航天史:05.监狱里的设计局

闲言少叙,书归正文。上文书讲到,科罗廖夫被冤枉,关进了监狱。那时候正好是大清洗的高峰期,被冤枉的人多了去了。苏联第一枚液体火箭发动机的设计师格鲁什科也被抓了,进了内务部的监狱,不死也要脱层皮。结果这个格鲁什科乱咬人,就把科罗廖夫咬出来了。其实人家科罗廖夫还帮他说过好话。所以这二位就结下了梁子。这事儿后来影响到了苏联登月计划的成败。善于集中力量办大事儿的苏联,偏偏内部恶斗不止。白白耽误了大好的机会,这都是后话了。
科罗廖夫虽然被判决要去远东的科雷马矿服苦役。但是他并没有被直接押送去远东,而是关了好几个月。因为这时候,苏联在做人事调整,内务人民委员部换领导了,换成了拉夫连季·贝利亚。贝利亚虽然也是臭名昭著的锦衣卫头子,但是人家也是个优秀的军工生产管理者,第一件事儿就是把科罗廖夫找回来。为啥找科罗廖夫,因为科罗廖夫的的老师图波列夫点名要这个人啊!
贝利亚一问,这人哪儿去啦?底下的人去查,发现科罗廖夫已经上路了,去远东了。说实话,俄罗斯的面积太大了。远东某些偏远地区,坐火车都得走两个礼拜。沿着西伯利亚大铁路一直走,我猜得不错的话,会取捷径走中东铁路,也就是从满洲里进入我国境内,穿过东北,从绥芬河出去,重新进入俄罗斯境内。这条铁路是清朝末年修的,因此最开始叫“东清铁路”,清朝境内的东方铁路,后来大清亡了。这条路也就改名字了,叫“中东铁路”,中国境内的东方铁路。
从绥芬河出去没多远,就是海参崴。从海参崴上船,跨过鄂霍次克海,到了马加丹州。这个地方就在鄂霍次克海的最北端,旁边就是堪察加半岛,这就是个标准的苦寒之地。1939年8月,科罗廖夫到达了目的地,在这儿开始劳动。因为营养的不良,他得了坏血病。他们这里冰天雪地,估计是吃不上蔬菜,所以缺乏维生素C。而且科罗廖夫又被暴打了一顿,连牙齿都被打掉了。这才是11月份的光景,冬天还长着呢。

俄罗斯大到难以想象

就在这时候,上边的命令终于发到了科罗廖夫服苦役的地方。那么他还是需要从水路先走上一段,坐船去海参崴。这艘船上装的全是犯人,哪个地方基本全是犯人,不会有多少普通老百姓的。结果这艘船在大雾之中迷航了,在日本附近触礁沉没。船上的犯人基本死绝,好在科罗廖夫没赶上这班船。所以,这也是不幸之中的万幸啊,要是他真的上了这一班船。以后也就没有苏联航天事业的顶梁柱了。
科罗廖夫滞留在了马加丹港,他只能靠打零工赚点生活费。他也是还会修鞋,给人钉个掌之类的,手艺还不错。就在港口熬过了整个冬天。鄂霍次克海每年有280天的冰冻的,冰雪消融的时间段往往会大雾弥漫。所以只能等到天气暖过来了,才能走船。所以科罗廖夫只能等待,等到春天来了。另一艘船把他带到了海参崴。从海参崴坐火车到了哈巴罗夫斯克,也就是伯力。在这儿给他治了病,修养了一阵子。等他缓过来了,被押回了莫斯科。这一次判决他8年监禁。

安德烈·图波列夫(1944年)

