1792年，他開(kāi)始用一種玩具做一連串的試驗(yàn)。這種玩具是從中國(guó)傳入歐洲的“竹蜻蜓”。

白云萬(wàn)里，日麗風(fēng)輕。綠草如茵的田野里，小小的竹蜻蜓一會(huì)兒翩翩飛起，一會(huì)兒飄然落下，這真叫凱利百思不解……

整整苦苦思索了12個(gè)春秋，直到1804年，他終于通過(guò)試驗(yàn)、觀察、分析、研究，寫(xiě)下了第一篇有關(guān)人類(lèi)飛行原理的論文，并于1809年，以“論空中航行”為題在自然哲學(xué)雜志上發(fā)表。這篇文章后來(lái)在整個(gè)西方世界被翻印轉(zhuǎn)載了足足一百年。論文一再?gòu)?qiáng)調(diào)制造固定翼飛機(jī)的重要性，詳盡地勾勒出現(xiàn)代飛機(jī)的輪廓，為空氣動(dòng)力學(xué)理論的產(chǎn)生和形成作出了重要貢獻(xiàn)。他描繪出了固定翼、機(jī)尾、機(jī)身以及升降舵等的操縱面，解釋了機(jī)翼的作用，并指出：適當(dāng)?shù)陌捕ㄐ?，要從設(shè)計(jì)翼面一點(diǎn)點(diǎn)角度而獲得——這簡(jiǎn)直就是現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)翼講求的“上反角”；接著又提到他的飛行器必須迎風(fēng)而起，必須有垂直的和水平的舵面——這完全是現(xiàn)代機(jī)尾的描述。凱利的論文還闡述了速度對(duì)升力的關(guān)系，翼負(fù)荷，張力，重力的減輕，甚至內(nèi)燃引擎的原理，以及流線型對(duì)飛行器的設(shè)計(jì)的重要性等等。

凱利，簡(jiǎn)直是不可思議的人物；在他所處的那個(gè)時(shí)代，許多人認(rèn)為升空飛行，無(wú)異于癡人說(shuō)夢(mèng)。

但凱利矢志不渝，他深信只要能找到合適的引擎，他的飛行器一定可以高飛。他痛心地寫(xiě)到：我的發(fā)明無(wú)法試驗(yàn)而達(dá)到目的的惟一原因，就是如何產(chǎn)生一種推進(jìn)的動(dòng)力。

直到1848年，凱利75歲高齡，但輕重量的合適引擎仍杳無(wú)音信，他感到來(lái)日不多，惟一可試一試的只有無(wú)動(dòng)力載人飛行，也就是用滑翔機(jī)飛行，來(lái)證實(shí)他的空氣動(dòng)力學(xué)理論。

于是在1849年，他造了一架三翼滑翔機(jī)，讓一名10歲小孩坐在一只吊籃里，從小山上滑下來(lái)，一些人用繩子拉著滑翔機(jī)，迎著微風(fēng)，飛機(jī)竟飄飛了一段距離。這是人類(lèi)有史以來(lái)第一次載人滑翔機(jī)系留牽引飛行。

1853年，凱利又造了一架滑翔機(jī)，并裝上了靈巧的剎車(chē)杠桿，進(jìn)行有史以來(lái)第一次乘坐重于空氣的航空器升空自由飛行。這次他把家中的馬車(chē)夫放在駕駛室里，究竟飛了多遠(yuǎn)，沒(méi)有明確記錄，但據(jù)當(dāng)時(shí)的目擊者、凱利的曾孫女說(shuō)，“大約500碼”，事后，馬車(chē)夫走下飛機(jī)叫了起來(lái)：“喬治爵士，我想請(qǐng)你注意，我是雇來(lái)趕車(chē)的，不是飛行的。”

