从远古开始,我们的祖先就带着敬畏的眼光眺望那无垠的太空,那里有满天的星斗,那里有奇妙的幻想,还有传说中的仙人。人类一直梦想着离开地球,飞向太空,去欣赏那里的美景,探索那里的奥秘,开发那里的资源。
“地球是人类的摇篮,但人类不会永远生活在摇篮里”,俄罗斯宇航之父齐奥尔科夫斯基的这句名言简练地概括了人类的太空之梦。经过无数次勇敢的尝试,人类终于在20世纪迈入了通天的门槛,太空成为了人类除了陆地、海洋和大气层之外的第四个生存环境。从此,各类形形色色的运载火箭、人造卫星、空间探测器、宇宙飞船、航天飞机和空间站等航天运输系统和航天器竞相登天,他们与满天的繁星为伴,成为指引人类不断向上的新坐标,改变了人类的工作、生活甚至思维方式,不但造福现在,还将造福未来。
1、童年时代
幻想有时能成为科学的基础,大胆的幻想和猜测,常常是激发科学家创造的动力和目标。航天离不开火箭,大约在宋元年间,中国出现了最早的火药火箭,到了明朝,火箭已经开始在军事和民用领域得到广泛应用,人类第一次开始尝试飞上天空。14世纪末有一位中国的官吏名叫万户,他把自己捆在一把座椅上,两只手各拿一个大风筝,在座椅的背后装上47枚大火箭,然后叫他的仆人同时点燃47枚大火箭,万户原本想借着火箭向前推进的力量,加上风筝上升的力量飞上天空,然后利用风筝平稳着陆,但是没想到结果火箭一点火就发生了爆炸。万户为此献出了生命,成为人类历史上第一个为航天梦付出代价的人。在20世纪70年代的一次国际天文联合会上,人们将月球背面的一座环形山命名为“万户山”,以纪念这位第一个企图利用火箭做飞行的人。
中国的火箭技术在文艺复兴前后传入欧洲,直到19世纪初终于出现了近代火药火箭。随着科学技术的发展,人们逐渐认识到,火箭不但能在空气中飞行,还可以在大气层外的真空中飞行,因此火箭的诞生和发展,成为太空飞行的技术基础。
19世纪后期到20世纪初期,涌现出许多富有探索精神的航天先驱者。1883年俄罗斯的齐奥尔科夫斯基首先从理论上证明,太空为真空状态,而火箭燃料的燃烧并不需要氧气,因此火箭可以作为宇宙航行的动力。1885年他提出发射人造地球卫星的设想,他还提出了有关载人宇宙飞行的一系列设想,并从理论上提出了宇宙航行第一公式。而所有这些都成为现代航天学的理论基础。
与齐奥尔科夫斯基一样,为早期的航天研究做出巨大贡献的还有美国的哥达德和德国的奥伯特。1919年,戈达德用复杂的计算说明,登月火箭是可以制造出来的。“戈达德”这个名字在美洲大陆很快被传为笑柄。但这丝毫不影响戈达德在姨妈的农场里深居简出,刻苦攻关。 1926年3月16日,他终于成功地点燃了人类历史上第一支液体驱动火箭。差不多与此同时,德国科学家赫尔曼.奥伯特在火箭研究领域也取得突破性进展。更为重要的是在他的影响下德国掀起了一股火箭热,奥伯特建立了世界上第一个宇宙旅行协会。在这个协会中走出了许多年轻的火箭专家,其中最为著名的是冯·布劳恩,这位当年18岁的年轻人后来成为第一次将人类送上月球的总负责人。
第二次世界大战的爆发,直接催生了人类历史上第一枚投入使用的火箭的诞生。 1931年德国陆军首先认识到火箭具有重要的军事潜力,并开始组织以冯·布劳恩为首的一批科学家从事液体火箭研究,他们很快研制出A1号火箭,但在试验时爆炸了。他们在A1的基础上,不断进行改进,到1942年10月3号,A4号火箭首次发射成功,飞行速度达到每秒两公里,飞行距离180公里,是历史上第一枚弹道导弹。它的设计虽然还不够完善,但却是人类拥有的第一件向地球引力挑战的工具,成为航天发展史上的一个重要里程碑。可是,德国只看重A4号的军事价值,便以德文“复仇”一词的第一个字母V,将A4号火箭改名为V2号,并下令每天生产30枚。从1943年1月到1945年4月,总共6000枚V2导弹,其中大约有一半被发射到安特卫普、伦敦、马斯特望赫特和其他城市, V2导弹使12685人丧命,其中2/3为平民。
2、地球上空的“金苹果”
