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~~空空如也
1.1 业余火箭研究的兴起

这本书很好,希望坚持更新。
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1、帖子图片必须上传,请编辑帖子(论坛学术板块均支持长期编辑),把图片上传。
2、楼主并没有详细的介绍翻译项目的背景(比如楼主是否主要译者),……

谢版大提醒,已经修改。
p.s. markdown中夹杂html标签实在是不优雅,希望编辑器能支持markdown脚注扩展。

业余火箭研究的兴起

1929-30年,军械局开始了小规模的固体火箭研究;与此同时,液体火箭技术在VfR以及其他火箭爱好者的热切期望中开始发展。形势已经比较明晰,业界需要一次理论走向实践的推动。早在1924年,奥伯特和瓦里尔就在富豪和企业中为火箭研发寻找投资人。瓦里尔的努力促成了他与欧宝的短暂结盟,合作将黑火药火箭应用于汽车或其他运载工具上进行特技表演。这些寻求宣传的举措,并不能在短期内促进火箭的研发,却正好成为最后一根稻草,压垮了易怒多疑的奥伯特和不懂技术的瓦里尔之间本已紧张的关系。与航天浪潮中大多数人一样,二人不约而同地选择了以19世纪末20世纪初那些史诗般的独立发明家为榜样,如爱迪生,狄塞尔和福特。他们期待有远见、有实力的投资人为他们的火箭项目注资,却没有预见到像火箭这样极端昂贵的技术,只能由有国家财政支持的军工复合体来完成。在熊熊燃烧的星际航行的火焰下,航天先驱们热血沸腾,但他们都大大低估了这一技术的复杂性和困难性。

不过还是有先行者得到了有限的企业支持,这其中温克勒第一个开始做了一些严肃性的工作。1928-29年,他首先在布雷斯劳做了一系列先期预备实验,随后1929-31年,在位于德绍的容克飞机制造公司进行了后续工作。容克的老板是著名的飞机设计师雨果·容克(Hugo Junkers),他希望火箭能够助推重型飞机起飞,并且能够成为高速航空器的推进系统。温克勒的先期实验使用了各种类型的推进剂,如乙烷和一氧化氮,最终他选定甲烷和液氧做为主要燃料。液氧是理想的氧化剂,但这种沸点为零下183度的流体很难处理,并且碰到油脂和有机物后很容易爆炸。尽管存在这样那样的困难,1931年3月,在刚刚退出容克并且获得了私人资本赞助后,温克勒成功发射了欧洲首枚液体推进火箭。温克勒的火箭引擎能产生7公斤,约合14磅的推力(气体从引擎喷管中高速喷出会产生推力,因为根据牛顿第三定律,每一个作用力都会产生一个大小相等的反向作用力)。

与此同时,瓦里尔也得到了液氧设备制造商保罗·海兰特(Paul Heylandt)的支持。在柏林南部,海兰特旗下拥有一家工业气体利用公司,1929年末,瓦里尔开始在这里尝试研发使用液体燃料的火箭车。在海兰特的工程师瓦尔特·里德尔(Walter Riedel)(1902-68,未来佩内明德的设计局主管)的帮助下,瓦里尔研制了一种使用煤油和液氧的引擎。由于在燃料的注入和雾化方面存在问题,引擎的表现很不稳定,这也是早期火箭实验者都会面临的严重问题之一。1930年5月17日,周六,时值傍晚,海兰特的另一名年轻工程师亚瑟·鲁道夫(Arthur Rudolph)(1906年出生,未来佩内明德的部门主管)目睹了造成瓦里尔身亡的那场意外。当时他们三人正在主测试架上试验引擎,忽然引擎发生了爆炸,金属碎片如雨而下。里德尔扶住踉跄的瓦里尔,然后跑出去求助。鲁道夫被爆炸震倒,挣扎着来到瓦里尔身边,发现瓦里尔被一块金属碎片刺穿了主动脉。瓦里尔几分钟后身亡,成为这个危险行业的第一个牺牲者。这件事引发了公众轻微的骚动,一项禁止进行火箭实验的议案提交到了议会,但是没有获得通过。海兰特决定退出,但是鲁道夫不会这么容易放弃。

