阿利 · 阿初拉莫维奇 · 施坦费尔特(Ари Абрамович Штернф?льд1905—1980)属于这样的一群学者,当醉心于火箭与空间技术好像还是浪费时间的空话,还是一种不严肃的事情,还几乎应受到责备的时候,他们就开始了自己的科学活动。
在那个年代,为了探讨人类征服宇宙空间的问题,只有浪漫的理想和坚定的信念是不够的,还要有决心抛弃那种预言在其他科学与工程领域中很快会出现迅速而巨大的进展的说法。在选择了这条艰难道路的学者与工程师中间,施坦费尔特有着重要的地位。
在科学界,他以《宇宙航行华概论》(1937年)一书的作者而闻名,这本书起到了百科全书的作用,讨论了行将到来的开拓宇宙空间的问题。它对于刚接触这个问题的读者来说,是一本最好的读物,一本真正的《概论》。和其他作者不同的是,他在此书中是全面地看待问题的,同时也叙述了自己的研究。这本书的百科全书性质甚至可以从它的结构上看出来,它从描述太阳系的组成开始,在书末讨论了未来宇宙飞行的相对论效应。当然,这并不是说此书带有纯粹编辑的性质,比如书中有涉及行星间航行的特殊轨道问题的章节,这个问题就是作者提出和解决的。
一一苏联科学院院士赖欣巴哈(Б. Раущеимбах)
我们很少想到,在现代人的头脑中经历了怎样的变革。当我的孙子还是个三、四岁的小孩时,他嘟嘟哝哝地说着卫星、宇宙飞船和登月飞行,就像说他玩的小皮球一样。而现在,他已满13岁了,他会毫不犹豫地去看淡青色冰场上的冰球赛,而放弃来自宇宙飞船上的电视报道。看来,宇宙航行已失去了它迷人的神秘魅力,成为一个科学领域,它丰富着我们关于我们所居住的地球、关于其他行星及太阳系的知识。宇宙航行学带给了我们很多信息,已经极大地造福于我们,将来还会更大地造福于我们。事实上,宇宙航行已经为人们日常所熟知了,大家只能为此而高兴。当然,这给了我极大的良心上的满足,但是,我的内心常常会发生忧郁的震颤。今天这一代人甚至猜都猜不到,那些开拓了通向宇宙的道路的人,曾经克服了何等难以置信的困难。我亲眼目睹了,很多年轻的热情的学者在艰苦的条件下工作,缺少资金和设备,而且很多年里还有来自一些官方要人方面的轻视。这些官方要人中也有著名的学者,可惜他们已经失去了科学预见的能力。实际上,这是两种人的激烈斗争。一方面是死抱着陈腐的观念,把宇宙航行看作神话,认为那是遥远未来的事情,另一方面是怀着大胆的、常常带有冒险性的科学思想的人,他们决心以志愿者所特有的力量来实现这种科学思想。这是新旧之间的斗争。按照人类社会的发展规律,最终总是新的获胜。可是这一胜利需要付出牺牲,不小的牺牲。
我是这些不顾死活的志愿者中间的一员。为了开拓宇宙航行的坦途,在超乎人体力量的旷日持久的斗争中,我从不知疲倦。在涉及科学的问题上,我不是一个谦恭退让的人。对于那些必须为自己科学研究的存在而斗争的人,退让是难以忍受的,而我长期站在斗争者中间。由于没有集体努力的可能,我单独工作,写书撰文阐述我的理论概念,它们涉及宇宙航行学的各个方面,主要有关星际航行的轨道问题。
现在回过头来再谈宇宙航行学给我们的思想方法造成的变化。我想提一下,空间航行有一些现象与地球表面所发生的十分不同。尽管其中很多现象还没有被日常的习惯观念所熟知,但是它们与我们的日常思维并不矛盾,就好比它们并不违背辩证法规律,比如从量变到质变的规律。
