乾卦和人類飛天（下）

□ 黎成龍

爻辭——九五（續）

牛頓識破天機

在很長時間內，人們弄不明白，葉落為什么總是歸根；蘋果熟了只能往地面掉；被大風和上升氣流卷入空中的沙塵和鵝毛，在氣流平靜以后也要落回地面；人不能離開地面半步，你用力往上跳，在須臾之間就會跌回原地；你生氣地往天上甩石頭，石頭也總是被拉回到地面；你學鳥兒飛離地面，則總是飛得越高，摔得越狠！

這到底是怎么回事？直到17世紀中葉，一個叫伊薩克·牛頓的人才識破天機，弄清其中緣由。

1665年，剛剛獲得學士學位的牛頓，因流行瘟疫，劍橋大學停課，他回到家鄉，在對蘋果落地等現象的仔細觀察和深入思考中，提出了“萬有引力定律”。

萬有引力定律指出，任何物體都有引力，它們之間總是相互吸引的。兩個物體之間的引力大小，與它們的質量成正比，與它們之間距離的平方成反比。這就是說，物體的質量越大，它的引力越大，兩個物體之間的距離越大，它們之間的引力作用越小。這也就是說，地球、人、石頭、沙塵和鵝毛等等都有引力，它們之間總是相互吸引。但是，人、石頭、沙塵和鵝毛的質量與地球的質量相差太懸殊，它們的引力無法與地球相比，因而總是地球吸引人、石頭、沙塵和鵝毛。

牛頓

地球引力像是一條條無形的橡皮筋，它們將人、石頭、沙塵和鵝毛等一切物體都拴在地球上。無形的地球引力橡皮筋具有極好的彈性，人向上跳、將石頭甩向空中、沙塵和鵝毛被風卷入高空，只是將拴著他們的無形橡皮筋抻長一些，最終還是要被拉回地面。

地球引力都是指向地心的，如果沒有地面的阻擋，所有物體都有被拉向地心的趨勢。

牛頓識破天機，不僅是指他的萬有引力定律告訴人們萬物逃不脫地球的原因，還在于他指出了掙脫地球引力、逃離地球的前景方向。牛頓在伽利略等人的基礎上，提出三大運動定律（牛頓三定律），為了計算變化的瞬時速度和距離，他還發明了微積分。牛頓運動定律告訴我們，提高物體的運動速度，可以掙脫地球引力的束縛而逃離地球。這叫“速度戰勝引力”。運用運動定律的數學公式和微積分運算，可以算出逃離地球的速度（即“逃逸速度”）是每秒11.2千米。月球的逃逸速度為每秒2.4千米，太陽為每秒628千米。如果在火衛一上，可用力將一塊石頭甩到火星上去，因為火衛一的逃逸速度只有每秒5米。

齊奧爾科夫斯基

宇宙速度

火箭飛行速度示意圖

顧名思義，所謂“宇宙速度”，就是克服地球引力的束縛，進行宇宙航行所需要的速度。目前我們涉及到的有第一、第二、第三3個宇宙速度。上面我們說的逃逸速度為第二宇宙速度，也叫“脫離速度”。地面上的物體，只要達到每秒11.2千米的速度，就可擺脫地球引力的束縛，以拋物線軌跡逃離地球，但仍無法擺脫太陽引力的束縛，而是在太陽的引力作用下繞太陽作圓周運動。

地面上的物體，如要進一步擺脫太陽引力的束縛飛出太陽系，則需要達到每秒16.7千米的運動速度，這就是第三宇宙速度。地面上的物體達到第三宇宙速度時，就會以雙曲線軌跡飛離地球，相對太陽來說其軌跡為拋物線，但它仍在銀河系中心的引力作用下繞銀河系中心作圓周運動。

那么，第一宇宙速度呢？

第一宇宙速度就是地面上的物體繞地球作圓周運動所需要達到的速度，又叫“環繞速度”。我們知道，物體作圓周運動的條件是，第一、它本身需要具有一個速度；第二、它同時要受到另一個力的作用，使它改變運動方向而作曲線運動；第三、它作曲線運動時產生的離心力，與它改變運動方向的那個力（即向心力）大小相等、方向相反，這樣，它就會始終繞曲率中心作圓周運動。

