现代火箭是怎么发展起来的?

火箭是一种喷射推进装置,利用热气流高速向后喷射,利用产生的反作用力向前推进。它自带燃烧剂和氧化剂,不依赖空气中的氧气进行燃烧。它可以在大气层和外层空间飞行。1926 3月16日,美国火箭先驱、科学家罗伯特·戈达德在美国成功发射了世界上第一枚液体燃料助推火箭。罗伯特·戈达德被公认为现代火箭技术之父。

早在17世纪,牛顿就曾设想过一个物体如何绕地球转一圈:在一座高山上竖起一门威力巨大的大炮。如果大炮的速度足够快,它就不会掉下来,而是绕着地球转圈,甚至飞出地球。牛顿还计算出炮弹要想绕地球做圆周运动而不落地,速度必须达到7.9 km/s,这是第一宇宙速度;要飞出地球,必须达到11.2 km/s,也就是第二宇宙速度。

在业余时间,齐奥尔科夫斯基迷上了各种科学研究和计算,尤其是对太空航行和火箭推进的理论研究。1903年,他出版了现代航天史上划时代的著作《用喷气工具研究太空》。书中提出了火箭飞行速度与火箭发动机喷气速度、火箭质量与燃料质量的关系式——齐奥尔科夫斯基公式。从第一枚火箭发射到现在,世界上每一枚火箭的设计制造都离不开这个公式的指导。

齐奥尔科夫斯基认为,为了克服地球引力进入绕地球轨道,需要使用以液氢和液氧为推进剂的多级火箭,以达到必要的速度。火箭推进剂在燃烧室燃烧后,产生高温高压气体,通过喷管加速,产生反作用力推动火箭前进。就像用软管喷水或者用枪射击时的后坐力。齐奥尔科夫斯基不仅设计了火箭推进和多级火箭方案,还提出了密封舱和空间站的设想,以及密封生态循环系统和为宇航员提供氧气和食物的设想。

如果说齐奥尔科夫斯基解决了火箭的理论问题,那么戈达德和韦恩赫·冯·布劳恩解决了火箭的技术问题。

罗伯特·戈达德是美国最早的火箭科学家,他从65438年到0909年开始了火箭动力学的理论研究。三年后,他在真空玻璃容器中点燃了固体燃料火箭,证明了火箭可以在真空中工作。1919年他的报告《达到极高的方法》阐述了火箭飞行的基本数学原理。1926年3月,戈达德成功发射第一枚火箭:使用汽油和液氧作为推进剂,长约3.4米,发射质量4.6公斤。飞行时长约2.5秒,最大高度12.5米,飞行距离56米。这枚火箭证明了液体推进剂的可行性,使他成为现代火箭的鼻祖。1945去世前,戈达德进行了34次火箭发射,但大多以失败告终,未能获得官方资助。后来,为了纪念这位火箭科学的先驱,美国国家航空航天局将位于美国东部马里兰州格林贝尔特的大型研究中心命名为“戈达德太空飞行中心”。

与戈达德相比,韦恩赫·冯·布劳恩要幸运得多。他于1912年出生于德国。16岁时,他看到了德国航天先驱、火箭专家赫尔曼·奥伯特的《通往星际空间的火箭》一书,从此迷上了星际旅行。65438年至0930年,布劳恩在柏林工业大学参加了由奥贝特发起的德国太空旅行学会,并协助奥贝特进行液体火箭试验。他的毕业论文详细论述了液体火箭发动机的理论和实验,被评为优秀论文。二战期间,他领导了德国V-2火箭的研制。V-2火箭采用酒精和液氧作为推进剂,全长14m,发射质量13t,战斗部1t,最大飞行弹道80 ~ 100km。第二次世界大战后,韦恩赫·冯·布劳恩前往美国领导美国航天工业。1946年,美国发射了一枚V-2火箭。这枚火箭飞到了80公里的高空,被用来观测太阳的紫外线,从而揭开了太空科学的新篇章。