我想先讲一件相当有趣的事情。1954年11月我给《哲学问题》杂志送去了一篇论文,题为《论从量变到质变的规律(宇宙航行学的几个例子)》。我们的哲学家们感到奇怪了:“宇宙飞行的辩证法?这是什么样的飞行啊?”结果,论文给退了回来,编为631/54退稿处理。我再说一遍,这事发生在1954年,第一颗人造卫星上天前三年。
1960年1月,我应邀出席了这个杂志编委会的会议。会上谈起了上面提到的论文。结果怎样?它被刊登在这一年的第七期上,还加上了编者按语。
这篇论文的内容大致是这样的:
质和量的哲学范畴可应用于其他科学领域,也可应用于宇宙航行学。我们在此举出几个例子,说明量变转化为质变,就是速度的逐渐的量变引起运动性质的质的飞跃改变。如果把地球表面附近的空气阻力忽略不计,物体水平方向的速度小于回转速度,即第一宇宙速度时,比如保持7,911米/秒;它就会坠向地球表面。如果它的速度达到了回转速度——7,912米/秒,物体就不会坠向地球,而是围绕着地球转。这一飞跃,仅仅由于物体运动速度加大了1米/秒,就使它从地球表面运动转化为宇宙运动。如果继续加大物体的速度,它将围着地球沿越来越大的椭圆轨道运动。但是到了一定的时刻,当它的速度达到抛物线速度11,189米/秒(第二宇宙速度)时,它围绕地球的椭圆轨道转变为抛物线轨道,物体沿着抛物线轨道脱离地球,从而绕地球的运动一下子转变为行星间的运动。如果从地球上的出发速度超过了我们这个行星的抛物线速度,比如12,13,……一直到16.661公里/秒,这个物体将围着太阳沿椭圆轨道运动,并且将周期性地返回起飞点。可是物体速度只要达到第三宇宙速度——16.662公里/秒,它就将永远飞出太阳系。可见,逐渐加大物体的运动速度,它的运动性质就会从行星间运动突变为恒星间运动。
由此可见,我们所分析的宇宙航行中的突变现象可以作为自然界辩证法规律的极好例证,在我们的哲学思想中唤起相应的飞跃。
火箭只要获得越来越大的速度——第一、第二、第三宇宙速度、它就可以到达越来越遥远的宇宙空间。但是人们很少想到,有时候飞得慢一些,却可以早一些到达目的地。这个初看起来自相矛盾的结论,我在几十年前研究宇宙飞行理论问题的工作中就发现了。我所报告的这一结论是很多专家所料想不到的,其中包括著名极地研究者奥托 · 尤尔也维奇 · 施米特(Отто Юльевич Щмидт),他立刻高兴地把我的论文发表在他主编的《自然》杂志1954年第十二期上。这篇论文很快就出现在各国报刊上。
用一句俗话说,在这种情况下,“走得快不如走得巧”。比如说,以相对太阳而减小的速度(但比起从地球的出发速度来是加大)飞向金星,飞行延续时间的缩短过程是逐渐表现出来的。但是有这种情况,随着从地球出发的速度的逐渐加快,有些参数会突然缩小到零。
我在研究火箭飞向另一个行星然后沿着对称的轨道返回地球的问题时,也注意到了宇宙航行中的“突变”现象。问题涉及在另一个行星上等待返回“家”而必须等多长时间。这个问题对于行星际探险的准备与实行有巨大的意义。
可以这样说,这好比发现了大自然奉送给人类的意料不到的珍贵宝藏。
在五十年代初的宇宙航行学文献中,人们公认实行地球 - 火星 - 地球的探险需历时二年八个月。事实上,这样长的火星探险要求最少地使用燃料,从地球的出发速度为11.6公里/秒。
要知道,可以避免让宇航员在缺乏正常的地球环境的条件下生活得这么长,他们的身体与心理都习惯于地球的环境。此外,被迫待在另一个行星上,而今天我们已经知道,这个行星上没有任何生命、这恐怕不会是令人满意的。
那么怎样避免呢?
