地球是摇篮，但人类不会永远躺在摇篮里

2024-08-24科学

第三维空间中的自由

人类自诞生以来，就和其他灵长目动物一样，受地球引力制约，生存空间局限于地球表面。或曰：人类生来就是只在一个二维球面——地球表面上活动的生物。

然而，人类绝非甘心如此。几乎每个孩子都有这样的时光：看到鸟儿在空中飞，就希望自己也能长出翅膀到空中自由翱翔。实际上，这不只是孩子的幻想，也是人类美好的向往。

差不多在两个半世纪以前，人类终于能离开地面向空中上升了。但这不是依靠翅膀，而是凭借浮力。1783年，法国的蒙戈尔菲耶兄弟用热空气充填一个亚麻袋，首次升空飘了约2.5千米。19世纪末叶滑翔机兴起，那又宽又平的翼可以载人乘风前进。可是，滑翔机也像气球一样，只能听任风的摆布。

1903年，美国的莱特兄弟在自己设计的滑翔机上装了发动机和推进器，使其速度快得足以在空气中飞行。这就是世界上第一架动力牵引滑翔机，它几乎飞行了1分钟之久。此类飞行器日后有了层出不穷的革新和改进，它们被统称为飞机。

关键在于，要是没有空气的话，那么无论是气球还是飞机，就都不可能离地升空了。人类需要找到某种办法，使物体即使在真空中也能上升。假如用一门巨炮向上发射炮弹，炮弹出膛时的速度越快，就可以射得越高。倘若炮弹前进得非常之快，那么地球的引力就无法迫使它停下来，也更不能将它拉回地面了。将一个物体向上抛射而使之永不返回，所需的速度称为「逃逸速度」。对于地球而言，逃逸速度约为11.2千米/秒。如果一个空心炮弹里面装着人，以这样的速度升空的话，那么他或许就能抵达月球。但是，即使真能造出那样的超级大炮，炮弹发射时的巨大加速度也会置其「乘客」于死地。

人类如何摆脱被禁锢在二维球面上的窘境，在垂直方向的第三维空间中取得越来越多的自由呢？在为此奋斗的历程中，有过哪些惊心动魄的往事？世界各国分别或共同为此作出了哪些贡献？前路遥遥又会遇到怎样的挑战……

航天是一种精神体验

【太空探索通史——从古代世界到星际未来的发现之旅】（以下简称【太空探索通史】）一书，将这个绝对精彩的故事娓娓道来。此书作者罗杰·劳尼厄斯曾任美国国家航空航天局首席航天史学家。他编撰了30余部航天史领域的图书，作品两次获得美国航空航天学会历史类图书奖。英文原版【太空探索通史】于2018年推出，作者在「前言」中声称：「航天不仅是一项尖端工程的巨大成就，更是一种深刻的精神体验，能够进入人类心灵的深处。」细读本书，尤觉此言不虚。

【太空探索通史】涉及的史实千头万绪，作者有条不紊地将它们梳理成10章。头3章依次是「为太空探索奠基」「第二次世界大战推动太空探索进程」和「太空探索成为现实」，记叙太空探索之历史背景与蓄势待发，时间是1957年以前；中间4章为「开启太空时代」「登月竞赛」「新国家，新使命」和「航天飞机与空间站」，剧情是太空探索正式亮相，美苏两国太空争霸，其他航天国家之崛起，以及对航天技术的新思考与新尝试；最后3章是「红色星球的诱惑」「火星之外」和「对太空探索的渴望」，主题是当前正热门的火星探测，更遥远的行星际探测，乃至对未来岁月的展望。

【太空探索通史】中不乏可细细品味的「金句」和颇为中肯的评述。全书每一章各有言简意赅的章首导语，整章内容又组织成诸多各自成篇又彼此呼应的专题。例如，第一章「为太空探索奠基」的导语以此收尾：「直到20世纪初，太空探索才成为现实：俄国人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基、美国人罗伯特·戈达德和德国人赫尔曼·奥伯特三位航天先驱，与遍布世界各地的业余火箭学会一起，迈出了太空旅行的第一步。」此章的专题「用火箭探索太空」，简介齐奥尔科夫斯基其人，及其在20世纪初首先奠定了现代火箭技术的理论基础。世人皆记得他的名言：「地球是人类的摇篮，但人类不会永远躺在摇篮里。」

戈达德则进了一步，开始实际研制火箭发动机。书中紧接着以两个专题「火箭技术」和「第一枚液体燃料火箭」，介绍了他的非凡事迹。1926年3月16日，戈达德发射了第一枚液体燃料火箭。其关键创新之处在于采用汽油作为燃料、液氧作为氧化剂，提高了燃烧效率。与固体燃料火箭相比，液体燃料火箭每消耗一单位质量的燃料，能够产生更大的推力。美国政府在戈达德生前并不重视他的工作，但在他死后，为了利用其数以百计的专利，政府却不得不付出上百万美元，否则研究工作就会停滞不前。

