战争是技术在各地区和国家之间转移的重要方式之一,它以激烈的形式推动文明交融与技术创新。第二次世界大战(以下简称“二战”)给人类带来了深重的灾难,但在客观上促进了科学技术的发展。二战中,军事技术不断取得突破,各种新式武器相继投入战争。德国创制人类历史上第一种弹道导弹V-2,实现颠覆性创新和“换道超车”。V-2不仅成为美苏等国研制新型火箭武器的蓝本,更为现代航天技术发展奠定了重要基础。
一、《凡尔赛和约》与德国武器研发第一次世界大战(简称“一战”)结束后,主要战胜国召开巴黎和会,在长达数月的讨价还价后各战胜国达成协议,拟定了对德和约。1919年6月28日德国在协约国的武力胁迫之下,与各战胜国代表在凡尔赛宫正式签订了《协约国及参战各国对德和约》,即《凡尔赛和约》(le Traité de Versailles,也称为《凡尔赛条约》)。协约国集团将战争的罪责全部归咎于德国并对其进行了严厉的惩罚。
《凡尔赛和约》共15部分440条,不仅包括巨额赔款、德国领土及其海外殖民地的有限期占领和分割,还对德国的军事实力进行了严格限制①。和约规定了强制性的裁军措施,包括德国陆军不超过10万,海军不超过1.5万,禁止拥有空军,禁止德国拥有各种重型武器、坦克、飞机和潜艇,在边境设立50公里宽的非军事区,以及盟国在德国享有裁减军备上的监察权和监控权等。和约异常苛刻的条款不仅在物质上给德国以重创,而且从精神上严重打击德意志民族的自尊心和自豪感,引起德国社会各阶层的不满和普遍抵制。德国人将这个和平方案视为“不能忍受的耻辱”[2]239。
对广大的德国人来说,《凡尔赛和约》对经济产生了灾难性影响。由于政府在“一战”期间筹措军费和战后支付巨额赔款,1923年德国爆发了严重的通货膨胀。1914年7月,1美元可兑换4.2马克,到1923年11月,1美元兑换马克已升至无法想象的4200亿[1]27。紧接着,由于美国华尔街经济崩盘,德国在1929—1933年的世界经济大萧条中遭受重创,大批工厂倒闭,失业人数增长了3倍。在右翼势力的蛊惑下,生活困顿的民众普遍认为《凡尔赛和约》强加给德国的不公正待遇是导致一切苦难的根源。于是,呼吁撕毁和约的复仇情绪高涨,各阶层对抗和约的行动层出不穷。
这期间,德国出现了一些由战后不愿卸甲归田的士兵和军官组成的准军事团体②,以应对裁军的压力。曾在西线战场服役4年的希特勒(A. Hitler)就是其中一员。他在1933年1月成为德国总理,毫不隐瞒其修改《凡尔赛和约》的意图,并立刻着手实施修正主义政策,表示将通过重振军备来降低失业率③。在德国政府支持下,一些企业通过在他国开设工厂等各种名义,摆脱协约国的监视,研制和约严禁生产的常规武器。多家航空企业在瑞典、荷兰、苏联和意大利等国开设工厂,研制军用飞行器。最终,1927年协约国管制委员会因无力监控德国军备发展而被迫撤离,关于德国违反规定发展军备的最后报告也被禁查④[4]。
更为重要的是,冲破和约束缚的压力成为研制新型武器的动力。德国积极将火箭技术用于研发新型武器。火箭技术为研制未被《凡尔赛和约》禁止的远距离武器提供了新的发展道路,当年起草该和约的人们还没考虑到火箭的发展。
二、军方和政府资助研制火箭1930年12月17日,德国陆军部(HWA)召开正式的火箭武器研制会议,标志着德国官方军用火箭计划的开始[5]。这是一项采取新的原理和技术路线的武器研发计划。
1932年,一支民间业余火箭研究小组的工作引起了军方的注意。这主要得益于小组成员鲁道夫·内贝尔(R.Nebel)的热情宣传和表演他们还不成熟的第一支小火箭米拉克(Mirak-1)。小组主要成员还有冯·布劳恩(W. von Braun)⑤和克劳斯·里德尔(K. Riedel),他们当时都是德国星际航行协会的成员。当陆军负责火药火箭的上尉瓦尔特·多恩伯格(W.R. Dornberger)博士等人在火箭飞行场视察时,对这个小组的火箭研究表现出兴趣。多恩伯格提出自己的任务是“发展一种液体推进剂火箭,可以用工业方法生产,射程比任何大炮都远”[6]。经过双方互相了解,火箭研究小组开始与陆军方面进行合作。希特勒权力崛起之后,空军得到了政府更加慷慨的资助,也开始关注和支持火箭研究。
