铁血☆战士 08-7-5 00:16
现代航天之父——冯·布劳恩
韦纳·冯·布劳恩是第二次世界大战时V-2导弹发明家。他于1912年3月23日生在波森的维尔西茨（波森古时曾是普鲁士的一个省，第一次世界大战后划归波兰，现在波兰境内）布劳恩的父亲马格努斯·冯·布劳恩男爵是省议员、魏玛共和国的农业部长和德国储蓄银行创始人。母亲埃米出身贵族世家，酷爱文学音乐，在布劳恩6岁生日时，送给他一具天文望远镜，使他对宇宙产生了强烈的好奇心。
布劳恩幼年时，德国人流行把火箭（许多是黑色火药和烟花火箭）绑在汽车、火车、船上创造速度记录。此事对少年的布劳恩颇有影响，他一次买了6枚火箭装在一辆玩具车上点着，几乎惹祸。但此事并未影响布劳恩对火箭的兴趣，他一有机会就燃放焰火火箭。与世人推测的相反，火箭天才布劳恩并不是一个读书天才。他除法语较好外，一些功课的成绩并不能让父母高兴，他的物理很差，数学竟然不及格，而这两门都是现今从事航空航天工程的基础课。
父母为他的理科成绩担忧，便将他转入一所寄宿学校，成绩有所提高，但他最喜欢的还是木工、石工、农业种植，他小时候自己动手制作汽车。一天，布劳恩翻看一本他喜欢的书《通向星际空间之路》，被里面的数学符号和物理公式吓坏了。他跑去问数学老师，老师告诉他：“要想弄懂航空和宇宙，必须学好物理和数学。”从此以后，布劳恩发奋攻读数学和物理，不久，就成为班上学习最好的学生。他还显示出自己的组织能力和筹款才能，帮助学校购买了一台天文望远镜并筹建天文台。
布劳恩中学毕业后，进入夏洛特堡工学院。德国高等院校历来注重学生的实际操作能力，布劳恩曾用了5周时间锉出来一个标准的金属立方体，并熟悉各种机床的操作和工艺。他感叹说：“在工厂里当6个月工人，对实际工程问题的理解比大学任何一个学期都要深刻。”
从1910年到1930年，欧美国家盛行研究各种火箭。当时的主流是固体燃料火箭，并少量应用在一战中，但一些富有远见的工程师指出：液体燃料火箭才是征服天空之唯一。美国的戈达德和俄国的齐奥尔科夫斯基都是液体火箭的推崇者。在德国，研制火箭也非常时尚，许多工程师搞出了各种火箭并积累了丰富的经验。
奥伯特先生是德国当时最知名的火箭专家，布劳恩与他认识后，成为他的助手。奥伯特坚持认为：最好的火箭动力是液体燃料而非固体火药。此论点对布劳恩很有影响。奥伯特设计了液体发动机最初的装置，并且点火成功。他用的是液态氧和汽油。后来奥伯特离开了火箭研究，布劳恩和其他弟子把老师的火箭研究事业继续持续下去。上世纪30年代的德国受经济大萧条影响，失业严重。一些高级技工免费在布劳恩的火箭工厂里干活，一些大公司出于商业目的给一些赞助，而绝大部分的成绩则依靠一群年轻人的献身精神。
1931年，布劳恩暂离火箭工厂到瑞士的苏黎世高等工学院进修。在那里，他认识了一位美国医学生，医学生告诉他，宇航员承受火箭的重力加速度的测试方法就是用离心机测试。于是，布劳恩用自行车轮做了一台简易离心机，测试老鼠对重力加速度的承受力。这种方式后来成为宇航员的标准测试方式之一。
布劳恩回国后，正赶上他的同事发射小型实验液体火箭——米拉克1号。经过初次失败后，这种小火箭就不断成功发射了，布劳恩深感光凭工程学知识征服宇宙空间是远远不够的，他毅然转入柏林大学学习更多的物理、化学和天文学。在柏林大学，有冯·劳厄和薛定谔等一批优秀教授任教。布劳恩的博士论文是关于液体火箭发动机中复杂的喷射、雾化、燃烧、离解、气态平衡和膨胀现象。由于该论文实在太重要，军方对它保密，30年后才正式发表。
德国军方渐渐对“米拉克”液体火箭感兴趣了。因为《凡尔赛和约》没有对火箭作出限制（当时还没有值得一提的任何火箭）用远程火箭代替大炮是很有吸引力的想法，纳入军方范围使一些志愿者发生了。但布劳恩深知：那些复杂的陀螺仪控制系统、燃气舵、制动器、熄火控制、燃料泵、电磁阀等火箭元件，没有浩大的资金是研制不出来的。他终于成了陆军队一位穿便服的雇员，而火箭研制也被纳入军方控制之下。
