30位航天科学家的贡献
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作者： 李成智编著
出 版 社： 湖北少儿出版社
出版时间： 2008-1-1字数：版次： 1页数： 224印刷时间： 2008/01/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787535340177包装： 平装编辑推荐
本书是“20世纪科学史丛书——在科学的入口处”之一，该书全面而系统地向少年儿童介绍了20世纪科技史。书中萃取了30位航天科学领域科学家的杰出贡献与感人故事，将人类科学发展史上的成就、发展历程、科学家的献身精神一一呈现在孩子们面前，激励和打动着孩子们的心。
内容简介
马克思说：“在科学的入口处，正像在地狱的入口处一样，必须提出这样的要求：‘这里必须根绝一切犹豫；这里任何怯懦都无济于事。’”
20世纪航天科学从飞机升空、火箭运动与航天学理论诞生，到外行星探测和国际空间站的建设，经历了一场伟大的革命；航天工业伴随着航天技术的发展不断进步；20世纪中载人航天技术取得了许多重大的历史性成就。
在20世纪航天科学发展的历史长河里，涌现出30个作出了重大贡献的科学家或科学家群体。他们创立了航天学，发射了卫星，将人类送往太空 ……本书将带你来到20世纪科学的入口处，在这里回望20世纪航天科学发展的历史，了解你想知道的20世纪航天科学发展的一切。
作者简介
李成智，男，1961年出生，黑龙江虎林市人，研究生学历，教授。北京航空航天大学学术委员会委员、北京航空航天大学教学指导委员会委员。学术兼职有：教育部公共管理类教学指导委员会委员，北京市自然辩证法研究会副理事长，中国科学技术史学会理事兼技术史专业委员会副主任，国家自然科学基金公共管理类课题通讯评审专家。入选北京市跨世纪理论人才“百人工程”。
承担过中国科学院、国务院信息办、教育部、中国科协等国家部委委托的科研项目10余项。发表了航空航天史、航空航天发展政策及战略方面的论文30余篇。2000年至今，出版教材及著作10余部，主要有《世界航空发展史》、《世界航天发展史》、《航天技术与社会》、《跨世纪的航空技术》等。此外还出版了一些科普著作，如《飞机的故事》、《航空航天技术》、《千年梦圆——征服天空之旅行》、《直升机世界之“岁月之旅行”》。各类著作总字数超过600万字。
目录
前言
1 齐伯林发明硬式飞艇
2 齐奥尔科夫斯基创立航天学
3 莱特兄弟发明飞机
4 布莱里奥飞越英吉利海峡
5 DC-3现代民航机的诞生
6 喷气发动机的发明
7 第一架实用直升机VS-300诞生
8 戈达德发明液体火箭
9 德国V-2导弹的诞生
10 耶格尔首次突破音障
11 喷气客机的诞生与发展
12 超音速战机更新换代
13 隐身技术的出现与成熟
14 X-15完成高超音速飞行
15 超音速客机的诞生与身退
16 第一颗人造卫星诞生
17 加加林首飞太空
18 通信卫星的诞生与发展
19 前苏联宇航员首次完成太空行走
20 双子星座飞船完成轨道对接
21 美国宇航员成功登上月球
22 火星探测取得的进展
23 外行星探测及飞出太阳系
24 前苏联成功发射空间站
25 美国研制成功航天飞机
26 和平号空间站发射与运行
27 哈勃望远镜的发射
28 全数字化研制的波音777客机面世
29 国际空间站开始建设
30 中国神舟号飞船首次飞行
书摘插图
1 齐伯林发明硬式飞艇
