誰在一百年前就預言了現在的航天

編者按：4月24日是第四個「中國航天日」，今年「中國航天日」的主題是「逐夢航天 合作共贏」。我們與中國科學院國家空間科學中心聯合開設「Calling太空」科普專欄，探索浩瀚空天的奧秘，為大家講述有趣的故事，介紹一些與空間科學和航天相關的知識。

「不知天上宮闕，今昔是何年」。自古以來，人類對太空充滿了幻想。嫦娥奔月的神話一直流傳至今，美麗的嫦娥仙子，使我們對月宮無限的遐想。玉帝、王母、瑤池、天河這些神話中的人物和天上美麗的風景，時時刻刻吸引著人們，幻想有朝一日，能飛往天上人間，過上神仙一樣的日子。

嫦娥奔月（圖片來自網路）

人類從蒙昧中逐漸走出，認識到最亮的幾顆星星和地球一樣是太陽的行星，而月亮是地球的一顆衛星。隨著望遠鏡的廣泛應用，人類開始了解真正的月球，上面沒有月宮，只有大大小小的隕石坑。這個結果讓人失望，不過飛向太空或者登上月球去探險的願望一直沒有停止。

月球表面的隕石坑 （圖標來自NASA）

航天與科學幻想

牛頓發現了萬有引力定律之後，就開始考慮，如果一個物體飛行足夠快的話，就會像月球一樣圍繞地球運動，成為地球的一顆衛星。這個速度界限就是人們熟知的第一宇宙速度，每秒7.9公里，或者說每小時28440公里。這個速度非常大，差不多是我們熟知的高鐵速度的近一百倍，或者普通民航飛機的20多倍。這是最早的人造衛星的概念設計，在當時來說達到這個速度，是不可能的，牛頓也沒有給出方案，也給了後來人想像的空間。

牛頓設計的衛星飛行的原理圖

法國科幻作家凡爾納在小說「從地球到月球」中幻想用一門巨型大炮把人打到月球上的方法。小說中還把一隻貓裝進炮彈進行試驗，看看動物能不能經受住大炮的巨大衝擊力。雖然小說中的貓幸運的活了下來，從現在的角度看，大炮的方法是絕對不可取的。如果利用火藥爆炸，在很短的時間內，把炮彈加速到接近十公里每秒，所需要的力遠遠超過了地球上動物身體能承受的極限，凡爾納在這個問題上過於樂觀了。他顯然沒有真正做過小說中的實驗，否則那隻可憐的貓和第一次登上太空的狗一樣必死無疑。

科幻小說《從地球到月球中》中的超級大炮發射的場景。（圖片來自維基百科）

齊奧爾科夫斯基

怎樣才能安全地把人送上太空？1903年，航天之父齊奧爾科夫斯基發表了論文「利用反應機器來進行太空旅行」（《Exploration of the World Space with Reaction Machines》）。在這篇和隨後的一系列論文中，齊奧爾科夫斯基詳細討論了火箭的工作原理，其中最著名的就是齊奧爾科夫斯基公式，這個公式算出為了獲得一定的速度增量，火箭需要消耗多少燃料，為人類開啟太空探索之門提供了一把鑰匙。

郵票中的齊奧爾科夫斯基公式

不過受當時的技術的限制，造出一枚大型火箭是絕對不可能，還要經過幾代科學家的努力才能造出能把人類送上太空的大型火箭。

土星五號火箭的最後一級 （圖片來自NASA）

在地球之外

雖然不能造出火箭將人類送上太空，科學家開始想像太空中的生活是怎樣的。齊奧爾科夫斯基在1917年前發表了一部科幻小說，對太空中旅行進行了科學的想像。這部名為《在地球之外》的小說用現在的觀點看就像是一部穿越小說。小說設定了一個很有趣的場景，讓七位著名科學家來到一百多年後的2017年，開始設計建造飛出地球的裝置。這個裝置在小說中叫做火箭，科學家們搭乘火箭成功地飛上了太空。小說中火箭是個可以回收的，反覆使用的裝置，類似於馬斯克的獵鷹系列火箭。

齊奧爾科夫斯基設計的太空船

小說裡面詳細地描述了這些太空人在太空生活的場景。「桌子，椅子，凳子都用不著，因為沒有人需要支撐。床鋪，床墊，被褥也用不著，火箭裡面到處都柔軟舒適…你在椅子上都坐不穩，在床上也躺不住，除非把你捆綁在上面。盤子，碟子，瓶瓶罐罐啥的，甚至食物也要綁住，否則就會飛走。…你想低頭引一杯葡萄酒，而酒卻變成無數的水珠從酒杯中飛出去，濺得到處都是…。」現在國際空間站里就是沒有椅子和床鋪，水飛出去會變成水珠飄在空中。

國際空間站上，水聚成球狀飄在空中。

小說里這樣描述科學家們從宇宙飛船中回到地球的場景。「首先是感覺有些陰冷，其次就是腳，手和整個身體都像是灌了鉛，很長一段時間不能從地上站起來，頭髮暈，像是喝醉了酒，旅行者們倒在地上東倒西歪…」。這些描述精確地預言了航天員從太空返回的真實感受。正如第一個登上太空的前蘇聯宇航員加加林所說，「齊奧爾科夫斯基比任何人都清楚地想像到了一個飛入宇宙中的人所面臨的世界。」

剛剛返回地面的「聯盟號飛船」船員

小說裡面的科學家團隊在太空中展開了一系列的探索。他們穿上了宇航服進行了太空行走，建了一個溫室來種植蔬菜，派了一個小分隊登上了月球，採集了一些月球上的礦石，還探測了小行星。人類到目前為止進行的很多航天活動，在這本書裡面都有科學的描述。不誇張地說，小說為人類的航天活動規划了一副藍圖，難怪齊老會被稱為「航天之父」。

小行星貝努和NASA發射的小行星探測器OSIRIS-Rex

這部小說的主要人物是來自於七個不同國家的科學家，他們分別是來自英國的牛頓，法國的拉普拉斯， 德國的赫姆霍茲，義大利的伽利略，美國的富蘭克林，瑞典的諾登捨得，還有來自俄羅斯的伊萬諾夫。除了大家都非常熟悉的牛頓，伽利略等人以外。諾登捨得是一位探險家，地理學家和礦物學家，最早完成了環北極的探險。小說中在大家都猶豫要不要去月球的時候，正是因為這位探險家堅持才去了月球。俄羅斯人伊萬諾夫代表的就是作者本人。

太空探索是人類共同的事業。小說中來自於不同國家的科學家一起共同遨遊太空正體現了這種精神。可能有人會問為什麼沒有中國科學家參與？100多年前的中國，正是軍閥混戰的年代， 在科學或者航天方面的鮮有貢獻，自然也不會有人參加到這個當時最高端的科學家團隊中。齊老如果生活在現在，他的科幻小說里，一定會有一位姓趙或者姓錢的中國人，跟著其他國家的科學家一起駕駛著下一代飛船飛出太陽系，去探索更加廣闊的宇宙空間。

本文節選自作者正在撰寫的科普圖書《國際空間站》，將由北京理工大學出版社出版。

來源：中國科學院國家空間科學中心

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