1933年1月，克服许多困难的一台液体火箭发动机在60秒内持续生产了140千克推力，引起了轰动。但接着就是失败和爆炸，分析失败原因，当时一位发明家说：“现代发明主要是把已知的、现成的部件组合起来。”布劳恩颇受启发，他集中了焊接专家、阀门技工、仪器制造匠、固体火箭技师，把他们组织起来。在静态试车台上，一台以液氧——酒精为燃料的液体火箭发动机达到了300千克推力。但用在真正的火箭上，摆动和平衡问题十分重要，布劳恩设计了一个大飞轮，充当陀螺仪，保持火箭的稳定飞行，但随后研制发射的H-1液体火箭却爆炸了。
布劳恩和他的同事已经积累了丰富的火箭事故分析经验，原因很快就找到了。1943年12月，又制造出2枚A-2火箭，它们都飞到了1.5英里（2400米）的高度。
在布劳恩早期的同事中，里德尔是一位优秀的专家，后来终于成了佩内明德的火箭总设计师。他领导着几百名人员和制图员，设计了A-3、A-5和A-9火箭。在这一系列设计中，A-4就是大名鼎鼎的V-2火箭，在袭击英国时成了可怕的武器。战后，里德尔去了英国，成为英国后来发展火箭弹指导者。
布劳恩的同事鲁道夫建立了大型火箭静力试车台和模型车间，对后来的V-2制造做起了重要的作用。陀螺仪稳定系统是另一个关键，由一名前奥地利海军军官博伊科设计，他是一名自学成才的陀螺仪专家。早期的陀螺仪又大又笨，用在A-3火箭上招致了失败。但大家终于明白，没有它，火箭连最初的几秒钟也无法保持稳定。
1938年夏天，A-5火箭发射顺利，安装上新式制导系统得火箭飞行稳定。在随后的两年中，共发射了25枚火箭，做了各种试验，尤其侧重改进电子部件和测控技术。当时的火箭已经能达到1.3万米的高度。工程师们累计了大量的设计、制造、试验和分析经验。
1939年3月，布劳恩在佩内明德岛火箭试验场会见了希特勒。希特勒详细询问了火箭构造，并提出了具体意见，他盘算着怎样把火箭纳入他的战争计划。
V-2火箭的研制序号是A-4，它庞大而复杂，涉及方方面面的问题，发动机燃烧室的问题由蒂尔博士攻坚。他是一个化学家，在改进火箭发动机中发挥了极大的才干。他把V-2的发动机做得尽量小巧，燃烧效率达到95%，试验了多喷口装置，最后使推力达到了27吨。
另外一名空气动力学家研制了5倍音速的大型风洞，这个风洞在佩内明德解决了V-2的各种空气动力学问题。同时，为其他火箭的设计提供了正确的数据。
制导和控制依然是关键要素，尽管把它们承包给了专门的仪表公司，但布劳恩与公司互相协调改进的工作量相当大。施托伊丁博士担当了中部分工作，他确定了制导的标准和规范。为此，他需要电子模拟计算机和飞行程序模拟器。另一位精通电子学的博士专门建立了价值百万美元的电子学实验室，负责所有电子电器试验，只有陀螺仪、变换器和伺服电动器转包给了仪器公司。
二战开始后，佩内明德的火箭计划遭到压缩，人员和经费明显不足。除加强管理外，布劳恩把大量研究任务分包给各个大学。它们包括制导系统和积分加速度表、涡轮泵叶片、多普勒无线电弹道仪、电离层研究、天线问题、风洞数据分析、计算飞行力学和轨道的计算机……这些技术和理论，后来成为任何一个航天强国的必备基础装备和理论。
第一枚V-2火箭于1942年春天发射，仅1秒后就因燃料系统故障而坠落爆炸。第二枚V-2飞行了45秒由于仪器舱强度不足而空中解体。
经过改进的第三枚V-2在1942年10月2日发射，取得了完全的成功。它上升到85千米的高度，射程达190千米，基本实现了设计要求。德国首领们一下子成了“火箭迷”，希特勒希望用V-2的优势袭击英伦，以报复盟军轰炸之仇。
希姆莱也曾打算插手佩内明德。1943年6月，他亲眼观看发射，不巧为他准备发射的第一枚V-2失败解体。人们赶紧又安排了第二枚的发射，总算成功。
