錢學(xué)森的星際航行夢(mèng)，是怎么從科幻到現(xiàn)實(shí)的？

科幻電影《火星救援》中有一段男主角的獨(dú)白，其大意是：加州理工學(xué)院的5 個(gè)學(xué)生在試圖制造火箭燃料時(shí)差點(diǎn)燒毀了宿舍，但他們并未被學(xué)校開除，只是被趕到了學(xué)校附近的農(nóng)場(chǎng)繼續(xù)試驗(yàn)。電影中這五人小組所成立的“火箭俱樂部”其實(shí)就是如今譽(yù)滿全球的美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的前身之一。獨(dú)白中提及的5個(gè)學(xué)生中就有錢學(xué)森。錢學(xué)森曾回憶：“加利福尼亞理工學(xué)院（作者注：加州理工學(xué)院）的火箭研究小組剛成立時(shí)，小組成員都是一些年輕人。那時(shí)候這些人對(duì)于火箭的看法都是很理想的。”[1] 當(dāng)電影主演馬特·達(dá)蒙向這五人致敬時(shí)，肯定不曾想到青年錢學(xué)森就曾仰望過火星，還曾自問：“我們會(huì)能有那么一天，和火星通信嗎？”

正是這一問開啟了錢學(xué)森對(duì)星際航行的科學(xué)幻想。他求學(xué)交通大學(xué)時(shí)，以機(jī)械和航空工程知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行探索，并通過發(fā)表文章《火箭》展示了他早年關(guān)于星際航行的科幻思想。文章以歐洲無線電臺(tái)“接到一種不知何方發(fā)來的奇異無線電信號(hào)”為開篇，引申出對(duì)火星是否存在生物的探討后，又進(jìn)一步提出如何利用火箭去火星，然后從火箭怎么會(huì)上升、用什么火藥、到星球去、火箭飛機(jī)和研究者的工作5 個(gè)方面進(jìn)行說明。

文章首先在“火箭怎么會(huì)上升”部分以踢足球等例子，引出物理學(xué)中的牛頓第三定律作為全文的鋪墊。之后在“用什么火藥”部分通過數(shù)學(xué)推算和物理證明，提出使用原子氫作為火箭動(dòng)力進(jìn)行星際航行，同時(shí)又理性地指出限于當(dāng)前（作者注：指當(dāng)時(shí)）技術(shù)條件無法進(jìn)行批量生產(chǎn)，而從科技、經(jīng)濟(jì)、存儲(chǔ)條件以及沖量大小等方面綜合考慮，“將來交通工具的大火箭必是用液體氧和汽油來推動(dòng)的”。當(dāng)然，文章目的并不在于此，而是從解決動(dòng)力問題入手，提出“到星球去”的科幻設(shè)想。

錢學(xué)森由此在后面的幾部分內(nèi)容中，以科學(xué)技術(shù)的最新前沿理論知識(shí)為依托，勾畫出一幅星際航行藍(lán)圖。眾所周知，要實(shí)現(xiàn)星際航行，首先需要具備脫離地球引力的動(dòng)力。錢學(xué)森借用前人“脫殼的火箭”概念，提出火箭如何獲得動(dòng)力，如文中描述：“就是在第一個(gè)最小的火箭中，燃料以外還載有各種操縱儀器和旅客。在這個(gè)火箭外面，再套上第二個(gè)火箭，這個(gè)火箭比第一個(gè)大，只帶燃料。在這個(gè)火箭外面，再套上第三個(gè)火箭。這個(gè)比第二個(gè)又大些，也是只帶燃料。”以此類推，根據(jù)星際航行的距離不斷增加外殼的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)宇宙間星體的遠(yuǎn)距離自由航行。