1932年底陆军在柏林西南部的库默斯多夫(Kummersdorf)建成了“西部试验站”(Versuchsstelle West),在多恩伯格带领下以冯·布劳恩为首的火箭小组,相继设计和试制代号为A-1、A-2、A-3和A-5的试验火箭,并开始构想和研制实用化的大型火箭A-4⑥。经过3年的巨大投资和建设,1939年底德国东北部的佩内明德(Peenemünde)大型火箭研究中心⑦投入使用,其中的陆军研究中心专注研究液体弹道导弹[7],进行A-4的研制、试验、组装和生产,具备很强的研发能力。在1936年至1943年间,这里建成近70座大型建筑和复杂设施⑧,包括当时欧洲最大的风洞以及大型液态氧制取工厂、装备精良的试验室、试验台和制造车间等。而这些设备和设施当时在世界上是独一无二的,类似的高科技火箭制造中心直到10-15年后才在美国和苏联出现[8]。
在火箭研制过程中,形成了一个由各领域优秀科学家和工程师构成的集体,他们被称为佩内明德团队(Peenemünde Team)。多恩伯格是火箭计划的总负责人,冯·布劳恩领导各系统的总体协调和设计。里德尔、赫尔曼(R. Hermann)、施泰因霍夫(E. Steinhoff)和泰尔分别负责火箭设计、风洞建设与空气动力学研究、制导和控制问题,以及火箭发动机研制。内贝尔管理佩内明德样品车间,并安排A-4火箭的生产。一些著名教授参与火箭研制,他们大多来自德累斯顿(Dresden)、达姆施塔特(Darmstadt)和柏林的高等技术学校,工作主要集中在导航、控制和推进领域[9]。众多机构和公司也得到火箭研制的任务或订单⑨。
希特勒于1939年3月和1943年7月两次视察火箭试验场,观看了A-4成功发射的影片,最初对A-4能把1吨爆炸物送到180英里远的地方感兴趣,1943年决定将A-4列为国家最优先项目[6]35-38。为躲避盟军轰炸和扩大火箭生产,希特勒决定将A-4的测试转移到德军占领的波兰登比察(Dębica)地区,生产则转移到德国中部的诺德豪森(Nordhausen)附近,1942年就已经开始在那里建设大型地下火箭工厂—“米特尔维克”(Mittelwerk)⑩。这家工厂实现了A-4的大批量生产,每昼夜可生产30枚火箭[10]。至此,德国形成由佩内明德的陆军研究中心、波兰的火箭试验场和米特尔维克火箭工厂三者构成的火箭研究、试验和生产体系。
三、率先实现颠覆性创新火箭武器是与传统火炮完全不同的技术,遵旨着新的科学原理。冯·布劳恩的研究小组在V-2研制之初,并没有多少现成的技术可供借鉴。他们从基本原理和火箭试验入手,进行颠覆性创新。
研究小组参考当时威力最大的德制“巴黎大炮”(Paris-Geschütz)⑪,提出最初的A-4火箭性能参数:“第一次世界大战(时)发展出了‘巴黎大炮’,能把直径21厘米、装药22磅的炮弹发射到125千米,新的火箭应当携带1吨炸药,飞行两倍于此的距离,即250千米”[5]58-59,它应符合公路、乡间道路和远距离铁路运输的条件,其最大尺寸应按照欧洲隧道和铁路的转弯曲率来确定。经初步计算,火箭包括尾翼在内的宽度应不超过2.74 米,总长不超过12.80 米[11]。研究人员又推算出一系列技术指标,如火箭总重、推力、发射精度和燃料的燃烧速度等。这些指标成为火箭设计的基本依据。
A-4火箭的研制者们集中解决高速空气动力学设计、大推力发动机设计、燃烧控制、推进剂控制、喷注器设计和弹道控制等一系列重大问题,实现了多项创新。在空气动力学设计方面,开创了超音速空气动力学的实验研究,以解决气动稳定问题以及全新的超音速空气动力学和气动加热问题。通过在火箭尾部安装小翼面的方法,保证了箭体在超音速飞行中的稳定性,并利用超音速风洞进行了全面细致的理论研究和试验。仅超音速风洞测试中得到的亚音速到超音速M10流速下的数据就超过10万个[12]。根据这些数据,研制者们详细设计箭体,解决了稳定尾翼设计和材料选择等问题。
大推力发动机在燃料供给、燃烧室、喷注器和燃烧室冷却等方面的设计,代表当时最高水平的创新。研制者们放弃用燃料箱增压的传统办法,而采用涡轮泵为发动机输送液氧和浓度为75%的酒精;采用球形结构的燃烧室,以获得较大的容积,并通过在其头部设置的18个喷注器,来精确控制液氧和酒精的流量;采用薄膜对燃烧室进行冷却,巧妙地解决了发动机冷却的难题。此外,还将发动机尾喷管设计为螺旋形,大大提高了膨胀比。