根據牛頓運動定律和萬有引力定律公式，以及地球質量和萬有引力系數，可以算出在地面上第一宇宙速度為每秒7.912千米。

這里需要說明兩點：第一、物體在地面上是無法繞地球作慣性圓周運動的。這除了地球表面不是光滑的圓球表面外，地球大氣阻力會降低物體的運動速度，而一旦運動速度降到每秒7.912千米以下，物體就再也不能繞地球作圓周運動了。而如果用動力來補償大氣阻力損失，以保持每秒7.912千米的速度值，那又不是慣性圓周運動了。第二、由于引力的大小與距離的平方成反比，因此，在離地面不同高度上的環繞速度數值不同。

齊奧爾科夫斯基指點迷津

什么物體的運動速度能達到環繞速度？氣球、飛艇、滑翔機和飛機都望塵莫及，而且它們的升空飛行全都依賴地球大氣。

1857年，在俄羅斯梁贊的伊熱夫斯基村，一位了不起的科學家誕生了。他叫康斯坦丁·愛多阿爾多維奇·齊奧爾科夫斯基。10歲那年，一場嚴重的猩紅熱病使他雙耳完全失聰，無法繼續上學，只得由母親教他讀書寫字，而母親在第二年又去世了。

齊奧爾科夫斯基沒有被這些打擊所壓倒，他將全部精力用在學習上，自學了小學和中學課程。16歲那年，他想上大學，但家境貧寒，交不起學費。同時，也沒有哪所學校肯收一名沒有中學文憑的聾子入學。于是他只身來到莫斯科，在圖書館里刻苦自學大學課程，常常因饑餓而昏厥。被父親接回家鄉后，由于他有深厚的學識，被一所中學錄用為數學教師。

1897年齊奧爾科夫斯基推導的火箭運動速度的基本公式

但齊奧爾科夫斯基的興趣在物理學上，尤其熱衷于研究宇宙航行理論。他從牛頓第三定律（即作用與反作用定律）想到，地球繞著太陽轉，地球運行的離心慣性（即離心加速度力，俗稱離心力）與太陽對地球的引力大小相等，方向相反，所以地球始終在一條軌跡上繞太陽運行。然后他又進一步大膽設想，如果地球被炸成了碎片，碎片將如何運動呢？經過思考，他認定絕大部分碎片仍然會在不同的軌道上繞太陽運行，而它們的引力中心則會繼續保持在地球繞太陽運行的原有軌道上。這就是“引力中心不變定律”。

齊奧爾科夫斯基設想了種種登天的辦法。他對宇宙航行的濃厚興趣，使他將全部業余時間都投入這方面的研究，并擠出微薄的工資來購買有關書籍和實驗設備，不屈不撓地進行各種實驗和試驗。當時也有人提出用火箭作為宇宙航行的動力工具，但與我國古代“萬戶飛天”一樣，沒有闡明它的本質。一次，齊奧爾科夫斯基在看完一本叫做《作為星際航行工具的火箭原理》的書后，發現其中有許多概念錯誤，于是他就對火箭原理進行了系統的研究。

中國古代火箭——神火飛鴉

中國古代火箭——震天飛炮

戈達德和第一枚液體火箭

1883年，26歲的齊奧爾科夫斯基寫了一本叫做《外層空間》的書，書中指出，地球大氣不可能延伸得很遠很遠，行星際空間肯定是絕對真空狀態。在此基礎上，他第一個從理論上證明火箭能在太空真空環境中工作，以反作用原理為基礎的火箭推進系統，在真空中的工作仍然是有效的。這樣，齊奧爾科夫斯基就像指點迷津的神仙一樣，為人類實現宇宙航行的理想指明了努力的方向。

宇宙航行第一公式

齊奧爾科夫斯基對宇宙航行的理論研究鍥而不舍，在19世紀90年代他根據自己的研究成果寫了一本新書，叫《用火箭推進器探索宇宙》。但這本書到1903年才得以出版。書中指出，火箭的飛行速度v，等于它的發動機的噴氣速度ω和它的質量比Mk/Mo的乘積，即v=ωIn（Mk/Mo）。式中Mo是包括推進劑在內的火箭初始質量，Mk是推進劑已經用完，即不包括推進劑的火箭凈質量。