这一次,待遇完全不一样。不像远东的苦寒之地。科罗廖夫被押到这里,押到那里,他也是一头雾水。等到了地方一看,要是不看周围那些铁丝网的话,这地方不像是监狱,到像是个工厂。科罗廖夫被带到了食堂。等着他的是老领导图波列夫,扭头一看,后边是佩特利亚科夫和米亚西谢夫,再往后看还有一大串脸熟的同事。原来苏联最优秀的航空设计人才全都进了监狱,图波列夫被人诬陷里通外国,向敌对势力泄露飞机图纸,所以他也被抓进来了。斯大林当然明白是怎么回事儿,这个人千万要留下来,这个人未来会拯救苏联。
所以呢,贝利亚当然不会暴殄天物,让他们去干体力活儿。当时国际形势非常的严峻,波兰已经灭亡,战争迫在眉睫。这些人都是宝贝,当然要好吃好喝的养起来。让他们在监狱里组建了一个设计局,开始设计一种轻型轰炸机,也就“图-2”轰炸机,这是一种双发轰炸机。航程2000公里,最大起飞重量大概是10吨多,速度520公里/小时。能挂3吨炸弹。这个型号的飞机1941年首飞,在后来的卫国战争之中是大显身手。我国在1949年买了33架,后来参加了抗美援朝,还有解放一江山岛战役。这是解放军第一次陆海空三军协同作战,当然是少不了轰炸机参与的。

图-2轰炸机

扯远了,我们还是说图波列夫。图波列夫功劳很大,后来图波列夫被放出来了,恢复了一切荣誉。斯大林还向他道歉。这是破天荒的一次,也是唯一的一次。但是其他人还是在监狱里继续工作。这种监狱生活环境还不错,工作的地方和一般的办公室没什么两样,只是下了班要回到有士兵把守的营房睡觉。几个人睡一间屋,大家在一起还能讨论点儿技术问题,想念老婆孩子是难免的。
格鲁什科的境遇也差不多m,他在喀山负责一个火箭实验小组。他还在研究液体火箭发动机。科罗廖夫申请调过去和格鲁什科一起工作,两个人心里有疙瘩。但是科罗廖夫更喜欢火箭,个人恩怨先放一放吧。当时苏联的很多的机构都开始分散往内陆转移,图波列夫去了鄂木斯克,格鲁什科去了喀山,这都是战争所迫。
苏联卫国战争是在1941年6月22日开打的,德国人一路进攻。兵锋直指莫斯科,当时很多机构都疏散了,使领馆去了古比雪夫,就连列宁墓里列宁的遗体都迁走了。斯大林到是没走,一直留在莫斯科。一直到1942年,苏联人在莫斯科城下才顶住了德国人的进攻,打赢了莫斯科保卫战,好多机构才搬回来。

1941年红场阅兵,战士们直接开赴前线

德国人当时是节节胜利,但是德国人登陆不列颠的愿望算是落空了,这才掉过头来入侵苏联。但是英伦三岛上的大型轰炸机始终是个威胁。当时德国的雷达系统还是很烂,不能提供可靠的早期预警。等到发现英国人的轰炸机摸进了家门,德国人才着急忙慌的起飞战斗机进行拦截。人家轰炸机飞行高度是很高的,德国战斗机要爬好长时间才能爬升到哪个高度,黄花菜都凉了。因此德国人热切盼望着能有一种快速的截击机去拦截这些轰炸机和侦察机。
要想提高爬升率,靠活塞发动机是够呛。所以德国人盯上了新研发的火箭发动机。这个想法最后导致了Me163火箭动力截击机的诞生。不过种东西没有发展下去,缺陷太多了。航程太短,也就是冲上去打一个回合,基本上就没油了,最后靠滑翔回机场。但是你也看得出德国人对这种玩意儿有多重视。

Me-163 火箭动力截击机

德国人很早就对火箭非常关注,军方和布劳恩展开了合作,但是军方的试验场就在柏林附近,很快就不够用了。布劳恩后来回忆那段时光,他说附近在实验重机枪。一旦开始测试,他就没办法计算了,他只顾得上用手捂住耳朵。枪声太响了,布劳恩要去找一块能够不受干扰的试验场地,他找来找去,也没发现合适的地方。
1935年的圣诞节,布劳恩是和家人一起度过的。他的母亲偶然提到他爹曾经到靠近波兰边界的佩内明德北边的乌瑟多姆岛去打野鸭,这地方到是蛮偏僻的,紧靠着波罗的海。这倒提醒了布劳恩,他亲自去佩内明德走了一趟,发现这的确是个好地方。于是就向上打报告呗。

