一本残缺的关于宇宙航天的科普读物.doc

一颗不平常的星星傍晚，天空蓝得像一池清水，深得看不见底。太阳已经接近西边的山头，好象一个鲜红的大圆盘，显得特别柔和，特别美丽。不一会，太阳渐渐沉入重迭的山背后去了。天空的(缺字若干)越来越深.去。这不是流星，流星从天空一划而过，一会儿就不见了。这颗星星却移动和很缓慢。它划过整个天穹，最后消失在天边。会不会是夜航飞机的灯光呢？不会的。夜航飞机有好几盏灯，而且移动的速度比它慢。原来这是一颗人造的星星，是人类劳动和智慧的结晶。人造的星星是怎样飞出地球去的？让这钟星星飞出地球去，必须克服哪些困难？人们能不能乘坐这钟星星，到其他星球上去旅行？你一定很希望了解这些问题，甚至希望乘坐这钟星星，到其他星球上去旅行。那么，现在就让我们来看一看，在飞出地球去的道路上，人们如何迈开了最初的几步，今天还要怎样继续往前走吧！多级火箭登天的梯子飞机和气球能不能飞出地球去？飞机和气球都是空中的骄子。飞机是最快的空中旅行家，气球是高空观测的能手。它们帮助人们离开了大地，使人们能够像鸟儿一样在空中遨游。人们能不能乘着飞机或者气球，一直向高飞，飞出地球，飞到月亮和其他星球上去呢？不能。为什么呢？我们先来看看，飞机和气球为什么能够在空中飞行吧！飞机有一对很大的翅膀，翅膀的上面微微有些弯曲，下面却比较平。飞机前进的时候，空气从翅膀的前言流到后方。因为翅膀的上面和下面的形状不同，从翅膀上面流过去的空气比较快，压在翅膀上的力量就比较小；从翅膀下面流过去的空气的速度比较慢，顶着翅膀的力量就比较大。于是，翅膀下面的空气就把飞机托起来了。气球升到空中的道理与飞机不同。气球没有翅膀，却有一个“大肚子”，肚子里装满了比空气轻得多的气体。所以整个握的比重，比空所还要轻。气球比空气轻，自然就被空气托起来了，就好像把木块按到水底下，木块会被水托上来一样。所以飞机也好，气球也好，都是依靠空气托着往上升的。空气越到高处越稀薄。你看过电影把红旗插上珠穆朗玛峰吧！登山运动员都背着一个氧气筒。这就是因为珠穆朗玛峰很高，山上的空气太稀薄，不够人们呼吸用的。所以登山运动员得自己把氧气带去。珠穆朗玛峰高8882米，还不到9公里，山上的空气已经这样稀薄了。在20公里的高空，空气的密度只有地面的十三分之一；在40公里的高空，只有地面的三百分之一；在100公里的高空，只有地面的一百五十万分之一。空气太稀薄，力量很小，就托不动飞机，也托不动气球了。到目前为止，飞机最高升到34公里多，气球最高升到40公里。要它们再往上升，看来是很困难了。你一定知道，星际空间根本没有空气。飞机和气球离开了空气就不能飞行，因此人们就不可能指望乘坐飞机或者气球飞到其他星球上去了。人们必须寻找别的工具，寻找不依靠空气就能飞行的工具。炮弹哪里去了？什么东西不需要空气就能飞行呢？人们想到了炮弹。炮弹被火药推出了炮筒，它就会飞到空中去，不需要空气的帮助。这时候，空气不但不给炮弹帮忙，反而要阻挡它，使它的飞行速度逐渐减慢。要是在真空的环境里，炮弹没有了空气的阻力，还可以飞得更远。看来，炮弹真是飞向星际空间去的好工具。那么炮弹到底能不能飞出地球去呢？17世纪，欧洲就有两个人做了这样的试验。一个是僧侣，名叫麦尔森，一个是军人，名叫普奇。他们把一门大炮端端正正地竖起来，炮口正对了天顶。他们想：这样打出去的炮弹如果落回来，一定会落在炮筒里；如果不落回来，就说明炮弹已经飞出地球，飞到宇宙空间去了。他们试验了好几次，结果都一样，射出去的炮弹都没有落回来。他们得出了一个结论：炮弹的确是飞到宇宙空间去了。19世纪，法国科学幻想小说作家儒勒·凡尔纳写了一本小说从地球到月亮。在这本小说里，也肯定炮弹是能飞出地球去的。凡尔纳是这样写的：美国巴尔的摩有一个炮兵俱乐部。有一天，炮兵们产生了一个奇怪的念头。他们想，能不能坐着炮弹飞到月亮上去呢？他们于是动手建造一门特殊的大炮。这座大炮口径有3米，长300米。炮弹是铝做的，弹壳厚30厘米，里面坐了三个人。大炮轰的一声，就把坐在炮弹飞船里的人送到月亮上去了。麦尔森和普奇的炮弹，真的飞出地球去了吗？巴尔的摩炮兵俱乐部的炮弹飞船，真的能飞到月球上去吗？不，这是不可能的。麦尔森和普奇的炮弹肯定落到地面上来了，巴尔的摩炮兵俱乐部的炮弹也肯定到不了月球。我们都有这样的经验，我们往天上扔石子，不管扔得多高，石子一定会掉下来。