30位航天科學家的貢獻

前言

升空飛行乃至遨游太空，是人類千百年來的偉大理想。這個理想在科學技術極不發(fā)達的古代，只能是可望而不可及的愿望。對飛行的渴望深深地植根于古代人的心中，它曰積月累，并廣為流傳，逐漸變成一個個美妙動人的幻想故事。中國、希臘、阿拉伯地區(qū)古代流傳下來許許多多這樣的故事。而家喻戶曉、一直為眾人津津樂道的是嫦娥奔月和牛郎織女的故事。西方也有許多關于飛行的傳說故事，希臘神話中這類故事不勝枚舉。阿波羅、赫爾墨斯、赫克勒斯等都是能在空中自由飛行的英雄。有關飛行的神話傳說在人們心目中確立了飛行的目標，并由此成為探索飛行的動力。在古代人民征服自然的過程中，涌現(xiàn)出大量與航空有關的技藝和發(fā)明，有的如風箏、火箭、竹蜻蜓等就是原始的航空器。歐洲近代以來，科學技術獲得飛速發(fā)展，飛行也由幻想、冒險變成科學探索的主題之一。1783年，熱氣球載人飛行成功，人類進入了航空時代。20世紀初，航空與航天雙雙取得了重大突破；1903年飛機發(fā)明成功，同一年火箭運動與航天學理論誕生，人類進入了航空航天大發(fā)展的輝煌新時期。第一次世界大戰(zhàn)，飛機很快投入了戰(zhàn)爭，使戰(zhàn)爭面貌發(fā)生了深刻變革。戰(zhàn)爭結(jié)束后，飛機的廣泛使用促使民用航空迅速發(fā)展。也正是在第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，液體火箭發(fā)展成功，使航天探索有了適用的運輸工具。與此同時，新型客機出現(xiàn)，使航空運輸?shù)拿婷擦烁拘宰兏?。二?zhàn)期間，德國率先將液體火箭推向?qū)嵱没兄瞥鯲-2導彈。20世紀50年代是航空航天發(fā)展的重要時期，噴氣時代的進步，誕生了先進的噴氣式作戰(zhàn)飛機和民用客機，使航空技術發(fā)生了一場偉大的革命。液體火箭在大發(fā)展過程中，洲際導彈和航天運載火箭誕生了。1957年10月，前蘇聯(lián)發(fā)射成功第一顆人造地球衛(wèi)星，航天時代終于到來了。此后，航空航天技術的發(fā)展更加迅速，應用更加廣泛。航空航天技術改變了世界面貌，對政治、經(jīng)濟、軍事、科技和文化都產(chǎn)生了極大的影響。航空航天技術的發(fā)展引起了人類社會的巨大變革，影響到通信、氣象、導航、冶金、材料、加工、醫(yī)學、能源、軍事、地質(zhì)、礦產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、文化、科學探測、天文學研究等各個領域，是社會進步的強大動力。航空航天技術是典型的知識密集和技術密集的高技術事業(yè)。航空航天技術的發(fā)達程度，已經(jīng)成為衡量一個國家科學技術、國防建設和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化水平的重要標志之一?？v觀航空航天的歷史，充滿了艱難險阻，但也成就輝煌。本書從航空航天技術取得的大量成果中，選取30個最具代表性的重大事件或重大成就進行介紹，使讀者能夠了解到20世紀航空航天發(fā)展的基本概況。張錫祥院士

內(nèi)容概要

　　《 在科學的入口處：30位航天科學家的貢獻》將帶你來到20世紀科學的入口處，在這里回望20世紀信息科學發(fā)展的歷史，了解你想知道的20世紀信息科學發(fā)展的一切?！　●R克思說：“在科學的入口處，正像在地獄的人口處一樣，必須提出這樣的要求：‘這里必須根絕一切猶豫；這里任何怯懦都無濟于事。'”　　2O世紀信息科學的發(fā)展得益于計算機技術的高速發(fā)展，它正由計算機程序控制化向智能化方向發(fā)展；通信技術伴隨著信息科學的發(fā)展不斷進步；2O世紀中發(fā)展起來的網(wǎng)絡技術正在改變著人們的生活。　　在20世紀信息科學發(fā)展的歷史長河里，涌現(xiàn)出30個作出了重大貢獻的科學家或科學家群體。他們提出了控制論，發(fā)明了電子計算機，創(chuàng)建了國際互聯(lián)網(wǎng)。