随着第二次世界大战的结束,美苏开始了冷战岁月,而太空也随之成为两国竞争的新领域。为了政治上的需要,研制新式武器和发展大型的远程运载工具,引起了美苏政府的高度重视,苏美两国首先在人造地球卫星的研制和发射领域展开了一场赛跑。
1956年末,苏联获得的一份情报称,美国在当年9月曾进行运载火箭试验,并有可能在未来的几个月内发射卫星。于是,苏联政府改变了原定在1957—1958国际地球物理年期间发射卫星的计划,改为先发射两颗简易卫星,为了领先,苏联决定,第一颗卫星只携带最简单的必要仪器,但关键是要保证发射的绝对成功,并且让世人能感觉到它的存在。为此,苏联的第一颗卫星安装了两台交替工作的无线电发射机,让世界各地的无线电爱好者能够接收到它的信号。
与此同时,苏联由P7洲际导弹改装的卫星号运载火箭也已经准备就绪。1957年10月4号晚,卫星号运载火箭携带世界上第一颗人造地球卫星,在苏联拜克努尔航天发射场发射成功。当天午夜,莫斯科电台向全世界公布了这个消息,而此前美国曾想抢先在1957年9月用先锋号运载火箭发射一颗非常小的卫星,结果因火箭在发射台上爆炸而失败了。于是,苏联成为了美苏太空竞赛第一个回合的胜利者。由于苏联的广泛而成功的宣传,在世人的眼中,苏联成为在军事和科学方面的领袖国家,在科学技术和人类文明的进程中,它开创了人类航天的新纪元。人造地球卫星1号共在轨道上运行了92天,绕地球飞行约1400圈,并于1958年1月4号坠入大气层时烧毁。人造地球卫星1号虽然进行了多项科学研究,但它产生的政治影响更加深远。
人造地球卫星1号的成功发射,使美国朝野上下一片哗然,美国人将这次失败看做是输掉了一场“比珍珠港更重要的战役”。其实美国早在1946年就开始了人造卫星的研究,但一直进展不快,没能率先成功发射卫星。在苏联人的刺激下,美国加紧研制进程,最终在1958年1月31号,把探险者一号卫星送上了太空。
第三个独立发射卫星的国家是法国,它于1965年11月26号成功发射了试验卫星一号。日本也于1970年2月11号成为第四个发射卫星的国家。中国是第五个能够独立发射卫星的国家。1970年4月24号,中国用长征一号火箭把“东方红”一号卫星射入近地点439千米,远地点2388千米,倾角68.5度的轨道。这颗卫星是一个直径约1米的近似球形的多面体,质量173千克,超过苏、美、法、日第一颗人造卫星质量的总合。后来又有英国、印度和以色列自行研制和发射了人造卫星。
自20世纪50年代以来,人类向太空发射了5000多个人造航天器,其中绝大部分是人造地球卫星。人造地球卫星是当代数量最多,用途最广的航天器,为人类带来了巨大的财富,使人类在信息传输的广度和深度方面产生了质的飞跃。
3 嫦娥飞天的传说
人类的梦想是没有止境的。20世纪50年代到60年代初,运载火箭的极大发展,各种卫星的出现,使人类进入太空成为逻辑的必然。美苏展开了第二个回合的较量——看谁先把人送入太空。苏联早在1956年11月就开始了载人太空飞行的初步规划,在1957年发射的第二颗人造卫星上,便装有了密封舱和生命保障系统,只不过太空舱里的乘客不是人,而是一只名叫莱伊卡的小狗。科学家们在“莱伊卡”身上连接了用于测量脉搏、呼吸和血压的医疗仪器,以便获取航天过程中莱伊卡的机体反映。人们通过无线电观测到,这位进入太空的第一个“航天员”在长时间失重的状态下一直很好。因为当时没有解决飞行器的再入回收问题,小狗“莱伊卡”为人类的航天梦想献身了。但“莱伊卡”的飞行进一步增强了人们对载人飞行计划的信心。1958年苏联载人太空飞行的研究工作正式展开,到1959年底,第一艘载人飞船“东方”号的设计工作全部完成。
在1960年5月15日到1961年3月25日之间,五艘搭载着狗、假人和各种各样的实验仪器的东方号飞船接连升空,为载人轨道飞行做着最后的准备。1961年4月3日,苏联政府终于正式批准载人轨道飞行。1961年4月12号,莫斯科时间9点07分,一枚运载火箭载着“东方-1”号,将人类进入太空的第一名使者——尤里·加加林送入太空,迈出了人类进入太空的第一步。
