从我们的远古祖先第一次尝试抱着漂浮的树干,飘过一条湍急的河流,人类的远足就开始了。到今天,我们能够搭乘航天飞船抵达月球,不得不感谢科技进步的力量。
我们今天使用了很多东西,比如说数码相机、传感器、尿不湿等等,最初都是为太空探索的,需要而发明的。
来源于战争
航天事业的发展,最初源于火箭技术,而发展火箭最初的目的是为了战争。
在第二次世界大战之前,人们在远程打击方面能做的,只能是把火炮的炮管长度加长,让炮弹在出膛前能够有足够长的时间加速,以获得更大的初速度,这样炮弹就获得了更多的动能,可以打到更远的地方。
德国在第一次世界大战中制造出炮管超过30米长的超级大炮,这种火炮虽然射程超过100公里,但是实在是太笨重,而且发射不了几炮,炮管就变形了,没有办法准确射击了。
到了二战期间,德国人开始研制射程更远,更有威力打击更精准的秘密武器,由于他的保密工作做得特别好,盟军对此所知甚少。
直到1944年秋的一天,一个庞然大物从天而降,落在伦敦西南部的奇袭克地区,并且引起了大爆炸炸死了3个人炸伤了22个人,这个时候盟国才体会到,德国这种新武器的厉害。
和过去靠惯性打击的火炮所不同的是,这种当武器在发射的过程中是可以不断加速的,这就是v2飞弹。
两位顶级人才
不过这种飞弹却没有对德国扭转战局产生什么帮助,因为它的准确性不高,但是这种能够进行远程打击的秘密武器,却让全世界看清了未来远程攻击武器的发展方向。
为了保证德国研制火箭的科学家不落到苏联人的手里,美国派出了以冯卡门和他的学生钱学森为首的一个小组,抢在苏联人之前,找到了德国火箭的负责人,当时年仅32岁的火箭专家冯布劳恩,并且说服他来到了美国。
冯布劳恩在美国几乎赋闲了5年,因为二战以后,美国一直在裁军,1950年朝鲜战争爆发,才给了他重新研制火箭的机会。
而在冷战的另一边,身份是囚徒的科罗廖夫则带领苏联人走在了前面。
科罗廖夫使苏联最杰出的航天科学,他年仅25岁的时候就成为了火箭研制小组的负责人。但是,在斯大林的大清洗中,他因为莫须有的阴谋颠覆罪,遭到逮捕,先是在劳改营里做苦工,后来再没有人身自由的情况下,被安排从事火箭的研究。
二战以后,苏联加紧了对火箭的研究,而仍然在蒙受冤屈的科罗廖夫本着对苏联的忠心耿耿开始领导起火箭研制工作。
竞赛的三个回合
在冷战期间,美苏双方的太空竞赛在很大程度上,就是冯布劳恩和科罗廖夫这两个人的竞赛。
双方的竞赛经历了三个回合。
1
第一个回合是看谁先将人造卫星送入地球轨道,这个回合,科罗廖夫领导的苏联获胜了,获胜的主要原因是,他们的火箭推力大得多。
1953年,苏联在科罗廖夫的领导下,成功发射了ll5弹道导弹射程可达1200公里,射程和运载能力都比德国当年的v2提高了很多,随后,科罗廖夫,研制出了著名的r7火箭运载能力和射程都有巨大的提高。
1957年10月4日,苏联使用,而且火箭成功的发射了世界上第一颗人造地球卫星史泼尼克一号,这标志着人类从此进入了利用航天器探索外层空间的新时代。
史泼尼克一号被赋予了太多的第一,纽约时报当时发表评论说,这颗卫星的发射不亚于原始人第一次学会直立行走,这是一个极高的赞誉。
2
第二个回合是看谁先把人送入太空,这个回合也是以科罗廖夫为首的苏联再次获胜。他们在、经历了数次失败以后,终于在1961年4月12号这一天迎来了人类历史性的时刻。这天上午,苏联宇航员、尤里加加林登上了耸立在拜科努尔航天发射场的东方一号宇宙飞船。
9点07分,火箭点火发射。飞船奔向预定的地球轨道。加加林在完成了环绕地球一周的航行之后,成功跳伞着陆。
虽然加加林的整个太空旅行,只持续了108分钟,中间还遇到了不少小问题,但是这次飞行的意义非凡,它标志着人类第一次进入外太空。
3
第三个回合就是看谁先把人送上月球。这一回合,冯布劳恩不仅完胜,也从此奠定了他在航天史上第一人的地位。
他为阿波罗登月所设计的土星5号火箭,1967年首次发售至今,依然是历史上推力最强大运载能力最强,而且没有发射失败过的火箭。
第三次的失败总结
那么科罗廖夫何以在赢了前两个回合之后,第三个回合完败了?