炮弹尽管飞得比石子高得多，最后也还是会掉下来的。那么，麦尔森和普奇为什么没找到他们打出去的炮弹呢？他们没有考虑空中总有些风，会把炮弹吹向一旁；再说，他们的炮筒也不见得和地面完全垂直。炮弹飞得很高，方向稍稍歪一点儿就会偏得很远。所以他们的炮弹一定落到比较远的什么地方去了。为什么石子和炮弹一定会落到地面上来呢？这是地球把它们拉回来的。地球有一股巨大的力量，它使劲地把一切东西往下拉。这股力量就是地球引力。地球引力还使从空中掉下来的东西越掉越快，每过一秒钟，使它的速度每秒钟9.8米。所以一件东西从空中掉下来，在第一秒钟内，落下4.9米；第二秒钟内，又落下了14.7米；第三秒钟内，再落下24.5米.同样地，对于正在上升的东西，地球引力也把它往下拉，使它越升越慢，每过一秒钟，使它上升的速度减低每秒钟9.8米。炮弹刚射出炮口，它的速度大约是每秒钟1公里，以后系于这一秒钟，速度就减低每秒钟9.8米，过了大约100秒钟，它的速度就减到0了。这时候，它就不能再往上升，反而回过头来往下掉，而且越掉越快，最后落到地面上来。麦尔森和普奇的炮弹的结局就是这样，凡尔纳幻想中的炮弹飞船，也决不可能变成现实。要飞出地球去，必须想办法克服地球引力。牛顿的大炮17世纪，英国有个科学家叫牛顿，他已经想到了克服地球引力的办法。在一本书里，他写了这样一段话：“如果在山顶架起一门大炮，用火药的力量把一颗炮弹平射出去，炮弹在落到地面以前，会沿着一条曲线飞过一段距离。如果没有空气的阻力，我们使炮弹的速度增加一倍，它飞行的距离也差不多增加1倍；如果速度增加10倍，飞行的距离也会增加10倍。只要增加速度，就可以随意增加飞行的距离。因此，只要把速度加大到一定程度，就可以使炮弹绕着地球转，甚至飞入宇宙空间，直到无限远。”这就是说，只要有足够的速度，炮弹就可以环绕着地球飞行，而不掉到地面来。也就是说，加快速度可以克服地球引力。为什么有了足够的速度，就可以克服地球引力呢？前面说过，在空中飞得的东西，被地球引力拉着往下掉，在第一秒钟内，它要往下掉4.9米。我们知道，地球是球形的。要是炮弹飞得很快，尽管在第一秒内，它掉下了4.9米，而在它飞过的这一段路程上，地面也向里弯了4.9米。结果，炮弹同地面的距离仍然没有改变。我们看一看附图就很清楚了。炮弹原来在A点，A点距离地面200公里。如果没有地球引力，1秒钟以后，它应该飞到B点。可是地球引力把它拉下4.9米，所以它实际上飞到了D点。D点比A点低了4.9米，可是D点下面的地球比A点下面的地面也向里弯了4.9米，所以D点和地面的距离仍然是200公里。这样，虽然炮弹不断往下掉，可是它始终掉不到地面上来，只好像月亮一样，老是环绕着地球转圈子，成了地球的一颗卫星一颗人造的卫星。三个宇宙速度牛顿的假想，引起了许多科学家的兴趣。科学家算了了算，炮弹究竟要飞得多快，才能环绕着地球不断地转圈子。原来速度要求非常高，至少得每秒钟7.9公里。每秒钟7.9公里，这个速度叫环绕速度，也叫第一宇宙速度。要是炮弹飞得更快一些，会发生什么情况呢？炮弹飞得越快，它转的圈子就越大。当它的速度达到每秒钟11.2公里的时候，地球的引力就拉不住它了。也就是说，它摆脱了地球的引力，真的飞出地球去了。每秒钟11.2公里，这个速度叫做脱离速度，也叫做第二宇宙速度。炮弹达到了第二宇宙速度，摆脱了地球引力，是不是就可以随意乱跑呢？不成，还有太阳的引力在拉着它。它只能跟地球、金星、火星等行星一样，环绕着太阳转圈子，成了太阳的一颗行星一颗人造的行星。要使炮弹摆脱太阳的引力，还得加快它的速度，科学家计算了一下，至少要达到每秒钟16.7公里。每秒钟16.7公里，这个速度就叫做第三宇宙速度。炮弹如果能达到这个速度，就可以飞出太阳系，飞到无边无际的宇宙深处去了。你瞧，速度在这里有多么重要啊！每秒钟7.9公里，这是不让地球引力拉下来的最起码的速度。可是实际上，普通炮弹射出炮口的时候，它的速度只有每秒钟1公里左右，相比之下还差得远着哩。能不能使炮弹的速度达到每秒钟7.9公里呢？要这样做，只有两条路可以走：一条是使炮弹射出炮口的时候，速度达到每秒钟7.9公里；另一条是在炮弹射出炮口以后，使炮弹的速度逐渐加快到每秒钟7.9公里。你一定知道，炮弹是靠装在炮膛里的火药爆炸的力量推出炮口来的。要使炮弹射出炮口的时候，速度增加近7倍，就得用一钟非常猛烈的火药。这钟火药现在还没有找到，看来将来也不可能找到。