尹传红 | 樱桃树上的飞天梦想 ——“液体火箭之父”罗伯特·戈达德人生传奇

科学的历程 2019-01-15 09:02:27

▲罗伯特·戈达德

作者 尹传红(《科普时报》总编辑,中国科普作家协会常务副秘书长

责编 许嘉芩 刘愈

 

写在前面


本文节选自拙著《幻想:探索未知世界的奇妙旅程》一书,具体成稿的时间大致是在2006年春。

这里想要特别说几句,是因为在应李永平先生之邀整理选文而复读之际,思绪不禁又回到了12年前创作时的场景。

两件事记忆犹新:一是写着写着遇到了“坎”,一连好几天都推进不下去,心里躁动不安;二是“灵光一闪”顺畅落笔,情也同时触动——被戈达德其人其事所感染,我竟在不知不觉中泪流满面,接着就敲出了一句转折过渡的话:“永远没有这样的机会了……”

曾经,在为我挚爱的奶奶、我尊敬的岳父和对我事业人生产生了重要影响的阿西莫夫撰写纪念文字时,我流过泪。其他我记得的,就只有这可怜的戈达德了。

在中学时代好做梦的年岁上,我初识戈达德,并读到他的名言:“昨天的梦想,就是今天的希望和明天的现实。”多年来对此一直颇有感怀。创作《幻想》一书时,这句话时常在我耳畔萦绕,我把它也写进了书里。

依我往常习惯,文章重新发布之前总要润饰一番,但这次我没这样做。相信自己在那种状态下写出的东西,不致留下太多遗憾吧。

2018-3-25

▲本文选自尹传红著《幻想:探索未知世界的奇妙的旅程》第三篇第1章。该书入列“中国科普大奖图书典藏书系”,湖北科学技术出版社第2版第4次印刷。

 

一个新奇的念头

这是一个美丽的新英格兰秋日的下午,确切地说,是1899年10月19日下午。在马萨诸塞州的伍斯特,因病休学在家的罗伯特·哈金斯·戈达德(Robert Hutchings Goddard,1882-1945),爬上了他家储藏室后面的一棵樱桃树。干完修剪枯枝的活儿后,他坐在树干上,悠闲地欣赏着大自然展现在他面前的美景。就在向东眺望田野、瞥见洁净的蓝天之时,他又一次回想起前不久看过的威尔斯的科幻小说《星际战争》,脑海里突然闪现出一个新奇的念头:如果能够发明某种可以远征火星的机械装置,该有多好!

这个刚满17岁的大孩子顿时陶醉在自己的美好幻想之中,经历了影响他一生的奇妙体验。据他本人后来描述:“我想象有一个小型的载具,从我脚下的那片草地上起飞……不管怎样,我从树上下来时,已经跟我上树时大不一样了。我是一个与众不同的男孩,因为我活在世上至少有了确定的目标。”

不用说,他魂牵梦萦一生的事业也就从这里开始了。

▲这就是触发戈达德美妙幻想的那颗樱桃树。

这之后两年,健康状况略有好转的戈达德回到学校,并且找到了一个可以与之谈论他的梦想,以及威尔斯的科幻小说而不会被取笑的知音——他的物理老师卡尔文·安德鲁斯。安德鲁斯对天文学很感兴趣。夏天的晚上,他常常邀请戈达德到他家去,坐在门廊下,一边观察滑过夜空的星辰,一边神聊地球以外的世界。

戈达德从小就爱看有关太空旅行的图书和文章,而真正启发他全心思考太空旅行可能性的,正是凡尔纳的《从地球到月球》、威尔斯的《登月先锋》等幻想文学作品。据戈达德的传记记载:“他深受凡尔纳《从地球到月球》的吸引。这部作品他一读再读,并且眉批标示出书中与事实不符的说法,以及他所知道的事实。……他(戈达德)读着威尔斯的《登月先锋》一书。难道他的工作和这本书会使他产生前往月球的梦想是异想天开吗?也许只有一位科学家才会有这种实际的梦想。戈达德想象着月球是寒冷的,没有足够的氧气供他呼吸(实际上月球上没有氧气),他头上戴着头盔。”

从1898年1月起在《波士顿邮报》上分章连载的威尔斯科幻小说《星际战争》,同样给戈达德带来了巨大的震撼。这本书他16岁时读了第一遍,此后几乎每年都要重读一遍。他后来回忆说,“正是威尔斯美妙的心理学手法把故事讲得生动异常。完成这样的壮举的可能方式和意义,成了我始终都在思考的主题。”