加加林在绕地球飞行了一圈,成为世界上第一个走出地球家园的人,前苏联也成为第一个实现载人航天的国家。加加林轨道飞行成功有着无可辩驳的科学意义。它证明人类在短时间失重状态下,完全可以正常生活;加加林的成功同样还有着深远的政治意义,这意味着苏联在载人飞行这一重要领域中,又一次击败了美国。
对于时任美国总统肯尼迪来说,苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。早在1958年,为了同前苏联相抗衡,美国成立了国家航空航天局,成立不久后就宣布了“水星计划”,目的就是把美国人尽快送上太空。水星号曾经把一只黑猩猩送入了太空,最后猩猩安全返回了地面。
面对苏联人抢先把人送上太空的事实,美国决定加速自己的航天计划,最后终于在1961年5月25号,美国总统肯尼迪向全世界宣布,实施雄伟的载人登月计划。
时任美国总统 肯尼迪
在60年代结束之前要把人送上月球
并让他安全返回地球
这就是著名的阿波罗载人登月工程。这项计划历时11年,耗资255亿美元。在高潮阶段,参加工程的有两万家企业、200多所大学和80多个科研机构,共有30万人参与了这个行动。
为了节省时间,美国航天局把试验的次数限制到了最低点。从1961年到1966年,美国先后发射了9个“徘徊者”号月球轨道器,5个“勘探者”号月球自动着陆器,3个月球轨道器,和10艘双子星座号载人飞船,对月球进行观测和调查,确定在月球着陆的可能性,还先后研制了土星一号和一号B火箭,获取飞行经验。1968年圣诞节,“阿波罗8”号成功地围绕月球飞行,航天员向人类奉送了《创世纪》中的诗句。
1969年7月16号,3名航天员尼尔•阿姆斯特朗、尤金•奥尔德林和迈克尔•克里斯在亿万人的关注下进入阿波罗飞船。 美国东部时间上午9点32分,40层楼高的土星五号火箭在亿万人的关注下,从佛罗里达的卡纳维罗尔角航天基地起飞徐徐升空,载着世界第一艘载人登月飞船阿波罗11号飞往月球。
经过75小时的长途跋涉,阿波罗11号于19号进入月球引力圈。
20号凌晨,阿波罗11号到达距月球上空4500千米高时,服务舱的主发动机逆向喷射,使飞船减速飞行,进入月球轨道。7月20日美国东部时间16时17分,“阿波罗”11号在月面近海的一角平稳降落,这成为20世纪第一次通过电视对全球转播的事件。
美国 卡纳维拉尔角:
知道了
收到了你们在地面的画面
这边有一群脸色发青的人
现在又能呼吸了
多谢
晚上22时56分20秒,航天员阿姆斯特朗率先打开舱门,带着电视摄像机走下梯子,在全世界超过5亿电视观众的注视下,踏上了人类梦想了数千年的月球,在月球上留下了第一个人类的脚印。(脚印的照片)
美国航天员 阿姆斯特朗
对个人来说这只是一小步
但却是人类迈出的一大步
19分钟后,另一名航天员奥尔·德林也走出舱外进行探测活动。阿波罗11号飞船的航天员,在月面上安置了激光测距反射器、宇宙线探测器、太阳风收集器和月震仪等仪器,带回了月面岩石样品和照片。他们完成任务后,便驾驶登月舱的上升级返回环月轨道,与母船会合对接,随即又抛弃了登月舱,启动服务舱主发动机使飞船加速,进入月地过渡的轨道,最终返回地球。
此后,美国又相继六次发射阿波罗号飞船,其中五次成功,共有12名航天员先后登上了月球,整个工程历时约11年,到1972年12月,第六次登月成功结束。其中阿波罗15号和16号,从环月轨道上各发射了一颗环月运行的科学卫星。阿波罗15号、16和17号的登月舱中,还各带有一辆重2000千克左右的月球车,航天员驾驶它在月面活动和采集岩石,进行科学考察。六艘阿波罗号飞船的航天员在月球上一共停留了近280小时,足迹达100千米,带回岩石样品约440千克,这些都大大充实了人们对月球的认识。阿波罗载人登月工程是当代规模最大,耗资最多的一项载人航天计划,它的出现导致了60到70年代,产生液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、电子计算机、药物及生物工程等一大批高度发达的工业群体。后来,阿波罗登月计划中取得的技术进步成果,又向民间应用转移,带动了整个科技发展和工业繁荣,它将永载人类史册。