那么，能不能在炮弹飞出炮口以后，逐渐加快它的速度呢？这也办不到。炮弹本身没有动力装置，也不带燃料。它射出炮口来的时候速度有多快，以后至多只能保持这个速度。所以人们要飞出地球去，必须找到另一钟飞行工具。这钟飞行工具得具备两个最基本的条件：第一个条件，它飞行的时候，不依靠空气。也就是说：它能够在真空的环境中飞行。第二个条件，它本身有动力装置，带得有燃料。在飞行的时候，它自己能够逐渐加快速度。有没有这们的飞行工具呢？有。我们在春节里玩的钻天，就是这样一钟飞行工具。钻天钻天是一钟拴着一根细秫秸的爆竹，有的地方管它叫“起花”，也有的地方管它叫“九龙”。你点着了钻天的药线，它就向后喷出一串火花，嗤的一声，钻到天空里去了。钻天是靠什么飞上天去的呢？钻天里装满了火药。火药燃烧的时候，就生成大量的气体。这些气体从钻天下面的口子往外喷，就把钻天推到天空里去了。为什么朝下喷的气体，却能够把钻天向上推呢？你坐过小木船吧？上岸的时候，你用脚使劲把船头往后一蹬，就跳上了岸。可是船呢？船倒退了，离开了岸边。船倒退，是你蹬得它倒退的；你跳上了岸，却是船把你推上岸来的。原来在你用脚使劲蹬船头的时候，同时产生了两股力量：一股叫作用力，就是你蹬船头的力量；一股叫反作用力，就是船把你推上岸的力量。作用力和反作用力是同时产生的，它们的大小相同，方向恰好相反。还可以做个实验，你把船划到湖中央，停住了，再拿起一块大石头，使劲朝头面扔过去，船也会朝后面退一段路。这时候，你扔石头的力量是作用力，石头同时也推你的手，这股力量就是反作用力。你坐在船上，跟船连在一起，所以船就被推得往后退了。你也许会问：作用力和反作用力既然大小相同，为什么石头扔出去那么远，而船只退后了一点点呢？因为石头比船轻得多。用同样大小的力量，扔轻重不同的两件东西，当然轻的东西要扔得远些。钻天就是被朝下喷的气体所产生的反作用力推到天空中去的。它完全不需要空气帮它的忙。那么，为什么钻天到末了仍然要掉下来呢？你一定能够回答：还是因为速度不够。要知道，钻天的速度达到最快的时候，也还赶不上炮弹呐！可是我们别忘记，钻天跟炮弹不同，它本身有动力装置，还带着燃料火药。我们只要在动力装置和燃料上打主意，就可以使钻天加快速度。现代的火箭就是根据钻天的原理制造的。火箭本身有动力装置，还带着燃料。燃料点着以后，就产生一股气体，从朝下的喷口喷出来。把火箭推上天空去的，就是这股气体喷出来的时候产生的反作用力。当然，火箭的构造比钻天复杂得多。下面就让我们来看看，火箭的高速度是怎样得到的吧！为高速度而奋斗前面说过，一件东西要达到每秒钟7.9公里的速度，才能绕着地球转圈子，不致于被地球引力拉下来。但是实际上，这个速度还是不够的。因为地球外面包着很厚的一层空气。火箭穿过这层空气的时候，就会受到空气的阻挡，速度会逐渐降低。因此火箭要空过空气层，绕着地球转圈子，至少得有每秒钟9公里的速度才行。火箭怎样才能在穿过空气层之前，达到每秒钟9公里的速度呢？也许有人会说：这有什么难办，只要让火箭多带一些燃料。燃料不断地燃烧，火箭就不断地喷气，不断地加快速度，到最后总能达到每秒钟9公里的。这个办法说起来简单，实际上却行不通。燃料必须装在燃料箱里。要多带燃料，就得用更大的燃料箱。燃料箱越大，火箭就变得越重。火箭越重，要加快速度就越加困难。根据现代的技术条件来计算，火箭的空壳和其他各钟装备，至少得有燃料的五分之一重。到了这个限度，燃料的重量增加一倍，燃料箱和其它装备的重量得相应地增加两倍；燃料的重量增加两倍，燃料箱和其他装备的重量得相应地增加两倍。我们知道：用10斤的力气扔一块2斤重的石头，不会比用5斤的力气扔一块1斤重的石头扔得更远。结果燃料虽然增加了，火箭的速度却并不能加快。那么能不能使火箭的空壳和其他装备的重量再减轻一些呢？根据计算，用一般的燃料，使火箭达到每秒钟9公里的速度，燃料的重量应该等于火箭的空壳和其他装备的重量的39倍左右。也就是说，一支1000公斤重的火箭，火箭空壳和其他装备的重量就能占到25公斤左右。鸡蛋和蛋白和蛋黄的重量，只有蛋壳重量的11倍，而蛋壳已经很薄，轻轻一一砸就碎了。如果燃料比燃料箱重39倍，这个燃料箱一定薄得像纸一样，怎么还能装燃料呢？何况火箭还必须有发动机、控制仪器等其他装备呢？所以要使火箭达到绕地球转圈子的速度，还得另找出路。出路终于找到了，这是俄罗斯伟大的科学家齐奥尔科夫斯基的功绩。