歲月·漢子
奔加州特輯
馮·卡門(mén)和錢(qián)學(xué)森
宋宜昌
中國“神舟五號”飛船載著(zhù)航天員楊利偉成功上天并順利返回，使中國航天事業(yè)跨越了歷史性的一步。飲水思源，我們會(huì )回憶起中國火箭之父錢(qián)學(xué)森先生。錢(qián)學(xué)森是偉大的空氣動(dòng)力學(xué)家馮·卡門(mén)的高足。馮·卡門(mén)的一生富有傳奇色彩，為人類(lèi)航空航天事業(yè)做出了不可磨滅的貢獻。
西奧多·馮·卡門(mén)，1881年5月11日生于匈牙利的布達佩斯。1902年他畢業(yè)于布達佩斯皇家理工綜合大學(xué)，1908年獲得過(guò)哥廷根大學(xué)博士學(xué)位。這兩所大學(xué)是當時(shí)奧匈帝國和德國最有名的理工科大學(xué)。馮·卡門(mén)還是著(zhù)名空氣動(dòng)力學(xué)家普朗克的助手。后來(lái)，他擔任德國亞琛航空學(xué)院院長(cháng)，主持空氣動(dòng)力學(xué)研究工作。
馮·卡門(mén)
1930年，馮·卡門(mén)去美國定居，在加利福尼亞理工學(xué)院領(lǐng)導空氣動(dòng)力學(xué)研究，最終成為美國航空事業(yè)的奠基人。他1963年入籍美國。
馮·卡門(mén)在理論上的貢獻
1911年，馮·卡門(mén)發(fā)表了“卡門(mén)渦街”的論文，解釋了水流過(guò)圓柱體后的漩渦現象。他的理論被應用到飛機和船舶螺旋槳的設計中。1932年，他把氣體液體流動(dòng)的附面層計算公式簡(jiǎn)化，成為后來(lái)飛機、火箭、工業(yè)輸送管道的標準算法。他繼承了德國數學(xué)的傳統，把微分方程應用到工程上，解決了大量難題：高超音速飛行問(wèn)題；三元氣流場(chǎng)的阻力問(wèn)題；超音速波阻問(wèn)題；機翼計算問(wèn)題。其中的卡門(mén)—錢(qián)學(xué)森公式適用于高速飛機設計。
1946年，馮·卡門(mén)提出跨音速相似律。他和一些學(xué)者完善了亞音速-跨音速-超音速的所有理論計算。這些成果，掀開(kāi)了超音速時(shí)代的大幕。根據馮·卡門(mén)的計算，1947年10月24日，美國X-1火箭飛機成功沖破音障。
1936年的一天，三位年輕人出現在加州理工學(xué)院教授馮·卡門(mén)的辦公室里。他們帶來(lái)了一份不尋常的建議，希望馮·卡門(mén)支持他們建造火箭！
他們是馬林納、帕森和福爾曼。其中馬林納是馮·卡門(mén)的研究生，其余兩位都是熱情的業(yè)余火箭迷。他們都對火箭發(fā)生興趣是1935年的事。那年馮·卡門(mén)的研究生波奈在加州理工的古根海姆航空實(shí)驗室的討論會(huì )上，報告了火箭動(dòng)力飛機設計和性能研究的論文。他們被當地報紙報道的這篇論文迷住了。他們希望動(dòng)手建造液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機，但是缺乏技術(shù)知識和財力。他們聽(tīng)說(shuō)馬林納正在古根海姆實(shí)驗室研究火箭推進(jìn)的可能性，于是寫(xiě)信給他尋求幫助。
在同波奈、帕森和福爾曼討論之后，馬林納擬定了一個(gè)工作目標，打算設計一種探空火箭，用固體或液體火箭發(fā)動(dòng)機推進(jìn)到32~80千米高空。為此他們要研究火箭推力原理、熱力學(xué)、火箭控制技術(shù)等問(wèn)題，這是馬林納遵循馮·卡門(mén)的教學(xué)精神制定的。
馮·卡門(mén)深為三位年輕人所感動(dòng)。他進(jìn)一步認為：在探空火箭上加裝儀器載荷，就能探測高空的宇宙射線(xiàn)和氣象信息。而這些信息使用傳統的氣球根本得不到。
馮·卡門(mén)同意馬林納轉而研究火箭，并讓二位火箭迷使用古根海姆實(shí)驗室的設備，這是他的治學(xué)風(fēng)格。
錢(qián)學(xué)森（中）和馮·卡門(mén)（右）