正当V-2导弹决定要大批量生产时，英国空军分析人员和间谍终于发现了佩内明德，丘吉尔明白火箭事关重大。1943年8月17日，571架盟军重型轰炸机轰炸了佩内明德，严重破坏了V-2的科研和生产设施，几家配套工厂也同时遭到了轰炸。希特勒不得不把火箭工厂转入地下，在诺德豪森市的一座巨大的山洞工厂里开始大规模生产V-2导弹，工厂大量使用战俘和集中营囚犯。1944年春天月产300枚，后来增加到了900枚，几家零部件厂也迁到附近，大量V-2导弹就这样被制造出来了。
党卫军企图接管布劳恩的工厂。希姆莱拉笼布劳恩未果以后，便设计逮捕了布劳恩和另外几名火箭专家。虽然他们被保释出来，但感到无处不在的党卫军魔影就在身后。
1944年夏天，V-2开始大规模的实弹试验。有60%导弹在离目标区2~3千米处解体空中爆炸，有一次布劳恩差点被自己设计的火箭炸死。经分析，是重返大气层时空气摩擦的振动引起，经过加强导弹中部的结构和外壁，解体不再发生了。
1944年9月8日，德军从荷兰郊区向英国发射第一枚V-2导弹，在伦敦附近奇齐克造成严重破坏。战略导弹时代开始了，连续发射的V-2造成了英国的重大损失。
当时的V-2长13.8米，直径1.65米，装推进剂后全重13吨。发动机燃烧时间60秒。飞行高度100千米，射程200~400千米。大批量生产的V-2单价3.8万马克，是一架50万马克战斗机的1/13，就当时英国的严密空中防御而言。V-2的破坏力是巨大的。
战时，纳粹德国共向英国发射了4300枚V-2，其中有1115枚落在英国，炸死2742人，炸伤6467人，物质和心理破坏非常惊人。
V-2发射后，布劳恩一伙人又开始研究更大的A-9、A-10火箭，其中A-10带有助推器，具有更大推力的A-11也在设计中。其第一枚推力达350万磅，可以作为载人火箭的先驱了。盟军的轰炸和苏军逼近佩内明德，使那里的工作瘫痪了。1945年1月，火箭研究机构从佩内明德撤退，新地点在德国中部，布劳恩明白战争结局不可逆转，一心保住人员和资料向美军投降，美国正好有一个收罗德国科学家的“文件夹计划”其他火箭专家也相继被美军找到。
美国虽有戈达德等人进行过液体燃料火箭研究，但在战时美军主要研究小口径固体燃料火箭，其中大部分是火箭弹和反坦克火箭。布劳恩以及他的佩内明德班子、缴获的16船V-2及其零部件，成为战后美国研制大型液体燃料火箭的基础。
美国陆军本来就有各种火箭导弹计划，并且同著名空气动力学家冯·卡门进行广泛的合作。现在，美国科学家变成了策划者和提出目标的人，来自德国的科学家变成了设计者、执行者、制造者和试验者。他们共100余人，工作极其努力，而且隐姓埋名。同样的情况也发生在苏联，但相对而言，那里的德国科学家和高级技工的水平稍低一些。
最初，德国科学家的任务是为美国陆军、海军、空军、成立一个咨询中心，节约导弹研制时间，帮助在新墨西哥沙漠发射运回美国的V-2，研制一种新导弹，研制冲压式发动机。
美国虽然有自己的“女兵下士”液体火箭，但重量很轻，与V-2相比几乎不值一提。美国人于是把“女兵下士”放到V-2上面作为第二级。这种二级火箭代号“庞然大物”于1949年2月24日发射升空，达到400千米高空，实际上超越了大气层。
第二次世界大战后，美国军方依仗着原子弹和巨型B-29轰炸机，可以实现全球性核威慑，故不太注重大型液体火箭。V-2前后发射了70余枚，进度不紧不慢，经费不足限制了研究新的大型火箭。如果不研制大型火箭，布劳恩也就派不上多大的用场。
从1945~1950年，布劳恩一直是处在一个压力较轻的环境中，也可以有机会反思德国火箭发展的道路，他甚至还写了一本关于火星探险的小说。书中建议派出由多艘飞船组成的舰队，每艘飞船都载有人、水、食物、燃料。如果一艘飞船出事，其他飞船可以救助，有几艘飞船不载人，它们留在火星轨道上专供返回地球时使用，着陆者使用登陆小飞船即今天的登陆舱，他们要在火星上呆2~4个地球年，然后才回归地球。后来，美国发射的“海盗”、“勇气”、“机遇”火星探测器就遵循了这一思路。这本书今天仍有可读性和预见性，但当年谁也不懂，在美国遭到18家出版社退稿，后来才仗着布劳恩的名气在德国出版。