他第一个想出了火箭列车的设计。这钟火箭列车能够用来加快宇宙飞船的速度，使它不但能达到第一宇宙速度，绕着地球转圈子，成了一颗人造卫生，还能达到第二宇宙速度，绕着太阳转圈子，成为一颗人造行星，甚至达到第三宇宙速度，飞出太阳系，飞向无边无际的宇宙空间。下面我们就来谈谈，火箭列车是怎么把宇宙飞船送到地球外边去的。火箭列车火箭列车就是由几支火箭连接在一起而组成的一支大火箭，所以也叫做多级火箭。为什么单独一支火箭达不到宇宙速度，不能成为一艘宇宙飞船，而许多支火箭组成的多级火箭，却能够使宇宙飞船达到宇宙速度呢？让我们看一看，多级火箭是怎样飞行的吧？多级火箭发射的时候，第一级也就是最下面一级先发动，把整个火箭推向空中，并且达到一定的速度。这时候，第一级火箭里的燃料烧完了，它就自动脱落，第二级火箭马上跟着发动，继续把火箭余下的部分向上推，并且继续加快速度。等到第二级火箭里的燃料烧死完了，它也自动脱落，第三级火箭马上跟着发动，也继续把火箭余下的部分向上推，并且继续加快速度。如果每一级火箭能够加快速度每秒钟3公里，那么到第三级火箭里的燃料烧完的时候，余下的部分的速度就达到了每秒钟9公里。它穿过空气层，受到了空气的阻力，速度虽然得减小一些，但是也超过了每秒钟7.9公里，所以能绕着地球转圈子，不再掉下来了。原来多级火箭所以能达到这样高的速度，主要因为它在消耗了一部分燃料以后，就扔掉了一部分空壳和发动机等其他装备，使余下的部分越来越轻。余下的部分越轻，继续加快速度所需要的燃料就越来越少了。这真是一个绝顶聪明的办法。所以多级火箭必须做得一级比一级小得多。例如有一支三级火箭，它的第三级，也就是最后一级里，装着一个1吨重的宇宙飞船；火箭的外壳和其他装备的重量跟它的运载物宇宙飞船相等，也是1吨；燃料的重量是火箭外壳的、装备和运载物的3倍，即6吨，那么第三级火箭的总重量就有8吨。就是第二级火箭的运载物，如果第二级火箭外壳和其他装备的重量也和运载物相等，是8吨，燃料的重量也是火箭外壳、和运载物的3倍，那么这两级火箭的总重量就是64吨。而这64吨重的两级火箭，就是第一级火箭的运载物，第一级火箭的外壳、装置和燃料跟运载物的重量的比例不变，那么整个火箭就应该重512吨。要减小各级火箭的重量的比例，可以从改进设计、材料、燃料等方面想办法。科学家在这个问题上已经花了不少心血，但是直到现在，发射一艘1.5吨重的环绕地球飞行的宇宙飞船，所用的多级火箭还需要130吨重。多级火箭所以这样重，主要因为它带的燃料多。燃料要是带得不够多，它就不可能发出发射一艘宇宙飞船所需要的巨大的力量。苏联发射绕着地球飞行的东方一号宇宙飞船，所用的多级火箭，大约能发出2000万马力，力量跟50万辆小汽车，或者1000架巨型喷气式飞机相当。这样一比较，你就不难想象发射宇宙飞船的多级火箭该有多么庞大了。齐奥尔科夫斯基早在几十年前，就找到了飞出地球去的基本原理，并且指出多级火箭是飞出地球去的最好工具。但是为什么直到最近几年，宇宙飞船才发射成功呢？找到了基本原理，只是像我们在行军中找到了正确的前进方向，并不等于已经到达目的地。要达到目的地，我们还得一步一步向前走，翻过一座又一座的高山，跨过一条又一条的大河。人们在飞出地球去的道路上，正是这样地闯过了一重又一重的难关，才获得了初步的成功。下面我们就来讲一讲，人们在飞出地球去的道路上已经闯过了哪些难关，今天还必须闯过哪些难关。在飞出地球去的道路上寻找燃料前面说过，火箭里的燃料点着以后，就会向下喷气。火箭就是靠喷气的反作用力推上天空去的。可见燃料的好坏，会直接影响火箭的速度。所以人们为了给发射宇宙飞船多级火箭找燃料，就花费了不少心血。对于多级火箭来说，什么样的燃料才算是好燃料呢？第一个条件是：燃料的单位质量发热量要高。如果有甲乙两钟燃料。在燃料的时候，1公斤甲燃料发出的热量比1公斤乙燃料发出来的热量多，那么甲燃料就更适合用在多级火箭上。为什么多级火箭需要单位质量发热量高的燃料呢？燃料的单位质量发热量高，燃料的时候产生的气体的温度就越高。气体的温度越高，它的体积就越膨胀。气体越膨胀，从喷口喷出来的速度就越快。气体喷出来的速度越快，产生的反作用力就越大，就能更快地使火箭上升的速度加快。第二个条件是：燃料的比重要大，也就是说，单位质量的体积要小。你一定知道，1公斤煤只有一小展示会，1公斤木柴也只有一小把，小公斤秫秸却有一捆。