第一枚太空火箭

V-2火箭是指德国在第二次世界大战中研制的一种短程弹道导弹，也是世界上最早投入实战使用的弹道导弹。其目的在于从欧洲大陆直接准确地打击英国本土目标。因为是人类第一个可以飞到太空的高度的人造物体，所以也可以算是世界上第一个航天器。1925年，德国人率先在奥比尔公司生产竞赛用汽车上试验了火箭推进器。尽管试验并没有得到预期的成果，但德国科学家并未因此放弃新的探索。反而更着手设计飞向同温层高空的探空火箭。1927年，以赫尔曼·奥伯特为首的一批德国科学家与工程师成立了民间的太空旅行学会，这是全世界第一个航太科技研究协会。1929年，奥伯特与他的助手们开始研发液态火箭推进器。1932年后德国陆军开始想到了液态燃料火箭作为长程攻击武器的可能性，并派遣对火箭研发有兴趣的瓦尔特·多恩伯格上尉负责筹组相关事宜，瓦尔德招募了当时为经济状况烦恼的沃纳·冯·布劳恩为首的火箭研究小组进入德国陆军兵器局，开始进行液态火箭推进器的试验，同年，德军在柏林南郊的库斯麦多夫靶场建立了火箭试验场（Heeresversuchsanstalt Kummersdorf（德语：Kummersdorf-Gut））。从1933至1941年的8年期间，多恩伯格与冯·布劳恩的研发团队不断进行火箭研发，第一代的A-1重150kg，直径0.3m，长1.4m，采用酒精与液态氧推进剂，但推力只有3000kgf。由于设计不合理，因此A-1火箭试验失败。1934年12月19日及20日，冯·布劳恩的研究团队成功发射两枚重500公斤，安装陀螺仪并以液态氧及乙醇为动力来源的A2火箭，发射地点位于德荷边界的博尔库姆岛，此次测试两枚火箭以2.2公里及3.5公里的射程掉落北海，A-2火箭开发案到1936年结束。由于A-2火箭得到了满意的成果，于是德军更近一步着手研究第二代的A-3与A4火箭开发计划，其中A4火箭的预定目标为射程175公里、最大射高80公里、酬载量1吨的大型火箭，由于实验规模已经大到旧试验场无法提供足够测试空间，因此德国选择了东部奥德河的出海口处的一个名叫佩内敏德的渔村，兴建新的火箭试验基地（HVP（德语：Heeresversuchsanstalt Peenemünde））。除了液态火箭以外，德国空军也在此地开始研发FI-103无人驾驶飞行器的研究工作（FI-103即后来的V1火箭），代号FZG-78。1942年FI-103研发成功后，纳粹的宣传部长戈培尔亲自将此种新式兵器命名为“V1火箭”。V指的是德文的Vergeltungswaffe（复仇武器）一辞缩写，他意味着德国要用这种新兵器为第一次世界大战的失败雪耻，并向战胜国复仇。A-3火箭重达750kg，直径0.7m，长6.5m，推力增大到14700kgf，然即使A-3火箭试验成功，但A-3火箭的射程距离仍旧未达当时研究团队的期待。接着一种新型态的A-4火箭设计方案开始提出并接受试验。在1937年得到了德国陆军的支持，拨款了2000万马克作为A-4火箭研发经费。A-5火箭则是A-3火箭的改良版，A-4火箭在吸取A-5火箭的研发经验与资料后，在1942年正式研发成功。随即量产制造，1944年9月正式命名“V-2火箭”，并在9月8日的伦敦攻击扬名于世。V-2可负载1,000kg的高能炸药弹头并射向300km远的目标。详细资料如下：V2火箭是一个由约20000个零件构成的单级火箭。火箭的外壳是板杆结构并使用薄钢板覆盖。火箭具体由4个部分组成：在火箭的尖端搭载了大约738 kg的阿马托炸药混合物。由于这一部分在飞行中会因为空气阻力摩擦被加热，只能使用引爆温度在200 °C以上的炸药混合物。火箭上的尾翼和空气舵可以起到稳定火箭和控制飞行的作用，然而它们只能在较高的速度下才有效果。在发射初期，4只在发动机射流中放置的由石墨制成的燃气舵负责控制。所有的舵面都由伺服马达驱动。制导方面，V2火箭使用了当时极为先进的惯性制导系统。两只陀螺仪自主地保持预先设定的火箭弹道。由Hagen der Accumulatoren Fabrik AG (AFA)工厂生产的电池为弹道控制和舵面操纵提供电力。这些电池和所谓的“混合仪器”安装在战斗部下方的仪表舱内。这些仪器包括一台模拟式电子计算机，其获取从陀螺仪传来的横向和纵向误差并据此操作燃气和空气舵改正飞行弹道。为了提高命中精度，在很多试验火箭中还测试了电波制导，但在后期的作战中因为担心敌方的干扰未投入使用。在发射同时启动的定时装置，可以在发动机燃烧3秒之后调节制导平台的角度，使得火箭从竖直飞行转向一个倾斜的弹道。这一角度的设定取决于要完成的飞行弹道。在发射前火箭在发射架上是完全竖直的，但是沿着纵向需要旋转一个角度，使得一个特别标记的箭头指向目标方向。V2火箭是一种液体火箭，使用了75%的乙醇和液氧作为燃料。在工程师瓦尔特·蒂尔的领导下，推进剂最佳的混合比例、燃料喷嘴的配置和燃烧室的形状都得以研究。为了将大量的乙醇和液氧输入燃烧室以便产生足够的推力，火箭上还需要所谓的燃料泵。这一燃料泵使用集成在上面的一个500马力的蒸汽涡轮作为动力，其蒸汽在蒸汽发生器内由过氧化氢和高锰酸钾进行混合而产生。