這個火箭公式告訴我們，要提高火箭的飛行速度，一個辦法是提高火箭發動機的噴氣速度。要做到這一點，一是選用高性能的推進劑，二是科學地設計火箭發動機，使它具有最好的性能。另一個辦法是降低火箭的結構系數，也就是火箭自身的結構質量越小，推進劑裝得越多，在火箭發動機關機時火箭能得到最大的速度。

這個火箭公式后來被人們稱為“齊奧爾科夫斯基公式”，為人們研制航天運載火箭指出了明確的努力方向。

齊奧爾科夫斯基還指出，當時的固體火箭燃料能量太低，要讓火箭創造宇宙速度，應該使用液體燃料。最好的液體燃料是液氫/液氧。但當時的工業技術還無法生產液氫，他就設想用煤油和液氧作火箭燃料。

齊奧爾科夫斯基還指出，單級火箭無法達到宇宙速度，必須采用多級火箭。在下面一級火箭完成推進任務后，上面一級火箭接著工作，逐級提高飛行速度。

這里我們清楚地看到，正是齊奧爾科夫斯基火箭公式奠定了宇宙航行的理論基礎，是宇宙航行從幻想、理想到現實的轉折點。因此，人們稱其為“宇宙航行第一公式”。

爻辭——上九

上九，亢龍有悔。

孔子《象辭》中的說明：亢龍有悔，盈不可久也。

亢龍有悔，何謂也？貴而無位，高而無名，賢人在下而無輔是以動而悔也。

亢龍有悔，窮之災也。

亢龍有悔，與時偕極。

亢之為言也，知進而不知退，知存而不知亡，知得而不知喪。其惟圣人乎？知進退存亡，而不失其正者，其為圣人乎？

這些話的大意是，上九居六陽之巔，但陽極生陰，物極必反，陽居陰位，勢必遭受艱難險阻，因此應掌握進退、存亡和得失規律。

對人類航天的啟示是，火箭的誕生，使人類能夠沖出地球大氣層，進入太空。那里的環境條件與地面和大氣層空間完全相反，可大有作為，但也有致命危險，必須解決進出太空、太空生存和工作的生命保障問題。請看航天動力——火箭誕生、發展和航天時代到來的故事。

據《宋史》等史書記載，宋太祖“開寶三年（公元970），兵部令史馮繼升等進火箭法。命試驗，且賜衣物束帛。”這里的“火箭”，應是應是具有反作用力因素的我國古代火箭。

中國古代火箭作為軍事武器得到迅速發展。宋神宗元豐六年（公元1083），抵抗西夏入侵的宋軍，一次就領用火箭25萬支。在南宋與金、元長期對峙的戰爭中，雙方都使用了火箭。到元朝和明朝，中國古代火箭發展到鼎盛時期。

明朝人焦玉寫于洪武十年（公元1377）的《火龍神器陣法》中，記載有火龍柜、百虎齊奔、神火飛鴉等火箭的制作和使用方法。焦玉的另一本書《火龍經》中除記載了火龍出水等火箭的制作方法外，還記載了控制火箭飛行方向的方法，火箭應放置在穿龍形架上或有支架的桶中發射。

明朝人施永圖寫的《武備心略》，對神火飛鴉、震天飛炮等火箭的制作和使用方法，以及使用效果等有詳細的描述。茅元儀于明熹宗天啟元年（公元1621）完成的《武備志》，記載有幾十種火箭，其中包括一窩蜂、飛空砂筒、震天飛炮、神火飛鴉和火龍出水等。

奧伯特

布勞恩

《襄陽守城錄》中記載，宋寧宗開禧三年（公元1207）宋兵用火箭抵抗金兵。《辛巳泣蘄錄》記載，宋寧宗嘉定十四年（公元1221）金兵圍蘄州時，“日出弩火藥箭七千只、弓火藥箭一萬只……我軍又以火箭射之”。《明實錄》記載，洪武四年（公元1371），“廖永忠進兵瞿塘關……其將鄭興中火箭死”；建文二年（公元1400）“李景隆等合軍六十萬……敵藏火箭于地，其所謂一窩蜂者，著人馬皆穿”。《明史稿》記載，天順八年（公元1464），“延綏參將房能言麓川破敵，用火器曰九龍筒，一線燃則九箭齊發”。《武備志》記載，抗倭名將戚繼光（1528～1587）的車營圖，24輛車共裝載火箭12972支。