载人热气球和氢气球于1783年先后诞生，人们开始尝试给气球加装动力，使之能够操纵向一定方向飞行，这样气球就演变成了飞艇。自1852年飞艇出现后近半世纪，尽管不少人想尽各种办法改进飞艇，但它始终没有达到实用阶段。20世纪初，硬式飞艇的发明终于改变了这一局面，使之在许多方面有了用武之地。
飞艇的出现
1784年即载人气球发明后的第二年，人们开始研究如何改进气球的飞行性能。法国军官梅斯涅设计出一艘飞艇，迈出了从气球到飞艇的重要一步。他采用椭圆气囊代替球形气囊，以减少飞行阻力，同时设计了水平安定面以改善飞艇的稳定性。由于缺少经费，梅斯涅的飞艇没有建造。同年9月，法国的罗伯特兄弟建造了一艘飞艇，采用人力驱动。由于推力很小，根本无法控制飞艇的飞行。自罗伯特飞艇之后，人们又提出了许多设想，大家面临的同一问题是发动机动力不足。可以说，合适的动力装置已经成为飞艇发明的关键。
1851年，法国工程师吉法尔制造了一台小型蒸汽机，功率为2.24千瓦，重约160千克。这台蒸汽机在当时条件下已是相当精巧了。吉法尔设计的飞艇长43.89米，最大直径约11.9米，气囊容积2497立方米，采用氢气作为浮升气体。1852年9月24日，吉法尔驾驶飞艇从巴黎起飞，飞行了约28千米后在特拉普斯附近降落。这是人类历史上第一次成功的飞艇载人飞行。由于动力不足，在9月24日的飞行中无法逆风回到起飞地点，只好用火车运回。
第二次技术革命给人们提供了两种动力装置：电动机和内燃机。由于有了新的动力装置，飞艇的速度开始提高，操纵性也随之改善。到了1884年，法国人雷纳德和克雷布制造的“法兰西号”飞艇完成了第一次完全可控制的飞行。这艘飞艇采用电动机为动力，在1884年8月9日的试飞中，“法兰西号”在23分钟内完成了8千米的圆周飞行。
第一个把汽油发动机成功地用在飞艇上的，是侨居法国的巴西人桑托斯.杜蒙。自1899年开始，他共建造了14艘以汽油发动机为动力的小型飞艇。1901年10月19日，他驾驶第6号飞艇围绕埃菲尔铁塔飞行了一周后安全返回原地，飞行时间29分半钟。
从吉法尔到杜蒙，都沿用了气球的结构形式，这种结构在飞艇技术上称为“软式结构”，即采用一个气囊，内部充人轻于空气的气体并使之达到一定压力，这样气囊就可以产生一定的浮力，同时保持一定的形状。在气囊的下部用绳索吊挂吊舱，吊舱上装有操纵装置和动力装置并搭乘人员。这种软式结构保留了气球结构简单的优点。但是由于气囊形状是由内部气体压力维持的，所以结构刚度较差；另外由于织物本身强度的限制，承受集中载荷的能力也很有限。在当时的条件下，软式飞艇的体积很难超过20000立方米，这就大大限制了飞艇的运载能力和续航时间。要克服这个弱点，使飞艇有较高的使用价值，就必须摆脱气球结构形式传统的影响，另辟新径。
硬式飞艇发明过程
19世纪末到20世纪初，内燃机和铝合金材料的出现，使硬式飞艇的发明有了可靠的技术基础。但是，“机遇只偏爱有准备的头脑”，这个有心人就是德国军官齐伯林。他发明的“硬式飞艇”直到20世纪30年代后期一直领导着飞艇技术的潮流。
从1887年开始，齐伯林就计划建造一只不同以往的、能够完成长途运输和空中作战等多种任务的大型飞艇。为了达到这一目的，齐伯林开创了一种全新的结构——硬式结构。这种结构的特点是：艇身全部采用铝制框架制成，框架外部有织物蒙皮。框架除纵向的长梁外，还有十几个隔框，隔框把整个艇身分为十几个舱室，每个舱室中放置一个气囊，一艘飞艇的气囊就是由十几个小气囊组成的。隔框又分为主框和中间框，主框的强度和刚度都较高，可以承受较大的载荷。结构上的改革使飞艇可以大大增加体积，从而使运载能力大为提高。
