征服宇宙道路上的又一光辉成就 [复制链接]

第7版()
专栏：

征服宇宙道路上的又一光辉成就
北京航空学院副教授　何庆芝　赵震炎
继三个人造卫星、一支宇宙火箭上天之后，苏联在今年7月2日和10日又连续发射了两个巨大的、带有动物的地球物理弹道火箭，全部科学仪器和试验动物安全着陆。这一伟大成就，标志着人类在探索自然奥秘，在通向宇宙航行的道路上又迈进了一大步。
苏联这次所发射的火箭有三个特点：第一，有效载荷（科学仪器和试验动物）重达两吨以上，简直是一座复杂的空中综合试验室；第二，用救护系统把全部科学仪器和动物安全地降回地面；第三，这次发射的不是一般的高空探测火箭，而是地球物理弹道火箭。
大家都知道，发射一支火箭到一定的高度（或达到一定的射程），所带的有效载荷愈大，在技术上愈困难，它要求更完善的机构，更强大的火箭发动机；而强大的火箭发动机的制成，则又意味需要解决一系列复杂的技术问题。根据简单推算，把这样重的载荷送上天，所需要的能量（尚不包括加速火箭壳体本身所需要的能量）约为一辆飞奔着的小汽车动能的五、六万倍。当火箭技术水平比较低时，高空火箭只能带少量的科学仪器，作单项的科学研究，获得少量的数据和资料。只有火箭技术发展到很高水平时，才可能发射像苏联这样庞大的地球物理火箭，进行那样多的研究试验，一次获得那样多的科学资料。
自从人造卫星、宇宙火箭相继上天之后，宇宙航行已经不仅是人们的幻想，而即将成为现实。但是，要人们到宇宙空间去航行，还要解决一系列的问题。其中的一个重要问题是如何安全地降回地球上来。宇宙火箭虽已从技术上解决了把人们“送上去”的问题，但在“送回来”的问题没有解决之前，人类的宇宙航行终归还只是一个诱人的理想。
我们知道，火箭发射上去时，它是从静止状态逐渐加速的，而且这种加速度并不很大。因此，它在稠密大气中飞行的速度比较低，不会因空气的摩擦而使火箭体产生高温，当火箭回到地面来时，它是以很大的速度“冲入”稠密大气层。火箭外壳附近的空气分子由于和壳体表面的摩擦，这部分空气可以达到很高的温度。理论计算表明，当洲际弹道火箭以每秒六至七公里的速度冲入大气层，如果不采用特殊措施时，火箭壳体表面空气的温度可高到上万度。
还有问题的另一方面，当火箭以高速“冲入”大气层时，由于稠密空气的存在，它会遇到很大的空气阻力（空气阻力大体上和空气密度成正比，和飞行速度的平方成正比），因而产生很大的减速（就像汽车急刹车一样），火箭上所有部分都要受很大的惯性力，这就是平常所谓的“超重”，或“过载”，也就是说各部分都要承受比本身重量大几倍甚至几十倍的力量。生物承受“过载”是有一定限度的，例如，实验证明，经过训练的有经验的飞机驾驶员短时间所能忍受的“过载”一般不能超过十，也就是不能忍受超过本身重量十倍的力量，否则会失去知觉，即使“过载”超过四，驾驶员的视觉也会失常，长时间忍受“过载”的限度那就更低了。要使人们宇宙航行后能安全归来，必须解决上述问题。
近些年来，由于科学上和军事上的要求，火箭重回大气层并降落地面的问题已成为各国科学家和工程师们最感兴趣的问题之一。
解决这个问题的方法可能是各种各样的。以前一般是用降落伞把试验动物从高空降回地面。用降落伞有一定的限度，当有效载荷很大，飞行的高度很高，速度很大，用伞就发生了很大的困难，如果有效载荷达到两吨，要使它以安全的速度着陆，所需要的伞将要庞大到难以想象。
也可以用反推力火箭把载有动物（或人）的密封舱送回地面。当宇宙飞船或在轨道上运行的人造卫星需要“回家”的时候，控制系统使它向地球返航。在离地球某一距离时，就可以开动反推力发动机使它减速，在通过大气层时的速度已经变得很低，因此就不会过热和遇到很大的过载，最后安全降回地面。要在实践上解决这个问题，当然要复杂得多，像“返航”火箭的弹道控制，长时间工作的火箭发动机的设计制造，高能燃料（包括核子燃料）的掌握等，都是首先要解决的问题。
即使解决了这些问题，还要有正确的火箭头部外形的设计，采用新型的结构形式并有耐高温高强度的材料以后，火箭重新回到大气层的问题才算真正解决了。
这次苏联发射的地球物理火箭，能把重达两吨多的有效载荷（其中包括高等生物）安全降回地面，表明在这方面的研究已取得辉煌的成果。
最后，值得提出的是苏联这次发射的是地球物理弹道火箭，它不像一般高空火箭那样只能测得有限范围内的地球物理资料，而且能够在相当大的空间内进行测量。这就要求更精确的进行弹道计算和控制。目前，世界各国的弹道火箭都是军用的，把弹道火箭应用到和平用途，这还是一个创举。