錢學(xué)森手繪了一幅火箭想象圖作為文章的配圖，其結(jié)構(gòu)很像分級(jí)火箭的雛形。文章還對(duì)最內(nèi)層具有飛船功能的火箭進(jìn)行了剖面介紹，包括駕駛室、客室、燃燒室、燃料儲(chǔ)存室、膨脹管、控制器等部分。從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)立場(chǎng)出發(fā)，文章指出以當(dāng)時(shí)的科技水平還不具備制作此種火箭的條件，“因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)毫無， 也必失敗”， 但又樂觀地表示，“ 我們必須從小的地方慢慢做起來”。

錢學(xué)森手繪的“三套火箭”及最內(nèi)層“飛船”的剖面圖和“火箭飛機(jī)”圖。“火箭飛機(jī)”也是錢學(xué)森后來提出“火箭客船”概念的思想源頭

那么，應(yīng)該從哪些小的地方做起來呢？

文章建議可以結(jié)合火箭和飛機(jī)兩種技術(shù)設(shè)計(jì)火箭飛機(jī)，即由此退一步，先通過研制火箭飛機(jī)，不斷地積累科研經(jīng)驗(yàn)，以便更好地向前探索。由于火箭飛機(jī)能在幾小時(shí)內(nèi)往返世界各地，錢學(xué)森幽默地稱其為“現(xiàn)實(shí)的縮地法”。在文章的最后，他熱情洋溢地呼吁：

“朋友，全世界都熱心于火箭了，工程家和科學(xué)家都動(dòng)員了，他們努力的，忍耐的，一步一步的走向征服宇宙的路。朋友，他們每一步都是堅(jiān)實(shí)的！”

錢學(xué)森的文章具有科普和科幻的雙重性質(zhì)，前面兩個(gè)部分屬于科普內(nèi)容，后面三個(gè)部分則具有科幻性質(zhì)，然而從中卻可見青年錢學(xué)森的科學(xué)探索欲，如其所言：“我們可以從非常渺小的事物，研究改進(jìn)到偉大的成就！”這是因?yàn)橐淮问【蜁?huì)有一次經(jīng)驗(yàn)，任何成與敗都會(huì)為后人留下借鑒。

1935 年8 月，錢學(xué)森以清華大學(xué)留美公費(fèi)生的身份赴美留學(xué)，先在麻省理工學(xué)院攻讀碩士學(xué)位，后入加州理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位。在師從馮·卡門讀博之際，他以研究空氣動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，逐步拓展學(xué)術(shù)領(lǐng)域，并于1947 年提出技術(shù)科學(xué)思想，此后又開拓了工程控制論和物理力學(xué)兩個(gè)原創(chuàng)性的研究方向。與此同時(shí)，他從未放棄對(duì)星際航行的探索，一直沿著此前科技幻想的思路，從多個(gè)角度探究星際航行的交通工具實(shí)現(xiàn)的可能性。在美國(guó)期間，他以獨(dú)著或合著的方式發(fā)表了《原子能》《探空火箭最優(yōu)推力規(guī)劃》《遠(yuǎn)程火箭飛行器的自動(dòng)導(dǎo)航》《從衛(wèi)星軌道上起飛》等多篇學(xué)術(shù)論文。

錢學(xué)森從加州理工學(xué)院博士畢業(yè)后留校任職（圖為當(dāng)時(shí)的留影），從而走上科研之路。留美之際，錢學(xué)森始終保持著旺盛的科學(xué)熱情和強(qiáng)烈的科學(xué)好奇心，不斷開拓新的研究方向

正因如此，當(dāng)1955 年回國(guó)時(shí)，錢學(xué)森已經(jīng)形成了比較系統(tǒng)的星際航行思想體系，集中體現(xiàn)于他在《工人日?qǐng)?bào)》1956 年11 月4 日第4 版上發(fā)表的文章《星際航行與科普工作》中。文章以通俗簡(jiǎn)明的語(yǔ)言解釋了星際航行就是指利用火箭和高速飛行技術(shù)，使人類能夠在脫離地球后航行于星際空間，以宇宙為活動(dòng)園地，像哥倫布一樣去發(fā)現(xiàn)星際空間的“新大陸”。基于此背景以及技術(shù)條件，錢學(xué)森又實(shí)事求是地提出星際航行的分步走戰(zhàn)略，第一步就是建造“一個(gè)圍繞地球轉(zhuǎn)的，在空氣層外的星際航行碼頭”。

