用火炮發(fā)射衛(wèi)星的工程師

2021-11-03 09:15楊秀英

科學(xué)之謎 2021年8期

楊秀英

在加勒比海巴巴多斯島的一個(gè)海灘上，5門大口徑巨型艦炮躺在50年前被遺棄的地方，在熱帶的高溫潮濕環(huán)境中慢慢生銹、腐朽——這些東西都是“高空飛行研究計(jì)劃”殘留下來(lái)的遺跡。

“高空飛行研究計(jì)劃”是20世紀(jì)60年代美國(guó)和加拿大軍方的大膽嘗試，目的是驗(yàn)證通過(guò)火炮向太空發(fā)射衛(wèi)星的可能性。同時(shí)，這個(gè)計(jì)劃也承載了一個(gè)古怪的加拿大天才——杰拉德·布爾的宏偉抱負(fù)，然而，在官僚主義和政治斗爭(zhēng)面前，他探索外層空間的科學(xué)夢(mèng)最終以悲劇告終。

不算荒誕的想法

也許你會(huì)覺得用火炮發(fā)射衛(wèi)星的想法非?；恼Q，但實(shí)際上，用火炮把物體發(fā)射到太空的想法其實(shí)和現(xiàn)代物理學(xué)本身一樣古老。早在1687年，現(xiàn)代物理學(xué)鼻祖艾薩克·牛頓就在他的著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中想象著從一座高山上發(fā)射炮彈，炮彈的速度如此之快，以至于炮彈飛行軌道的曲率與地球表面的曲率相當(dāng)，這使得它可以無(wú)限期地環(huán)繞地球飛行。

直到20世紀(jì)，火箭之父康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基通過(guò)計(jì)算證明，“月球大炮”不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐谂诠軆?nèi)將炮彈（也就是人體、宇宙飛船或者衛(wèi)星）加速到可以逃逸地球引力的速度，炮彈要承受巨大的推力，這種推力大到了可以瞬間毀滅任何物體。隨后，齊奧爾科夫斯基想出了用多級(jí)火箭逐漸加速來(lái)獲得高速的辦法，人類才找到了飛往太空的正確道路。

火箭讓人類得以離開地球家園，但它也有自己的問(wèn)題，火箭過(guò)于復(fù)雜，造價(jià)高昂，可靠性不佳，盡管科學(xué)家已經(jīng)制造出可重復(fù)使用的長(zhǎng)征8號(hào)和獵鷹9號(hào)，航天發(fā)射的成本還是高得離譜。所以，即使研發(fā)火箭成為人類探索太空的“正路”，在20世紀(jì)，仍有科學(xué)家對(duì)“開炮上天”這種簡(jiǎn)單粗暴的方式念念不忘，加拿大工程師杰拉德·布爾就是其中的代表人物。

性格怪癖的天才

1928年，布爾出生在加拿大的北灣市，在10個(gè)兄弟姐妹中排行第9。3歲時(shí)，布爾遭遇家庭巨變，他的母親去世，父親隨后離家出走，孤苦無(wú)依的布爾不得不寄居在叔嬸家里。和很多天才人物一樣，坎坷的童年造就了布爾敏感、孤僻又易發(fā)怒的性格，也激勵(lì)他成為學(xué)校里出類拔萃的學(xué)子。22歲時(shí)，布爾以出色的成績(jī)?nèi)〉眉幽么蠖鄠惗啻髮W(xué)的博士學(xué)位，成為該校有史以來(lái)最年輕的博士。畢業(yè)之后，布爾來(lái)到加拿大軍用武器研發(fā)局工作，在那里，他負(fù)責(zé)為加拿大空軍設(shè)計(jì)空對(duì)空導(dǎo)彈，逐漸成為導(dǎo)彈發(fā)射領(lǐng)域的專家。

布爾開始對(duì)巨型火炮和太空產(chǎn)生興趣是在1957年，這一年，蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克一號(hào)”，美蘇的軍備競(jìng)賽拓展到了太空領(lǐng)域。由于擔(dān)心蘇聯(lián)彈道導(dǎo)彈給加拿大帶來(lái)安全威脅，布爾開始思考攔截核彈頭的方法。