布劳恩结了婚，有了孩子，定居在美国小城亨茨维尔。如果世界一派太平，他恐怕就会在写学术论文和修草坪中打发余生了。
平地一声雷，冷战开始了。美国陆军想要一种远程导弹，甚至起了名字叫“红石”，军方决定让布劳恩主持研制，这位来自欧洲的火箭天才终于派上了用场。
1951年，美国陆军有关方面正式授权布劳恩的火箭班子研制“红石”火箭。布劳恩赋闲6年之后，又紧张地忙碌起来。他深知大型火箭的成功关键是发动机和制导控制系统，尤其后者非常重要。在当时，空气轴承陀螺和静电悬浮陀螺都能提高制导精度，布劳恩就集中力量攻克使用先进陀螺的惯性稳定平台。后来该平台及其发展型号被用在“红石”、“丘比特”、“潘兴”等一系列火箭导弹上，甚至登月的“土星5”火箭也用的是布劳恩研制的平台。
除了陀螺仪外，布劳恩非常重视电子元器件和放大器的改进。他在1947年开始研制磁放大器，1953年批准生产的“红石”导弹使用了磁放大器，而在1951年的试验性“红石”火箭中首次使用了晶体管，这是人类第一次在航空航天器中使用晶体管。
中程导弹重返大气层时有个头锥气动热摩擦问题，布劳恩利用火箭发动机尾流模拟了这一过程，他发现碳纤维树脂头锥有良好的耐热性，直至今天，各种重返大气层运载工具依然使用碳纤维材料充当防热层。
1957年，改进的“红石”火箭已经能达到2000千米的射程，射程更远的“丘比特”火箭也快研制成功了。由于布劳恩领导的德国火箭专家的努力工作，美国火箭计划不断取得进展，凡是与之相关的美国军官皆获高升，从某种程度上，这反映了外来科学家和美国本土科学家的不同命运。
就在这一年，美国陆军导弹局已有4100名文职人员和1300名军人。重型火箭发动机试验台、校准台、防护掩体群、火箭装配大楼、制导和控制实验室、化学、冶金、橡胶和塑料实验室、设计室、计算机房一应俱全。特别值得一提的是加州理工学院的喷气推进实验室（JPL）也归陆军所有。冯·卡门到空军后，JPL由皮克林博士领导（皮克林博士2004年春天逝世）
1953年，布劳恩在一次偶然的机会中向军事媒体透露二战中德国曾研制潜艇发射的火箭和导弹，这引起了美国海军的兴趣。当1955年美国核动力潜艇“鹦鹉螺”号试航成功后，制造弹道导弹核潜艇和潜射导弹就提到了美国军工发展的日程上来了。
1955~1956年间，美国科技界筹划发射小型人造地球卫星，新闻界公布卫星计划后，引起当时的苏联极大关注。苏联也有一批火箭专家，利用德国V-2火箭和部分科技人员研制火箭，只要再加努力即可发射人造卫星。
1956年9月，美国成功发射“丘比特C”三级火箭，达到前所未有的5300千米的射程。“丘比特C”本来具备发射卫星的能力，但由于美国军方决策失误，终于把大好机会拱手让与苏联。“丘比特C”发射后，美国军方对火箭计划做出调整，陆军停止远程火箭研发，空军和海军接手大型火箭计划。然而这一切，却被苏联的行动打乱了。
1957年10月4日，苏联成功发射第一颗人造地球卫星，全球反响强烈，美国国内对科学家和军方一片抱怨之声。艾森豪威尔总统和国防部受到强大压力。终于批准陆军和布劳恩在90天内用“丘比特”火箭发射美国第1颗人造卫星。就在这时，11月3日苏联又发射了第2颗人造卫星，并携带一只母狗“莱依卡”美国的航天步伐被逼得加快了。
布劳恩等人将“红石”火箭作为第1级，11枚“中土”固体火箭捆绑作为第2级，3枚同型固体火箭作为第3级，第4级是一个探测地球磁场的小卫星。丘比特C（后改名丘辟特I)正在准备时，美国海军两次发射马丁公司的先锋号火箭，企图送卫星入轨，但都归于失败。
经过反复测试检验后，1958年2月1日，丘辟特I终于为美国发射了第1颗人造卫星，它只有20千克，而苏联的第1颗卫星重83.1千克，第2颗重508.3千克，这证明当时苏联的远程火箭运载能力远远超过了美国。苏联东方号火箭在1958年5月已经能把1327千克的第3颗卫星送入轨道。