过氧化氢的供应则来自箭上的几个200巴压力的氮气储罐，它们也用来驱动多个阀门的操纵。在V2火箭中，制导系统和十分精确并因此难以制造的泵是当时最昂贵的零件。在燃烧大约60秒之后，火箭达到其最高速度，约5500 km/h（大约5马赫）。燃气从发动机喷出的速度大约 2000m/s。整个250到300公里的航程只需要5分钟就可完成。且由于弹道导弹在终端速度极快（约4马赫以上的超音速），远低于当时同盟国空防的反应所需时速，因此防不胜防。基本上当时英军只能靠声音与雷达约略测量预估弹道后，在导弹尚未击中目标前，以高射炮发射高爆弹药射击弹道企图拦截之。另外，在二战中V-2也广泛采用迷彩涂装，以避免遭到空军辨识空袭，在二战末期更全面采用橄榄绿作为迷彩。不过在试验中，V-2则是用黑白相间的涂装作为辨识。从1944年6月13日到1945年3月的短短十个月间，德军共发射了15000枚V-1导弹与3000枚V-2导弹，共造成英国31000人丧生。V型弹道导弹的出现，亦拉开了新式作战的序幕，V-2的出现意味着各种新兴弹道导弹的战略、战术运用。在历史上，美苏两大强国亦在弹道导弹着力深厚，并发展了各式弹道导弹，以及冷战铁幕的相互对立型态。二次大战后期，纳粹德国的V-2火箭飞越英伦海峡轰炸伦敦，虽然V-2对英国的实质损害不大，但是不像V-1导弹可拦截，因此对英国的社会人心造成莫大影响。大战一结束，美苏双方都急着要掌握德国的火箭技术，但是按照雅尔塔密约，V-2火箭生产工厂的主要所在地佩内明德划给了苏联托管，美国心有不甘，在美国政府的支持下，美军组成了一个突击队下令紧急展开一项代号“回纹针”的任务。在1945年5月22日到5月31日的10天之内，美军挺进巴伐利亚区并占领当地，动用了300节火车车厢和13艘轮船，把近百枚的V-2火箭以及相关的一切设备和半成品抢运一空，苏军在6月1日抵达的时候，只看到一座座空荡荡的工厂。1945年3月29日，在黑森州的布罗姆斯基尔兴火车站，美国人获得了10枚完整的V2火箭以及移动发射平台、推进剂和操作说明。这些V2火箭于3天后被运往安特卫普的港口，之后运至美国，成为了美国火箭科技的基础。1945年5月2日，冯·布劳恩向美军投降，并和其他的同行的科学家一起被送往美国（回纹针行动）。美国虽然获得了许多V-2的半成品和制造设备，但最可贵的是美国情报单位成功地说服了包括德国军方火箭计划负责人瓦尔特·多恩伯格中将及开发团队核心冯·布劳恩博士与相关的126位研究团队成员前往美国，并分别安置在德州的福特布里斯的火箭研究小组以及新墨西哥新建的白沙导弹靶场。1945年9月，冯·布劳恩抵达美国，时年33岁，自此以后美国的火箭工业和太空发展就扶摇直上。除了军事用途，V-2火箭在研究高层大气和电离层，以及对地球表面拍照等科学课题上也非常有用。1945年10月，英国人让来自当时德国的发射场的战俘在库克斯港附近发射了多枚V2火箭，以便向盟军占领军的代表展示发射的过程（逆火行动）。在这一行动中，发射的过程被以秘密的影像资料的形式记录下来，这一影像现在还可以在佩内明德的博物馆看到。在北豪森的集中营，大约100枚V2火箭和相关的零件在苏军占领前被美军运走，并运往美国本土。这些收获成为了美国宇航发展的基石。其中一枚火箭可以在华盛顿的国家航空航天博物馆见到，另一枚因为电影拍摄工作的原因，在20世纪50年代被重新运往德国，现展出于慕尼黑的德意志博物馆。1945年夏天开始的对重要火箭工程师的争夺，在代号为阴天（Overcast）的行动下进行。运往美国的V2火箭在1948年3月于新墨西哥州的白沙导弹试验场得以测试。这里测试的修改后的火箭，在V2上安装了一枚飞弹作为第二级，被称为Bumper。这种修改后的火箭在1950年于卡纳维拉尔角首次得以测试。在亚拉巴马州的亨茨维尔，在红石实验场成立了第一个火箭研发中心。在这里德国的科学家一共发射了67枚V2火箭。它们成为了后来的红石导弹和其他很多类似的导弹甚至是土星五号的基石。1946年，美国海军实验室发射了一枚V-2火箭，射到数百公里的高空，用来观测来自太阳的紫外线，这也是V-2火箭第一次应用在太空研究，从此开启了太空科学的新页。此外V-2火箭亦用来当作载人飞行试验载具，并搭载过猴子一类的小动物升空。同时，苏联也在1945年夏天，于苏占区抓捕了一大批德国的科学家，并于1946年将他们和他们的家庭成员以及剩余的工程和制造设施运往苏联本土，以便进行火箭的开发。苏联的R-1导弹就是直接的V2火箭的复制，于1947年在卡普斯京亚尔靶场发射。V2火箭也成为了苏联宇航科技和导弹武器的基石。在桑迪行动（Operation Sandy（英语：Operations Sandy and Pushover））中，一枚V2火箭于1947年9月6日在中途岛号航空母舰上发射，成为第一枚舰载导弹。加拿大的Canadian Arrow（英语：Canadian Arrow）公司为了参与Ansari X-Prize大奖赛，制造了一种延长了2米的V2火箭，其可将游客送往太空。