制导与控制系统异常复杂,是火箭研制的一个关键环节。研制者们开创了现代惯性制导的先河。A-4主要是由一个三轴陀螺平台通过变换放大器等,作用于火箭尾部的可控气动翼和燃气舵,从而实现对其飞行姿态的制导、控制和稳定。可控气动翼在大气层里起作用,而燃气舵则在大气层外起作用。此外,用于火箭飞行轨迹的校正与测控的还有无线电遥控技术,即“维多利亚/夏威夷”(Viktorija/Hawaii)横向无线电校准系统⑫,以及“墨西拿-1”(Messina-1)无线电遥测箭载装置。
1942年10月3日A-4火箭发射试验成功。这种单级液体火箭呈流线型,由弹头、控制设备舱、燃料舱和尾段四部分组成。全长14.03米,箭体最大直径1.66 米,底部连同尾翼在内宽3.56米,重约13 吨。发动机最大地面推力26吨,最大速度1500米/秒,最大射程达到250-300千米。德国人还为A-4火箭研制了一系列配套设施,如固定式发射台、车载机动式发射台、发射-控制装甲车、燃料加注设施、供电设施、无线电接收站、地面观测站和规模化生产设施等。与火炮相比,火箭完全是原创的颠覆性创新。
为扭转战局,德国很快将A-4火箭装备部队。1944年,A-4更名为Vergeltungswaffe-2(简称V-2,Vergeltungswaffe意为复仇武器)。希特勒授予冯·布劳恩等5名佩内明德的科学家纳粹最高奖—骑士十字勋章(Ritterkreuz des Eisernen Kreuzes,简称RK),以表彰他们对V-2火箭的设计、制造和应用的卓越成就。
四、美苏分享德国的创新成果二战期间,德军发射3225枚V-2袭击英国、法国和比利时等国家,造成巨大的人员与财产损失⑬[7]90-91。尽管V-2在实战中显现出精度不高、飞行中提前爆炸等缺点,但这种新式武器的巨大军事潜力迅速引起了各国的密切关注。
火箭武器是德国在战时创造与独享的新技术。“1945年之前,无论是苏联人,还是美国人、英国人,都无法造出推力超过1.5吨的液体火箭发动机,少量产品可靠性很低,未系列投产,更未生产出任何应用这种发动机的新型武器。而此前,德国掌握了这种技术,并研制成推力达27 吨的液体火箭发动机,比其他国家的大18倍!” [10]222。这种技术差距是刺激其他国家急于争夺德国火箭技术的重要因素。在德国战败之际,美苏两国竞相争夺德国的火箭专家、火箭、技术资料及相关设备设施。
首先得到德国火箭在波兰试验发射情报的是英国。火箭所带来的威胁使英国高层十分焦虑[13],为此英国首相丘吉尔(W. Churchill)于1944年7月13日致信苏联最高领导人斯大林(И.В. Сталин),请求允许英国专家前往苏军进攻路线上的波兰登比察火箭试验场考察。8月,苏英专家仔细搜查了建在波兰的德国火箭试验场,并找到火箭发动机残骸、涡轮泵组、惯性装置的重要部件、无线电设备和执行机构的自动化零件等有价值的东西[14]。
1945年5月2 日,美军在慕尼黑附近接收主动前来投降的冯·布劳恩等德国火箭专家们⑭,获得攫取德国火箭技术的先机。根据德国专家提供的信息,美军抢先攻占原来约定由苏军占领的诺德豪森地区,俘获到火箭工厂的492名专家[15],并有足够的时间选取他们想要的东西,甚至测试了德国生产的火箭。最终,冯·布劳恩、多恩伯格和内贝尔等120多名专家和以及100多枚V-2火箭、大批设计资料和重要仪器设备等被送到美国[16],在美国导弹和航天计划中发挥了非常重要的作用。
苏联在情报方面滞后于英国和美国,因而在争夺火箭基地方面处于下风。更为重要的是,苏联人较多地注重设备、器材等有形的财富,而未将人才的争夺置于优先的地位。他们得到了发动机和其他部分的零部件、仪器、大型试验设备和为数不多的技术文件等[17],还俘获了部分德国专家和技术工人,却未得到完整的V-2技术文件,尤其是缺乏控制系统的技术资料和器材。苏联利用得到的人才和火箭技术“战利品”,最大限度地利用德国人才、技术与工业基础,就地复原V-2火箭。在此基础上,苏联人在本国发展火箭技术和航天技术。
V-2火箭技术还以特别的形式回到了火箭的故乡中国。根据1957年10月中苏两国签订的“国防新技术协定”,苏联向中国提供了V-2的仿制品P-1和改进型P-2火箭。以此P-2为基础,中国研发了东风系列火箭,发展起航天事业。
五、结 语冲破《凡尔赛和约》对德国发展常规武器的限制,是德国将新兴的火箭技术用于研发新式武器的动力,也是其“换道超车”的策略。陆军方面首先发现冯·布劳恩这个人才,资助他的研究小组研发火箭武器。在军方和政府的支持下,德国火箭研发团队从科学原理入手,以武器型号为目标,在研制过程中不断创新,从而实现颠覆性创新,探索出一条发展先进武器的新路。