▲威尔斯的科幻名作《星际战争》(又译《大战火星人》)率先塑造了凶残可怕的火星人形象。

加勒特·塞维斯(Garrsett. Serviss)于1898年在报上连载的科幻小说《爱迪生征服火星记》,也使戈达德受到了强烈的感染。多年后他在作学术报告时说,《爱迪生征服火星记》“极大地激发了我的想象力”。这篇小说讲的是一位发明“电气球”的英雄(实际上是以“发明大王”爱迪生为原型设计的人物)远征火星,用致人粉身碎骨的射线消灭了火星上邪恶的领袖们,从而挫败了火星人入侵地球的阴谋。

《从地球到月球》、《星际战争》和《爱迪生征服火星记》这些科幻作品,在激发戈达德的想象力的同时,也使这个病恹恹的大孩子明确了为实现太空旅行而奋斗的远大目标。在高中学习期间,他一直在思考太空飞行的实现方法问题,并记下了不时涌现在自己脑海里的一些新思想。从戈达德在1901年圣诞假期期间写的一篇专门探讨太空之旅的文章看,他受凡尔纳小说启发所提出的火箭连续运作推进单元的架构,实际上就是后来多节式火箭的先导。

1902年1月2日,戈达德在笔记本上写下了一篇题为《论其他星球的居民》的论文。文中他推论说:在这不计其数的众多行星中,总会有一些行星的光和热的条件与我们地球的情况相近。如果事实果真如此的话,这些行星的年龄及其自身规律一定与地球相似,因而在这些行星上极有可能存在如同我们人类一样的智慧生命。或许,这些智慧生命有着古怪的风俗习惯和奇特的行为举止吧。

 

▲戈达德摄于1904年的高中毕业照。这时他已经22岁,比同班同学大4岁。他的好奇心和求知的热忱与执著,让同学们感到惊异和钦佩。

1904年,大龄高中生戈达德作为他们班上的毕业生代表在毕业典礼上致辞,这时他已经22岁,比同班同学大4岁。他的好奇心和求知的热忱与执著,让同学们感到惊异和钦佩。戈达德所选择的题目为《理当如此》。在谈及许多原本被视为不可能的科学项目的进展后,他提醒同学们“太匆忙地相信某事为可能或不可能是危险的”。最后他总结道:“在真正尽力之前,没有人能预测他在财富、名声及贡献上所能达到的成就……另外,常常得到证实的是,昨天的梦想,就是今天的希望和明天的现实。”


“月球火箭狂”的壮举

由于家庭经济条件不好,戈达德没能进入名牌大学学习他认定要圆自己太空梦所必须掌握的物理学和其他科学。在借钱付学费进了伍斯特工艺学院后,他仍花费不少时间去研究空间旅行方面的许多问题。当教授们问他为什么想知道这些与他所学课程联系甚少或毫不相干的东西时,他总是支支吾吾、闪烁其辞,甚而选择沉默。

他似乎意识到,他的有关空间飞行的梦想,不是“正经”的科学家们所能接受的,在他们看来,这只适合给科幻作家们用作创作题材。为此他一度十分迷茫和泄气。1906年3月4日,他在日记中写道:“今天判定太空旅行在物理学上是不可能的。”

然而,他“内心深处的某种感觉”却一直让他无法释怀。或许对他而言,梦想是不会幻灭的。如果没有任何定律否定它,那么总有一天它是会变成现实的。没过多久,他的心里又冒出了乐观的念头。

1907年夏天,戈达德的一篇论文《陀螺仪在飞机平衡与导向上的应用》得以在《科学美国人》杂志上发表,这激励他很快又写出了《论星际旅行的可能性》一文投去,但没被采用。他转而寄给《大众天文学》杂志,也同样遭到拒绝。编辑回复他说:“您对这些问题的推想挺有意思,不过,既然太空旅行似乎永远也不会实现,那么这些推想也就显得不实际了。总的来说,您的作品写得不错,但我认为这对科学毫无助益。”

自信而又坚强的戈达德没有放弃他的努力,他抱着病躯继续求学、研究。他意识到,被一个伟大的理想缠附并驱使,是要付出代价的。1908年底他写道:“旧梦一一逝去,新岁月永远会带来新的梦想,上帝怜惜坚守梦想的人”。这大概可以说是戈达德矛盾心理的一种自我洞见:坚守梦想的他,一方面努力奋斗、矢志不渝,一方面也寻求理解、渴望成功。

1909年2月2日,他在日记中提到:“只有用液体燃料才能提供星际航行所需要的能量”——这是他最早的液体火箭思想。同年12月28日,他在笔记本上写下了26种飞行方法的摘要,以及进入太空的诸多问题。他的设想和分析涉及到火箭及航天的各个方面,其中有许多是航天新思想的首次阐述。

