通識導賞:摘星之戰 蘇聯為何輸掉月亮給美國?

文章日期:2018年12月02日

【明報專訊】月亮,人類存在以來最大的夢,直至人類的機器衝進太空,在月面徐徐降落,這個夢才醒了。

冷戰,則是人類史上最大的意識形態衝突,美國和蘇聯一邊維持危如累卵的表面和平,一邊竭力在各方面表現本國思想的優越。

冷戰其中一項主要競爭,是雙方均想證明自己的科技水平勝過對方,太空競賽因此而生,影響了全世界其後幾十年的科技進程,並把人類從月亮的迷思中喚醒。

以下是記者訪問李文愷博士後,整理成文。

美國盼反超蘇聯 挑戰最高難度——人類登陸月球

上世紀六十年代之前,有好長一段時間蘇聯在太空競賽中領先。第一個人造衛星史普尼克一號,在一九五七年由蘇聯發射;第一個環繞地球的太空人,是蘇聯人加加林,時維一九六一年;至於首次太空漫步,在一九六五年由太空人列昂諾夫實現,也是來自蘇聯。因為美國在太空競賽的初期落後,時任甘迺迪政府苦思有什麼方法能追上蘇聯。由於蘇聯之前的亮麗成績,美方很清楚憑自己當時的技術,不可能在同一層面勝過對方,最可行的就是提出一個全新、不倚仗現有技術的方案,這才有機會反超蘇聯。最後在一九六一年,美方研究的結果是:推行難度最高的計劃——人類登陸月球。甘迺迪當時向民眾說:「我們選擇在十年內登陸月球,不是因為這很簡單,而是因為這很困難。」

可載人火箭的比併

載人登月,聽起來不簡單,實際做起來更需要面對很多以往技術未有觸及的問題。首先要解決的難題,是要研發一種比過往更為強力的火箭,因為要運送載人太空船抵達月球,比之前運送無人太空船困難許多,而一九六○年代初期的火箭,不論美國還是蘇聯,都未能滿足要求。後來,美國之所以能在阿波羅計劃中順利載人登月,與他們成功研發出強力新火箭「土星五號」,有着直接關係。至於蘇聯方面,在美國宣布登月計劃後,也緊隨開始研究新型火箭。但蘇聯的情况比美國複雜,他們並沒有單一的太空總署作統籌,而是由不同的設計局和工程師領導不同任務。其中有一個才華橫溢的工程師科羅廖夫,在他監督下,之前蘇聯很多重要的太空任務都取得成功。可是,到了要研發載人登月火箭時,包括科羅廖夫在內的幾個工程師,出現了競爭和分歧。直到一九六六年科羅廖夫病逝後,工程師之間的傾軋仍未消停,窒礙了新火箭的誕生。到了一九六九年,亦即是美國的土星五號成功試射的兩年後,蘇聯才製造出媲美土星五號、理論上可載人登月的新型運載火箭「N1」。由此可見,蘇聯航天機構人事上的複雜和不穩定,使其缺乏綜觀全局的科研人物,妨礙了技術的發展,反而讓美國後來居上。

工程缺陷 釀成大爆炸

除了人事問題,工程上的缺陷,亦導致蘇聯的載人火箭進程遜色於美國。雖然蘇聯有了全新的N1火箭,但前後四次試射均告失敗墜毀,其中第二次試射更釀成火箭史上最大規模爆炸。據科學家回顧,蘇聯的N1和美國的土星五號,設計上有很大差別。美國的土星五號,底部只有五個主要引擎,設計較精簡,而且數量較少,因此較容易通過逐一測試確保運作順利。至於蘇聯的N1,底部由三十個較小引擎組成,設計比土星五號繁複得多,但蘇聯當時的工業架構,不足以把三十個引擎逐一測試,以致發射失誤的機會很大,連續四次發射都以爆炸收場。在太空競賽前期各方面一直佔優的蘇聯,被迫在載人登月面前止步,只能眼睜睜看着美國阿波羅計劃的太空人多次踏足月球,直到一九七○年代中期,蘇聯決定終止載人登月火箭計劃為止。

