速度战胜引力 速度战胜距离——宇宙航行动力漫谈 李龙臣/文

水能载舟，也能覆舟。这正是人与自然关系的缩影，人在自然环境中诞生和发展，也受自然环境的制约。

人类自古以来就向往着遨游宇宙，但却无法离开地面分寸，其中自有奥妙。17世纪牛顿创立的万有引力学说，揭开了这个秘密。万有引力定律指出，物体都有引力，它们总是互相吸引；引力的大小与物体的质量成正比，与物体之间的距离成反比。人的质量与地球的质量相比，相差十分悬殊，因而引力的大小显得一边倒，总是地球的强大引力吸引着人，把人束缚在地球上而无法进入宇宙空间。

牛顿运动力学还告诉人们，速度是战胜引力的法宝，如果物体的运动速度达到11.2千米/秒，就可以摆脱地球引力的束缚，冲出地球大气层，进入太阳系星际空间遨游；如果达到16.7千米/秒，还可以进一步摆脱太阳的引力，冲出太阳系，进入银河系乃至河外星系遨游。有了速度，还可以巧妙地利用地球引力，使物体绕地球作惯性运动。运动力学告诉我们，物体作圆周运动的条件是要有一个与离心力大小相等、方向相反的向心力作用在物体上。对绕地球作圆周运动的物体来说，地球引力正是可利用的天然向心力。根据地球的质量，在地球表面上，物体的运动速度达到7.9千米/秒，它的离心力大小正好与地球对它的引力（向心力）相等。这就是人们所说的第一宇宙速度。而飞离地球和太阳的速度分别为第二和第三宇宙速度。

那么，如何才能获得这种速度呢？实践和理论研究都证明，凭人类自身肌肉的力量是不可能的。这个速度必须由动力机械来产生。当然，动力机械还必须有动力能源。我们这里把“动力机械+动力能源”简称为动力。

由此可见，寻找合适的动力，正是进行宇宙航行的前提条件。

1883年，俄国人齐奥尔科夫斯基首先从理论上证明，火箭可以作为宇宙航行的动力。1903年，他又发表后来被誉为宇宙航行理论“第一公式”的火箭公式。公式指出，火箭发动机的喷气速度越高、推进剂烧完之后的火箭质量越小，火箭的速度越高。他还指出，只有采用多级火箭接力加速的办法，才能达到宇宙速度。

中国是火箭的故乡。根据《宋史》等史书记载，在公元969或970年，就出现了具有反作用力推进因素的古代火箭。在此后的几百年中，古代火箭在军事上获得广泛应用。古代火箭具有现代火箭的基本组成部分，包括箭头、箭杆（箭体）、羽尾（控制系统）和火药筒（动力系统）。虽然在14世纪末，我国有用火箭做飞行动力的“万户飞天”的勇敢尝试，但古代火箭是无法达到宇宙速度的。

古代火箭使用的燃料是固体黑色火药，它的效能太低。作为宇宙航行动力的火箭，必须采用效能更高的液体燃料。

1926年，美国人戈达德首先研制出液体燃料火箭。16年后的1942年，现代火箭诞生了，那就是用于作战的V-2导弹。第二次世界大战后，在V-2的基础上，除导弹技术迅速发展外，用于发射航天器的运载火箭也幸运而生。1957年10月4日，前苏联首先用捆绑式多级火箭将第一颗人造地球卫星送入轨道；1961年4月12日，又首先使尤里·加加林成为“太空哥伦布”，摘取了“人类第一个太空使者”的桂冠。1969年7月20日，美国的“阿波罗11号”飞船首先将阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球，在地球以外的天体上印下了人类的第一个脚印。在此期间，侦察、通信、气象等类应用卫星，以及探测月球、金星、火星的探测器也纷纷登台亮相。

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