由于當(dāng)時(shí)的導(dǎo)彈技術(shù)尚不足以組建導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，布爾想知道是否可以使用火炮完成這項(xiàng)工作，他提出了兩項(xiàng)研究計(jì)劃。計(jì)劃之一是用巨型火炮向大氣層發(fā)射一團(tuán)密集的導(dǎo)彈彈幕，布爾認(rèn)為，如果一枚核彈頭以接近20倍音速的速度飛來(lái)，即使導(dǎo)彈彈幕只蹭到了核彈頭的邊緣，也可以使之失效。另一個(gè)方案是，布爾打算使用巨型火炮向太空發(fā)射模擬核彈頭，觀察核彈頭的彈道，以便研發(fā)追蹤和銷毀核彈頭的方法。

但是，布爾的這些計(jì)劃并沒(méi)有得到支持，由于布爾的性格有些怪癖，他對(duì)政客和官僚很厭惡，把加拿大國(guó)防機(jī)構(gòu)那些尸位素餐的官僚稱為“酒桶科學(xué)家”，這讓他頻繁與上司發(fā)生沖突。到了1961年，官方撤銷了布爾參與的一個(gè)導(dǎo)彈攔截器的研究項(xiàng)目，一氣之下，布爾辭職，離開了加拿大軍用武器研發(fā)局。

“高空飛行研究計(jì)劃”

有才華的人自然不會(huì)沒(méi)有朋友，在加拿大軍用武器研發(fā)局任職期間，布爾結(jié)識(shí)了任職于美國(guó)陸軍的阿瑟·特魯多中將、查爾斯·墨菲博士，以及加拿大麥吉爾大學(xué)工程學(xué)院的院長(zhǎng)唐納德·莫德爾。這些人不僅身份顯赫，還有著共同的“愛好”，那就是火炮技術(shù)和太空探索。

1962年，布爾應(yīng)邀來(lái)到加拿大麥吉爾大學(xué)擔(dān)任教授，他和莫德爾宣布啟動(dòng)“高空飛行研究計(jì)劃”，這是加拿大麥吉爾大學(xué)和美國(guó)陸軍之間的合作項(xiàng)目，最初的目標(biāo)是利用大型火炮開發(fā)對(duì)大氣層進(jìn)行小規(guī)模探測(cè)研究的技術(shù)，比如，能否將一些電子設(shè)備發(fā)射到高空，收集一些高空氣流和濕度的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)。得到機(jī)會(huì)的布爾感到非常興奮，他的野心遠(yuǎn)不止于進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)，他想發(fā)射一顆衛(wèi)星，不管它多么小，如果能將其“轟”入太空軌道，就可以摸索出一種新穎的低成本發(fā)射衛(wèi)星的方法，同時(shí)幫助加拿大在航天強(qiáng)國(guó)中謀得一席之地。

美國(guó)陸軍在該項(xiàng)目中也有自己的既得利益，1958年，美國(guó)政府基本上禁止陸軍進(jìn)行太空研究，將太空項(xiàng)目限制在空軍和美國(guó)宇航局，特魯多和墨菲認(rèn)為這是幫助美國(guó)陸軍在美國(guó)軍政界保持立足點(diǎn)的一扇后門。加拿大科學(xué)家和美國(guó)軍人懷著不同的打算，以相同的熱情迅速行動(dòng)起來(lái)。

莫德爾在加勒比海的巴巴多斯島上申請(qǐng)了一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)，得益于麥吉爾大學(xué)與當(dāng)?shù)卣挠押藐P(guān)系，該試驗(yàn)場(chǎng)被允許向大西洋上空發(fā)射炮彈。墨菲從美國(guó)海軍那里搞到了一對(duì)40厘米口徑的戰(zhàn)列艦炮，這兩門巨炮自從1920年代就一直存放在倉(cāng)庫(kù)里，每門炮身長(zhǎng)都有21米。

1962年夏天，巨炮“乘坐”美國(guó)陸軍登陸艦“約翰號(hào)D”號(hào)抵達(dá)巴巴多斯島，隨即運(yùn)送到試驗(yàn)場(chǎng)。由于撞上了古巴導(dǎo)彈危機(jī)，布爾花了6個(gè)月的時(shí)間才將巨炮安置好。到了次年1月，一切準(zhǔn)備工作都已就緒，“高空飛行研究計(jì)劃”正式開啟。

“無(wú)足鳥”和巴巴多斯巨炮

1963年1月20日，布爾進(jìn)行了第一次火炮測(cè)試試驗(yàn)。一枚膠合板材質(zhì)的測(cè)試彈以8 0 °的角度射向天空，它被轟到了3000米高，在空中飛行了近1分鐘，效果還可以。第二天，布爾便開始發(fā)射真正的炮彈——“無(wú)足鳥”，第一次試驗(yàn)便將炮彈轟到了2.6萬(wàn)米的高空。