燃料的比重越小，单位质量的体积就越大，携带起来就越不方便。火箭用的燃料比重较大，燃料箱就可以做得小一些，整个多级火箭就可以做得小一些，轻一些。第三个条件是：燃料要比较稳定。这就是要求燃料本身不容易爆炸；它对燃料处和动力装置的腐蚀性要小，燃料的时候容易控制。此外，当然还得要求燃料容易生产，成本比较低。那么，什么燃料符合这些条件呢？普通的火箭常常用火箭做燃料。但是把火药用在发射宇宙飞船的多级火箭上，好象不大合适。火药的单位质量发热量还不够高，燃料后喷出来的速度只能达到每秒钟1500-2000米。火药还有个很大的缺点，它一点着以后，往往在几秒钟内就烧完了，很不容易控制，不能很平稳地把多级火箭推上天空去。为什么火药燃烧的时候不容易控制呢？我们知道，燃烧就是剧烈的氧化。燃烧的时候必需有能够氧化的东西，也必需有供给氧气的东西。火药里同时含有这两钟东西，所以一点着就猛烈地燃烧起来，一刹那间就全部烧完了。固体的燃料一般都有这样的缺点，所以许多科学家都主张不给多级火箭装固体燃料，而装液体燃料。多级火箭用的液体燃料是把可以氧化的东西和供给氧的东西分开来贮存的。举个例子来说，能够氧化的东西是酒精，供给氧的东西是液态氧，它们分别贮存在两个燃料箱里。它们各自通过管流向燃烧室，在燃烧室里混合之后才开始燃烧，所以只要把管子一关断，燃烧就立刻停止。当然也可以把管子开大一些或者关小一些，控制燃烧的进行。多级火箭最常用的液体燃料有酒精和液态氧；还有汽油和硝酸，在这里能够氧化的是汽油，供给氧的是硝酸。这两组燃料的单位质量发热量都比火药高，喷气速度可以达到每秒钟2600-2800米。并且这些燃料的价钱都比较便宜。多级火箭也可以用液态氢和液态氧做燃料，在这里能够氧化的是液态氢；还可以用液态氢和液态氟做燃料，这里虽然没有氧，但是氢和氟化合的时候，也会发出很多热量，情形和氧化一样。这两组燃料的喷气速度可以达到每秒钟4000米。可以液态氢和液态氟都有很大的缺点。液态氢的比重太小，只有水的十五分之一左右。用液态氢用燃料，需要很大很大的燃料箱，这就增加了多级火箭的体积和重量。液态氟的腐蚀性太强，不容易找到合适的材料来做它的燃料箱和动力装置。固体燃料虽然有许多缺点，但是也有一个重大的优点：它所需要的火箭结构比较简单。因此，现在有些科学家又在打它的主意，看看它的缺点有没有什么办法弥补。现在，多级火箭虽然已经把宇宙飞船送到空中去了，人们为它寻找十全十美的燃料工作还在继续进行。战胜高温你看见过流星吗？它在天空里一划而过，留下一道耀眼的亮光。流星是在宇宙间游荡的小石块或者小铁块。它们离地球近的时候，受到了地球的引力，就飞快地落到地球上来。在穿过空气层的时候，它们不断地跟空气分子碰撞，因而温度不断升高，结果燃烧起来，发出一道雪亮的光。多级火箭在上升的时候，要穿过空气层，宇宙飞船从天外归来，也要穿过空气层，它们会不会碰到同样的遭遇呢？多级火箭的问题倒还不太严重，因为它上升的速度是逐渐加快的。在空气稠密的低空里，它飞得还比较慢，等到速度加快，它已经到了空气稀薄的星际空间去了。它的温度还不至于升得太高。宇宙飞船返回地面的情形就严重得多。它从天外归来进入空气层的时候，速度还有每秒7.9公里左右。而且越接近地面，空气越加稠密，它的温度就会越升越高。如果事先没有防御，它就会像流星一样，发出一道雪亮的光，烧成了灰。据计算，宇宙飞船穿过大气层落到地面上，大约要花半个小时，它如果不烧毁，表面的温度可能达到摄氏5000度。摄氏5000度，这是多高的温度呀！太阳表面的温度也只有摄氏6000度。宇宙飞船如果没有特殊的防护，要既不烧毁又熔化是不可能的。为了使多级火箭安全地穿出空气层，为了使宇宙飞船安全地回到地面上来，人们想了许许多多的办法。第一个办法是找出耐高温的材料来做多级火箭和宇宙飞船的外壳。钢在这里是不中用的，它到了摄氏1400度就熔化了。白金算是比较难熔化的材料，但是到了摄氏1700度以上也要熔化。钨要到3380度才熔化，电灯泡晨的灯丝就是用钨做的。可是电灯泡一漏气，灯丝一下子就烧断了。可见钨在空气中很容易烧毁。这些金属都用不上，人们就想到了合金。合金是两钟或两钟以上的金属熔成的新金属。古代的青铜器，就是铜和锡的合金铸成的。合金的性质和原来的金属不同，有的会更加坚固，经得住更高的温度。钨是最难熔化的金属，到了摄氏3380度也要熔化，而某些合金，竟经得住摄氏5000度以上的高温。