30年代早期,柏林火箭发射场是最重要的火箭团体,这个团体因奥伯特参与《月中女神》的拍摄而成立。1928年末,寄希望于这部电影成为航天浪潮中的一个历史性突破,奥伯特从罗马尼亚来到柏林担任科学顾问。弗里茨是那个时代德国最著名、最有影响力的导演。奥伯特来到柏林后,请弗里茨为他的火箭研发筹集资金。弗里茨劝说UFA影业集团赞助奥伯特,在电影首映时发射一枚平流层探测火箭。但是外西凡尼亚小镇的物理教师奥伯特只是个纯理论派,毫无工程经验,于是他登报征募助手。鲁道夫·内贝尔(Rudolf Nebel)应征了,这位一战战斗机飞行员,带着一张可疑的工程师证书。与其说内贝尔是个工程师,不如说他是个推销员和忽悠学家,他的姓完全可以翻做“云山雾罩”。奥伯特招募的第二个助手是航空航天方面的自由撰稿人:亚历山大·舍列舍夫斯基(Alexander Sherchevsky)。“一个俄国移民,”奥伯特数年后写道,“完全住在污秽中,这个字眼没有夸张。而且我有个感觉,如果把他对着墙扔,他就会杵在那儿。”在另一个场景中,奥伯特描述道:“他是我遇到的第二懒的人。”

三人开始建造火箭,工程很快惨败。俄国人根本没用,不得不让他离开。奥伯特在一次爆炸中受伤。关于火箭性能,电影公司发布了夸大并带有误导性的新闻稿。奥伯特精神崩溃,他没有参加10月15日星光灿烂的电影首映,提前返回罗马尼亚。由于电影公司拒绝报销开支,奥伯特在这次冒险中损失惨重。最终,这个命运多舛的项目转到了内贝尔手中,他先是将发射延迟到11月,接着干脆取消了发射。与此同时,1929年末,VfR会刊《火箭》因严重亏损被迫停办。大多数VfR成员与协会的联系被切断,VfR的成员数量显著下降。位于柏林的领导层因此进行了重组,决定从奥伯特火箭的遗留材料开始,组建一个液体燃料火箭团队。因为内贝尔曾经是奥伯特的全权代表,充满活力且行事灵活,他渐渐开始主导这个团队。

内贝尔开始往返于政府部门、科研院所和企业,寻求资金以继续奥伯特的工作。1930年初他甚至敲开了爱因斯坦以及帝国内政部长卡尔·塞弗林(Carl Severing)的办公室大门。塞弗林部长承诺提供帮助,但是不久他所在的联合内阁就在大萧条的经济压力中崩溃,依靠退役的陆军元帅保罗·冯·兴登堡(Paul von Hindenburg)总统的法令,德国由此进入了孱弱右翼政府掌权的时代。不过内贝尔的努力还是带来了一次成功。他遇到了贝克尔,军械局赞助了一笔不菲的资金,内贝尔的回忆录中记载是5000马克(1200美金)。这笔钱理论上应由奥伯特支配,用于在波罗的海沿岸发射火箭。通过塞弗林或者贝克尔的关系,内贝尔被介绍到帝国化工机构1(Reich Institution of Chemical Technology),这个机构的职能类似于现在的美国(国家)标准局(U.S. Bureau of Standards)。机构总监同意提供车间场地并对奥伯特的火箭引擎进行认证,这对未来的资金筹集很有帮助。

