征服宇宙空间的科学 [复制链接]

第3版()
专栏：

征服宇宙空间的科学
郑文光
到别的星球去，从前只是诗人和小说家笔下的天才的想像。现在已成为对科学家具有重大实践意义的工作。
一九○三年，卓越的俄罗斯科学家齐奥尔科夫斯基在他的“利用喷气机来探测宇宙”一文中，详细地阐述了星际航行的工具——液体燃料火箭——的构造和飞行理论，对未来星际航行的壮丽图景作了令人惊异的具体的描绘。它为人类飞出地球去的美丽理想，奠立了科学的基石。
近五十年来，尤其是最近十年来，人类知识的进步，社会生产力、科学技术的高度发展，使蕴藏在物质内部的无穷无尽的能量得到了解放，这就使得宇宙航行的幻想性的计划，有可能在现代技术成就的基础上进行有计划的科学研究了。
星际航行的根本问题，是跟地球的顽强的引力作斗争。
假定我们有一具速度为每小时八百五十公里的火箭船，要飞到月亮去，得费多少燃料呢？即使火箭船只重一公斤，燃料就等于九千个地球那么重！可见，要克服地球的引力，是不能指靠发动机持久不断的工作的，得靠火箭船本身的巨大速度。计算指出，每秒七点九公里（这叫做地球上物体的“圆周速度”）的物体，能够像月球一样不停地绕地球转；每秒十一点二公里（这叫做地球上物体的“逃逸速度”）的物体，就能够彻底战胜地球引力，向茫茫的宇宙空间飞去。
齐奥尔科夫斯基制定了火箭船的飞行理论。这理论说，火箭船的速度决定于所装载的燃料的数量和火箭船的喷气速度。显然，这两个因素都和燃料的性质有关。应用目前的液体燃料（汽油、酒精、液体氢等），火箭船的速度仅能达到每秒二点五公里。这离开星际航行所需要的速度是相当远的。
原子能的和平应用使火箭船的速度有了大大提高的可能。应用铀锅炉加热惰性气体，高热的气体即急促向后喷出去，火箭船便高速向前推进。去年苏联第一个原子能发电站开始发电的时候，苏联科学院院长涅斯米扬诺夫就说：“星际航行已经不是明天的技术问题，而是今天的技术问题了。”
最近，苏联科学院已经成立了星际交通常设联合委员会，并且马上就着手工作，第一步是建立一个人造卫星。
人造卫星实际上也不是现在才想出来的。它是齐奥尔科夫斯基创造性的思想中最为光芒四射的一部分，五十年来这思想一直指导着星际航行研究者的工作。
所谓人造卫星，实际上是一个速度达到每秒七点九公里的火箭船，这样的一个火箭船无需耗费一滴燃料，便可以在大气层之外不息地运行，作为星际航行的驿站。从地面出发的火箭船，只要也有每秒七点九公里的速度，驶到这个驿站，加燃料后，再增加约每秒三点三公里的速度，就可以达到“逃逸速度”，飞到地球外面去。
驿站的实际作用是把星际航行分作两段航程，这样，每段航程所需要达到的速度要求便大大降低了，因而也大大减少了在火箭船结构上所引起的困难。所以，人造卫星设计方案的提出，使星际航行的可能性变得大了。
但是人造卫星的意义要远比一个“驿站”重大得多。
星际航行所提出的最根本的困难，在于怎样获得足够的速度，以战胜地球的引力。但是，在战胜地球引力、飞到宇宙空间以后，星际旅行家们还会碰到许多意想不到的困难。
首先，火箭船的速度不可能一下子就达到每秒十一点二公里。开得这么快的火箭船，跟空气一摩擦，便会整个烧掉。一般情况下，每秒每秒四十公尺的加速度，对于人们已经是不容易忍受的了，这时候火箭船里的人即感觉体重增加到为地面时的四倍。这叫做“超重”。在“超重”中的人，往往会感到一股强大的压向自己身体的重量，在神经系统、循环系统、视觉和听觉器官方面都会受到损害。但是星际旅行家只消忍受五分钟就行了。怎样和“超重”现象作斗争呢？这是有待研究的问题。
其次，火箭船的速度达到“逃逸速度”，发动机关掉了，它便等速地在空间中滑行。这时候，地球的引力已经被战胜了。但随着便产生了“失重”的现象。人类是习惯于地球上面的重力的，如果一下离开了这世世代代适应了的环境，能不能够正常地生活下去？科学家曾用火箭船把猴子和老鼠带到一百四十九公里的高空，然后，把它们（猴子是捆在很舒服的橡皮垫子上，老鼠则装在里面很光滑的圆筒内）扔下来，在这加速降落到达地面的二、三分钟当中，猴子和老鼠就是“失重”的，试验结果说明，它们在生理上没有发生不正常的现象。