4 人类的太空家园
虽然宇宙飞船为人类登天做出了巨大贡献,然而,人类并不满足于在太空做短暂旅行,为了大规模开发太空资源,必须在太空建立能长期运行的大型生活和工作基地,于是,在70年代,空间站应运而生。1971年4月19号,一枚“质子”号运载火箭为苏联成功发射了世界第一个空间站“礼炮”一号。1971年6月6号,联盟11号飞船载三名航天员进入轨道,并进入空间站,但可惜的是,这三名航天员却在6月29号,返回的过程中因发生故障,缺氧窒息而死,而“礼炮”一号空间站,也在10月11号,最终进入大气层烧毁,它在地球轨道上共运行了175天。到1983年底,前苏联共发射了7个礼炮号空间站。这些空间站为将来建造组合式的大型空间站积累了丰富的经验。
继7座礼炮号空间站之后,1986年2月20日,前苏联又发射了第3代载人空间站——“和平”号空间站的核心舱体。这是人类历史上第1座实用性永久载人空间站,到1996年4月26日最后一个舱体组装好,和平号空间站组成了一个长33米,重137吨,包含6个舱体的组合式大型人造天空。环绕地球一周大约需要一个半小时。它由工作舱、过渡舱和服务舱三部分组成,远远看去宛如一束绽开的花朵。
在和平号在轨运行的15年来,“和平”号空间站总共绕地球飞行了8万多圈,行程35亿公里,共有31艘“联盟”号载人飞船、62艘“进步”号货运飞船与“和平”号实现对接,宇航员在“和平”号上进行了78次太空行走,共接待了俄罗斯、美国、英国、法国、德国等12个国家的135名宇航员,未包括生命科学、微重力科学与应用、对地观测和航天技术发展等试验研究提供了适宜的环境,使人类获得了大量知识、数据和具有重大使用价值的成果。
正如人有生老病死一样,和平号也不例外。到1993年,航天员用于排除故障的时间占到了整个工作实践的45%以上,有时甚至达到了80%,即便如此,和平号还是超龄服役到2001年3月23日,这一天,完成使命的和平号成功坠落在南太平洋的预定海域。至此,人类历史上体积最大、技术最先进、设施最完善、飞行时间最长的空间站最终告别了人类。
目前,美国、加拿大、日本、俄罗斯、巴西和11个欧洲航天局成员国共16个国家,还正在联合建造世界第一座多模块空间站——国际空间站,这是迄今世界上最大的航天工程,也是世界航天史上第一个国际合作建设的空间站。在空间站运行期间,航天员的替换和物资装备的补剂,是由航天飞机或宇宙飞船提供的。理论和实践都证明,空间站是当代最适合长期载人航天的飞行器,它具有自主补给消耗品,检修和更换设备的能力,以及可变更和扩大功能的性质。这些都是其他航天器无法比拟的。空间站是航天发展过程中合乎逻辑的一步,被称为“开发太空的理想圣地”。
2001年4月28号,俄罗斯用联盟号飞船,把世界首位太空旅客蒂托送上国际空间站,再一次在世界上掀起轩然大波,开创了宇宙观光的先河。国际空间站这项耗资1000多亿美元的国际太空站计划预计将于2010年竣工,到那个时候,人们从地球上用肉眼观察,它的亮度将仅次于太阳和月亮,位居第三。从此以后,人类的文明将进入新的领域——人类将开始在太空中居住生活。
5 飞向外太空
进入20世纪70年代以后,随着航天技术的长足发展,卫星、飞船和空间站的发射量越来越大,但运载火箭却都是一次性使用的,因此很不经济。人们更盼望着能有一种像普通飞机一样的可多次重复使用的天地往返运输飞行器。于是,在耗资巨大的阿波罗登月工程行将结束之际,美国于20世纪70年代,把人力、物力和财力都集中到可部分重复使用的航天飞机项目。经过约10年的努力,世界第一架航天飞机哥伦比亚号进行了处女航行。
1981年4月12号,正好是加加林首次进入太空20周年纪念日,哥伦比亚号发射升空。首次飞行历时54小时23分,绕地球36圈,最后在加利福尼亚洲爱德华兹空军基地降落,大约有100万人从世界各地赶到卡那维拉尔角观看了这次发射。这次具有历史性的太空遨游,意味着载人航天进入了一个崭新的阶段。
至今,已先后有六架航天飞机出入过太空,其中有五架是美国制造的。它们是
