第三次工业革命（四）

空间技术

一、初始阶段

20世纪初，俄国著名科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基从理论上证明了多级火箭可以克服地球引力而进入太空，并建立了火箭运动的基本数学方程，奠定了航天飞行动力学的基础。此外，他肯定了液体火箭发动机是航天器最适宜的动力装置，为运载器的发展指出了方向。他是现代宇宙航行学的奠基人，被称为航天之父。
1926年3月，美国物理学家戈达德独立地研究了火箭的推进原理，设计、制造并发射了世界上第一枚液体火箭。此后,许多国家的科学家在政府的支持下,开展了对火箭制造和发射的研究。
第一次世界大战结束后，德国作为战败国受到严格限制，《凡尔赛条约》规定德国不得保留空军（实际上德国一直暗中发展）。在此背景下，德国大力发展新兴的火箭（当时还不被看作是武器），并很快达到世界领先水平。第二次世界大战爆发后，德国一度减少对火箭研发的投入。但到了1942年6月，为报复英国皇家空军对德国城市的大规模轰炸，德国开始了V-1导弹的研制，到1943年底，进入批量生产阶段。1944年6月13日，第一枚V-1导弹空袭英国伦敦。V-1是世界上第一种巡航导弹，它的动力装置为空气喷气发动机，飞行速度每小时550～600千米，飞行高度2000米，射程为 370千米，战斗部装药700千克。

二战期间，德国一共向英国发射了大约1万枚V-1导弹，由于英军的拦截和自身故障，大约只有3531枚成功攻击，而这些导弹中有2419枚命中了伦敦，大约30枚命中了开普敦和朴茨茅斯，另外甚至还有1枚飞到了曼彻斯特。V-1导弹炸死英国6184人，另外还有17981人重伤。德军还曾使用改进型的He-111轰炸机作为发射母机向英国发射V-1导弹，开创了空射巡航导弹的先例。

1942年10月3日，德国天才火箭专家韦纳·冯·布劳恩带领的团队制造并成功地发射了世界第一枚弹道导弹V-2。V-2采用液体燃料（酒精）作为推进剂，有效载荷为950千克高能炸药，飞行速度可超过4马赫，弹道高度可达约100公里。
自1944年9月8日起，到二战结束，德国一共发射了3745枚V-2导弹，其中1115枚攻击英国本土，2050枚轰炸了比利时安特卫普、布鲁塞尔、列日等重镇，另外还有582枚用于各种试验、改进和训练。袭击英国的1115枚V-2导弹一共炸死2724人，炸伤6476人。

英军可以使用战斗机和高射炮对V-1导弹进行有效拦截，但无法拦截高弹道、高速的V-2导弹。因此，V-2导弹袭击给英国带来了更大的恐慌。
二战结束前后，美国获得了许多V-2的半成品和制造设备，并且以冯·布劳恩为核心的上百位研究团队成员都去了美国，极大推动了战后美国火箭技术的发展。与此同时，苏联也获得了一些德国导弹和研究人员。可以说，战后美苏两国的火箭/导弹的发展都是以德国技术和人员为基础的。

二、太空竞赛

1957年10月4日，苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号（Sputnik-1），标志着人类进入了“太空时代”。苏联的成功轰动了世界，也大大刺激了美国。美国意识到在航天领域已经落后于苏联，于是开启了一系列高科技项目。
1958年1月31日，美国成功地发射了第一颗“探险者”-1号人造卫星。
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方一号飞船从拜科努尔发射场起航，进入最大高度为301公里的轨道上绕地球一周后成功返回，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。

1961年5月5日，美国宇航员艾伦·谢泼德乘坐自由7号飞船上升到最大高度186千米，在太空仅停留了15分钟，成为第一个进入太空的美国宇航员。这是一次亚轨道飞行。
1962年2月20日，美国发射载人飞船“水星”6号，其搭载航天员欧约翰·H·格伦中校绕地球飞行了3圈，轨道高度为260千米，历时4小时55分23秒，在大西洋海面安全返回。格伦因此成为美国第一个进入地球轨道的人。
美国在1961年到1972年组织实施了“阿波罗计划”。1969年7月16日，土星5号超重型运载火箭载着阿波罗11号飞船从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点火升空，人类实现首次成功登月并安全返回。美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗成为了第一个登上月球的人。截至到1972年，共有12名美国宇航员登上月球。“阿波罗计划”的成功实施，标志着美国成为太空竞赛的胜利者。

进入1970年代后，“太空热”逐渐衰退。美国社会对耗费巨大的阿波罗计划颇有质疑，且当时美国深陷越南战争泥潭，不得不压缩了航天计划。在阿波罗计划末期，美国国家航空航天局（NASA）认为需要建造一种可重复使用的航天运载工具。1981年4月12日，NASA发射首个航天飞机——哥伦比亚号，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
NASA设计航天飞机的初衷是降低成本，但是由于航天飞机系统过于复杂（机身超过250万个零件），生产制造和系统维护需要大量的人力物力，远超预算，航天飞机经济效益大打折扣。并且航天飞机老化速度远超预期，飞行任务被迫大幅缩水。1986年和2003年，挑战者号和哥伦比亚号先后由于设计缺陷发生严重事故（而美国总共只有5架航天飞机），造成全部乘客（14人）死亡，安全性堪忧。2011年7月21日，最后一次航天飞机任务（STS-135）——亚特兰蒂斯号在佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心的主港着陆，宣告航天飞机时代的结束。
苏联方面，著名科学家谢尔盖·帕夫洛维奇·科罗廖夫于1966年因病英年早逝，使其航天事业失去了核心人物，备受打击。在与美国的登月竞赛中，苏联彻底落败。1986年，和平号空间站发射升空，它是人类首个可长期居住的空间研究中心，同时也是首个第三代空间站，经过数年由多个模块在轨道上组装而成，算是为苏联航天挽回了一些颜面。苏联解体后，和平号空间站由俄罗斯继承。但由于经济状况不佳，俄罗斯无力维护，不得不选择将和平号退役，最终和平号于2001年3月23日受控坠落在南太平洋预定海域。

目前，在轨运行最大的空间平台是国际空间站（International Space Station）。国际空间站自1998年开始正式建设，于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。国际空间站主要由美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大空间局共同运营。

除了地月系，人类还探测了太阳系广阔的空间。
1962年12月，水手2号（Mariner 2）飞越金星。
1965年7月，水手4号（Mariner 4）飞越火星。
1973年12月，先驱者10号（Pioneer 10 或 Pioneer F）经过木星。
1974年3月，水手10号（Mariner 10）飞越水星。
1975年，太阳神1号探测器实现近日轨道飞行，开始对太阳进行近距离探测。
1979年9月，先驱者11号经过土星。
1986年，旅行者2号（Voyager 2）经过天王星。
1989年，旅行者2号经过海王星。
2015年7月，新视野号探测器（New Horizons）飞掠冥王星。
2019年1月1日，新视野号飞越了名为“天涯海角”(Ultima Thule)的小行星，这是人类迄今研究过的最遥远的天体，与地球的距离超过64亿公里。

天涯海角石