佩内明德试验场遗迹现在可以参观

德国人还是真不含糊,拨款1100万马克在佩内明德修建了复杂的试验场。有一连串的试车台,用来测试发动机和火箭。还有燃料工厂,当时火箭用的燃料是液氧和酒精。还有超音速风洞,用来对飞行器进行风洞测试。还有巡航导弹的发射架,以及组装火箭的大楼。对了周围还有一座战俘营。好多脏活儿累活儿就是由战俘和犯人来干。所以苏德两国的火箭都是犯人干出来的。
不得不承认,布劳恩是个天才,他当年担纲领衔火箭研发的时候才22岁。他最早研发的A-1火箭是个不折不扣的大玩具。重量只有150公斤,直径30cm,长1.4米,就这么大个玩意儿。刚飞起来就爆炸了,所以A-1火箭是失败的。在此基础上改进的A-2火箭就好多了,一共做了两枚试验火箭,一个飞到了2.2公里的高度,一个飞到了3.5公里的高度。A2火箭装了陀螺仪,有陀螺仪提供的姿态反馈信号,火箭变得更加稳定。这些火箭还是从德国陆军的试验场上发射的,位置在北海边,靠近荷兰边界。
1936年,布劳恩开始试验A-3火箭,这个火箭是要装惯性导航装置。这样的火箭才能变成导弹。发动机的推力达到了1.5吨。佩内明德试验场建成了以后,A-3火箭就挪到佩内明德进行试验。但是A-3火箭几次试验都失败了。布劳恩分析,可能是惯导系统不成熟导致的。后来A-3火箭修改成了A-5火箭,说白了就是A-4火箭的缩小版。A-4火箭的发动机推力有25吨,这是一枚实用化的大火箭。在此之前需要做个缩小版的模型,那就用A-3的发动机来做个小号的缩比模型,这就是A-5。

A-4、A-5、A-3之间的大小比例

A-5能飞12公里高,起飞重量900公斤。长度大概是5.8米,直径80cm,头上装了降落伞,可以回收。德国进攻苏联的时候正好是A-5火箭步步推进的时候,A5一共飞了25次,算是为A-4提供了大量有效的帮助。
A-4火箭就是一个大型的实用的火箭了,要把1吨的高爆炸药送到250公里远的地方,也就是当年巴黎大炮射程的两倍。发动机推力要达到25吨。此前最大的发动机推力也不到1吨,可见A-4火箭的发动机有多大的跨越,要解决多少技术难题。首先是火箭发动机的金属根本受不了,因为发动机燃烧起来温度达到了2700度。冷却是个大问题,装一套水冷装置显然是不可能的。

A-4火箭的发动机

负责发动机的工程师蒂尔采取了一个非常规方法,那就是让燃料酒精流过喷口的夹层,用燃料来冷却燃烧室的金属。顺便给燃料做个预热,这是一举两得的事儿。但是即便如此,最窄,温度最高的喉部也还是受不了。所以蒂尔在这里设计了一些小孔,直接让酒精从这里漏进燃烧室。酒精迅速气化,形成了一层气膜,阻碍了高温燃气和金属的接触,被气膜给隔绝开了。
还有一个麻烦是燃料泵,因为这个火箭发动机要每秒送125公斤的燃料进入燃烧室,用什么东西来驱动这个燃料泵呢?过去经常是使用一个耐高压的球,里面存储高压气体。用高压气体来驱动燃料泵。但是对于A-4这么大的火箭。高压气体没这么大本事。必须用一个小发动机来驱动这个高压泵。要不然说A-4这个火箭是世界上实用的火箭的直系祖宗,就是因为现代各种火箭需要的主要组件,在这个火箭上全有。
A-4火箭采用了过氧化氢催化分解,产生剧烈的喷发,用这个力量来驱动这个涡轮泵。这个涡轮泵负责每秒输送125公斤的燃料进入燃烧室。布劳恩对这个泵提出了很高的要求,必须轻,而且启动加速要快,而且必须可靠。也就跟当时消防车上用的泵很相似。这个问题算是基本解决。