作者簡介

李成智，男，1961年出生，黑龍江虎林市人，研究生學歷，教授。北京航空航天大學學術委員會委員、北京航空航天大學教學指導委員會委員。學術兼職有：教育部公共管理類教學指導委員會委員，北京市自然辯證法研究會副理事長，中國科學技術史學會理事兼技術史專業(yè)委員會副主任，國家自然科學基金公共管理類課題通訊評審專家。入選北京市跨世紀理論人才“百人工程”。 承擔過中國科學院、國務院信息辦、教育部、中國科協(xié)等國家部委委托的科研項目10余項。發(fā)表了航空航天史、航空航天發(fā)展政策及戰(zhàn)略方面的論文30余篇。2000年至今，出版教材及著作10余部，主要有《世界航空發(fā)展史》、《世界航天發(fā)展史》、《航天技術與社會》、《跨世紀的航空技術》等。此外還出版了一些科普著作，如《飛機的故事》、《航空航天技術》、《千年夢圓——征服天空之旅行》、《直升機世界之“歲月之旅行”》。各類著作總字數(shù)超過600萬字。

書籍目錄

前言1 齊伯林發(fā)明硬式飛艇2 齊奧爾科夫斯基創(chuàng)立航天學3 萊特兄弟發(fā)明飛機4 布萊里奧飛越英吉利海峽5 DC-3現(xiàn)代民航機的誕生6 噴氣發(fā)動機的發(fā)明7 第一架實用直升機VS-300誕生8 戈達德發(fā)明液體火箭9 德國V-2導彈的誕生10 耶格爾首次突破音障11 噴氣客機的誕生與發(fā)展12 超音速戰(zhàn)機更新?lián)Q代13 隱身技術的出現(xiàn)與成熟14 X-15完成高超音速飛行15 超音速客機的誕生與身退16 第一顆人造衛(wèi)星誕生17 加加林首飛太空18 通信衛(wèi)星的誕生與發(fā)展19 前蘇聯(lián)宇航員首次完成太空行走20 雙子星座飛船完成軌道對接21 美國宇航員成功登上月球22 火星探測取得的進展23 外行星探測及飛出太陽系24 前蘇聯(lián)成功發(fā)射空間站25 美國研制成功航天飛機26 和平號空間站發(fā)射與運行27 哈勃望遠鏡的發(fā)射28 全數(shù)字化研制的波音777客機面世29 國際空間站開始建設30 中國神舟號飛船首次飛行