1896年齐伯林成立“飞艇飞行推进协会”，筹集了一笔资金，开始正式建造LZ-1号飞艇。该飞艇头部为锥形，艇身为圆柱形。全长128米，直径11.65米。框架用铝材制成。全艇共分17个舱室，每个舱室内放一个气囊，内充氢气。气囊总容积为11300立方米。飞艇蒙皮用防水棉织物制成。艇身后部下面有两个刚性吊挂的发动机吊舱，各安装一台11.8千瓦的戴姆勒发动机。飞艇的方向舵由四块铅垂操纵面组成，头部尾部各两块。飞艇的俯仰是由一块可前后移动的100千克重滑块控制的。
LZ-1号飞艇共进行了三次试飞，最好的一次是1900年10月17日的第二次试飞，飞行时间约1小时20分。尽管LZ-1号飞艇的试飞情况并不令人满意，特别是操纵性不佳，但这种飞艇的创新性已十分明显，这就是：
1.采用全金属结构，使飞艇能永久地保持外形，而无需依靠内部气体压力作用。2.将整个气囊分为若干个小气囊不仅是结构上的需要，而且使飞艇的安全性大大提高，一个气囊损坏不致使飞艇丧失全部浮力。3.相互独立的两套推进系统。4.吊舱与飞艇间采用刚性连接。5.走廊结构，建立了各吊舱间的通道，从而使艇上人员可以往来于各舱室之间，便于相互联系和设备的维护。6.飞艇尺寸较软式飞艇大得多，载重能力更大。
1905年，齐伯林建造了LZ-2号飞艇，采用了两台功率更大的63.4千瓦的发动机。LZ-2号飞艇在1906年1月17日试飞，操纵性能良好。1906年秋，齐伯林又建造了LZ-3号飞艇，在当年10月9日和10日的试飞中取得了完全的成功。飞艇操纵性能良好，持续飞行了4小时以上。由于在尾部安装了4块大型水平安定面，使飞艇的稳定性大大提高。
1907年，德国政府对齐伯林飞艇发生了浓厚兴趣，专门拨出了50万马克资助LZ-3号飞艇的试验。1908年9月24日到30日，LZ-3号飞艇在政府代表的参加下进行了多次试飞。在30日的试飞中，飞艇持续飞行了37小时，航程达350千米，创造了当时飞艇续航的最高记录。自此德国政府确认了齐伯林飞艇的实用价值，开始资助齐伯林的研制工作。1909年，齐伯林创办了世界上第一家民用航空公司——德莱格飞艇公司。德莱格飞艇公司自成立以来，直到第一次世界大战爆发停止营业，它在德国国内共进行1588次商业飞行，运送旅客34028人次，总航程达173682千米，总飞行时间为3175小时。难能可贵的是，该公司在运营期间，未发生一次伤亡事故。
齐伯林飞艇的兴衰
1914年7月28日第一次世界大战爆发。在大战期间，各国建造了几百艘飞艇。其中齐伯林飞艇88艘，其余为软式飞艇。软式飞艇在战争中主要用于海岸巡逻和反潜艇。英国海军为了与德国潜艇对抗，从战争一开始就加紧研制软式飞艇。在战争需求的直接推动下，英国的飞艇技术后来居上，从1914年到1918年共研制了3个系列的飞艇。其中N.S型飞艇达到了战时软式飞艇技术的最高峰。最著名的是N.S.11号飞艇，它在1918年创造了连续飞行101小时，航程6400千米的软式飞艇飞行记录。
早在战争爆发前，德国军方就对飞艇发生了兴趣。从1913年起，国防部每年给齐伯林飞艇公司一定的资助。德国军方把飞艇编人陆海军基于两个目的：一是准备使用飞艇对敌方地面目标进行轰炸；二是用于空中预警。