倒立摆

这个火箭很大,要飞很远,必须能承受狂风。而且随着燃料越烧越少,重心还会发生变化,因此还要应对这样的变化。其实这个过程就像那手指顶着一根杆子,保持不倒。这个过程是个动态调整的过程。这个东西的学名叫做“倒立摆”,是自动控制要解决的一个基本的问题。要随时感知火箭的姿势和状态,那就需要用到陀螺仪,没这种东西根本玩儿不转。
那么,靠什么来控制火箭的飞行姿态呢?飞机是靠舵片来操控自己的姿态的。火箭也不例外,只不过,他们采用的是所谓的“燃气舵”,其实也就是石墨片,伸进火箭喷出的高温燃气里面,用这些舵片来改变喷气的方向,从而控制火箭的姿势。

燃气舵

一直到1942年的6月份,布劳恩才准备好了A-4火箭,前两次发射试验都失败了,第三次取得了成功。飞到了83公里的高空,射程达到了193公里,算是很成功了。但是,布劳恩打了很多颗A-4火箭,只有几次能达到这样的效果。大部分都出了故障,要么飞起来就栽了,要么就是射程和高度不达标。直到1943年,火箭经过不断的改进,才变得比较稳定。但是1943年的德国早就不是大战初期的德国了,形势可以说是急转直下。
从1942年7月到1943年2月,正好是苏德围绕斯大林格勒的争夺战。时间上和布劳恩实验A-4火箭基本是一致的。斯大林格勒战役成了苏德战场的转折点,德国丢失了战争的主动权。德国丢掉战争的主动权是一个连续的过程,也就是从莫斯科保卫战到斯大林格勒战役,再到库尔斯克坦克大会战。德国人从走上坡路变成了走下坡路。西线那边日子也不好过。英国皇家空军对鲁尔工业区进行了26次大规模轰炸。

利用机头机尾的灯光交叉来判断高度,超低空投弹打水漂

在鲁尔工业区有几座水坝,德国人怕英国来攻击这几座水坝,特地在水里装了防雷网,攻击水坝最好的办法是用鱼雷嘛。就跟打军舰差不多。英国人想出了一个绝妙办法,用圆柱形的巨型炸弹挂在兰开斯特重型轰炸机的肚子上。利用马达带动这些圆筒炸弹倒转。然后超低空飞到水库上方,贴着水面把这些圆筒炸弹扔下去。这些圆筒炸弹就会在水上打水漂,刚好跳过了德国人的几道防雷网。最后到了水坝边上,圆筒撞墙了,沉到了水里,在一定深度上,水压装置触发了炸药。贴着水坝的墙根爆炸,这一下水坝就垮了。
首当其冲的是默内河谷大坝,挨了6颗圆筒炸弹才被炸开。一夜之间,鲁尔区三座大坝被炸开,整个鲁尔河谷一片汪洋。下游淹死了1600多人。其中600是德国人,剩下1000人是苏联战俘。这要了命了,不知道斯大林是会怎么想啊!
希特勒当时已经有点打急眼了,形势看来不行了。他把宝全都压在了3种新式武器之上。你别说,这3种武器在未来都衍生出了庞大的族群。A-4,毫无疑问就是弹道导弹的鼻祖。Me262是喷气式战斗机的先驱。Fi-103是巡航导弹的雏形。但是这几种武器在当时都还不太成熟,经常是关键时刻掉链子。

Fi-103就是V-1导弹的原型

元首把负责火箭研发的多恩伯格叫了去,问他火箭能不能运载10吨炸药。10吨?多恩伯格吓了一跳,心说你杀了我算了,这都哪跟哪儿啊?A-4火箭当时面打满算也就运1吨。希特勒歇斯底里的发了一顿火,这元首都神经了。但是,元首发火也没用,佩内明德遭到大规模轰炸,生产不了了。看来这个地方让英国人知道了。英国人是怎么知道的呢?下回再说……
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