中国航天跑出「加速度」

图片丰富而精美，许多历史照片弥足珍贵，图文所占版面平分秋色，是【太空探索通史】的鲜明特色。例如第二章中的专题「获取纳粹的研究成果、人员和技术」，有一幅盟军刚占领德国不久美国陆军航空兵科学咨询小组成员在哥廷根大学威廉皇帝学会门口的合影，4个人都是名副其实的「大咖」。最右边的是年方34岁的钱学森，右起第二人则是他早先的博士生导师、加州理工学院的冯·卡门。

全书第六章「新国家，新使命」介绍了美国实施「阿波罗」登月计划之后，「许多新兴的航天国家，特别是中国，在自身初始项目的基础上，发展出更强的技术专长」「可以肯定：太空不再是苏联和美国航空航天探索者的专利」。此章的专题「不断扩大的太空俱乐部」，将参与世界航天的70多个国家看作构成了5个基本层次的金字塔。「有很长一段时间，金字塔的顶部都由苏联和美国占领，由这两个国家把其他国家的公民送入太空。1991年苏联解体后，俄罗斯联邦继承了苏联的航天计划。大约10年后，中国的‘神舟’飞船壮大了自己的载人航天能力。自2011年美国航天飞机舰队退役以来，美国一直没有能力自己将宇航员送入太空……当时，仅有俄罗斯和中国这两个国家，能够利用自己的航天器和运载火箭把人送入轨道。」

第六章中有一个专题是「中国的太空探索」。文中说：「中国的太空计划离不开一个人的努力，他就是中国科学家钱学森。」所配的钱学森照片有一个耐人寻味的标题「人才引进与人才流失」，其说明文字是「钱学森获得奖学金，于1935年8月首次来到美国，前往麻省理工学院求学。这位中国学生极具天赋、才华横溢，最终在加州理工学院获得博士学位」。以及第二次世界大战期间「他参与了美国军方的各种火箭项目，还是喷气推进实验室的创始成员。但战后美国普遍存在偏执的反共情绪，钱学森毅然踏上返回祖国的归途」。

书中有多处提到中国的航天事业，包括中国的载人航天计划，并配上杨利伟坐在「神舟五号」飞船返回舱中的大幅照片。在谈论中国建设空间站的计划时，译者加了一个「点睛」的脚注：中国「用短短20个月如期建成空间站，创造了世界航天史上空间站建设的最快纪录，跑出了中国航天的‘加速度’」。

太空探索远未结束

全书最后一章「对太空探索的渴望」之导语，以航天时代人们研发了各种穿越地球大气层的工具破题：「先是发射人造卫星；接着，把人送入太空；随后，是一系列国家太空探索计划——人类登月，建立空间站，以及把探测器发往太阳系的每颗行星和更远的恒星际空间。但是，更大的挑战还在后面。」

未来太空探索的更大挑战，是从地球之外获得深空探测所必需的更多资源，如太阳能发电和勘测小行星矿产资源等。从长远来看，目标会更宏大。「人类将来可能会进行更远的恒星际旅行，我们的后代甚至可能会发现很多类地行星，并移居过去……再经历数十年发展，人类会更接近这些目标。太空探索甚至能让人类懂得，该如何更好地生活在我们这个体积不大，但又弥足珍贵的星球上。」可见，作者也像卡尔·萨根和艾萨克·阿西莫夫那样，是一位理性而非盲目的乐观主义者。

此章从如何研制下一代更便宜、更可靠和更易于维护的火箭，如何降低太空探索的成本谈起，接着介绍了空天飞机的研制。空天飞机的概念其实很简单：它可以从普通飞机跑道上起飞，采用喷气式发动机使之上升到约13700米的高度，达到超音速。然后，飞行员启动飞机的超音速燃烧冲压发动机，从大气中获得氧气并进行压缩作为燃烧液氢所需的氧化剂，将空天飞机加速到超高音速。它可以上升到大气层的边缘，再像传统的飞机一样降落。空天飞机面临许多技术困难，人们对此也不乏争议，但很多人依然坚信：「可重复使用的空天飞机是宇航员往返国际空间站更廉价、更安全的方式。」它使宇航员重返地球时，能离开原定的轨道，在他希望降落的地方着陆。

本章的后续部分，愈发「脑洞大开」，令人读来兴味盎然。作者云：「太空探索的故事远未结束，事实上，它才刚刚起步。」诚哉斯言！

【太空探索通史】英文原著虽然对中国太空探索史时有涉猎，但终究着墨太少。为弥补这一缺憾，郑永春特撰长文【中国太空探索简史】作为本书附章，介绍中国在人造地球卫星、载人航天与空间站、月球与深空探测等诸多方面取得的重要成就。附章从中国几千年来的天文传统说起，展示国人拥抱航天科技、走向星辰大海的文化基础，古今衔接殊为得当。

读罢全书，掩卷沉思。「昨天的梦想，今天的希望，明天的现实。」罗伯特·戈达德的警句又浮现脑际。