生活在以每秒七点九公里的速度绕地球转动的人造卫星上面的人，是受不到重力作用的。因此它完全有可能供医生们试验能不能够在“失重”的情况下维持一个人的正常生活条件。我们可以让人造卫星自转，自转的离心力就会代替重力，使人有正常重力的感觉。也可以让它自转得很快，使在上面的人感到“超重”，以便研究“超重”现象对人体机能有什么损害。这样，人造卫星便可以成为我们研究地球以外生活条件的基地。
人造卫星还可以成为探索宇宙空间奥秘的基地。
地球的大气层，像甲胄一样保护着地球，抵挡了外来的许多灾难。如太阳辐射中能伤害人体的紫外线，大部分被大气层中的一层薄薄的臭氧吸去，射不到地面上。对人的生理机能有害的宇宙线，遇到地球大气上层，就把能量传给空气分子，反复引起所谓次辐射，以至能量愈来愈小，终于在平流层（同温层）中消失，只有少数能达到地面。但是，一越出大气层外，星际旅行家们便会碰到上述种种令人头痛的问题。掺和着稀土元素的玻璃，可以吸收紫外线；但是关于宇宙线的防御，由于我们对宇宙线的性质了解得太少，还找不出切实可行的防御方法。毫无疑问，建立在地球大气外围的人造卫星，是有助于科学家进行这一方面的研究工作的。
宇宙航行中还要解决跟流星体的碰撞问题。在宇宙空间中，平均每隔一百公里就有一颗质量在一公分重以上的流星体。流星体的速度高，打击力量大，一公尺厚的钢甲也经受不住十公分重流星体的袭击。因此，须要深入地加以研究，掌握它们的规律性，这也是人造卫星的任务。
在宇宙空间中，在星际航行中，人的全部生活都要相应地发生变化。在没有空气被覆的情况下，温度变化非常剧烈。例如在月球上，白天为摄氏一百二十度，晚上则为摄氏零下一百五十度，大气压力差不多等于零。那末，人将怎样生活在这个环境里呢？物质的物理、化学性质将要发生些什么变化呢？如果人工供给氧气和创造了一定的气压和温度、湿度条件，植物和动物能不能够在这种环境下生存呢？这些问题，都可以在人造卫星上进行研究。因此在人造卫星上不但要有火箭停舶场、观测天空的装置、巨大的雷达设备；而且还要有世界上最优良的物理和化学实验室，最独特的植物温室和动物饲养房。
在人造卫星上也可以对地球上某些至今尚未能进行实地勘测的地区，例如南极冰原、宽阔的沙漠、连绵数万方公里的大森林等进行研究。人造卫星将能用来研究大洋中的洋流、北极和南极浮冰的移动、气旋的运行，这些研究的结果都将大大地有助于地理学、气象学的发展。因为人造卫星建立在大气高层之上，因此对大气高层，主要是平流层和电离层的温度、压力的分布，气体的成分，空气的电离状况，也能作实地的研究。大气高层的状况不但影响到大气的环流，还由于有臭氧层和别的尚未知道的层次的存在，影响到太阳辐射能对地球生活的作用。电离层的研究是进一步发展短波无线电传送的必要条件之一。在人造卫星上，还可以研究如何跟将来的宇宙航船建立无线电联系。从今天的工作方向看，将来第一架飞到月球去的火箭船将是无线电操纵的、无人乘坐的火箭船，因此，了解无线电波在宇宙空间中的传送状况是非常重要的。
在人造卫星上将有世界上最完善的天文台，强大的雷达设备将为我们描画出邻近各行星的地图；望远镜和其它仪器会比在地面上发挥更大的作用，帮助科学家进一步了解各个星球上面的物理条件，探明行星世界的秘密。在没有大气层的障碍的情况下，也可以更直接地研究太阳的辐射；科学家将能逐步掌握太阳上物理变化的材料和规律。而在那永远是暗夜的宇宙空间，星星看来更明亮，光芒更稳定，更便于天体物理学家进行光谱分析，从而更好地了解恒星的性质、结构、运动、变化、起源和发展。
人造卫星的建立，还有其他的实际用处。比方说，如果能把人造卫星建立在离地球三万五千八百公里的空间，它就会在二十四小时内绕地球转一周，这跟地球自转周期相同，因此地球上的人将看到它老是挂在天空某个位置上，不会移动。如果我们在互相相隔一百二十度的空间，安放三个人造卫星，就可以作为电视和无线电传真的转播站，电视和无线电传真的传送距离就不再受到地球曲率的限制了。
科学家还想在人造卫星上吸收丰富的、源源不绝的太阳能，送回地面上使用。科学家也在研究利用太阳能作为开动宇宙航船的动力。让现在浪费在宇宙空间中的强大的太阳能为人类服务。
人造卫星的建立，对于生活在地面上的人类是一个新的历史纪元的开始。这意味着，人类被束缚在地球表面的时代一去不复返了。从前看来是那么神秘、那么深不可测的宇宙空间，将逐渐在人类面前揭露出它的真正面貌。
星际航行将引导人类逐步走向征服宇宙空间的道路。