德国V-2液体弹道导弹是军事技术的一项重要变革,也是航天技术史上的一个重要里程碑。V-2火箭技术被美苏等国分享,为二战之后各国研发导弹和发展航天事业奠定了技术基础,影响了世界军事和航天竞争的格局。冯·布劳恩及其合作者在美国发展航天事业中,包括将人送上月球的壮举中发挥了关键作用。
① 协约国赔偿委员会要求德国在30年内偿付总计1320亿金马克的战争赔款且必须以黄金支付。但到1932年时,德国的战争赔款已大幅削减,最终被确定为30亿马克,分30年付清。根据和约规定,德国损失了13.5%的领土,12.5%的人口,所有的海外殖民地,16%的煤产地及半数的钢铁工业。详见文后参考文献[1][2][3]。
② 这些士兵或军官不想也不能适应战后日常生活的困境,进入以“自由军团”著称的地方志愿部队。他们原本是为了补充地方上的警察和国家武装力量,最后却超过了后者。
③ 1924年,德国利用“鲁尔危机”后国际舆论对德国普遍的同情促使英美等国在赔款问题上做出让步,并利用国际关系形势,促进德国经济恢复,到希特勒上台后再也没提起赔款问题。军备问题上,1932年的裁军会议上宣布德国同与会各国享有同等的军备权利。因为希特勒在经济和军备上的这些举措,他甚至在二战前夕被提名诺贝尔和平奖。提名他的是瑞典议员埃里克·勃兰特。埃里克·勃兰特意在讥讽有人向诺贝尔委员会提名时任英国首相的张伯伦(A.N. Chamberlain),抗议其在德国和欧洲和平上的绥靖政策。虽然希特勒没有获得必要的多数选票,但关于他“所作贡献”的讨论非常热烈,负责评奖的挪威诺贝尔委员会最终把当年的奖项授予综合研究机构南森研究所。
④ 1932年的国际裁军会议对德国的军备限制也基本解除,由此导致《凡尔赛和约》对德国的惩罚和限制已经名存实亡。此后,在纳粹党的统治下,德国在1935年3月公开撕毁《凡尔赛和约》,宣布恢复义务兵役制并且大规模扩军。
⑤ 冯·布劳恩此时是柏林洪堡大学(Humboldt-Universität zu Berlin)的物理学博士研究生,也是德国星际航行协会(Verein für Raumschiffahrt,VfR)的成员。他将自己的博士论文与火箭研发工作结合起来。
⑥ 当时德国人并不把A系列称为火箭,而称为组合件(Aggregat)。因而A-4实际上是组合件-4(Aggregat-4)的缩写。
⑦ 实际上,该中心分为两个部分,一是陆军研究中心(Heeresversuchsanstalt Peenemünde),又称“佩内明德-东部”(Peenemünde-Ost),研究液体弹道导弹;二是空军试验中心(Erprobungsstelle der Luftwaffe),亦称“佩内明德-西部”(Peenemünde-West),研究Fi-103导弹。
⑧ 大型试验台有11个,高达30米,可以进行大型导弹及其发动机的各种试验。二战开始时这里的员工数量达到1万人。
⑨ 柏林地区参与火箭研制的机构和公司还有德国航空研究所(DVL)以及西门子(Siemens)、阿斯卡尼亚(Askania)、洛伦茨(Lorenz)、卡尔·蔡司(Carl Zeiss AG)、罗德与施瓦茨(R&S)、莱茵金属-博尔西希(Rheinmetall-Borsig)、宝马(BMW)、哈德曼.布朗(H&B)、李斯特(List)、德国通用电气(AEG)、蓝宝(Blaupunkt)等公司的工厂和试验室。
⑩ 此处为音译,直译即为“中央工厂”。
⑪ 第一次世界大战中德国用来轰击巴黎的一门火炮,亦称为威廉皇帝炮(Kaiser-Wilhelm-Geschütz)。
⑫ “维多利亚”为箭载接收装置,“夏威夷”为地面发射装置。因这项技术容易受到盟军的无线电干扰,V-2火箭应用于战场时并没有装配此系统。
⑬ 德国发射3225枚V-2,袭击了安特卫普(1610枚)、伦敦(1359枚)、里尔(25枚)、巴黎(19枚)和马斯特里赫特(19枚)以及其他一些目标,其中1/5为哑弹。最后一枚火箭于1945年3月27日落在伦敦南部的肯特州。
⑭ 钱学森作为美国技术专家,在慕尼黑见到了冯·布劳恩。
[1] |
史蒂文•奥次门特著, 邢来顺等译. 德国史. 北京: 中国大百科全书出版社, 2009: 246.
|