多次登月後 民眾失興趣

美國作為摘下登月競賽桂冠的勝利者,在一九六九年「阿波羅十一號」首次成功實現人類登陸月球後,陸續派太空人登月,直至一九七二年的三年間,總共載人登月六次之多。美國當時的太空計劃,集中了全國巨額的科研資源,這才有能力在短短幾年內,密集生產土星五號火箭,供登月之用。但在第六次太空人登月後,計劃開始進入困境,其中最大問題是美國民眾漸漸對登月習以為常,失去興趣。由於失去民眾支持,政府不願意再花天文數字金錢送人上太空,因此在一九七二年後,美國停止載人登月計劃。同時,專為載人航天而研製的史上體積最大火箭土星五號亦告停產,後來甚至流傳土星五號設計圖遺失的消息。不過即使設計圖仍在,估計今天美國也未必有工廠有能力重建土星五號。現時還有兩枚當年剩下的火箭,收藏在美國的博物館。

德V2火箭技術被美蘇瓜分

冷戰期間的太空競賽,帶動了美蘇雙方相應的一系列科技發展,正如登月火箭的出現就是一個例子。然而說起研發火箭的始祖,不得不提到納粹德國,正是他們發明了世界第一枚彈道火箭。二戰時期,德國為了在德國本土直接攻擊英國,招募大批科學家和工程師研究火箭推進技術,並最終研發彈道武器「V2」火箭。德軍最早利用V2這新發明,從德國跨越英倫海峽轟炸倫敦。直到二戰結束後,德國戰敗,國內的科研成果被戰勝國瓜分。V2火箭的核心設計師馮布朗和他的研究隊伍,連同不少V2的成品,被帶往美國安置。自此美國的火箭和航天技術突飛猛進,甚至連土星五號也是在馮布朗的主持下研發。另一方面,蘇聯亦不甘示弱,佔領了V2火箭的工廠,帶走了剩下的德國科學家、火箭材料和生產設備,這些後來也成為蘇聯航天科技和彈道兵器的基石。由此可見,美蘇雙方在太空競賽時展示的航天技術,其實不少都得益自二戰時的德國。

近年月亮的訪客

一九七六年蘇聯在解體前最後一次發射無人太空船在月球着陸,其後的十幾年,月球都未有迎來訪客。接下來要到一九九○年代,才陸續有太空船奔向宇宙,但多只是圍繞地球和月球做探勘工作。這段時期派出太空船的國家計有美國、日本、印度等,但均沒有登陸月球。而月球再度有無人太空船造訪,就要數到二○一三年由中國發射並成功軟着陸的嫦娥三號和玉兔號月球車,這是一九七六年以來的首次。如果再有下一個登月的訪客,很可能就是預計在本月發射的無人太空船嫦娥四號。嫦娥四號的特別之處,在於它打算在月球的「背面」登陸。如果成功,將會是首次有太空船在月球背面着陸。由於月球被地球的引力鎖定,月球自轉的周期和圍繞地球公轉的周期幾乎一致,因此從地球望向月球,月球會始終以同一面朝向地球,而所謂月球的背面,就是我們在地球上無法觀察到、不朝向地球的另一面。至於計劃在二○一九年發射的嫦娥五號,將會是嫦娥系列最後一艘無人太空船,它的工作目標不止探勘,還包括在月球採集岩石和土壤樣本,並將樣本帶回地球。由於要具備從月球回程的功能,因此嫦娥五號對於火箭技術的要求比之前幾次計劃更高,中國需開發全新的火箭長征五號,而能否如期發射仍是未知之數。

不再登月 美轉研火星

中國和其他國家,如今正在嘗試派遣無人機繞月和登月,但美國早在六七十年代已能發射自動返回的登月無人機,甚至多次載人登陸月球,可見美國的航天技術目前在國際間仍是處於相當領先的地位。不過在七八十年代後,美國對於月球方面的研究力度明顯減輕了,一來是勝出了太空競賽,政治上的壓力減輕;二來經過多次探索,美國對月球的認識加深,研究價值沒有以往高,因此後來把精力逐漸轉移到研究火星及其他星體上。所以,美國近年在登月科技上的進展比起過去不算急速。

資料提供//香港大學物理學系及地球科學學系副教授李文愷博士

文、整理//關曉陽

圖 // 網上圖片

編輯 // 蔡曉彤

fb﹕http://www.facebook.com/SundayMingpao

明報影片