大战一爆发，德军飞艇就频繁地穿越战线执行轰炸和侦察任务。在战争初期，齐伯林飞艇的飞行高度很低，一般在2000米以下，所以不断被敌方的地面炮火和飞机击落。1915年春，齐伯林公司推出了LZ-38号飞艇，气囊容积达到32000立方米，飞行高度提高到了3000米～3300米。它可以携带2吨～3吨炸弹，相当于当时一个轰炸机中队的载弹量。这段时间是齐伯林飞艇的黄金时期，它们不断被送往西部和东部战线执行轰炸任务。1916年，齐伯林公司研制出气囊容积为35800立方米的LZ-61号飞艇，飞行高度提高了700米，生产了11艘。
协约国的飞机设计师们并不给齐伯林飞艇以喘息的机会。很快飞机升限突破了6000米。于是德国当局又向齐伯林公司提出制造更大的飞艇的要求。1917年到1918年间，齐伯林公司又建造了4艘68000立方米级的飞艇，飞行高度可达6500米。即使如此仍不能满足要求，飞机的升限此时已经达到8000米了。该级别的LZ-112飞艇在1918年首次出战就被击毁。至此德国海军也只好放弃发展飞艇的计划了。
从1914年第一次世界大战爆发到1919年6月战争结束，德国共投入了101艘齐伯林飞艇参战。战争实践证明，飞艇由于自身的弱点，不适于作为一种攻击性武器。
齐伯林飞艇虽然在战争中被击败了，但是硬式飞艇在设计和工艺上却更趋于完善。战争后期，齐伯林飞艇最大容积可达68000立方米，飞行时间可达95小时，飞行速度可达每小时100千米，载重可达13吨。1925年到1926年德国全国共捐献了200万马克，用来帮助齐伯林公司制造一艘巨型硬式飞艇，它就是历史上赫赫有名的LZ-127“齐伯林伯爵号”飞艇。它长236米，最大直径约30米，气囊容积约11万立方米。安装5台418千瓦的发动机，最大速度为128千米／小时，航程16955千米。艇上各种设施齐全，除40名服务人员外，可搭载旅客20人（短途55人），此外还可携带货物15吨。
“齐伯林伯爵号”果然不负众望，自出世以来屡建功勋。它多次飞往北极，还建立了大西洋两岸的空中客运走廊。影响最大的一件事是1929年8月8日至29日的环球飞行。“齐伯林伯爵号”从美国新泽西州出发，飞越欧洲大陆和西伯利亚抵达日本东京，然后又越过太平洋飞至洛杉矶，最后横跨美洲大陆返回，历时21天7小时34分，航程35200千米。
1933年希特勒上台后，他的宣传部长戈培尔看重飞艇在宣传上的巨大作用，于1934年拨款50万马克给齐伯林公司建造“兴登堡号”飞艇，德国航空部也拨款200万美元。1936年3月4日“兴登堡号”飞艇首次试飞成功。
知识链接
“兴登堡号”飞艇全长245米，最大直径41米，总气囊容积20万立方米。可携带载荷重量为19吨。装有4台612干瓦的柴油发动机。飞艇上还装备有无线电话和无线电报系统，这些系统可采用长波和短波两种通讯方式。“兴登堡号”的巡航速度为121千米／小时，续航时间为200小时。在舒适程度上“兴登堡号”也居飞艇之首。艇内设有豪华的旅客卧室、餐厅、休息室、吸烟室和散步走廊，完全可以和高级客轮的二等舱相媲美。
自1936年3月4日第一次试飞，到1937年5月6日失事，“兴登堡号”共进行了63次商业飞行。其中有37次是横渡大西洋的，总飞行时间是3088小时，总航程达33万多千米，运送旅客3059人次。但好景不长。1937年5月6日，当“兴登堡号”来到美国新泽西州赫斯特湖飞艇场准备降落时，突然起火爆炸。不到一分钟，这艘名噪一时的空中巨鲸就变成了一堆废墟。这次事件中共有36人遇难。