章節(jié)摘錄

插圖：1 齊伯林發(fā)明硬式飛艇載人熱氣球和氫氣球于1783年先后誕生，人們開始嘗試給氣球加裝動力，使之能夠操縱向一定方向飛行，這樣氣球就演變成了飛艇。自1852年飛艇出現(xiàn)后近半世紀，盡管不少人想盡各種辦法改進飛艇，但它始終沒有達到實用階段。20世紀初，硬式飛艇的發(fā)明終于改變了這一局面，使之在許多方面有了用武之地。飛艇的出現(xiàn)1784年即載人氣球發(fā)明后的第二年，人們開始研究如何改進氣球的飛行性能。法國軍官梅斯涅設計出一艘飛艇，邁出了從氣球到飛艇的重要一步。他采用橢圓氣囊代替球形氣囊，以減少飛行阻力，同時設計了水平安定面以改善飛艇的穩(wěn)定性。由于缺少經(jīng)費，梅斯涅的飛艇沒有建造。同年9月，法國的羅伯特兄弟建造了一艘飛艇，采用人力驅(qū)動。由于推力很小，根本無法控制飛艇的飛行。自羅伯特飛艇之后，人們又提出了許多設想，大家面臨的同一問題是發(fā)動機動力不足。可以說，合適的動力裝置已經(jīng)成為飛艇發(fā)明的關鍵。1851年，法國工程師吉法爾制造了一臺小型蒸汽機，功率為2.24千瓦，重約160千克。這臺蒸汽機在當時條件下已是相當精巧了。吉法爾設計的飛艇長43.89米，最大直徑約11.9米，氣囊容積2497立方米，采用氫氣作為浮升氣體。1852年9月24日，吉法爾駕駛飛艇從巴黎起飛，飛行了約28千米后在特拉普斯附近降落。這是人類歷史上第一次成功的飛艇載人飛行。由于動力不足，在9月24日的飛行中無法逆風回到起飛地點，只好用火車運回。第二次技術革命給人們提供了兩種動力裝置：電動機和內(nèi)燃機。由于有了新的動力裝置，飛艇的速度開始提高，操縱性也隨之改善。到了1884年，法國人雷納德和克雷布制造的“法蘭西號”飛艇完成了第一次完全可控制的飛行。這艘飛艇采用電動機為動力，在1884年8月9日的試飛中，“法蘭西號”在23分鐘內(nèi)完成了8千米的圓周飛行。第一個把汽油發(fā)動機成功地用在飛艇上的，是僑居法國的巴西人桑托斯.杜蒙。自1899年開始，他共建造了14艘以汽油發(fā)動機為動力的小型飛艇。1901年10月19日，他駕駛第6號飛艇圍繞埃菲爾鐵塔飛行了一周后安全返回原地，飛行時間29分半鐘。從吉法爾到杜蒙，都沿用了氣球的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)在飛艇技術上稱為“軟式結(jié)構(gòu)”，即采用一個氣囊，內(nèi)部充人輕于空氣的氣體并使之達到一定壓力，這樣氣囊就可以產(chǎn)生一定的浮力，同時保持一定的形狀。在氣囊的下部用繩索吊掛吊艙，吊艙上裝有操縱裝置和動力裝置并搭乘人員。這種軟式結(jié)構(gòu)保留了氣球結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。但是由于氣囊形狀是由內(nèi)部氣體壓力維持的，所以結(jié)構(gòu)剛度較差；另外由于織物本身強度的限制，承受集中載荷的能力也很有限。在當時的條件下，軟式飛艇的體積很難超過20000立方米，這就大大限制了飛艇的運載能力和續(xù)航時間。要克服這個弱點，使飛艇有較高的使用價值，就必須擺脫氣球結(jié)構(gòu)形式傳統(tǒng)的影響，另辟新徑。硬式飛艇發(fā)明過程19世紀末到20世紀初，內(nèi)燃機和鋁合金材料的出現(xiàn)，使硬式飛艇的發(fā)明有了可靠的技術基礎。但是，“機遇只偏愛有準備的頭腦”，這個有心人就是德國軍官齊伯林。他發(fā)明的“硬式飛艇”直到20世紀30年代后期一直領導著飛艇技術的潮流。從1887年開始，齊伯林就計劃建造一只不同以往的、能夠完成長途運輸和空中作戰(zhàn)等多種任務的大型飛艇。為了達到這一目的，齊伯林開創(chuàng)了一種全新的結(jié)構(gòu)——硬式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點是：艇身全部采用鋁制框架制成，框架外部有織物蒙皮?？蚣艹v向的長梁外，還有十幾個隔框，隔框把整個艇身分為十幾個艙室，每個艙室中放置一個氣囊，一艘飛艇的氣囊就是由十幾個小氣囊組成的。隔框又分為主框和中間框，主框的強度和剛度都較高，可以承受較大的載荷。結(jié)構(gòu)上的改革使飛艇可以大大增加體積，從而使運載能力大為提高。1896年齊伯林成立“飛艇飛行推進協(xié)會”，籌集了一筆資金，開始正式建造LZ-1號飛艇。該飛艇頭部為錐形，艇身為圓柱形。全長128米，直徑11.65米?？蚣苡娩X材制成。