逃离战场。

火箭,来自东方

铁管的火箭给英国人留下了深刻的印象。在第4次迈索尔战争中,提普苏丹最终失败,但印度火箭影响了英国火箭的发展。战争结束后,印度军队900只火箭发射器中的700只和制造火箭的材料被英军缴获,送回英国。英国工程师详细研究了带回的样品,并制造出第一支英国火箭。火箭技术从此进入西方。

火箭是一种“高科技武器”。英国人悄悄制造火箭,后成功地用于多次战争,并取得重大胜利。如1806年对法国布洛涅海军的攻击;1807年对丹麦王国哥本哈根的围攻;1812年美国独立战争期间的第二次美英战争,英军的进攻行动均大量使用了火箭。

1793年,毕业于剑桥大学的英国人康格里夫本是学文科的,由于父亲经营英国皇家兵工厂,激起他对兵工机械的浓厚兴趣。于是,他便弃文从武,进入这家兵工厂工作。康格里夫在从印度带回的火箭样品的基础上,研究改进火箭的速度和射程。

1805年,经过几年的探索,康格里夫采用新型火药制造出了一种实用的火箭,重14.5千克,箭长1.06米,直径0.1米,并且装了一根4.6米长的平衡杆,射程为1800米。这种火箭在英国击败拿破仑军队的战争中立了战功,成为近代火箭的开端。但是,康格里夫制造的这种火箭还未能解决制导和控制问题,精度较差。

1844年,英国人威廉·霍尔发明了一种自旋稳定器,用于对康格里夫所制火箭的改进。虽然与现代火箭相比,这些火箭都十分简陋,应用也不广泛,但它们的出现却为现代火箭的诞生奏响了序曲。

火箭祖先的遗憾

古代火箭、火药是中国人发明的,但由于当时人们长期不重视科学技术的发展,使得古代火箭技术未能在我国发展为现代火箭技术,最终只停留在礼花、爆竹阶段。尽管欧洲人在我国发明火箭千年后才学会使用火箭,但最终还是从欧洲发展起现代火箭技术。这不得不说是中国历史的遗憾。

第二次世界大战后,科学技术迅速发展,火箭技术逐渐用于空间探测和开发,为人类通向太空架起了桥梁。1957年10月4日,苏联运载火箭发射第一颗人造地球卫星,1961年4月12日,苏联运载火箭将第一艘飞船“东方-2”号发射成功。1969年7月20日至21日,美国的“土星-5”号运载火箭将“阿波罗-11”号飞船送上月球。2003年10月15日,中国的“长征-2”号运载火箭发射“神舟-5”号飞船,中国航天员杨利伟飞上太空。

我国是古代火箭的故乡。由我国古代科学家创造的火箭,发展成为飞天大力士——运载火箭。