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1、钱学森在交大时期对航空与火箭的探索钱学森是我国航天科技事业的奠基人，也是世界航天事业的重要开拓者之一。那么，他何时开始涉足航天领域呢？一般认为，1937年钱学森在加州理工学院加入F.马林纳等人组织的火箭研究小组，后来还担任火箭小组的理论研究工作。学术界也将此视为钱学森从事火箭等航天活动的起点。笔者最新的研究表明，钱学森航空航天之路始于交通大学，最直接的证据是他在从交大毕业到出国留学这段时间内发表了两篇关于航空、火箭的论文。本文以介绍这两篇文章的内容来展现钱学森在交大求学时期对航空、火箭的探索活动，并探讨他转移专业方向的心路历程与内外因素。一、两篇论文的主要内容钱学森1934年以优异的成绩从交大
2、毕业，并考取第二届庚款留美公费生，专业为航空工程，1935年8月东渡北美深造。在出国前不久，他发表了“气船与飞机之比较及气船将来发展之途径”1与“火箭”2两文。鉴于这两篇论文鲜为人知，笔者对两文内容作扼要介绍。1、“气船与飞机之比较及气船将来发展之途径”一文该文于1935年1月发表于航空委员会主办的航空杂志第5卷第1期，主要对飞艇和飞机的性能做了分析比较，并讨论了飞艇的改进途径与未来发展前景，这里的“气船”即飞艇。飞艇是一种轻于空气，自身带有推进及操作系统的飞行器，主要由艇体、尾翼、短舱组成，它是比飞机整整早了半个世纪的人类智慧的结晶。1852年，法国人吉法尔试飞成功人类第一艘具有动力设备的实
3、验氢气载人飞艇。1900年，德国人齐柏林设计和研制成功全世界第一艘可实用的硬式军用飞艇。一战中，德国军队多次利用飞艇空袭英国。一战后，飞艇曾一度成为科技进步和国家实力的象征。但到了192030年代，飞机性能日益提高，飞艇“已为飞机所制，而失去其军事上之价值”。另外，世界上发生了几次损失惨重的飞艇飞行事故。这一切使人们对飞艇的发展前景产生了怀疑，认为飞艇在航空上的地位将渐渐式微，飞机将取而代之。面对这种观点，非常关注航空事业的钱学森却很冷静，说：“飞艇之历史过短，吾人所制之气船过少，尚不能断言其果否能致诸实用”，应“以正确制目光，比较其长短，然后更研究其改进之途径。”如其所言，他在这篇文章中对飞
4、机与飞艇的长短优劣做了比较，并对飞艇的改进提出了一些方向性设想。关于飞机与飞艇的长短优劣，钱学森从飞行效率、最经济的吨位与旅客的舒适程度三方面做了分析对比。飞行器飞行速度的决定因素在于L/D（升力与阻力之比），L/D愈大，飞行效率愈高。当时，如不计入机身的阻力，飞机各种翼面的L/D平均最大值不过20。而飞艇的L/D值与其速度和排空量有关，飞艇愈大，效率愈高。在研究中，他发现：“以效率而论，则气船直于大型，必三百吨以上，始能见其长，故今日所造气船，决不能为优劣之评判”。关于最经济的吨位，他认为：“飞机之总重如大于廿吨即不经济，其最有效之限度为十吨以下。故今日飞机在吨位上，已与其限度不远”。而飞艇
5、最高效率当在3002000吨之间，故发展未可限量。然后，他还从飞机与飞艇的客舱大小、增大客舱的方法，以及二者在左右摆动、俯仰运动、升降运动、震动对旅客舒适程度的影响等方面做了对比，认为大飞艇胜于飞机。但是，飞艇自身也存在很多问题。为了提高性能，他认为应从两大方面对飞艇加以改进：一是减轻艇身重量，即从结构上加以改进；二是节省动力，即改进飞行效率。飞行效率的改进，即增加L/D值，这可以通过增加升力或减小阻力的方式来实现。而当时飞艇的外形已接近理想中的流线形，在减小阻力方面希望渺茫。所以，改进飞行效率的唯一方法只有增加飞艇的升力，可以采用的方法有利用飞艇的速度所产生的升力，或加热气袋中的气体以减小比