自1911年获得克拉克大学的物理学博士学位后,戈达德被留在母校任教。教学之余,他把几乎所有能够支配的时间和金钱都用在了对火箭的研究和制造上。在那些岁月里,常常让他感到苦恼的是科研资金的匮乏和得不到人们的理解与信任。所以,他一方面得到处“化缘”筹款,一方面还要找地方偷偷摸摸地进行他那吓人的试验。

▲戈达德在克拉克大学的课堂上讲解火箭飞往月球的种种问题。他的计算表明:火箭必须达到每秒11千米的速度才能够摆脱地球的引力。

戈达德早在1920年就成了“名人”,但不是由于他的成就为人们所承认、仰慕,而是因为他这个绰号为“月球火箭狂”的疯狂科学家的一些“古怪念头”和作为。在很多时候,戈达德的日子实际上很不好过。当他希望讨论飞往火星的宇宙飞船时,却被人们视为异端奇说而遭劝阻;他提出的一些有关月球探索的设想和建议,也被看作是无稽之谈,遭到讥讽。在他的一篇重要论文、如今已被视为太空科学经典文献的《一种到达极限高度的方法》发表后,《波士顿报》刊出的报道语含讥讽地给出了这样的标题:“现代儒勒·凡尔纳发明月球火箭”。《纽约时报》则于1920年1月13日刊出一篇评论,挖苦他连中学课程的知识都没有:

这位戈达德在克拉克大学获得了教授职位并得到了史密森研究院的资助,可他竟然不知道作用与反作用原理,也不知道产生作用力必须有反作用对象而不是虚无的真空。说这些似乎有点儿可笑,然而,他也许正是缺少这种在中学就已讲授的知识……

儒勒·凡尔纳曾有过一两个符合科学的断言,但除此之外,他在深思熟虑的情况下似乎也犯了戈达德所犯的同样错误。这位法国人作为一名幻想小说家可以得到原谅,但要是有一个不是写冒险小说的科学家犯这种错误时,就令人难以理解了。

在这样的氛围之下,一些报纸开始质疑戈达德的学术水平,还有媒体指责他出于个人目的,故意扭曲科学真理。甚至,一位女影星也拿他寻开心,请他在第一次乘火箭飞赴月球途中给她发个信息。一度变得“臭名昭著”的戈达德深感痛心地说:“从那一天起,整个事件都得出了结论,在公众的心目中如此,在‘月球火箭’这些字眼上也如此,从而出现了这样一种情况,即在努力平息舆论方面,我所花费的笔墨喉舌,比起我所要讨论的运载到火星去的宇宙飞船的论述还要多得多,而这种论述大概也会被有代表性的报刊认为是无稽之谈。毫无疑问,这是不值得一提的。”

先知先觉的人往往会受到同时代人的嘲笑和漠视,这一点都不奇怪。以我们今天的见识和眼光,自然很难想象或理解那时人们的思维和判断。戈达德似有先见之明,早就说出了这层意思:“每一个远见在第一个人实现它以前,都是一个笑话;而一经实现,它就变成理所当然的事情了。”

更早些时候,德国哲学家叔本华(Schopenhauer,1788–1860)讲过大意是这样的话:每一个真理都经过三个阶段。首先,它受到嘲笑;接着,它受到极端反对;最后,人们接受了它,认为它是不言自明的。

“月球火箭狂”备受嘲弄一事过了将近半个世纪之后,1969年6月17日,在美国宇航员实现登月壮举前夕,《纽约时报》正式撤消了它当年发表的嘲笑戈达德的文章。

可悲的是,类似的遭遇,戈达德经历得太多了。1926年,当他正在做着液体燃料火箭的工作时,著名的《科学》杂志发表一位叫做A·W·比克顿的教授的文章挖苦说:

这种要飞上月球的愚蠢念头,再好不过地说明了,邪恶的专门化将闭门苦思的科学家弄到了怎样荒唐的地步。让我们严肃地考虑一下这种设想吧:如果让一抛物体完全摆脱地球的引力,需要每秒7英里的速度,在这一速度下需要有每克能产生15180卡热能的燃料……而我们现有的爆炸力最强的能源—硝化甘油—每克只能产生不到1500卡的热能。因此,即使这种物质不携带任何东西,它也仅有要脱离地球引力所需能量的1/10……因此,要飞至月球的想法是根本行不通的……