落后的美国开始奋起直追。1958年7月18日，成立了统管航天计划的航天局（NASA）各种卫星和载人航天计划都被提上日程。苏联和美国的航天竞赛开始了，人类的伟大航天时代终于来临。
1960年，布劳恩的陆军火箭班子（陆军弹道导弹局）并入NASA，迫于苏联咄咄逼人的进展，美国开始执行一项更具前瞻性的计划，先把人送入地球轨道，接着把人送上月球，这就是土星-水星-阿波罗计划。
阿波罗工程——载人登月计划是人类航天史上最伟大的工程之一（布劳恩是该计划的主要领导人之一）
工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年，耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。整个“阿波罗”工程包括：①确定登月方案；②为登月飞行作准备的4项辅助计划；③研制“土星”号运载火箭；④进行试验飞行；⑤研制“阿波罗”号飞船；⑥实现载人登月飞行。
4项辅助准备计划是：
○ 发射4艘“徘徊者”号探月器（1961~1965年）拍摄上万张月球表面图片；
○ 发射5艘“勘探者”号无人登月器（1966~1968年）在月面实施软着陆，探测月壤，通过电视发回近距离月球表面图片；
○ 发射3艘绕月无人飞船（1966~1967年）对40个预定登月区拍摄，最后确认10个登月点；
○ 发射10艘“双子星座”飞船（1965~1966年）每艘飞船搭载2名航天员，做各种操纵、对接、舱外活动和其他生活学实验和训练。
研制大推力运载火箭的计划分两步走：先研制较大推力的“土星1”和“土星1B”火箭，同时研制“阿波罗”飞船；再进一步研制“土星5”超级巨型运载火箭（3000吨级）该火箭为三级液体火箭，直接携带“阿波罗”飞船登月。
1968~1969年，发射了“阿波罗”7、8、9号飞船，进行载人飞行试验。主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、模拟分离和交会对接。1969年5月18日，“阿波罗”10号飞船进行了登月全过程的演练飞行，绕月飞行31圈，两名航天员登月舱下降到离月面15.2千米的高度。
1969年7月16日由“土星5号”火箭运载“阿波罗”11号飞船升空。飞船沿过渡轨道飞行2.5天后开始接近月球，由服务舱的主发动机减速，使飞船进入环月轨道。航天员N.A.阿姆斯特朗和E.E.奥尔德林进入登月舱，驾驶登月舱与母船分离，下降至月面实现软着陆。人类终于登上了向往千年的月球。“阿波罗”11号飞船指挥舱于7月24日在太平洋夏威夷西南海面溅落，登月航天员成功返回。
“阿波罗”12~17号飞船从1969年11月~1972年12月。美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船，其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务外（两名航天员驾驶飞船安全返回地面）均登月成功。
阿波罗计划的成功，使布劳恩获得了巨大的声誉。1969年，NASA新局长请布劳恩帮助拟订载人登火星计划，美国总统尼克松也宣布要在80年代末把人送上火星，这时布劳恩已经成为NASA的副局长并制定和发展了天空实验室空间站和航天飞机计划。
由于预算越来越紧，庞大而耗资甚巨的火星登陆计划无疾而终。NASA再干不出什么比阿波罗计划更伟大的事情了。1972年6月，布劳恩正式辞去了NASA副局长一职。随后，他加入了费尔柴尔德公司，这是一家著名的航空航天公司，也是天空实验室轨道舱的承包商。布劳恩转入该公司后，从事于广播电视通信卫星的研制工作。除此之外，他还喜爱飞行、潜水、散步和打猎。
1977年6月16日，布劳恩因脑瘤手术导致体力衰竭逝世，享年65岁。他的生前和身后是人类壮丽的航天事业（完）