所謂“星際航行碼頭”，其實(shí)就是人造衛(wèi)星。那么，這樣的星際航行碼頭又該如何建造呢？文章指出：“一次一次用火箭從地面把建筑材料和其他物資運(yùn)到這個(gè)人造衛(wèi)星上去，慢慢地把星際航行的船在人造衛(wèi)星上組合起來。”不難看出，這個(gè)就是空間站的概念。隨后，錢學(xué)森還計(jì)算出建立一個(gè)距地3000 公里的星際航行碼頭，采用多級(jí)火箭運(yùn)輸1 噸物資所需要的火箭重量。但由于消耗極大，他還頗富想象力地提出“火箭回收”的設(shè)想，指出：“運(yùn)輸火箭，不論第一級(jí)的大火箭也好，第二級(jí)的小火箭也好，只要加上翅膀，是能夠飛回地面的，所以運(yùn)輸火箭是可以用許許多多次的。”

后來，錢學(xué)森在中國(guó)科學(xué)院舉辦的星際航行座談會(huì)上，再次談及“設(shè)法回收第一級(jí)火箭的空體，修補(bǔ)后再用第二次”的想法[2]。因此，若二級(jí)火箭和火箭回收的設(shè)想均可實(shí)現(xiàn)，如此往返幾百次便可建立一個(gè)距地3000 公里的龐大的星際航行碼頭。而這個(gè)碼頭以6.43 公里/ 秒的速度繞地運(yùn)轉(zhuǎn)，星際船在這個(gè)碼頭上只要再加上2.67 公里/ 秒的速度就可脫離地球引力，且只要30 小時(shí)就可抵達(dá)月球；若以7.5 公里/ 秒的速度出發(fā)，則僅需8.6 小時(shí)即可抵達(dá)，如此就可以組建“月球遠(yuǎn)征艦隊(duì)”，實(shí)現(xiàn)地球與月球的常態(tài)化通航。

圖為錢學(xué)森“火箭技術(shù)概論”課程教學(xué)安排手稿。該手稿后經(jīng)錢學(xué)森擴(kuò)充和整理，于1963 年由科學(xué)出版社正式出版，即學(xué)術(shù)著作《星際航行概論》

由此出發(fā)，文章繼續(xù)提出以這個(gè)碼頭為中轉(zhuǎn)站前往其他行星，并分別計(jì)算出前往水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星（作者注：2006 年，國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)將冥王星降格為矮行星，冥王星不再處于太陽(yáng)系行星行列）所需要的速度和時(shí)間。其中，前往火星的旅程為237 天。為了實(shí)現(xiàn)火星旅行常態(tài)化，文章又提出在火星上空建立一個(gè)星際航行碼頭，形成“地球—地球星際航行碼頭—火星星際航行碼頭—火星”的火星旅行線路圖。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)如此浩大的計(jì)劃，同樣需要建立一支星際艦隊(duì)。

未曾想到幾十年后，《火星救援》電影中，男主角會(huì)在火星上向錢學(xué)森致敬！電影中還有一個(gè)片段，即男主角在沿著“火星—火星星際航行碼頭—地球星際航行碼頭—地球”的路線返回地球的過程中，還獲得了中國(guó)國(guó)家航天局的幫助。

當(dāng)有人提問能否到另一個(gè)恒星去時(shí)，錢學(xué)森謹(jǐn)慎地回答，以現(xiàn)有科技條件尚無法實(shí)現(xiàn)在恒星空間航行。這也充分體現(xiàn)出錢學(xué)森的求是精神，他明確給出了科學(xué)與科幻之間的界限，從而通過指出重點(diǎn)所在，引導(dǎo)大家把力氣用在真正值得用的地方。然而科技史上的諸多成果又何嘗不是來自科學(xué)幻想！就像錢學(xué)森言及的“幻想中也有實(shí)事的萌芽”，而科學(xué)技術(shù)工作者的使命就在于：