梦想照进现实

就在这一年,当戈达德制造的第一枚液体燃料火箭于3月16日发射之后,新闻界还幸灾乐祸地嘲弄说:“月球火箭与目标相差238799.5英里”(这支火箭只飞行了约184英尺,即坠落后离发射架约56米)。在此后的许多年里,还有人轻蔑地把戈达德称作“月球火箭狂”。甚至,还有些地方报纸登出漫画丑化他。1929年7月18日,即戈达德试射一枚新火箭的第二天,他的“事迹”就上了《波士顿环球报》的头条:

月球火箭狂的试验惊动了整个乡里。金属坠落物落地时的声响在欧本乡间方圆数里内回荡。搜救行动的结果是发现了戈达德的试验场。

▲1926年3月16日下午两点半左右,戈达德站在这个装有液态氧和汽油燃料火箭的发射架旁,由他夫人拍下这幅照片后,用吹焰灯点燃火箭,随即躲进一间小木屋。世界上第一枚液体燃料火箭就这样升空了。

可怜的戈达德一再向接到报警后赶来查看的警察保证说:“这不是要到月球的火箭,也不是任何特别的工作。火箭本来就会发出很大的声音……”。尽管如此,消防当局还是在当地居民的强烈要求下作出裁定:戈达德以后不得在马萨诸塞州境内再进行这种具有威胁性的试验。

再往后,戈达德在被问到“月球火箭”时,就总是苦涩而又含蓄地说:“我只不过是想让火箭飞离地面而已。”多年以后,戈达德的一位亲戚的邻居回忆说:“每当家里有人看见他,就总会说‘又是那个月亮戈达德’。他们从来也没把他真的当成一回事。”

所幸,戈达德一直受到妻子埃丝特的坚定支持和直接帮助,校方、军方和一些朋友不时地也向他施以援手。在著名飞行家、人类航空史上的先驱查尔斯·林白(Charles Lindbergh,1902-1974)的协调下,戈达德获得了古根海姆航空学振兴基金会的巨款支持。

20世纪20-40年代,戈达德在理论上的深刻见解和在实践上的创新,已经基本解决了火箭的几乎所有技术障碍。许多年过后,林白回忆说:

1929年,坐在戈达德位于伍斯特的家里,我倾听他描画他未来发展火箭的想法——有些是实际上可行的,有些是未来终会实现的。30年后,在目睹巨大的火箭由空军基地卡纳维尔角起飞的瞬间,我不清楚是他当时在做梦呢,还是我现在在做梦?

在这位戈达德的忘年交看来,我们一直生活在现实与梦想交错的世界里。听戈达德侃侃而谈,科学与科幻小说的界限似乎都变得模糊了。林白毫不怀疑,戈达德一定能把他自己的梦想一一变成现实。而在戈达德心目中,他“内心深处的某种感觉”始终跟他少年时代的阅读体验贯通着、承接着。1932年4月19日,他发射的第一枚装设陀螺仪稳定器的火箭,在经过短暂的飞行后转向地面坠毁。他颇有些失望,但并不气馁。

▲林白生于美国密西根州底特律,是瑞典移民的后代。1927年,他首次独自驾机成功飞越大西洋,成为全世界崇拜的英雄,《时代》杂志曾将其列入20世纪最具影响力的人物之一。

第二天,百感交集的戈达德似乎总有些什么东西要表达,于是他便给威尔斯写了封信。信中,他叙说了《星际战争》这部科幻小说对他的事业产生的巨大影响,并表达了自己对这位著名作家的感激之情:“我发觉最重要的是您的乐观主义。当人们因默想人与自然众多挫折而引发抑郁时,它是最好的纾解剂。”最后他写道:

我不知道我还能有多少时间要花在这个问题的解决上,不过我希望有生之年都能在这个问题上努力。这个过程永远也没有结束的时候,因为“瞄准宇宙”这个目标无论是在字面上或是在实质上,永远也没有完结的时候……这是一个需要几代人才能解决的问题。因此,无论任何人完成了什么事,他永远都可以保有刚刚起步的激动状态。

戈达德终其一生,似乎都是沉浸在某种“激动状态”之中。这里边绝少名和利的牵扯,尽管他非常注意“保密”和处理自己成果的专利权。他的灵感和动力之源,确乎更多地出自于他本人对其研究领域的强烈兴趣,以及他那非凡的领悟力和自信心。正如他说过的那样,“我好像仍然孤立于液态燃料火箭的狂热之中。不过,我相信,众人抢搭这班列车的一日终将来临。”