这其实并非他个人能力不行,而是苏联输在了能量的总量上,这就如同纳粹德国在和竞赛上输给美国,也是能量总量不足所致。
其次,苏联在信息技术和系统工程上水平和美国相去甚远。
最后,苏联还输在了人才总量上。
展开分析一下
1
首先,美国在实施阿波罗计划的过程中显示出强大的国力。
最多的时候,有2万家公司研究机构和大学40万人,直接和间接的参与了这项航天计划。
为了加快研究速度美国在阿波罗计划中采用了高密度的流水线式的研发方式,也就是当第一号火箭发射的时候,第2号在测试第3号在组装第4号在制造第5号在设计研制。
每一枚火箭发射的间隔只有半年,甚至更短。当然,这里面也存在一个问题,如果在中间某个环节发现了问题,已经在流水线上的所有火箭都要全部报废所有的工作都要推倒重来,这样的成本是非常高的。
事实上,在阿波罗计划和之前的双子星座计划中,就有3枚火箭,因此而报废。毫无疑问,美国这是在用能量和钱来换时间,以便抢在苏联人的前面。
2
其次,登月远比载人进入地球轨道难得多,需要火箭技术和信息技术的革命,而后者常常被忽视。
登月首先要保证在月球上着陆的地点准确,而且要保证返回火箭和飞船能够在月球轨道上准确对接。
对于阿波罗登月控制方面贡献最大的科学家是数学家卡尔曼,他在维纳控制论的基础之上提出了卡尔曼滤波,这从理论上保证了火箭能够准确无误的抵达登月的地点。
不过在实现卡尔曼滤波的过程中,又遇到了麻烦,当时控制阿波罗登月的大型计算机还没有今天一台智能手机快,因此完成不了卡尔曼滤波的计算,于是许多控制专家和计算机专家经过努力,在误差允许的范围内,简化的数学模型,这才实现了登月的控制。
在信息技术方面,另一个关键问题是远程无线通讯。
为了确保相距38万公里的地月之间,通信畅通美国发射了很多环月球航天器专门测试地月之间的通信情况。
之后,由摩托罗拉公司提供了月球和地球之间的对讲设备保证了登月计划通信的畅通。
为了在月球上拍摄清晰的影像,瑞典的公司研制出特殊的照相器材,记录了阿波罗登月宝贵的科学和历史资料。
相比之下,苏联在综合国力上,在除了火箭设计的其他技术上,特别是信息技术上和美国都相去甚远,远没有达到能够登陆月球的水平。
即便是在火箭制造上,苏联和美国也有比较大的差距,这包括从火箭发动机的材料、到燃料到加工各方面。
由于制造水平不够,苏联尝试发射了几次登月火箭都失败了。
3双方在人才上的差距。
美国在苏联人率先成功的发射了第一颗人造卫星史泼尼克一号以后,陷入了所谓的史泼尼克危机,因为美国人担心苏联能够将发射卫星的火箭装上核弹头,打到美国。
作为回应美国采取了一系列措施,以夺回技术优势,当年就通过了国防教育法案,这个法案对美国接下来20年的科技人才的培养产生了重大的影响。
同时,美国向世界各国的人才敞开大门,其中包括很多华裔科学家和工程师,而包括冯布劳恩在内的一批德国和欧洲的科学家,起到了关键的作用。
反观苏联,虽然在二战时也把一批德国火箭专家带回到了苏联,但是因为不能够信任他们,又将他们送回去了。
因此,登月的竞赛实际上是苏联和整个西方世界在智力上的比拼。
小结
通过美苏在登月竞赛上的失败,我们可以得出这样四个结论:
直到今天像登月这样的大型项目,依然是在比拼一个国家能够调动的总能量。
登月这种项目是一个极为复杂的系统工程,人们通常能够看到的,只有火箭部分,但是,在他的背后信息系统、控制系统同样重要,从方法论上讲,阿波罗登月的成功是控制论新方法的成功。
登月能够在60年代技术条件和今天相比不算成熟的时间点完成,在很大程度上靠工程师们化繁为简的能力。
任何大型项目的比拼,都是人才的比拼。
任何大型项目的比拼,都是人才的比拼。
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