【蒋迅专栏（六）】那些人类飞行史中的一小步

(本文已于2016年5月发表在《中国社会科学报》科学与人文版。)

当美国宇航员阿姆斯特朗踏上月球的时候，他说了一句著名的话：“这是一个人的一小步，却是人类的一大步。”据说这句话不是他事先想好的，而是即兴说出来的。这句话特别形像，因为他作为个人的这一步，代表的是人类从地球到月球的一大步；是NASA的40万人智慧的结晶。历史上，人类飞行的每一个进步都从一小步开始的。今天我们就来看一看这些小步子在人类从天空到太空中发挥的作用吧。

人类对飞翔的追求已经有上千年的历史。最早的技术有风筝、气球和滑翔机。但遗憾的是，这些追求飞翔的前辈们大多没有为我们留下可以依据的数据。让我们以可靠的信息来看一看人类追求飞天的那些第一步吧。

图1. 奥托·李林塔尔（Otto Lilienthal）

先来说说李林塔尔。李林塔尔搞的是滑翔飞行。虽然不是第一个飞行滑翔机的人，但他是第一位详细记录他的可重复滑翔飞行的人。自1891年，他一共做过两千多次滑翔飞行，直到他在1896年在一次飞行中死亡。他的第一次滑翔飞行只有25米。到他去世的时候，他也只是达到了250米的记录。

图2. 莱特兄弟（Wright brothers）

莱特兄弟的成绩是众所周知的。应该说，莱特兄弟虽然不是进行航空器飞行试验的第一人，但他们首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统，从而为飞机的实用化奠定了基础。但是他们的第一次成功飞行怎么样呢？那是1903年12月17日。奥维尔殿□S驾驶自行研制的固定翼飞机”飞行者一号”实现了人类史上首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行。他飞行了12秒，航程36.5米，时速只有每小时10.9公里。这次飞行被拍成了上图所示的那张著名的照片。

图3. 罗伯特·戈达德（Robert H. Goddard）

说起火箭，人们想到的是那些搭载了人造卫星的庞然大物。但是在火箭出现的最初时期，火箭的飞行远没有如此辉煌的记录。1926年3月16日戈达德在麻萨诸塞州的奥本市成功发射了一枚液体燃料火箭。这枚火箭到达高度为12.5米，飞行2.5秒，时速只达到每小时96公里。很难把一个12.5米的飞行和现代空间活动联系起来。尽管它只上升到了12.5米的高度，这次事件在火箭历史上具有重要的意义。事实上，它是世界上第一枚液体燃料火箭，它验证了火箭的理论。

图4. 尤里·加加林（Yuri Gagarin）

人类从飞机到飞船是冲出地球的第一步。这一步被苏联宇航员加加林走了出来。那是1961年4月12日。加加林乘坐东方一号宇宙飞船从拜科努尔航天发射场起飞，在远地点为301公里的轨道上绕地球一周，历时1小时48分钟后安全返回，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。不到一个月后，美国宇航员艾伦·谢泼德（Alan Shepard）也进入了太空，但他没有环绕地球飞行，只是在一个弹道上飞行了15分钟。

图5. 阿列克谢·列昂诺夫（Alexey Leonov）

第一位实现太空行走的是苏联宇航员列昂诺夫。1965年3月18日，列昂诺夫拴着5米长的安全绳，离开宇宙飞船到达太空环境中进行了了10分钟的活动。

图6. 尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）

接下来就是我们一开始说的阿姆斯特朗登月了。那是1969年7月21日。他与另一位宇航员巴兹·奥尔德林一起登陆月球。阿姆斯特朗在月球上走的最远距离是59米，他们在月球上停留了两个半小时。

图7. 布鲁斯·麦克坎德雷斯 （Bruce McCandless II）

第一个成为“人类卫星”的是美国宇航员麦克坎德雷斯。1984年2月7日，克坎德雷斯搭乘挑战者号航天飞机执行任务。他在没有绳索保护的情况下实现了自由行走，离开挑战者号航天飞机97.5米。他因此成为了第一颗“人类卫星”。与他同一天实现无绳太空行走的还有罗伯特·斯图尔特（Robert L. Stewart）。不过，由於这项技术过於危险，NASA后来没有再采用它。

这些故事告诉我们，不能忽略哪怕是微小的一点点成功。科技的进步往往是从微小走向辉煌的。

图8. LongHairNasaGuy，当年看阿波罗登月的小孩已经成了NASA工程师

但是，这些一小步的背后是什么呢？就拿阿波罗登月来说，当年美国政府投资254亿美元，有40万人参加了这项计划。所以，当我们看到阿姆斯特朗一个人的辉煌时，请不要忘记这些幕后英雄。再来看李林塔尔。他在1896年8月9日的一次滑翔飞行中，从17米的空中摔落，造成脊椎断裂，并于翌日去世，临终前他的遗言是：“少许牺牲是必须的！”让我们也怀念这些为人类飞翔而献身的先驱们。戈达德虽然成功发射了第一个液体燃料火箭，但是他的实验从来没有超过2.7公里，而当时的飞机已经到了15公里的高空，气球更是到了22公里。

图9. 两个小步和两个飞跃

那么下一个一小步是什么呢？应该是登陆火星吧。人类对火星的实地探索始于1960年代。当时美苏发射了一些火星探测器，多以失败告终。1976年9月3日，NASA的“海盗1号”登陆器在火星表面成功著陆，并且成功向地球发回照片。著陆器有三只支撑脚，它一步未移。第一部火星车是在1997年7月4日著陆火星的。NASA的“火星探路者”携带了“旅居者号”安全著陆。“旅居者号”行驶距离仅有100多米。

NASA下一个目标是把人送上火星并安全返回。这一目标跟当年肯尼迪总统提出的在月球登陆异曲同工。虽然NASA估计这个目标将在2030年代实现，但是没有一个明确的时刻表。我们知道，火星和月球有很大的不同。火星距离地球遥远，按现有技术要半年多时间才能到达。改进推进技术是当务之急。在这段时间里，宇航员需要接受宇宙辐射线的风险。这个问题至今没有解决。宇航员在孤独的旅行中还要面对生理上、心理上的考验。火星的遥远限制了地球上物资的提供，这包括宇航员所需的食物和水以及返回地球的燃料。运载能力也是一个大问题。我们都看到了好奇好落地火星的惊险过程。而载人飞行所需送到火星地面的载荷是好奇号的三十多倍。这对升空和着陆都是巨大的挑战。当然这包括返回地球所需的燃料。所以如何能在火星上就地取源也是一个重大课题。这里水是一个关键。带去的水是有限的。我们必须能循环利用。火星上虽然证明存在着水，但人们对如何能使用火星上的水还一无所知。NASA承认，必须开发更多更先进的技术才有可能达到既定目标。而更大的困难可能是财政的支持，而这一点说到底是一个政治问题。

我们看到，人类飞天的那些一小步是一步比一步艰难，但人类从来没有停止过这个征程。每一小步都是一次飞跃，都促进了整个世界的科技进步。我相信，登陆火星这一步需要全世界航天界的合作。否则，火星离我们仍然很遥远。

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