“兴登堡号”的失事，以及英美飞艇的几次重大事故，使飞艇的发展处于了停滞状态。但自20世纪70年代以来，随着科学技术的进步，飞艇在消沉了约三分之一世纪后，又获得了新的发展活力。与飞机相比，飞艇的燃料消耗率更低，续航时间更长、噪音和环境污染更小、起降场地更为简单，使飞艇在环境监测、高空遥感、通讯及电视转播、空中预警及反潜等方面获得了新的发展空间。
2 齐奥尔科夫斯基创立航天学
航天科学的诞生经历了漫长的历史阶段。古代各国都流传着美妙的太空飞行故事，牛郎织女、嫦娥奔月就是我国民间广为传诵的飞天神话故事。这些故事后来激发文学家创作出脍炙人口的航天科幻作品。这些作品引导许多航天先驱致力于航天学研究。另外，中国古代发明的火箭给了航天先驱者们极大的启发，他们认识到只有依靠反作用原理才能实现登天飞行的理想。19世纪末到20世纪初，活跃着一大批航天先驱者，其中俄国的齐奥尔科夫斯基成就最大，影响也最大，被誉为航天学之父。
齐奥尔科夫斯基生平
1857年9月15日，齐奥尔科夫斯基出生于俄罗斯梁赞州的伊热夫斯科耶镇（靠近莫斯科），取名康斯坦丁。他在9岁的时候，由于患了严重的猩红热病而使听觉几乎完全丧失。没受到正规教育，他只能靠借到的几本书进行顽强自学。他的兴趣主要在理论方面，特别是数学、物理学和天文学等。
齐奥尔科夫斯基16岁的时候，父亲送他到莫斯科去求学。虽然他仍无法在学校里学习，但这里的环境显然比乡下优越得多。他在莫斯科的三年多时间里几乎完全钻进图书馆里。在自学过程中，有关飞行和星际航行问题已经开始强烈地吸引着他。这方面的兴趣在很大程度上是受到凡尔纳科幻小说的影响。齐奥尔科夫斯基在1911年回忆说，“在过去很长时间里，我也和其他人一样，认为火箭不过是一种少有用途的玩具。我已很难准确回忆起我是怎样开始计算有关火箭的问题。对我来说，第一颗太空飞行思想的种子是由著名的儒勒凡尔纳科幻小说播下的，它们使我在头脑里形成了确定的方向。我开始把它作为一种严肃的活动。”从那以后，齐奥尔科夫斯基开始关注与这类问题有关的科学理论。
刻苦自学使齐奥尔科夫斯基获得了大量的科学知识，也为他后来的研究工作奠定了重要基础。1880年，他轻而易举地通过了中学教师的资格考试，被分配到波罗伏斯克县担任中学教师。
1892年，齐奥尔科夫斯基移居到卡鲁加的波洛维斯克，在那里仍然担任中学教师。这时他的研究方向转到轻于空气的飞行器——飞艇上面来。他通过计算认为，只要飞艇的体积做得足够大，可以弥补发动机的不足。此外，他建议飞艇采用全金属结构。
这期间是他一生中富有创造力的一段时光，许多航天学重要思想都是在这一时期产生的，包括火箭运动理论。1903年以后，他发表了大量航天学理论文章。十月革命后的1919年，他被选为社会主义科学院的会员，1921年9月苏维埃联邦社会主义共和国人民委员会会议决定他享受特殊养老金。从那时起，他全身心地投入研究工作。
随着世界范围内火箭和太空飞行研究热潮的兴起，齐奥尔科夫斯基的名望在迅速增长。1932年在齐奥尔科夫斯基75周岁生日时，前苏联的各大报纸和杂志都刊登了有关他的事迹和科学成就的长篇文章，斯大林也向他发去了生日贺电，一时间这位老人成了前苏联杰出的英雄。他在新的时代里感到充满了希望。他在给斯大林的信中表达了他的兴奋之情：“我在航空、火箭和太空飞行方面的一切工作都是为了布尔什维克和苏维埃政府——人类文化发展的卓越领袖。我充分相信在他们的领导下，一定能够成功地完成这些伟大的事业。”
齐奥尔科夫斯基为航天事业的发展贡献了毕生精力。他建立了液体火箭运动理论和太空飞行基本理论，为航天学的建立做出了巨大成就。他是位多产的科学家，一生发表了730多篇科学论文和科学幻想作品。