全艇共分17個艙室，每個艙室內(nèi)放一個氣囊，內(nèi)充氫氣。氣囊總?cè)莘e為11300立方米。飛艇蒙皮用防水棉織物制成。艇身后部下面有兩個剛性吊掛的發(fā)動機吊艙，各安裝一臺11.8千瓦的戴姆勒發(fā)動機。飛艇的方向舵由四塊鉛垂操縱面組成，頭部尾部各兩塊。飛艇的俯仰是由一塊可前后移動的100千克重滑塊控制的。LZ-1號飛艇共進行了三次試飛，最好的一次是1900年10月17日的第二次試飛，飛行時間約1小時20分。盡管LZ-1號飛艇的試飛情況并不令人滿意，特別是操縱性不佳，但這種飛艇的創(chuàng)新性已十分明顯，這就是：1.采用全金屬結(jié)構(gòu)，使飛艇能永久地保持外形，而無需依靠內(nèi)部氣體壓力作用。2.將整個氣囊分為若干個小氣囊不僅是結(jié)構(gòu)上的需要，而且使飛艇的安全性大大提高，一個氣囊損壞不致使飛艇喪失全部浮力。3.相互獨立的兩套推進系統(tǒng)。4.吊艙與飛艇間采用剛性連接。5.走廊結(jié)構(gòu)，建立了各吊艙間的通道，從而使艇上人員可以往來于各艙室之間，便于相互聯(lián)系和設備的維護。6.飛艇尺寸較軟式飛艇大得多，載重能力更大。1905年，齊伯林建造了LZ-2號飛艇，采用了兩臺功率更大的63.4千瓦的發(fā)動機。LZ-2號飛艇在1906年1月17日試飛，操縱性能良好。1906年秋，齊伯林又建造了LZ-3號飛艇，在當年10月9日和10日的試飛中取得了完全的成功。飛艇操縱性能良好，持續(xù)飛行了4小時以上。由于在尾部安裝了4塊大型水平安定面，使飛艇的穩(wěn)定性大大提高。1907年，德國政府對齊伯林飛艇發(fā)生了濃厚興趣，專門撥出了50萬馬克資助LZ-3號飛艇的試驗。1908年9月24日到30日，LZ-3號飛艇在政府代表的參加下進行了多次試飛。在30日的試飛中，飛艇持續(xù)飛行了37小時，航程達350千米，創(chuàng)造了當時飛艇續(xù)航的最高記錄。自此德國政府確認了齊伯林飛艇的實用價值，開始資助齊伯林的研制工作。1909年，齊伯林創(chuàng)辦了世界上第一家民用航空公司——德萊格飛艇公司。德萊格飛艇公司自成立以來，直到第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)停止營業(yè)，它在德國國內(nèi)共進行1588次商業(yè)飛行，運送旅客34028人次，總航程達173682千米，總飛行時間為3175小時。難能可貴的是，該公司在運營期間，未發(fā)生一次傷亡事故。齊伯林飛艇的興衰1914年7月28日第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)。在大戰(zhàn)期間，各國建造了幾百艘飛艇。其中齊伯林飛艇88艘，其余為軟式飛艇。軟式飛艇在戰(zhàn)爭中主要用于海岸巡邏和反潛艇。英國海軍為了與德國潛艇對抗，從戰(zhàn)爭一開始就加緊研制軟式飛艇。在戰(zhàn)爭需求的直接推動下，英國的飛艇技術后來居上，從1914年到1918年共研制了3個系列的飛艇。其中N.S型飛艇達到了戰(zhàn)時軟式飛艇技術的最高峰。最著名的是N.S.11號飛艇，它在1918年創(chuàng)造了連續(xù)飛行101小時，航程6400千米的軟式飛艇飛行記錄。早在戰(zhàn)爭爆發(fā)前，德國軍方就對飛艇發(fā)生了興趣。從1913年起，國防部每年給齊伯林飛艇公司一定的資助。德國軍方把飛艇編人陸海軍基于兩個目的：一是準備使用飛艇對敵方地面目標進行轟炸；二是用于空中預警。大戰(zhàn)一爆發(fā)，德軍飛艇就頻繁地穿越戰(zhàn)線執(zhí)行轟炸和偵察任務。在戰(zhàn)爭初期，齊伯林飛艇的飛行高度很低，一般在2000米以下，所以不斷被敵方的地面炮火和飛機擊落。1915年春，齊伯林公司推出了LZ-38號飛艇，氣囊容積達到32000立方米，飛行高度提高到了3000米-3300米。它可以攜帶2噸-3噸炸彈，相當于當時一個轟炸機中隊的載彈量。這段時間是齊伯林飛艇的黃金時期，它們不斷被送往西部和東部戰(zhàn)線執(zhí)行轟炸任務。1916年，齊伯林公司研制出氣囊容積為35800立方米的LZ-61號飛艇，飛行高度提高了700米，生產(chǎn)了11艘。協(xié)約國的飛機設計師們并不給齊伯林飛艇以喘息的機會。很快飛機升限突破了6000米。于是德國當局又向齊伯林公司提出制造更大的飛艇的要求。1917年到1918年間，齊伯林公司又建造了4艘68000立方米級的飛艇，飛行高度可達6500米。即使如此仍不能滿足要求，飛機的升限此時已經(jīng)達到8000米了。