书城工业108分钟改变世界
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第4章 火箭的故事(3)

但是,摆在贝克尔面前制造批量作战火箭的任务,在当时几乎是不可能完成的。因为,军事工程师们设计时所需要的依据一丁点儿也没有。在德国,没有一个技术研究所从事过火箭领域的工作,工业界也没有人从事过这一业务。甚至找不到哪怕一个发明人,提出一份准备好的方案。

1930年,弹道学部来了一位新人——大尉瓦尔特·多伦贝格尔39 ,他是专业军官,第一次世界大战时在重炮部队服务。事情出现了一线生机。多伦贝格尔跟踪着新的动向,甚至参观了星际报道协会会员们制造的Mirak火箭的发射。但是,热情公民们的工作不符合军方需求,多伦贝格尔和领导商定,开始在位于柏林以南27千米的库莫斯多夫炮兵靶场,组织新试验站。

老将把赌注押在天才的年轻工程师维尔纳·冯·布劳恩40身上,因为这位年轻人从青年时代起就迷恋火箭事业。

1932年11月,维尔纳·冯·布劳恩在多伦贝格尔领导下,在库莫斯多夫开始工作,并逐步挑选助手。最开始他的全部“编制”只有机械师海因里希·格柳诺夫; 很快,又来了发动机专家瓦尔特·里德尔41。

维尔纳·冯·布劳恩成为靶场的研究人员之后,通过贝克尔得到一笔军方支持的小额经费,用于进行试验。这些试验和他1934年6月27日成功答辩的论文有关系,他因此论文而成为德国最年轻的技术科学博士。论文名为《液体火箭的结构、理论和试验设想》。因为课题是保密的,其内容在1945年之后才得以发表。

摆在新成员面前的任务是解决大量的实际问题。其中首要的是,什么样的燃料适合批量火箭?“宇宙”火箭制造的先锋们,在酒精—氧、汽油—氧、煤油—氧组合燃料方面已经积累一定经验。石油制品的卡路里大于酒精,但高卡路里也意味着喷流有更高的温度,燃烧室没有冷却便很快失去强度。相应地,燃烧室和尾喷口的冷却也是一大难题。此外,使用酒精可以减少火箭的重量,因为酒精燃烧时所需的氧化剂数量更小:完全燃烧1千克汽油,需要3.5千克氧,而燃烧1千克酒精,只需要2千克氧。

瓦尔特·里德尔还找到使用酒精的另一个理由:火箭发动机在工作过程中,可以向燃烧室内部喷一些水进行冷却。而酒精区别于石油制品之处在于,它可以直接和冷却水混合,不需要另加喷嘴。如果摆在里德尔面前是制造宇宙火箭的发动机,那他可能就选用煤油作为燃料,以期解决下一步的燃烧室冷却问题。但在当时的情况下,更趋向用酒精。

库莫斯多夫站的运营从建立试验台开始。1932年12月,装在试验台上的第一台发动机是以酒精和氧的混合物作为燃料的。但试图启动发动机的愿望以失败告终。发动机毁坏了。接下来是相当令人失望的一年:火箭发动机在极限点烧毁,喷流火焰向着反方向喷射,并使燃料喷嘴着火。但在这些失败中,也曾有过成功,这表明还是可以让发动机工作的。1933年,设计全尺寸发动机的时机到了。发动机好像叫Aggregat—1或А—1。

但马上又出现了发动机的控制问题。正像经验丰富的炮兵瓦尔特·多伦贝格尔预计的,火箭应该以旋转达到稳定,类似陀螺那样。因此,他建议制造战斗部旋转、燃料箱不旋转的火箭。

先是设计А—1火箭,发动机可以工作了。推力显著提高。设计师们决定,可以跳过中间型号方案,立即制造大型火箭,投入下一个设计——А—2。在这种情况下,不仅火箭尺寸要改变,其布局也要改变,因为起稳定作用的旋转部分不再安装在火箭头部,而安装在燃料箱和氧化剂箱体之间的空间。

1934年12月,两枚А—2型号的火箭制造完毕,被戏称为“马克斯”和“莫里茨”,这是德国人极为熟悉的一本儿童读物中一对喜剧人物的名字。他们双双被弄到北海的宝库姆岛,并在圣诞节前不久,被扔在了那里。火箭升至2000米高度,而且,保证推力的不是新发动机,而是旧发动机。

成功的发射鼓舞了设计师们,但也发现了不少问题。人们明白了,使用陀螺是必要的,它不仅能校正火箭对飞行轴线的偏离,还能消除沿着下述三个轴极其微小的振动:航向、横滚、俯仰42。