“哥伦比亚”号
(字幕:1981年4月12日首航,2003年2月1日失事,总计飞行20次)
“挑战者”号
(字幕:1983年4月4日首航, 1986年1月28日失事,总计飞行10次)
“发现者”号
(字幕:1984年8月30日首航,总计飞行21次)
“亚特兰蒂斯”号
(字幕:1985年10月3日首航,重77.7吨)
“奋进”号
(字幕:1992年5月7日首航,接替“挑战者”号)
另一架航天飞机是前苏联制造的暴风雪号,重达100吨,可容纳10人。它仅在1988年11月15号进行过一次无人驾驶的轨道飞行试验,此后,由于经费拮据,再没有进行过航天飞机的发射。
航天飞机的问世是一个伟大的创举,它能完成多种任务,具有人造卫星、宇宙飞船,甚至小型空间站的许多功能,并能把失效卫星带回地面,或在轨道维修有故障的卫星。航天飞机有许多优越性,尽管后来的多次实践证明,使用航天飞机并不像原来设想的那么便宜,但它使航天技术大大接近了普通飞机的活动能力和水平,未经训练的专家和教师等也可以承受,从而也使航天越来越接近普通人,使空间事业从探险阶段进入实用阶段。
1986年1月28日上午,“挑战者”号航天飞机从美国佛罗里达卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心的发射架上升空,73秒钟后突然爆炸,价值12亿美元的航天飞机被炸成碎片坠入大西洋,7名机组人员全部遇难。失事的原因是由于航天飞机发射时气温过低,寒冷的天气对火箭垫圈产生影响,最终导致爆炸。
2003年2月1日,又是一个寒冷的冬日,“哥伦比亚”号航天飞机在结束了为期16天的太空任务之后,返回地球,但在着陆前忽然与地面控制中心失去联系,载有7名宇航员的航天飞机在进入大气层后解体坠毁。
[同期]:
收到,但是……
宇宙让人类敬畏,但人类总是不惧危险的靠近它、窥探它。短暂的挫折不能阻挡人类探索未知的脚步。到目前为止,航天飞机共上天执行了114次飞行任务。他们频繁升空,进行了大量载人航天实验和卫星发射与维修活动,为地球资源勘查和环境监测,空间加工和科学实验,建造空间站,取得了辉煌的科学成果。
6 尾声
从20世纪50年代开始,人类掀开了进行太空探测的新篇章,到20世纪90年代,美国、俄罗斯、日本等国,又掀起了太空探测的新高潮。美国、日本前后发射了“克莱门丁号”、“月球探测者号”和“飞天号”等月球探测器。2003年9月28号,欧洲也发射了其第一个月球探测器“灵巧一号”。而在太阳系的其他行星方面,火星是目前除地球以外,人类研究程度最高的行星。迄今为止,人类共发射了36个火星探测器,其中美国16个,前苏联17个,俄罗斯1个,日本1个,欧洲1个,共有15个探测器成功对火星进行了探测。人类还发射了38个金星探测器,其中美国7个,苏联31个,它们中的22个探测器成功对金星进行了探测。另外像土星、水星、木星、天王星、海王星等,人类也都已经发射了探测器。而从现在开始,人类又在构思向更深、更远的太阳系深处进发,而今天的梦想,也许就是明天的现实。
人类进军太空计划的第一步,就是在2010年建造成国际空间站,使7名航天员在上面长期工作。第二步是建立月球基地,把月球作为人类新的生存领域。2005年9月14日,美国航空航天局向白宫送交了重返月球计划。这项计划耗资1000亿美元、历时12年的庞大计划在全世界引起了广泛关注。根据美国航空航天局的构想,登月计划的第一步是,从2018年开始每年至少登月两次,航天员将乘坐月球车在月球表面勘察,并在月球上从事多项科学研究,尤其是努力在月球上寻找可供以后航天飞行利用的资源。然后在月球上建立一个航天员常驻基地,它可以为未来火星登陆计划积累经验和进行相关的技术准备。最后实现送6名航天员登陆火星。航天员飞往火星单程大约需要6个月。在火星上登陆后,他们将用500天对火星表面大片区域进行探索和研究,包括寻找火星上可能的生命迹象。
在新世纪,人类对航天能力的依赖,就像19世纪和20世纪对电和石油的依赖一样重要。为此,许多国家都在纷纷行动。
责编:薛蓝