“把幻想里的實(shí)事逐漸擴(kuò)大，使萌芽生長(zhǎng)，而終于把幻想變成事實(shí)。這也是理論結(jié)合實(shí)際的道理了。”

正因如此，錢學(xué)森早期有關(guān)星際航行的科學(xué)幻想經(jīng)由科學(xué)實(shí)踐和理論探索，逐漸凝集于他回國(guó)后主講的課程“火箭技術(shù)概論”之中，最終形成了體系化的理論知識(shí)，呈現(xiàn)于他1963 年出版的學(xué)術(shù)著作《星際航行概論》之中。

1957 年10 月4 日，蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克一號(hào)”，而此時(shí)錢學(xué)森正以中國(guó)政府工業(yè)代表團(tuán)導(dǎo)彈組組長(zhǎng)的身份訪問蘇聯(lián)。“斯普特尼克一號(hào)”的成功發(fā)射給錢學(xué)森留下了極為深刻的印象，他說，“我們?cè)谀箍破陂g，蘇聯(lián)發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，完全明白地說明蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)越，我開始體會(huì)到社會(huì)主義陣營(yíng)的偉大”。1958 年1 月31 日，美國(guó)緊隨其后發(fā)射了“探險(xiǎn)者1 號(hào)”人造地球衛(wèi)星。冷戰(zhàn)中的兩大巨頭在航天領(lǐng)域的巨大成果給我國(guó)帶來很大震撼。1958 年5 月17 日，毛澤東主席在中共八大二次會(huì)議上宣布：“我們也要搞人造衛(wèi)星！”

此番宣言成為中國(guó)研制人造地球衛(wèi)星的基本方針。隨后，中國(guó)科學(xué)院成立了由錢學(xué)森擔(dān)任組長(zhǎng)的“581 小組”，作為研制人造地球衛(wèi)星的協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)。錢學(xué)森把大量的時(shí)間和精力投入人造地球衛(wèi)星的預(yù)研工作中，并將預(yù)研課題納入中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所的研究范圍。

經(jīng)過嚴(yán)密論證，1965 年7 月1 日，中國(guó)科學(xué)院向中央專委呈報(bào)《關(guān)于發(fā)展我國(guó)人造衛(wèi)星工作規(guī)劃方案建議》，提出爭(zhēng)取1970 年左右發(fā)射人造地球衛(wèi)星。1965 年10 月20 日至11 月30 日，中國(guó)科學(xué)院召開了中國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星總體方案論證會(huì)（代號(hào)651 會(huì)議），明確了第一顆人造地球衛(wèi)星項(xiàng)目的目的、任務(wù)和總體方案。自此，我國(guó)人造地球衛(wèi)星的研制工作正式進(jìn)入實(shí)施階段。1968 年，中央決定以中國(guó)科學(xué)院衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)成立中國(guó)空間技術(shù)研究院，并任命錢學(xué)森擔(dān)任首任院長(zhǎng)。

此后科研團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過數(shù)年的攻堅(jiān)克難，最終于1970 年4 月24 日成功發(fā)射了我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”。2016 年，經(jīng)國(guó)務(wù)院批復(fù)同意，將每年的4 月24 日定為“中國(guó)航天日”。“東方紅一號(hào)”的成功發(fā)射實(shí)現(xiàn)了錢學(xué)森“星際航行”設(shè)想的第一步，我國(guó)在航天技術(shù)上開始邁向星際時(shí)代。

不忘初心，自“東方紅一號(hào)”成功發(fā)射以來，中國(guó)航天科研工作者從未停止前行的步伐，通過持續(xù)攻關(guān)建立起了以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為代表的國(guó)之重器。而這些被錢學(xué)森稱為“星際航行碼頭”的人造地球衛(wèi)星，與位于雙魚座、距離地球約2.23 億公里的“錢學(xué)森星”遙遙相望。