該級別的LZ-112飛艇在1918年首次出戰(zhàn)就被擊毀。至此德國海軍也只好放棄發(fā)展飛艇的計劃了。從1914年第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)到1919年6月戰(zhàn)爭結(jié)束，德國共投入了101艘齊伯林飛艇參戰(zhàn)。戰(zhàn)爭實踐證明，飛艇由于自身的弱點，不適于作為一種攻擊性武器。齊伯林飛艇雖然在戰(zhàn)爭中被擊敗了，但是硬式飛艇在設計和工藝上卻更趨于完善。戰(zhàn)爭后期，齊伯林飛艇最大容積可達68000立方米，飛行時間可達95小時，飛行速度可達每小時100千米，載重可達13噸。1925年到1926年德國全國共捐獻了200萬馬克，用來幫助齊伯林公司制造一艘巨型硬式飛艇，它就是歷史上赫赫有名的LZ-127“齊伯林伯爵號”飛艇。它長236米，最大直徑約30米，氣囊容積約11萬立方米。安裝5臺418千瓦的發(fā)動機，最大速度為128千米／小時，航程16955千米。艇上各種設施齊全，除40名服務人員外，可搭載旅客20人（短途55人），此外還可攜帶貨物15噸。“齊伯林伯爵號”果然不負眾望，自出世以來屢建功勛。它多次飛往北極，還建立了大西洋兩岸的空中客運走廊。影響最大的一件事是1929年8月8日至29日的環(huán)球飛行。“齊伯林伯爵號”從美國新澤西州出發(fā)，飛越歐洲大陸和西伯利亞抵達日本東京，然后又越過太平洋飛至洛杉磯，最后橫跨美洲大陸返回，歷時21天7小時34分，航程35200千米。1933年希特勒上臺后，他的宣傳部長戈培爾看重飛艇在宣傳上的巨大作用，于1934年撥款50萬馬克給齊伯林公司建造“興登堡號”飛艇，德國航空部也撥款200萬美元。1936年3月4日“興登堡號”飛艇首次試飛成功。知識鏈接“興登堡號”飛艇全長245米，最大直徑41米，總氣囊容積20萬立方米?？蓴y帶載荷重量為19噸。裝有4臺612干瓦的柴油發(fā)動機。飛艇上還裝備有無線電話和無線電報系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可采用長波和短波兩種通訊方式。“興登堡號”的巡航速度為121千米／小時，續(xù)航時間為200小時。在舒適程度上“興登堡號”也居飛艇之首。艇內(nèi)設有豪華的旅客臥室、餐廳、休息室、吸煙室和散步走廊，完全可以和高級客輪的二等艙相媲美。自1936年3月4日第一次試飛，到1937年5月6日失事，“興登堡號”共進行了63次商業(yè)飛行。其中有37次是橫渡大西洋的，總飛行時間是3088小時，總航程達33萬多千米，運送旅客3059人次。但好景不長。1937年5月6日，當“興登堡號”來到美國新澤西州赫斯特湖飛艇場準備降落時，突然起火爆炸。不到一分鐘，這艘名噪一時的空中巨鯨就變成了一堆廢墟。這次事件中共有36人遇難?！芭d登堡號”的失事，以及英美飛艇的幾次重大事故，使飛艇的發(fā)展處于了停滯狀態(tài)。但自20世紀70年代以來，隨著科學技術的進步，飛艇在消沉了約三分之一世紀后，又獲得了新的發(fā)展活力。與飛機相比，飛艇的燃料消耗率更低，續(xù)航時間更長、噪音和環(huán)境污染更小、起降場地更為簡單，使飛艇在環(huán)境監(jiān)測、高空遙感、通訊及電視轉(zhuǎn)播、空中預警及反潛等方面獲得了新的發(fā)展空間。2 齊奧爾科夫斯基創(chuàng)立航天學航天科學的誕生經(jīng)歷了漫長的歷史階段。古代各國都流傳著美妙的太空飛行故事，牛郎織女、嫦娥奔月就是我國民間廣為傳誦的飛天神話故事。這些故事后來激發(fā)文學家創(chuàng)作出膾炙人口的航天科幻作品。這些作品引導許多航天先驅(qū)致力于航天學研究。另外，中國古代發(fā)明的火箭給了航天先驅(qū)者們極大的啟發(fā)，他們認識到只有依靠反作用原理才能實現(xiàn)登天飛行的理想。19世紀末到20世紀初，活躍著一大批航天先驅(qū)者，其中俄國的齊奧爾科夫斯基成就最大，影響也最大，被譽為航天學之父。

編輯推薦

《在科學的入口處:30位航天科學家的貢獻》是“20世紀科學史叢書——在科學的入口處”之一，該書全面而系統(tǒng)地向少年兒童介紹了20世紀科技史。書中萃取了30位航天科學領域科學家的杰出貢獻與感人故事，將人類科學發(fā)展史上的成就、發(fā)展歷程、科學家的獻身精神一一呈現(xiàn)在孩子們面前，激勵和打動著孩子們的心。

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