随着出发速度的加大,火星探险的持续时间自然会缩短,但并不像我们所期望的那种程度。确实,如果速度加大至15.1公里/秒,飞行时间从259天缩短到79.1天,但是在火星上等待对称轨道的时间不仅不缩短,反而更长了,从454天延长到775.5天。结果总共净赢得的时间十分有限。
但是,正如我在宇航时代到来以前好多年就注意到的理论计算所表明的,正如至今为止与实践完全吻合的结果所显示的,当加大出发速度到15.8公里/秒时,出现了意料不到的情况,在这种情况下,可以沿着这样一条轨道飞行,使得被迫在火星上等待的时间缩短为零。这就是说,飞到我们在太阳系中的这个邻居上的宇宙飞船不仅是能够,而且是必须立即返回地球,整个探险的持续时间从两年八个月缩至149.8天。
结果,探险者必须立即回“家”,连朝四周看看的时间也没有。可惜这样一来就失去了探险的全部意义。
这个问题使我无法安宁,不管我身处何地,不管和谁谈话,我都心不在焉。我的思想只集中于一个问题,怎样解决这个难题。为此我对轨道作出了一点小小的修正。正是对宇宙飞船轨道的这个小小修正(我在此不能演示类似的计算,它太复杂了),能够使探险者在火星上待上研究所必需的几天或几个星期。总而言之,探险持续时间的大幅度减少不仅是我们本身努力的结果,那也是大自然的力量,它的礼物应该用来造福人类,而不是让人的生命遭到危险。
在飞向金星的航行中,我们也可以看到(暂时还只是在理论上!)类似的探险持续时间的跳跃性缩短。只是金星探险时,宇航员将不降落在严酷的金星上,尤其是在初期,而是在一个不大的高度上围绕它飞行。
我在1954年1月24日就向苏联科学院作了有关这个问题的报告。
我们每个人都有自己的所谓“最心爱的东西”。在这方面我也不例外。我的《宇宙航行学概沦》出了两版,前后相隔四十年。在这两本装帧很不相同的书的封面上,都可以看到一条古怪的轨迹。它就是我“最心爱的东西”。
这条轨迹是我在最初向法国科学院所作的一次报告中提出的。在这次报告中证明了,先使火箭远离天体中心,比起直接飞向目标来,它所需达到的速度较小,所消耗的燃料也较少。这一难以置信的现象给持不同观点的人,包括著名学者艾尔内斯特 · 艾斯克兰康(Эрнест Эскланкон)造成了惊人的印象,一开始他断定我的结论是错误的,将它从科学院的议程中取消了。但是当我随后成功地向科学院证明了这一观点的正确性以后,他亲自把我的报告送交法国科学院。
以后,由于出现了这个问题的现实迫切性,我又回头来研究它。问题涉及要在一个尽可能近的距离来考察太阳。
地球上一切生命依赖于太阳。如果没有了月亮,如果没有了某颗行星或恒星,我们这颗行星上的生命还会延续下去。但是没有了太阳就没有生命。因此,利用一颗飞到很近距离的火箭来研究太阳,这是十分重要的。这将为人类带来巨大的益处。
我必须承认,在那个时候,我通过计算而绘出了通向太阳的这条轨迹,它使我自己也惊奇万分。这样的事情不止一次。例如,五十年代初,我能够只依靠运算回答一个杂志编辑的问题:通古斯陨石是否有可能是从火星飞向我们的原子能宇宙飞船?我一开始想,在写字台上是难以解决这个问题的,但还是着手工作了。在一系列计算以后,我得出了这样的结论,别说是通古斯陨石坠落的那天(1908年6月30日),就是在那整整一年中,任何火星飞船(如果有这种飞船的话)也不可能沿着逻辑上站得住脚的轨迹飞来。同时我还解决了宇宙航行季节的存在问题。
在地球上我们都习惯了水路交通的航运季节。大家都知道水是会结冰的。而在星际空间,似乎没有什么妨碍运动,随时随处任意飞行。事实上并非如此,尽管宇宙中没有封冻的河流湖泊。那儿的航行季节是其他条件所决定的,必须考虑这些条件。我于1952年3月23日在苏联科学院第三次陨石会议作了有关这个问题的报告。这一报告获得了赞同。
宇宙航行中的许多现象使我惊叹不已,而且因此也使我变得好像是外国人所谓的“奇论大王”。
例如,下面这种现象初看之下难道不是很难猜测吗?在中午12点钟以发射台的倾角向西发射一颗飞向金星的火箭,速度为11.484公里/秒。12小时以后,在同一发射台上,尾随着它再发一颗卫星,速度达16.279公里/秒。它什么时候追上第一颗火箭?