“無(wú)足鳥”原本是麥吉爾大學(xué)校徽上的神秘鳥類，在這里布爾用它來(lái)命名自己設(shè)計(jì)的一系列特殊炮彈。當(dāng)“無(wú)足鳥”被發(fā)射后，它會(huì)釋放煙霧，留下飛行痕跡，可以通過(guò)視覺或雷達(dá)跟蹤，并可以測(cè)量很多高空數(shù)據(jù)。

從1963年到1965年，100多個(gè)“無(wú)足鳥”被射入高層大氣，記錄了至今仍被使用的一系列氣象數(shù)據(jù)。1965年，“無(wú)足鳥”已經(jīng)可以飛到9萬(wàn)米高空了。解決了天氣預(yù)報(bào)，布爾開始向自己的理想進(jìn)一步邁進(jìn)，那就是發(fā)射衛(wèi)星。

為了讓炮彈（也就是衛(wèi)星）能夠飛得更高并進(jìn)入衛(wèi)星軌道，布爾為炮彈配備了彈性彈托和飛行噴射器，開發(fā)出具備在高空重新定向并二次加速的帶有衛(wèi)星功能的第三、四代“無(wú)足鳥”。

與此同時(shí)，布爾對(duì)火炮進(jìn)行了改裝，21米的巨炮仍嫌太短，布爾給它焊接了16米長(zhǎng)的管子，把炮管延伸到36米，制成了前所未有的可以垂直發(fā)射的最大火炮——巴巴多斯巨炮。1965年7月1日，這門加長(zhǎng)的巨炮發(fā)射了一枚第二代“無(wú)足鳥”，飛行高度達(dá)15萬(wàn)米，遠(yuǎn)高于公認(rèn)的11.8萬(wàn)米的外層空間邊界。1966年11月，布爾又在美國(guó)亞利桑那州復(fù)制了一門巴巴多斯巨炮，將一枚第二代“無(wú)足鳥”轟到了18萬(wàn)米的高度——這一紀(jì)錄至今無(wú)人打破。

火炮專家的悲劇

正當(dāng)布爾計(jì)劃發(fā)射真正的衛(wèi)星——第三、四代“無(wú)足鳥”的時(shí)候，他沒(méi)有想到，美國(guó)亞利桑那州發(fā)射試驗(yàn)是“高空飛行研究計(jì)劃”的最后一次成功。布爾對(duì)官僚主義的直言不諱使他得罪了加拿大政府許多高官，他的老對(duì)頭加拿大軍用武器研發(fā)局正在研制更受青睞的新型火箭，所以越來(lái)越多人主張停止“高空飛行研究計(jì)劃”。美國(guó)陸軍陷入越南戰(zhàn)爭(zhēng)的泥潭，也開始撤回了對(duì)布爾的支持。

“高空飛行研究計(jì)劃”就這樣以失敗告終，只剩下巴巴多斯巨炮躺在巴巴多斯島上，作為一代文物，靜靜地俯瞰著加勒比海。

此后，布爾繼續(xù)研究火炮，他也沒(méi)能忘記自己的衛(wèi)星夢(mèng)，只是苦于沒(méi)有資金支持。20世紀(jì)80年代，身為火炮專家的布爾得到了伊拉克薩達(dá)姆·侯賽因政府的注意，伊拉克政府給了他一份無(wú)法拒絕的邀請(qǐng)：布爾幫助伊拉克軍隊(duì)改進(jìn)火炮，用于戰(zhàn)爭(zhēng)，而作為報(bào)酬，伊拉克政府將資助布爾建造一門超級(jí)衛(wèi)星發(fā)射火炮。這門超級(jí)衛(wèi)星發(fā)射火炮取名為巴比倫大炮，重2100噸，1米口徑，156米長(zhǎng)，毫無(wú)疑問(wèn)是有史以來(lái)最大的火炮。

布爾并非是一個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)狂魔，他研制超級(jí)火炮的初衷也不是打仗，他的理想是通過(guò)自己設(shè)計(jì)制造的超級(jí)火炮，發(fā)射衛(wèi)星，用于科學(xué)研究。但是，處在有著“世界火藥桶”之稱的中東，又為一個(gè)頻繁打仗的政府工作，布爾不可避免被一些人視為眼中釘。