不久，古根海姆航空實(shí)驗室的另外兩位研究生又加入進(jìn)來(lái)。一位叫史密斯，另一位叫錢(qián)學(xué)森，他正在馮·卡門(mén)指導下寫(xiě)高速空氣動(dòng)力學(xué)的博士論文。在他倆加入以后，史密斯和馬林納開(kāi)始進(jìn)行探空火箭飛行性能的理論分析，馬林納和錢(qián)學(xué)森開(kāi)始研究火箭發(fā)動(dòng)機的熱力學(xué)問(wèn)題。整個(gè)工作都在馮·卡門(mén)指導下。
1937年4月，馬林納在討論會(huì )上報告了火箭小組的工作，包括對火箭發(fā)動(dòng)機一些實(shí)驗結果的分析；錢(qián)學(xué)森進(jìn)行的火箭發(fā)動(dòng)機噴管擴散角對推力影響的計算；帕森對可用作噴氣推進(jìn)燃料的一些物質(zhì)作了分析，提出了用紅發(fā)煙硝酸作可氧化劑，用硼氫化合物作燃料的建議。這個(gè)建議后來(lái)成為航空噴氣通用公司的專(zhuān)利。馬林納和錢(qián)學(xué)森的分析結果，后來(lái)在1940年公開(kāi)發(fā)表在富蘭克林學(xué)會(huì )會(huì )刊上。
加州理工學(xué)院的助教阿諾德（他不是美國陸航司令阿諾德），要求成為火箭研究小組的攝影師。他并且樂(lè )意為小組貢獻一千美元經(jīng)費。阿諾德的要求被欣然接受。這樣，古根海姆航空實(shí)驗室火箭研究小組就有了六位成員：帕森、福爾曼、史密斯、錢(qián)學(xué)森、阿諾德和馬林納。加州理工學(xué)院成為第一所嚴肅研究火箭技術(shù)的美國大學(xué)。
1938年，馬林納和錢(qián)學(xué)森繼續研究火箭發(fā)動(dòng)機的熱力學(xué)特性。他們提出建造一個(gè)小型火箭發(fā)動(dòng)機試驗站的建議。馮·卡門(mén)批準了這個(gè)試驗計劃。這年冬天，他們還擴充了原來(lái)由史密斯和馬林納進(jìn)行的探空火箭性能研究，在《航空科學(xué)雜志》上發(fā)表了《探空火箭（特別是有關(guān)連續脈沖式推進(jìn)的）飛行分析》的論文，找到了一些飛行計算問(wèn)題的數學(xué)解。就在全世界都熱衷于航空業(yè)時(shí)，一小批志愿者的思想邁向了太空和宇宙。
小組在加州帕薩迪納西邊的阿諾約塞科建有可移動(dòng)的火箭試驗設施。1936年10月30日那里首次進(jìn)行了以液氧和酒精作推進(jìn)劑的液體火箭試驗。這是一個(gè)里程碑。小組早期進(jìn)行的固體火箭試驗用的是雙基推進(jìn)劑，即硝化甘油和硝化纖維素的混合物。所有這些早期試驗結果使馮·卡門(mén)確信，用火箭作動(dòng)力的航天時(shí)代遲早到來(lái)。
1938年世界戰云密布，美國陸軍航空兵對火箭推進(jìn)發(fā)生興趣。古根海姆航空實(shí)驗室的火箭研究小組，第一次從陸軍航空兵得到了財政支持。次年，馮·卡門(mén)領(lǐng)導的火箭研究計劃正式列為陸軍航空兵噴氣推進(jìn)研究計劃。
1939年夏天，美國軍方委請馮·卡門(mén)對英國情報機構的3份報告進(jìn)行評估。報告說(shuō)德國正在發(fā)展用于炮彈和飛機的反作用推進(jìn)裝置。馮·卡門(mén)認為：材料雖有錯誤，但很有價(jià)值。他轉而向馬林納建議，應該研究用火箭發(fā)動(dòng)機推進(jìn)導彈的可能性。
1939年，錢(qián)學(xué)森在美國加州理工學(xué)院獲航空、數學(xué)博士學(xué)位
馬林納請錢(qián)學(xué)森幫助。他們在1943年11月提出了一份名為《遠程火箭的評論和初步分析》的研究報告，對遠距離火箭導彈進(jìn)行了幾種可能性分析，指出雖然用當時(shí)可以利用的火箭發(fā)動(dòng)機，還不能夠超越160千米射程。但具有比當時(shí)陸軍使用的火箭彈更大的射程和更大的爆炸載荷的火箭，是可以造出來(lái)的。他們提出了三種火箭導彈的設計思想。馮·卡門(mén)同意了報告，并轉交軍方。
馮·卡門(mén)、錢(qián)學(xué)森和馬林納把他們的思想集中在遠程導彈的技術(shù)問(wèn)題，集中到如何制造出這些導彈來(lái)。
（未完待續）