6、重，或利用氢气来增加升力。当时，除著名的齐柏林式之外，飞艇还有英国的R100式与R101式、德国的Graf Zepplin式及美国的Akron式四种类似结构。他比较了这四种结构的特点，发现美式结构最佳，主张飞艇在结构上应向此途发展。而在材料方面，他认为主要部分可仿英国式，应用不锈钢以免锈蚀。至于次要部分，因其负力不大，用坚铝为宜。他还预测：随着冶金技术日新月异，将来会有更多的新材料如镁合金等用于飞艇零件的制造，以减轻重量。通过综合分析，作者认为：“飞艇改进的余地尚多，而又以大飞艇为有希望。飞机则在吨位方面似已达一限度”，气艇作长途飞行，“其安全性必不亚于飞机”，“吾人终在不远之将来，见世界航空
7、线上，满布伟大之气船”。毫无疑问，这个结论被后来航空事业发展的事实否定。不过，作者在文中所选用的数据均来自当时的科技文献，分析方法也是科学严谨、周全细致的。他的结论正是当时航空工业基本状况的反映，道出了飞机设计中的瓶颈问题。当时，飞艇发展已较为成熟，而由于缺乏科学理论的支持，飞机设计主要靠经验，性能的提升受到很大限制。后来，应用力学飞速发展，使飞机的设计水平与性能突飞猛进，飞机取代飞艇，成为战争中举足轻重的武器和重要的交通工具。具有戏剧性的是，钱学森正是凭藉在应用力学领域的杰出成就而成为著名力学家，而应用力学却是为他并不看好的飞机提供指导技术设计的科学理论。从这个角度来说，早年对航空的关注和研
8、究为他后来转向这个领域奠定了兴趣与知识基础，此文可谓钱学森探索航空科学的学步之作。2、“火箭”一文“火箭”一文于同年7月发表在浙江青年第1卷第9期，它是一篇介绍火箭的原理、性能、用途与构造的文章。火箭是中国人发明的，远在11世纪的北宋就已将火箭做成燃烧弹用于战争，即利用火药燃烧产生的气体反作用力发射箭头。不过，作为人类迈向太空的运载工具的火箭却是近代科学昌明以后的产物。19世纪末，俄国人齐奥尔科夫斯基研究了星际航行的种种问题，提出以流质为燃烧原动力的优点，并于1903年发表论文讨论喷射推进机关的问题，这在航天史上具有开创性意义。然而，因工程技术上力不能及，大多数人放弃了对火箭的探索。钱学森当年
9、看到的火箭只是节日里燃放的焰火火箭，但他看出这个事物的发展前景，道出了一句惊人之语：“这个小玩意是征服空间，征服宇宙的开端！”作者在这篇文章中首先以焰火火箭为例，从作用力与反作用力原理出发介绍了火箭上升的道理。其次，讨论了火箭推进剂。他从当时几十种混合物中选出最有可能用作推进剂的液体臭氧液氢、液体臭氧汽油、液氧液氢和液氧汽油这四种混合物，认为只有后两种适宜作推进剂。接着，他对二者的性能、技术与经济性做了对比，考虑到当时对液氢的化学性质了解还太少，而且液氢沸点太低，不易保存，以它作推进剂，技术难度太大，认为：“将来交通工具的大火箭，必是用液体氧和汽油来推动的”。实际上，早期火箭使用的液体推进剂是
10、液氧与酒精，如V2导弹等。由于技术进步，液氢与液氧后来也大量用作推进剂。再次，作者讨论了多级火箭。他设计了一种能飞往星球的大火箭，这个火箭包括驾驶室、燃料室、膨胀管、控制尾翼等部分，绘有纵向剖面图，并解释了它的工作原理。限于当时的认识水平，他提出让驾驶室里的驾驶员通过操纵火箭尾翼来控制火箭的飞行方向，而不是通过地面控制设施自动完成这样的操作。接着，他设想了一个三级火箭的方案，第一级重4480吨，第二级560吨，第三级70吨，搭载量10吨，总重5120吨。如果再加上一级，这个四级火箭总重将达到40960吨。作者看到，要一下子把这个庞然大物送到太空还不具备条件，说：“现在我们就去作如此大规模试验未
11、免太性急了，而且因为经验毫无，也必失败。我们必须从小的地方慢慢做起来。我们可以先把火箭应用到飞机上去。”接着，他探讨了火箭用作飞机动力的问题。他认为，火箭比其它任何动力装置都简单，它不像汽油机和蒸汽机那样有转动的部分，所以重量轻，制造容易，而且热效率高，可达70左右，而当时飞机上汽油机的效率至多不过20。火箭飞机在离地面55公里的高空飞行，可得到每秒3744米的速度。以当时的技术，可以造出一口气飞5000公里的火箭飞机，平均速度每秒1000米，1小时23分钟就可飞完全程。于是，他以超越诗人的浪漫主义遐想到：“这样大的速度令把我们的世界变成什么样子呢？我们的地图会缩得多小呢？麦哲伦用了辰个可怕的