多级火箭的外壳都是用耐高温的合金做的。人们还想到用“灰”来做多级火箭和宇宙飞船的外壳。灰是燃烧以后生成的东西。前面说过，燃烧就是剧烈的氧化。灰既然是已经氧化了的东西，就不怕它再氧化了。并且一钟金属的氧化物，往往比这钟金属经得住高温。例如铅在摄氏658度就会熔化，而铅烧成的“灰”-氧化铅，却要到摄氏2050度才会熔化。有没有可以用来做多级火箭和宇宙飞船外壳的“灰”呢？有？这就是陶瓷。陶瓷怎么是“灰”呢？我们这里所说的灰，实际上指的是金属的氧化物。而陶瓷就是某些金属的氧化物。当然陶瓷有个很大的缺点，它很容易碰碎。人们就想，也许可以用制造搪瓷的办法，用耐高温合金做多级火箭和宇宙飞船的外壳，外面再敷上一层陶瓷，这样的外壳就不怕氧化，也经得住更高的温度啦。为了使宇宙飞船在降落的时候能冲火烧关，还可以在它的外壳上涂一层特制的塑料。这些塑料在温度高的时候就会蒸发。塑料在蒸发的过程中，会带走许多的热量，使宇宙飞船外壳的温度不至于升得太高。人们还从多级火箭和宇宙飞船的外形上想办法。我们知道，船的头是尖的，这样可以减少空气的阻力。多级火箭和宇宙飞船的头做得太尖却没有，因为又尖又细的头特别容易熔化和烧坏。所以火箭的头应该做得钝一些，宇宙飞船的头更应该做成圆形的，这样容易发散热量。多级火箭飞行的时候，不仅外壳的温度会升得很高，发动机装置内部的温度也很高。火箭喷出的气体非常热，温度达到摄氏2000-3000度，燃烧室和喷气口必须经得住这样的高温。所以人们除了用耐高温的合金来制造燃烧室和喷气口，还给它们装了一个“发汗壁”。你一定有这样的经验，热天出了汗，身子就觉得凉快一些。原来皮肤上的汗珠蒸发的时候，会带走许多热量。发汗壁就是根据这个道理设计的。发汗壁上布满着极细的小孔，小孔里会不断渗出冷却液来。冷却液蒸发的时候，就会被燃烧室和喷气口内壁的温度降低。你看，为了战胜高温，人们又花费了不少心血。战胜严寒在20世纪初，有个英国人叫斯科特，率领了一个船队到南极去考察。他们快要到达南极大陆，正准备登陆，突然船上的油箱全崩裂了，汽油全漏光了。原来油箱焊口上的锡全变成了灰色粉末。考察因此无法进行，船队只好掉转头，开回英国。锡怎么会变成粉末的呢？后来人们才发现，是寒冷在作怪。原来许多东西在温度很低的时候，性质会发生变化。南极虽然冷，还不过摄氏零下60-70度，多级火箭需要经受的低温可比南极低得多。我们在前面已经说过，多级火箭常常用液态氧和液态氢做燃料。氧要到摄氏零下118.8度才能变为液态，氢要到摄氏零下239.9度才变为液态。因此，多级火箭的燃料箱必须经得住严寒的考验。宇宙飞船也是这样，它在星际空间飞行的时候，朝着太阳的半面虽然被晒得很热，另外半面晒不着太阳，温度却会降到摄氏零下200度以下。在摄氏零下200度以下的时候，一些东西会发生什么样的变化呢？那时候，橡皮口袋会硬得像一面铜锣，敲起来当当当响。鸡蛋摔在地上，会像皮球一样弹跳起来。铁器会变得又酥又脆。你瞧，严寒也是多级火箭和宇宙飞船的大敌呢！要是不知道严寒的厉害，糊里糊涂地用铁来做多级火箭的燃料箱，燃料箱一下就冻酥了，这多级火箭还怎么上得了天呢？人们动了许多脑筋，制成了一些比较不怕冷的特钟合金，以及一些特别不怕冷的塑料，来战胜严寒。人们还运用真空来隔绝寒冷。例如把燃料箱做成夹层的，像热水瓶的胆一样。这样一来，燃料箱内的燃料虽然比冰还冷得多，燃料箱外的各钟装备的温度却不致于降得太低，不会受到严寒的伤害。在宇宙飞船里面，从而还装了一钟强迫空气循环的装置。这钟装置能把飞船里这半面被太阳晒热的空气，不断地流到太阳晒不到的另外半面去，使火箭不致辞于半面太冷，半面太热。严寒没有挡住人们飞出地球的道路。但是为了战胜严寒，人们也想尽了办法。亿步穿杨我国古代有个出名的射手，名叫养由基。据说，他能在百步以外，射穿一片杨树的叶子。因此人们一直用“百步穿杨”来形容射击的准确。可是，要把宇宙飞船送到环绕地球飞行的轨道上，特别是送到月球或金星、火星等行星上，“百步穿杨”的准确程度就远远不够了。我们知道，养由基射杨树叶子的时候，杨树叶子是不动的，养由基本人也是不动的，动的只是射出去的那支箭。把宇宙飞船送到月亮上，情形就大大不同了。我们知道，地球在动，它绕着太阳转圈子，每秒钟走30公里；月亮也在动，它绕着地球转圈子，每秒钟走1公里；宇宙飞船当然得动，它离开地球的时候，速度在每秒钟7.9-11.2公里之间。