研究人员探讨了多个火箭稳定方案。例如,建议安装弹翼,实际上讲的是制造有翼火箭,或者火箭飞机。但研究表明,在飞行轨迹的初始段,当速度还不高时,飞翼没有什么效果,而在高空使用飞翼更完全没有意义了。

使用燃气舵面即解决了问题。当时已经知道,如果大气气流极端变化无常,那么,从火箭喷出的气流按其本身特性仍是恒定的。这导致了一个想法,即控制面可以直接安装在“排气管”。第一个这样的方案还是齐奥尔科夫斯基提出的,之后欧波特也提出此构想。后者特别强调,燃气舵面应该以自己的平面压缩喷流来控制火箭。

最终火箭А—3 设计完成。它的头部装满电池,其下方是仪表舱,装有压力表、温度计,还有微型照相机,用以拍摄飞行中仪表的指示。还安装了燃料泄漏的应急装置,借助无线电信号起作用。仪表舱下面是氧气箱,然后是降落伞舱,之后是酒精箱,最后是火箭发动机。А—3设备中安装了带有加速度计的陀螺平台,用于校正火箭飞行中的俯仰和航向,最主要的是有电动伺服电机和用钼制作的燃气舵面。

库莫斯多夫试验站的面积不能满足大规模工作的需求。必须换个新地方。不久,维尔纳·冯·布劳恩就找到了新地方。新的火箭中心建在波罗的海上的乌泽多姆岛,派纳河的入海口,邻近小渔村派纳蒙多。为研究新的火箭武器,德国从预算中拨出2000 万帝国马克。

尽管新的站点叫做亚美尼亚派纳蒙多试验基地,军方和空军却是其权力均等的主人。小岛的森林区域,靠近科尔坪湖东边,被称为“东派纳蒙多”的地方被划给了亚美尼亚人。空军代表则看中了湖北面的一块漫坡地,那里可以建造飞机场。这一地带的名字为“西派纳蒙多”。

乌泽多姆岛的建设轰轰烈烈地展开了:荒蛮中心建起了车间厂房、批量试验站、试验室、液态氧生产厂、电站。岛的北部铺设了机场地面,装备了发射场、试验台。往南,是科技人员城,再远一点的地方是工人宿舍区。岛上修建了铁路和街道。

1937年12月进行了4枚А—3火箭的发射。尽管按要求制造出了发动机装置,但导引和稳定系统没有实现预想的要求。А—3火箭的燃气舵面显得太小,而伺服系统相对控制信号滞后。需要重新审查全部构想。

在标号为А—5 的大火箭新方案布局中,使用了 А —3 的发动机,但装备了更大的石墨燃气舵面。此外,火箭具有更完美的流线型,尾翼做成4个稳定器,并在风洞经过吹风试验,同时,还制作了模型飞机进行投掷试验。最重要的是,А—5上安装了最先进的控制系统。1938年秋А—5 开始发射,仅过一年,和波兰的战争爆发了,这一火箭和全部装备完美无缺地升至12千米的高度。火箭А—5总共发射了25次:开始是垂直发射,后来沿倾斜轨迹发射。设计者们终于可以松一口气了:А—5的飞行证明,所选择的技术方案是正确的。早在对火箭А—3 进行设计的阶段中(1936年夏) ,维尔纳·冯·布劳恩和瓦尔特·里德尔就想制造一种火箭,也就是后来知道的А—4。它应携带1000千克重的战斗部,飞行260千米。根据这些数据可以设计大量各种各样的火箭。但尺寸的选择受制于最浅显的考虑:需要把新武器运送至紧靠前线的地方,因此,最大尺寸就受到铁路隧道宽度、铁路轨道转弯曲率的限制。这样的火箭要求有大功率发动机。为研制此种发动机,天才设计师瓦尔特·基尔着手开始工作。发动机按照里德尔的建议,不仅改善了结构,而且采用专门的离心喷嘴,燃料得到了充分而均匀的燃烧。

在А—4发动机中,还采用了其他新技术:薄片式冷却,燃烧室采用焊接壁板。

火箭А—4的总长度为14.3米,发射重量12.7吨,火箭由四个舱组成。头部本身是重达1 吨的战斗部。下部是仪表舱,其中除仪器外还安装了充满压缩氮气的钢瓶,用于提高燃料箱内的压力(挤出压力)。仪表舱的下方是燃料舱,这是火箭体积最大和最重的部分。乙基酒精位于该舱的上部。从这里通过氧气箱的中心有一条管道,向燃烧室输送燃料。和其他火箭相比,А—4中最重要的新技术是,出现了向发动机喷嘴供燃料混合物的涡轮泵机件。

1940年,火箭中心派纳蒙多突然陷入“口粮吃紧”状态,已经开始的战争贪婪地吸吮着物资,经费也急剧减少。不过,总算在1942年,火箭研制者们得以发射А—4的试验样件。