中國古代火箭除用于軍事外，據美國人基姆在《火箭與噴射》一書中記載，明朝人萬戶還企圖用火箭作動力飛行。

美國火箭先驅羅伯特·戈達德，從1921年7月開始，全力投入液體火箭的研制。1926年3月16日，發射成功了世界上第一枚液體燃料火箭。火箭飛行2.5秒，上升12.5米，飛行距離56米。

1928年秋，德國烏發電影制片公司計劃拍一部叫做《月球上的女人》的科幻影片，聘請赫爾曼·奧伯特為技術顧問，并請他制造一枚真火箭。結果，不但電影得到好評，火箭也于1930年7月23日發射成功，飛行高度達20千米。

1930年，奧伯特的少年助手馮·布勞恩到柏林理工學院上學，利用業余時間協助奧伯特進行液體火箭發動機試驗。1932年，德國軍隊中負責固體燃料火箭研究的沃爾特·多恩伯格陸軍少將，發現布勞恩具有非凡的創造才能，同時又認識到液體燃料火箭具有不可忽視的軍事潛力，于是便把布勞恩攏在自己名下從事液體燃料火箭研究。

1933年初，布勞恩開始實施“A系列火箭計劃”。1934年12月，兩次發射A-2火箭成功，射高2.4千米。1937年秋，試驗A-3火箭，1938年夏發射成功，后命名為A-5。1939年秋，加上控制系統的A-5火箭發射成功。1942年10月，改進的受控火箭A-4試射成功。希特勒德國將它作為一種新式秘密武器嚴加保密。在二次世界大戰形勢發生逆轉時，A-4更名為“V-2”，“V”是德文“復仇”一詞的第一個字母，希特勒德國妄圖用這種新式秘密武器挽救其失敗的命運。

V-2雖然以戰爭武器的面目出現在世人面前，但它的誕生，是人類實現宇宙航行理想道路上的一件大事，它將齊奧爾科夫斯基設想的用作宇宙航行動力工具的火箭變成了現實。V-2為航天時代的到來拉開了序幕。

在法西斯德國崩潰前夕，布勞恩和其他主要火箭專家攜帶V-2的圖紙數據向美軍投誠，加上被美軍俘獲的多恩伯格等人，共約300名一流德國火箭專家被帶到美國。美軍還繳獲100多枚完整的V-2導彈實物，也悉數運回美國。

二次世界大戰結束后，蘇聯也從德國招募了一批火箭專家，雖然絕大部分是二流專家，但科羅廖夫很尊重他們，與他們一起工作，先利用繳獲的部分V-2圖紙數據和零部件進行仿制，1947年10月18日，仿制的近程導彈試飛成功。然后轉而自行設計。從1948年10月到1953年4月，近程導彈、中程導彈、遠程導彈、地球物理火箭等相繼試飛成功，并兩次用地球物理火箭將小狗送入高空，導彈也逐漸裝備部隊。

1957年8月3日，科羅廖夫發射成功世界上第一枚洲際導彈。此時他又不失時機地大膽采用捆綁技術，用洲際導彈改成的并聯火箭，于1957年10月4日發射成功世界上第一顆人造地球衛星。

1961年4月12日，蘇聯將人類第一名太空使者尤里·加加林送進太空。

1964年5月，我國自行設計的中近程液體地地導彈發射成功。1967年5月26日，中程液體地地導彈發射成功。1970年1月30日，中遠程液體地地導彈長射程飛行試驗成功。1970年4月24日，用長征一號三級運載火箭成功發射我國第一顆人造地球衛星東方紅一號。2003年10月15日，長征二號F火箭發射神舟五號飛船，航天員楊利偉乘船繞地球飛行一天。

1969年7月21日，美國用“土星”5號火箭發射的“阿波羅”11號飛船，將阿姆斯特朗和奧爾德林送上月球。

至于太空環境和航天飛行的兇險，以及解決辦法，我們在一開頭就介紹過了，這里不再重復。

乾卦還有一個斷語——用九，見群龍無首，吉。

孔子《象辭》中的說明：用九，天德不可為首也。

乾元用九，天下治也。

乾元用九，乃見天則。

這些話的大意是，出現一群巨龍，大家都有“天德”，都守“天則”，不以首領自居，天下大治，吉祥。

對人類航天的啟示是，太空是全人類的共同財富，人類要和平利用太空，不稱霸太空，讓航天事業為全人類造福。

科羅廖夫