这个问题用我们在学校书本上学到的算术就可以轻松地解答。其实第二个火箭永远也追不上第一个,甚至是飞到相反的方向去了,可能远远地飞到冥王星的轨道上去了。
要说清这一切怎样发生,却不像在地球上那么简单。
我想很多读者能够自己解出这个宇航问题,弄清不可能赶上第一个火箭的原因。
至今为止,约有一百多人实现了在宇宙空间的飞行。可是如果展望未来,而且是不远的未来,情景将大不相同:随着火箭技术的完善,从喷嘴喷出的气体速度将更快。原子能火箭速度将达到每秒15公里甚至更大,而减小超重的问题将不再使火箭设计者过分担忧,因为这时可以延长飞行时间,大幅度减小超重。
那时候,没有经过预先训练的人也可以在发动机工作半小时的过程中忍受身体重量增加50%而不伤害健康。在这样的条件下,宇航火箭可以获得足够的速度,到达太阳系的任何一颗行星。那时候甚至不必要采用组合型火箭了。
原子能火箭在火箭返回地球时也可以减小超重。而经验证明,失重状态是很容易习惯的。
这一切说明,所有人都能进入宇宙航行的时代必定会到来。
宇宙航行学像一棵巨大的橡树,枝干粗壮,新叶繁茂。宇宙航行学各方面的发展与成就可以从所谓大众信息媒介,从现在已广泛传播的专门文献,从各种学术会议的报告中看出。我在此不打算再谈宇宙航行学的未来前景,我为此已干了一辈子。也许我该休息了,我已经75岁,体弱有病。但是我却不会休息,不会无所事事。而且我也没有时间。那么干什么呢?不是写回忆录,尽管不止一家出版社要求我写。我仍然为宇宙航行学而耗费心力。不应该忘记,宇航时代刚刚开始。有很多问题,几十年前我就研究过,现在还没有失去其现实性,重又成为我的研究对象,要使它们能够借助于科学技术新成就而得到解决。
我们大家毫无疑问都为宇宙探测到达太阳系的越来越遥远的空间而感到自豪,人类不能容忍自己居然还没有准备冲向恒星世界。
1928年,法国宇航学先驱罗贝尔 · 艾斯诺 - 贝尔特利(Робер Эсно-П?льмри)首先在相对论基础上研究了飞向恒星的可能性。可是我当时就认为,他是从不正确的基本数据出发的。结果他断定,恒星是人类永远也不能到达的。他称其为“大自然的禁区”。
我根据爱因斯坦的相对论进行了类似的计算,只不过利用了更合乎逻辑的数据,我第一个得出结论,与艾斯诺 - 贝尔特利相反:对最近的恒星的探险,包括返程,在一代人一生中是有可能的。
我将题为《论达到恒星的理论可能性》的这一工作成果于1933年提交天体间航行委员会,它在弗兰西斯 · 培伦(Францис П?рр?н)和艾斯诺 - 贝尔特利的参加下,确认论文是正确的。我为自己取得的成果感到满意,但是再也没有研究过它,因为我认为,飞向恒星的理论就像恒星一样离我们的生活太远了。即使是送出一个自动机,如果它在飞到最近的恒星后返回地球,那儿还有将它送上天的那一代人,这已经是科学技术的了不起的胜利了。
对于我们,我们的儿子与孙子,研究太阳系范围内的宇宙空间和天体已经足够了。
思考宇宙航空学和它的成就,在一开始取得研究成果时,我就想竭力回答这样一个问题:这一切最重要的是什么?
在宇宙航行学还没有成为我们日常习惯的东西,每一次新的宇宙飞行都还是一件轰动一时的大事时,有一次一家杂志向我提出了同样的问题。
我长久地思考着,怎样回答呢?我甚至回忆起报纸上对宇宙事件的描写和评论。看来,要决定什么是宇航时代开始以来最大的成就,并不是轻而易举的。
突然,一个思想浮现在我心中。如此简单,如此明确:这就是:和平;对,我想,宇航时代最伟大的成就将是和平!
[Hαукα u Жuэнь,1985年8月号]