这就好象一个人站在一列飞驰的火车上，开枪射击一只奔跑的野兔。这当然要比百步穿杨困难多了。科学家们算了一下，发射宇宙飞船的时间如果比规定晚了一分钟，宇宙飞船离开地球的速度如果比规定的差了每秒几米，或者飞行方向比规定的偏了十分之一度，这艘宇宙飞船根本就到不了月球。月球还是离地球最近的星球，如果要把宇宙飞船发射到金星、火星或其他的行星上去，准确程度岂不是不仅需要超过百步穿杨，而且需要超过“亿步穿杨”了吗？星际空间实在太辽阔了，相比之下，星就显得非常之小。我们把一只瓢虫比作地球，那么整个太阳系所占的空间，就有一座大礼堂那么大。在这座大礼堂里，有几只大大小小的甲虫，或近或远地绕着礼堂中央的挂灯在转圈子。这些甲虫就是金星、火星等行星。至于从地球上发射出去的宇宙飞船，甚至不及一粒灰尘大。在这种情况下，难怪发射宇宙飞船的准确度要求极高了。宇宙飞船飞回地面，也需要很高的控制技术。在着陆以前，宇宙飞船先要绕着地球转圈子，再打开喷气机，使速度逐渐降低，才会斜着朝地面飞来。宇宙飞船进入空气层，速度已经降低到一定程度，再张开几个大降落伞，进一步使速度降低，然后慢慢着陆。在降落过程中，制动喷气机什么时候打开，喷气的力量该多大，采取什么角度进入空气层，都是十分重要的问题。如果制动喷气机早打开了或者迟打开了1秒钟，宇宙飞船着陆的地点就会跟预定的相差8公里；如果飞行速度相差了每秒钟1米，宇宙飞船着陆地点就可能跟预定的相差几十公里。如果降落的角度差了一点儿，宇宙飞船的着陆地点又会偏得很远。美国在1962年5月24日发射的“曙光7号”宇宙飞船，就因为降落的角度跟预定的差了一点儿，着陆的地点竟跟预定的相差了400公里。为了使多级火箭能把宇宙飞船送到环绕地球飞行的轨道上，或者送到飞向别的星球的轨道上，为了使宇宙飞船能安全地回到地面上来，或者在别的星上着陆，在发射之前，都得先给它们规定好飞行的路线。多级火箭和宇宙飞船的飞行路线是科学家计算出来的。多级火箭必须按照规定的时间发射，按照规定的速度沿着计算好的路线飞行，才能完成预定的任务；宇宙飞船也必须这样，才能预定的目的地。如果在飞行中偏离了预先计算好的路线，多级火箭和宇宙飞船就得校正飞行的方向，改变飞行的速度。怎么才能知道多级火箭和宇宙飞船有没有偏离预先计算好的路线呢？那就得知道它们正在向哪个方向飞行，已经飞到了哪里。星际空间是茫无边际的。多级火箭和宇宙飞船在飞行中，是怎么辨别方向和位置的呢？下面我们就来谈谈这个问题。控制飞行轮船在海洋中航行，是依靠罗盘仪和天上的星星来辨别方向和位置的。罗盘仪上有一磁针。磁针由于地磁的作用，总是一端指南，一端指北。跟磁针一对照，就知道轮船在向哪个方向航行了。多级火箭和宇宙飞船可不可以用罗盘仪来辨别方向呢？不能。因为离开了地球，地磁对磁针的作用消失了。罗盘就不能再指示方向。我们能不能制造另外一种仪器，它像罗盘一样，永远指着一个方向呢？能够。陀螺仪就是这样的仪器。你玩过陀螺吧！把绳子绕在陀螺上，使劲一拉，陀螺就飞快地旋转了起来。它中心的轴老是垂直地指着天。原来凡是飞快地旋转的东西，它中心的轴老是指着一个方向。陀螺仪就是根据这个原理制造的。多级火箭和宇宙飞船在飞行的时候，除了依靠陀螺仪来辨别方向，还跟在海洋上航行的轮船一样，利用星星来辨别自己在宇宙空间的位置。对于星际飞行来说，星星也是最好的路标。恒星离地球非常遥远，它们在天空的位置可以说基本上是不变的。多级火箭和宇宙飞船飞行的时候，只要认定一两颗恒星为基准，随时算出它们跟这一两颗恒星所成的角度，就可以知道自己在什么位置上，是否按照预先计算好的路线在飞行。多级火箭和宇宙飞船还可以利用无线电波带路。它们上面的无线电接收机，可以不断接收从地球上发射的电波或者某些星球上自然发射的电波。根据这些电波传来的不同方向和传递时间的长短，就可以确定飞行的路线是否正确。多级火箭和宇宙飞船如果偏离了预先计算好的路线，它们上面的自动控制系统就会进行纠正。自动控制系统包括测量装置、计算装置和执行机构三个部分。测量随时测出飞行的方向、速度和在空间的位置。计算装置随时算出飞行的情况和预定的有什么不同，应当如何纠正。执行机构根据计算结果，随时开动有关的机器，调节速度，纠正方向，使多数火箭或宇宙飞船回到预先计算好的路线上来。除了自动控制系统，载人的宇宙飞船还可以由宇宙飞行员操纵飞行。