新的大火箭的第一次试验发射是在1942年6 月13 日,国防部的阿尔伯特·施佩尔和埃尔哈德·米尔西元帅亲临现场。发射景象是那么令人印象深刻,以至于经过25年,施佩尔仍激动地回忆道:“在发射的第一秒钟,一开始好像很勉强,而后,随着庞然大物挣脱束缚的轰鸣声不断增强,火箭慢慢地与基座分离,在几分之一秒时间内,它停在火柱上,之后,便带着长长的呼啸声,钻进低空的云层内。维尔纳·冯·布劳恩的脸,因幸福闪着光。而我,简直被这一技术杰作所震惊——就在我眼前,反驳了人们早已习惯的引力定律,没有任何机械牵引,30吨的重物竟垂直升上天空!”

但是,卓有成效的起飞以失败告终,火箭发动机工作了26 秒,之后,它“扑通”一声栽到距发射地点1.3千米的地上。两个月后,进行了第二次发射。火箭上升到11千米,但在飞行中火箭头部毁坏了。

第三枚А—4火箭赢得了成功。1942年10月3日,一个晴朗的白天,它征服了190 千米的距离。设计师们兴奋无比。但随后的发射却又令人失望。大火箭还需要进一步改进。

1943年2月17日,派纳蒙多的工作人员垂直向上发射火箭,以便了解其“升限”。火箭达到了192千米高度,因此,大约到达了大气层边缘。这枚火箭的壳体上画着坐在月牙上的裸体美女,以纪念弗里茨·朗的科幻电影《月亮上的女人》。

德国的火箭专家们充满热情地要征服宇宙。他们经常讨论制造地球卫星和有人驾驶宇宙飞船的可能性。维尔纳·冯·布劳恩与气象学家和天文学家建立了联系,以便借助火箭进行这些方面的研究。但这一活动遭到高层的禁止,火箭专家差一点被起诉背叛国家和怠工。在“纪律检查”中羁押维尔纳·冯·布劳恩之后,派纳蒙多的研究人员仅能从事火箭在军事方面的应用。

还在1942年春天,英国在德国的间谍就得到情报,派纳蒙多是最重要的军事项目。情报需要核实,英国指挥部开始派遣侦察机前往波罗的海的这一地区。为了不向德国人暴露自己的意图,英国人对从基尔到罗斯多克的所有海岸都进行拍照。过了一段时间,飞行员通报:德国人已经完全平和地对待经常在其上空飞行的飞机了。有一次,一架侦察机带回一张照片,照片显示,某种类似一架小飞机的东西,停在倾斜的发射装置上43。

1943年8月17日晚,德国人得知,英国空军轰炸机队将在波罗的海上空大量集结,但是,什么也来不及做了。夜间,派纳蒙多遭到300多架次重型轰炸机的轰炸,被投下大量炸弹和燃烧弹。轰炸目标是试验台、生产车间和乌泽多姆岛上的小村庄。德国损失735名人员,其中包括主要的发动机专家瓦尔特·基尔。

但是,火箭中心的毁坏,已经不能阻止阿道夫·希特勒了,在他看来,А—4武器可以让英国屈服并在战争中将其抹掉。有一次,帝国部长戈培尔从大本营归来,在《民族观察家报》发表了如下严厉的声明:“元首和我,俯身在大比例的伦敦地图上,标出一些有重要目标的方块。在伦敦狭小的空间,居住着比柏林多两倍的人口。我知道这意味着什么。伦敦已经三年半没有回响空袭警报了。请想想吧,将有何等可怕的苏醒啊!”

“闪电战”(西方国家称为Robot Blitz) 于1944年6月13日清晨打响了。向伦敦的第一波攻击使用了飞航式导弹V—1,这是空军订购的44。当英国军人学会与其斗争后,火箭А—4开始启用,为了宣传,把它称作V—2(来自德文Vergeltung ,意为“报复”)。

火箭攻击从1944年9 月8 日持续至1945年3 月23 日。其间,射向英国大陆上的目标的V—2 超过4000 枚。根据官方数据,英国领土上共落下了1054 枚弹道火箭,死亡2754 人,主要是平民。派纳蒙多的火箭专家们,终究没有能够使火箭达到精确导引,火箭存在着很大的弥散度(从10千米至20千米!) ,致使造成的毁坏极小。大规模利用火箭武器,迫使英国屈服的企图未能得逞。

1945年1月底,苏联军队进攻猛烈,派纳蒙多火箭中心的领导接到疏散的命令。2 月初,由3000 辆汽车和拖车组成的汽车列队,在党卫军护送下,从德国土地上启程。数十名火箭专家、大量技术资料、火箭武器样机和贵重设备,总之,只要能运走的,全部从“神秘之岛”运出。