[2] |
李工真. 德意志道路—现代化进程研究. 第二版. 武汉: 武汉大学出版社, 2005: 243.
|
[3] |
刘自强, 陈光辉. 《凡尔赛和约》与战后德国民族复仇主义的勃兴.
湘潭大学学报(哲学社会科学版), 2019, 43(3): 165-172.
DOI: 10.3969/j.issn.1001-5981.2019.03.027. |
[4] |
基斯•尤班克, 第二次世界大战的起源: 7.
|
[5] |
李成智. 通向宇宙之路—跨世纪的航天技术. 武汉: 湖北教育出版社, 1997: 55.
|
[6] |
埃里克•伯高斯特著, 陈安全等译. 现代航天之父: 布劳恩. 上海: 上海译文出版社, 1982: 16.
|
[7] |
Bode V, Kaiser G. Building Hitler's Missiles: Traces of History in Peenemünde. Berlin: Christoph Links Verlag, 2008: 23.
|
[8] |
Доклад записка А. И. Шахурина Г. М. Маленкову от 8июня 1945г. о результатах обследования германского реактивного научно-испытательного института в Пенемюнде. // Ивкин В И, Сухина Г А. Задача особой государственной важности. Из история создания ракетно-ядерного оружия и Ракетных войск стратегического назначения (1945–1959гг). Москва: РОССПЭН, 2010: 16–18. (1945年6月8日沙胡林致马林科夫关于德国佩内明德喷气科学试验研究所调查结果的报告).
|
[9] |
Michael J N. Von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War. New York: Vintage Books, 2008: 117.
|
[10] |
Черток Б Е. Ракеты и люди. От самолетов до ракет. Москва: Издательство РТСофт, 2010: 231. (切尔托克. 火箭与人1: 从飞机到火箭)
|
[11] |
Dornberger W R. The German V-2.
Technology and Culture, 1963, 4(4): 393-409.
DOI: 10.2307/3101376. |
[12] |
顾诵芬, 史超礼. 世界航天发展史. 郑州: 河南科学技术出版社, 2000: 82.
|
[13] |
温斯顿•丘吉尔. 第二次世界大战回忆录6: 胜利与悲剧. 第2版. 张师竹, 徐崇信译. 海口: 南方出版社, 2005: 2525.
|
[14] |
Кантемиров Н Б. Первая советская экспедиция на немецкий ракетный полигон в Польше (1944г.). // ИИЕТ РАН. Юбилейная научная конференция, посвященная 65-летию победы в великой отечественной войне. Москва: Подольская Периодика, 2011: 141. (坎捷米洛夫. 1944年苏联在波兰德国火箭试验场的第一次考察).
|
[15] |
石磊等著. 钱学森的航天岁月. 北京: 中国宇航出版社, 2011: 55.
|
[16] |
李成智, 李建华. 阿波罗登月计划研究. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2010: 55.
|
[17] |
王芳. 苏联对德国V-2火箭的技术复原(1945-1947).
工程研究—跨学科视野中的工程, 2014, 6(2): 190-204.
|