还有一种留在地球上的操纵多级火箭和宇宙飞船的装置。这种装置叫“遥远控制装置”。遥远控制装置根据多级火箭和宇宙飞船发回来的无线电信号，就能测量出它们的飞行情况，如果发现它们偏离了预先计算好的路线，立刻向它们发出无线电信号，开动它们上面的执行机构，纠正它们的飞行。遥远的信息宇宙飞船飞出地球后，地球上的人还需要经常跟它们联系。地球上的人需要随时了解它的飞行情况，控制它们的飞行。它在星际空间搜集到的各种科学资料，也需要随时向地球上的人报告。如果它离开了地球，就不能和地球上的人联系，那么发射宇宙飞船就没有多大意义了。人们靠什么跟宇宙飞船联系的呢？靠无线电波。无线电波是一位忠实的看不见的传信人。但是，人们用无线电波跟宇宙飞船联系，并不是件容易的事。因为第一，它和地面之间的距离太远了；第二，宇宙飞船的位置随时在变化，它的速度很快。我们打开收音机，可以收听到世界各地的广播。电台的广播就是用无线电波传递的。我们收听到的广播，各个电台的声音是不一样的，有的的清楚一些，有的不大清楚。原因很简单，因为有的电台电力强，有的电台电力弱。如果两个电台一样远，电力强的电台的广播，我们听得就清楚得多。如果两个电台的电力一样强，离我们比较近的电台的广播，我们就听得清楚得多。在地球上，离我们最远的广播电台有多远呢？我们知道，绕地球赤道一周大约是40000公里。这就是说，地球上任何一个地方和另一个地方的距离，最远不过20000公里左右。因此，我们的收音机所收到的电波，最远不过是20000公里以外的地方发出来的。实际上，20000公里以外的电台的广播，一般的收音机已经很不容易收到了。而星球之间的距离比这还要远得多。月球离我们就有大约380000公里，金星和火星离地球最近的时候也有几千万公里，从那里传来的电波，真是微弱得难以想象。打个譬喻说：一个40瓦的无线电发射机，从几千万公里以外发回地球的讯号，电波微弱的程度，就像把一杯开水倒在太平洋里，海水温度因而增高的程度一样。你可以想象到，这样微细的温度差别，不但手摸不出来，就是最灵敏的仪器也很难测量出来。如果人们没有接收这样微弱电波的本领，宇宙飞船就没法跟地球上的人互相传递信息。前面说过，如果无线电发射机的电力强一些，发出的电波也就强一些。那么是不是就可以在宇宙飞船上装一个电力极其强大的无线电发射机呢？不能。电力强大的无线电发射机非常重。一般的广播电台，电力不过只有几百瓦到几百瓩，无线电发射机就要占整整一个房间，甚至整整一座大楼，还要几十米高的天线。小小的宇宙飞船无论如何容不下如此巨大的设备的。所以宇宙飞船上的无线电发射机，电力总是很弱的，往往只有一般广播电台的几万分之一，甚至几十亿分之一。苏联“东方三号”和“东方四号”宇宙飞船上的无线电发射机，电力小得还不足以使手电筒的灯泡发亮哩。那么，问题是怎样解决的呢？首先，人们想办法使宇宙飞船上的又小又轻的无线电发射机，尽可能发出强一些的电波。你们见过半导体收音机吧！半导体收音机比普通的真空管收音机小得多，轻得多，用的电力也小得多，可是发出的声音并不小。真空管要发热以后才能工作，使真空管发热就要消耗大量的电。半导体不需要发热就能工作，因此可以少用许多电。火箭上的无线电发射机都是用半导体装起来的，因此尽管电力很小，发出来的电波还不算太弱。其次，人们尽量提高地面上无线电接收机接收能力。你大概也知道，收音机里的真空管多些，就可以收听到更远的地方的广播。给收音机接上天线，收音的效果也会好得多。如果无线电接收机的性能很好，天线又架得很好，尽管宇宙飞船发回来的无线电讯号，传到地球上已经极其微弱，还是有接收得到的可能。苏联为了跟飞往金星和火星的自动行星际站（实际上是不载人的小型宇宙飞船）通信，建立了一个通讯中心。通讯中心的天线有12层楼那么高，包括8个直径达16米的笊篱形的天线，整个天线的重量达到1000吨以上。通讯中心的接收机也非常复杂，占了好几个大房间。至于环绕地球飞行的宇宙飞船，它离地面虽然不算太远，可是位置时刻在变化，人们怎样才能跟它很好地保持联系呢？科学家们想了一个很好的办法，在地面上每隔一定距离就建造一个通讯站，各个通讯站经常保持联系，组成一个通讯网。宇宙飞船飞近某一个通讯站，这个站和它联系上了，那么其他任何一个站都可以通过这个站和它建立联系。用这个办法，不论宇宙飞船飞到任何地点的上空，指挥部都可以很方便地和它直接通信。看不见的服务员前面讲了飞出地球之前必须解决