地球是人类的摇篮,但人不可能永远被束缚在襁褓之中。
——康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
无论从何种意义上讲,外太空似乎都是一个遥不可及的地方——这个神秘的领域与我们在地球上所体验的平凡生活相去甚远,因而令人类困惑不已。然而实际上,这两者却出奇地相近。外太空与地球大气层的界线被称为卡门线(Kármán line),以出生于匈牙利的科学家西奥多·冯·卡门(Theodore von Kármán)的名字命名,他是首个提出卡门线的人。一般认为卡门线的高度只有100千米,相当于从丹佛到科罗拉多斯普林斯的直线距离,大约一个小时的车程。
但是很显然,人类在短期内是无法驾车进入太空的,即使乘坐现代飞机,进入太空也绝非易事,难题就在于一种被称为万有引力的自然力量,它使宇宙中所有有质量的物体相互吸引。这给我们生活的方方面面带来了便利——它使我们都“粘”在地球表面上,可以维持日常生活,而不至于飘浮到空中。与此同时,万有引力也使得太空之旅比公路之旅要难以实现得多,因为在万有引力的作用下举起重物是一项极其艰难的工作。要将一辆1吨重的汽车或一艘30吨重的宇宙飞船运到100千米的高空,需要巨大的能量。
即使是喷气式飞机——人类目前拥有的最先进的飞行器之一——也不能胜任进入太空的任务。其最大巡航高度约为10千米,并能够利用升力克服重力。升力是空气流过飞机特殊形状的机翼时产生的向上的力量。如果飞行高度继续增加,空气就会变得非常稀薄,此时产生的升力就不再足以支撑飞机了。
但还有一个问题。燃烧燃料涉及一种叫作燃烧的化学反应,它是将燃烧剂和氧化剂结合起来从而释放能量。如果你在燃烧的蜡烛上罩上一个玻璃杯,没过多久蜡烛就会熄灭,因为所有可用的氧气都已被耗尽。飞机上的喷气式发动机也是同理。当飞机越飞越高而空气渐渐稀薄时,周围可供燃烧的氧气也越来越少。不管携带多少燃料,只要没有氧气,一切就是徒劳。
解决办法很简单,就是随身自带氧化剂——火箭即是如此。火箭“rocket”这个词来自意大利语rocchetta,意思是梭子。火箭所产生的巨大推力不仅可以推动航天器穿过地球大气层,还能助其飞越太阳系,甚至去往更浩瀚的宇宙空间,探索更多瑰丽的星系与璀璨的星球。
火箭使太空飞行成为可能,这是一次巨大的飞跃,它比20世纪任何其他科技成果都更立足于科学幻想。
——艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)