据知,戈达德年轻时曾听过洛厄尔有关火星智慧生物的演讲并深表赞赏。洛厄尔的观点(后来我们了解到其实并不正确)大大激发了戈达德奔放不羁的天才想象。美国著名天文学家卡尔·萨根在上个世纪70年代研究了戈达德的一些手稿后写道:

火箭技术从它的最初阶段起,就是由于人们对其他星球可能存在生命的兴趣而发展起来的。现在,我们已经在火星上着陆,取得了可喜的同时又令人迷惑不解的生物学成果,接下来的任务——流动飞行器和取回样品的飞行器——都要求宇航技术获得进一步的发展,真是原因导致了结果,结果又转化为原因,我想,也许戈达德早就觉察到这种因果关系的相互作用了吧。


迟到的荣誉

戈达德的预见力着实非同凡响、令人惊叹。他曾设想出一种飞临火星表面1000英里上空的宇宙飞船——这真可谓是一种奇特的历史性巧合,他所设想的这个高度正好是“水手9号”和“海盗号”宇宙飞船绕火星轨道飞行的最低高度。戈达德曾计算过,在这个高度的任一处有利地点,只要使用一架大小适度的望远镜,就能够将这颗红色行星表面纵横几十米的地形拍摄下来,而“海盗号”绕轨道飞行摄影就做到了这一点。他还构想出一种缓慢的星际飞行,其速度和时间尺度,正好相当于我们的首批星际使者“先驱者10号”与“先驱者 11号”宇宙飞船的速度和时间尺度。

另外,他早在1920年就谈到,人类登月最好的驻扎地是月球的南极或北极。在该地的环形山内,可以找到结晶水,把水分解为氢和氧之后,还可以用作燃料。这位梦想家惟一的疏漏之处,就是没有预见到暴露于高能粒子之下的危险性。

令人遗憾的是,尽管戈达德在火箭和太空科学研究领域贡献是如此之大,但他生前却不为政府和军方所重视,也没有齐奥尔科夫斯基活着的时候那么幸运(得到承认并领受殊荣)。他没能活着看到火箭天文学和高空气象学初显的曙光,更不用说看到飞往月球或其他行星的壮举了。他这个所得荣誉很少的开路先锋,好像都是一个人在战斗。1938年下半年,戈达德接房客来信获悉,一场飓风吹倒了他老家那棵苍老弯曲的樱桃树。当天他在日记中伤心地写道:“樱桃树倒了,现在只有我自己一个人了。”

在戈达德几乎是孤军奋战研制飞向太空的火箭的同时,纳粹德国组织了一大班人马紧锣密鼓地研制“复仇使者”——V-1和V-2火箭,它们成了有史以来人类所发射过的体积最大、飞得最高的武器。戈达德一直怀疑他的研究成果被德国人剽窃了。二战结束后,德国的一些军事专家被带往美国。当一名德国空军的将军被美国人提审、问到火箭技术方面的问题时,他很惊讶地说道:“为什么不去问问你们自己的戈达德博士呢?”

▲德国火箭研制团队的核心人物布劳恩与他的伙伴高兴地举起一个火箭模型。1950年,到了美国的布劳恩宣称:“我对戈达德工作的完整性感到震惊,并发现V-2火箭的许多设计方法都被戈达德的专利所覆盖。”

永远没有这样的机会了。此前不久,1945年夏,戈达德在被切除喉部肿瘤之后又被发现患了癌症,已经无法开口说话了。8月6日,他从报上得知美国在日本广岛投下了一颗“新型炸弹”,便用手示意了一个“V”字。8月9日,他读到第二颗原子弹在长崎爆炸的新闻。又过一天,早上9点,戈达德平静地闭上了眼睛。

戈达德在去世以后才真正为人们所认识和看重,并获得了极高的荣誉。在短短的几十年内,人类在航天领域里已经实现了这位“液体火箭之父”在20世纪初提出的一些设想。  

▲飞向深空的火箭。

1961年3月16日,在第一枚液体推进剂火箭于马萨诸塞州的欧本试飞成功35年后,罗伯特·哈金斯·戈达德空间飞行中心落成了。这意味着戈达德的研究作为全部火箭技术的基础地位最终得到了承认。而此前一年,埃丝特·戈达德和古根海姆基金会收到了美国政府为使用戈达德的专利而支付的100万美元。 

▲美国于1964年10月5日发行的戈达德纪念邮票,其背景是火箭和发射塔。

在戈达德空间飞行中心的落成典礼上,埃丝特·戈达德代她16年前逝去的丈夫,接受了被追授的国会荣誉勋章。勋章的背面,铭刻着戈达德高中毕业时的一句演说辞:昨天的梦想,就是今天的希望和明天的现实。


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