2020年12月11日 星期五
钱学森的科学预见
□ 王文华

    钱学森是一位伟大的战略科学家。钱学森主要成就有两弹一星、应用力学、物理力学、航天与喷气、工程控制论、系统科学等。钱学森的科学预见只他是众多功绩之一。科学预见是根据科学理论和经验对未来发展所做的推论,钱学森打破学术发展瓶颈的预见,体现了他对未来科技发展丰富的想象力、敏锐的洞察力和敢于开拓未知领域的巨大勇气与创新精神。

    火箭高性能清洁推进剂:已用在新一代运载火箭上

    1935年8月,钱学森考取公费留学,前往美国麻省理工学院攻读硕士学位。他在赴美之前发表了《火箭》《美国大飞船失事及美国建筑飞船的原因》《航空用蒸汽发动机》《飞行的印刷所》《最近飞机炮之发展》《气船与飞机之比较及气船将来发展之途径》《音乐和音乐的内容》等7篇论文。其中最能反映钱学森科学敏锐性的是《火箭》一文,在20世纪30年代,火箭作为人类征服天空的一种飞行工具,还停留在科幻阶段。

    钱学森在文中讨论了火箭上升的原理,对火箭燃料的性能、技术及安全等因素作了对比分析,还提出了三级火箭、火箭飞机,借助火箭进行星际航行等在当时看来不可思议、有些在今天看来仍然遥不可及的设想。后来火箭技术发展的实践证明,钱学森当年的预见完全正确。这篇论文既反映了钱学森一贯倡导的科学研究要大胆创新、大胆假设的思想,又处处闪耀着科学浪漫主义色彩,钱学森开篇即写道:

    “你在一个清朗的夜晚,望着繁密的闪闪群星,有一种渴望而不可及的失望吧。我们真的如此可怜吗?不,绝不!我们必须征服宇宙!”

    他还极富前瞻性地指出,“现在是天空的时代”“这个小玩意是征服空间,征服宇宙的开端”。2019年10月31日,在钱学森逝世10周年的时候,《中国航天》杂志发文称:

    要发射更大规模的航天器,需要“更有力气”的运载火箭。这几年,我们的运载火箭技术不断实现新的突破,新一代运载火箭相继首飞,近地轨道运载能力达到了25吨级,地球同步转移轨道运载能力达到14吨级。您青年时代发表的论文《火箭》中提到的那几种高性能的清洁推进剂,我们用在了新一代运载火箭上。

    核动力火箭发动机:有望缩短到达火星时间

    1945年12月,钱学森作为美国空军科学咨询团的成员,参与编写了题为《迈向新高度》的报告,为美国战后飞机和火箭导弹的发展提出了长远的规划,首次提出核动力火箭的概念。1948年,钱学森发表了世界上第一篇关于核动力火箭的论文《关于火箭核能发动机》,1949年发表了《应用核能的火箭和其他应用核能的热喷射器》(《九十华诞钱学森》上海交通大学出版社,第214页)。

    核动力火箭与传统火箭设计相比有突出的理论优势。航天飞机、运载火箭等火箭的引擎由化学反应产生热气体,然后靠气体从排气管喷出产生动力。但即使是液态氢这样的燃料所含的能量也十分有限,所以火箭要长途飞行就必须携带很多的燃料。与之相反,核引擎只需几公斤的裂变铀就能产生巨大的热量。气体在反应时升温至灼热,从火箭后部喷出产生推力。推进剂不像在传统的火箭中那样燃烧,它只是非常迅速地膨胀,然后喷出,就像水蒸气从壶中冒出一样。这使得核动力火箭的推动力比最强大的传统火箭还要强。

    2019年8月23日,《科技日报》报道:美国计划研发核动力航天器。美国日前表示将研发下一代核热推进技术,利用核裂变反应产生的热能推进航天器进行深空探索。美国国家航天委员会委员雷克斯·格夫登说,核动力发动机有望使航天器用3到4个月时间抵达火星,比最快的传统化学动力航天器快大约一倍。宇航员深空旅行时间越久,受到的辐射量越多,使用核动力航天器,可以通过减少辐射来保护宇航员健康。

    人类登月:预言22年后实现

    1947年,钱学森晋升为麻省理工学院终身教授之后,在学院的邀请下作了题为《飞向太空》学术报告。钱学森讲述了火箭理论方面的发展和前景,他在报告中预言人类将在30年内登上月球。在当时是非常前沿先进的科学理论。报告征服了各界人士,引起轰动,受到美国军方的重视。钱学森的名气不止于科学界,钱学森的预见令无数美国老百姓惊讶地意识到:人类征服太空的梦想正在尖端科学家的手上变成具体可行的科学行动,这一天即将到来。1947年美国《时代》杂志刊登了关于钱学森的特别报道和照片,使他在美国老百姓中拥有了更广泛的知名度。

    1969年7月21日,美国“阿波罗-11号”,实现了人类登上月球的伟大壮举,验证了钱学森22年前的预言。(上)   

    (作者系钱学森研究者、科普作家,四川省科普作家协会理事)

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