内贝尔给奥伯特发电报,让他回柏林一起工作,奥伯特最终回归。经过一番努力,他们成功建造了一个7公斤推力的汽油液氧引擎。1930年7月23日,测试正式进行,这次测试有一张著名的照片流传下来,包括内贝尔、奥伯特、总监以及助手们。助手中包括了两位未来佩内明德的关键人物:克劳斯·里德尔(Klaus Riedel)(1903-44)和韦恩赫尔·冯·布劳恩(Wernher von Braun)(1912-77)。里德尔(不是海兰特公司的那个里德尔)是个魁梧的年轻工程师和航天爱好者,不久成为内贝尔团队的首席设计师。布劳恩穿着西装,裤子挽到膝盖,看起来正好符合他十八岁的年龄以及富足的社会地位。布劳恩来自普鲁士容克家族,拥有一个他不常用的男爵(Freiherr)头衔。他父亲是德意志帝国高级公务人员,因为没有与针对魏玛共和国的极右派政变尝试保持足够的距离,在1920年被迫辞职。老布劳恩转型成了银行家,与帝国总统兴登堡以及保守派人士联系密切。他对儿子对工程和高科技的热衷感到困惑,因为小布劳恩在1926年遇到奥伯特后就变成了一个狂热的航天爱好者。1930年,布劳恩准备到柏林工程大学(Technical University of Berlin)工程学院读书,这并不是一个贵族通常的职业选择。

Verein_fur_Raumschiffahrt.jpg

VfR柏林团队,Rolf Engel摄于1930年。左起鲁道夫·内贝尔,Dr. Franz Hermann Ritter(总监),Hans Beermüller,Kurt Heinisch,未知,赫尔曼·奥伯特(介绍其UFA火箭),Helmut Zoike,克劳斯·里德尔(拿着Mirak),冯·布劳恩,未知。来源

测试完成以后,奥伯特又返回罗马尼亚,内贝尔则组建了著名的“柏林火箭发射场”团队。内贝尔和里德尔开始为他们代号Mirak(意即“最小火箭”)的项目而工作,这枚火箭使用改进版的奥伯特引擎。内贝尔到处寻找合适的测试场地,最后他发现了莱尼肯多2(Reinickendorf)的一个废弃弹药库,位于柏林北部一个平平无奇的劳工区。在这片高低起伏,树木林立的区域,有很多巨大的混凝土存储仓,这些仓库外边都围着一圈泥制防爆墙。唯一一条通往这里的道路破旧不堪,洼地都变成了沼泽。内贝尔设法从柏林市政和国防部得到了使用许可,1930年9月27日,内贝尔、里德尔等人正式启用了火箭发射场。

柏林团队内部中只有内贝尔知道弹道军需处在这块场地的三年租赁上扮演了关键角色,这个地点甚至都是出自贝克尔部门的建议。但是很快内贝尔和贝克尔交恶,1931年5月,军械局航空处的备忘录显示,贝克尔认为内贝尔不诚实,缺乏“必要的实干、安静和保密意识”,“在报刊上发表敏感文章”只是为了筹钱。保密的问题无疑是最关键的,另外内贝尔公然自我吹捧的行事风格不符合军官团体的预期,二者在文化上存在冲突。1931年春,军械局因此切断了与内贝尔的一切联系。

布劳恩后来这么描述内贝尔的工作方式(modus operandi):

某天,内贝尔带我出门拜访熟人。我们拜会了西门子的某位主管。内贝尔雄辩地介绍了他的计划,包括液体(燃料)火箭引擎,平流层,闪电般跨越大洋以及月球。主管一半困惑一半惊奇,结果就是我们得到了一卡车的焊条。我们带着这车焊条到了城里的电焊店。内贝尔告诉老板我们有很多铝焊的活要做,但是缺乏有经验的技工。片刻之后无现金的交易达成了:内贝尔给他们提供焊条,电焊店负责焊接我们的燃料箱和引擎。