12、岁月才渡了太平洋，但是火箭飞机呵，一点半钟！这才是真正的，现实的缩地法，这不是做梦，不是神话！”不过，他也很务实地考虑到：“把理论上东西，实现出来，是要一步一步的，在未造到月球上去的火箭前，我们必要先试验火箭飞机；在未造火箭飞机之前，我们还试验火箭的性能，操作方法。”最后，作者热心地呼吁道：“朋友，全世界都热心于火箭了，工程家和科学家都动员了，他们努力的，忍耐的，一步一步的走向征服宇宙的路，朋友，他们每一步都是坚实的！”可见，钱学森对火箭的发展趋势作出了令人惊异的准确预测，极具科学性和前瞻性。综观全文，文章主要介绍火箭基本知识，并无什么发明，属于科普层次。况且，浙江青年也只是一份以中等文化素质
13、人群为对象的通俗杂志。但是，这篇文章在钱学森科学生涯中却具有非同寻常的意义。一方面，它是钱学森研究火箭的起点，后来火箭成为他毕生从事的一个重要领域。另一方面，它彰显了作者强烈的探索与创新欲望，这种创新精神使他在航天领域提出了一个个开创性设想。1949年，钱学森提出了火箭旅客飞机的设想，成为航天飞机的雏形。1956年，他再次谈到火箭飞机。他指出，将当时已研制成功的远程火箭加上翼面，就成为有翼远程火箭。其飞行距离可达到18000公里，而地球表面上最远的距离也不过20000公里，这种有翼远程火箭差不多能“一口气”从地面上一点飞到任何另一点。他还说：“这种有翼的远程火箭是可以载人的。这样我们就可以创造
14、出一种超高速的运输工具。它从北京到莫斯科只用半小时。由于飞弹的发展，我们相信在十年内，完全有条件实现这种革命性的运输工具。”3对照前后两文，二者在科学想象力与创造力上如出一辙。前文所彰显出的浪漫主义风格与开拓创新精神塑造了作者的学术风格，影响了后来的科学道路。二、钱学森选择航空、火箭的主客观因素1929年，钱学森以全校第三名的成绩考取交大，入机械工程学院专攻铁道机械。即将成为一名铁道工程师的钱学森为何放弃前景光明而体面的事业，另起炉灶选择与他几乎不相干的专业呢？这是个非常值得探讨的问题。结合钱学森成长的时代环境、他个人回忆以及散见于各处的零星材料，笔者认为下列条件与因素促成钱学森转换专业，走上
15、航空航天之路。1、社会环境与国家需要影响钱学森学术兴趣的转移钱学森一生涉足过多个科学领域，每次学术兴趣的转移都折射出他的人生价值取向。1929年，他在北师大附中毕业时放弃近在咫尺、声誉日隆的清华大学，毅然选择交通大学，这直接表露出他的价值观。因为，在其父亲钱均夫先生的引导下，钱学森自幼年起就接受了以现代科学为基础的新式教育，形成了“实业救国”的价值取向。当时的交大被誉为“全国造就建设人才最高学府”，对于追求实业救国的青年来说，进入交大深造自然是最好不过的选择。1930年代初，中日关系日趋紧张，九一八、一二八事件接踵而至。日寇狭现代武器长驱直入，国土沦丧，生灵涂炭，民族生存面临危机，激起了民族自
16、觉自救的怒潮。科学界有志之士积极呼吁重视国防科技，制造利器以御外敌，高等教育界也积极提倡理工等实用科学的建设。鉴于飞机是维护和平的有效武器，一时间航空救国、飞机救国成为科学界、高等教育界讨论的热门话题，各大学纷纷着手筹备航空科学的教学与研究。在留学生选派方面，各留学生考选机构也增加了实用科学人才的派遣学额，以应国需。这些措施为有志于献身国防建设的理工科学生打开了报效祖国的方便之门，激发了他们的热情和兴趣。在交大求学的钱学森时刻关心国家民族的命运，他参加过爱国学生组织的游行运动，对国家民族的危机具有清醒的认识。特别是在一二八事件中，他目睹日寇轰炸机给上海造成的惨重损失，意识到飞机与制空权在现代战争中的重要意义。而当时中国空军还处于草创阶段，与日寇相比，显得不堪一击，无法担起守土卫国的重任。在民族处于生死存亡的紧要关头，爱国学生不可能袖手旁观，都在苦苦思索报国之路。钱学森没有投笔从戎，而是寻求用自己的知识为国家、为抗战效力的道路。他认识到空中力量将是决定一国军事力量