内贝尔几乎让免费成为了惯例,壳牌提供免费的汽油,西门子提供免费的食物。他让失业的技工免费住在仓库里,以此换取他们为项目工作,这些人中很大的部分后来变成了航天信众。迪米特里·马里安诺夫(Dimitri Marianoff),爱因斯坦的“继女婿”3来发射场参观时说道:“你们给你们自己带来的印象是,内贝尔的人都对他们的工作疯狂投入……这些人都没有结婚,也没有人抽烟和喝酒。他们活在只有一个信念的另外的世界里。”但实际上他们并不仅是这么单细胞的动物,他们也会庆祝。布劳恩曾回忆说,他们经常在发射成功后到“城里的酒吧”庆祝。如果情况属实,想必布劳恩付了很多类似的账单,因为其他人大多靠失业补助金过活。

里德尔负责设计,内贝尔负责筹集资金和准备材料,整个团队为一个能飞起来的Mirak而奋斗。1931年5月发射之后,Mirak更名为Repulsor,这是一部流行的德国科幻小说中的宇宙飞船的名字。1931年剩下的时间以及1932年一整年,内贝尔团队进行了数十次各种火箭的试射,其中几次观众需要获得许可才能观看。火箭发射场还公开展示了大型火箭引擎的工作过程,其推力达到50公斤。

内贝尔团队研发的几款引擎和载具配置有几个共同点:使用液氧作为氧化剂,使用易得的汽油作为燃料。后来燃料改为乙醇,这与奥伯特的原始设计一致,因为乙醇中可以兑水,从而降低燃烧室的温度。引擎的冷却是个棘手的问题,高温经常导致喷管壁烧穿,引起爆炸或其他非预期反应。内贝尔团队刚开始把液氧燃料箱放置在引擎周围用作冷却,稍后改进为在燃烧室周围的冷却套管中使用水冷系统,最终设计是将酒精在注入燃烧室前通过冷却套管。这种将燃料在引擎和喷管周围循环流动的技术,被称为“再生冷却”,是当今几乎所有大型火箭引擎的必备特性,奥伯特和其他先行者都曾预言过这种技术。

早期的所有引擎都采用加压的方式将燃料送入燃烧室。内贝尔团队起初依靠液氧自身的蒸发来构造液氧箱中的压强,引入二氧化碳筒给汽油箱加压,但是最终他们采用了更好的方案:使用液氮给两个推进剂箱加压。

内贝尔团队研发的载具都采用了特点鲜明的“鼻式驱动”设计4,这也是那个时代其他大多数团队采用的设计。与那些引擎和尾翼位于后部的普通火箭相比,这个设计将引擎放置于火箭上部,燃料箱紧随其后。维利·莱(Willy Ley)是VfR成员,科普方面的自由撰稿人,1935年为躲避希特勒统治移居美国,根据他的描述,“火箭发射场”团队的研发是从有意模仿经典的黑火药火箭起步的。首枚装有一个稳定杆的“Repulsor”, 火箭的头部装着引擎,然后呈管状的长汽油箱位于引擎的一侧。数个世纪以来,人们使用稳定杆,让火药火箭保持粗略的稳定,在这些年代里,不用说空气动力学定律还未被发现,即使业余火箭实验者掌握了定律,他们也缺乏足够的资源和系统的方法来利用这些知识。这些因为“鼻式驱动”而外观奇特的火箭,表明柏林团队尚未掌握火箭飞行的稳定性和可控性。但是与火箭安全地发射升空,降低对围观者的生命威胁相比,这些其实不那么紧迫。与火箭推进相伴的无穷无尽的烧穿、泄漏、爆炸、阀门管线冻结,这些才是亟待解决的问题。

译注:

1: Chemisch-Technische Reichsanstalt

2: 莱尼肯多夫:柏林市西北部的一个区。

3: 迪米特里·马里安诺夫:俄国物理学者,三十年代曾是爱因斯坦的助手,与爱因斯坦的继女Margot结婚。

4: 鼻式驱动:Mirak将引擎放在整个火箭的最前方,将燃料箱和液氧箱后置,并将他们拉长,处理成为稳定杆的一部分,详情可参照Mirak

文号 / 826564

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