1858年，凱利84歲，臨終前仍然在工作間內(nèi)敲敲打打，希冀制成一臺(tái)輕重量的引擎，然而終無(wú)所成。

他去世前不久，曾在一本筆記本的封面內(nèi)頁(yè)寫(xiě)了一行字：“給你，查看筆記的朋友！我已去了，愿你在這些涂鴉中找到思想的花種。”

果然，這些種子在航空領(lǐng)域里引來(lái)了姹紫嫣紅，百花爭(zhēng)艷，開(kāi)始了一個(gè)嶄新的時(shí)代。

二、三大支柱，架起通天“金橋”

人類(lèi)開(kāi)拓空間的歷程是艱辛的。要擺脫地球的引力，飛出“搖籃”，要經(jīng)歷千辛萬(wàn)苦的風(fēng)雨滄桑。然而，一旦能沖出“搖籃”，就會(huì)產(chǎn)生一次認(rèn)識(shí)上和實(shí)踐上的巨大飛躍。從空間幅度看，以地球?yàn)橹行?，人?lèi)向宇宙空間拓展，發(fā)射人造衛(wèi)星上天、登上地球自身的自然天體衛(wèi)星——月球，這僅僅是人類(lèi)在奔向宇宙漫長(zhǎng)而久遠(yuǎn)的“金橋”上剛剛邁出了第一步。

近些年來(lái)，在全球范圍內(nèi)高技術(shù)群體蓬勃發(fā)展的大趨勢(shì)下，航天技術(shù)更加活力倍增，各種新型航天器不斷涌現(xiàn)。第三代、第四代高效率、多功能、全自動(dòng)的航天器相繼上天，載人航天器出現(xiàn)了嶄新面貌，先后發(fā)射了“半永久性”空間站和自由往返天地之間的改進(jìn)型航天飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了空間站與航天器的多頭對(duì)接和宇航員創(chuàng)造在空間連續(xù)生活、工作超過(guò)一整年和在太空行走、勞作等新記錄，為21世紀(jì)人類(lèi)重返月球和飛往火星，提供了必要條件。在空間軌道上開(kāi)展了發(fā)射、收回、修復(fù)、調(diào)整各種衛(wèi)星、空間實(shí)驗(yàn)室、宇宙探測(cè)飛船和太空望遠(yuǎn)鏡，并派出了飛往銀河系尋找“外星人”的“地球特使”，同時(shí)開(kāi)展了空間工業(yè)加工試驗(yàn)工作，為進(jìn)一步拓展航天技術(shù)的空間工業(yè)應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。航天技術(shù)在軍事領(lǐng)域里的應(yīng)用，有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，航天兵器已悄悄進(jìn)入外層空間，這給空間系統(tǒng)增加了安全保障，同時(shí)，也使和平的太空宇宙蒙上了一層恐怖的陰影。

令人欣喜的是航天技術(shù)的日益成熟，豐富的正反兩方面經(jīng)驗(yàn)不僅使航天事故率明顯下降，而且完全按照人的科學(xué)意志行事的成功率大大提高，使舉世矚目的航天事業(yè)更加健康發(fā)展。這無(wú)疑與支撐航天技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的三大支柱的日益堅(jiān)強(qiáng)是分不開(kāi)的。

航天技術(shù)之所以令人神往、驚嘆，就由于它蘊(yùn)含了現(xiàn)代高技術(shù)群體的集體力量。它是由運(yùn)載器技術(shù)、航天器技術(shù)和航天發(fā)射與地面測(cè)控技術(shù)構(gòu)成的高度綜合性技術(shù)。它集中了近代力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)、大地測(cè)量學(xué)等基礎(chǔ)理論，廣泛應(yīng)用了現(xiàn)代電子學(xué)、微電子學(xué)、無(wú)線電、自動(dòng)化、真空、低溫、高溫、計(jì)算機(jī)、機(jī)械加工、冶金、化工等多學(xué)科高技術(shù)。它的發(fā)展又促進(jìn)了現(xiàn)代天文學(xué)、空間物理學(xué)、地球物理學(xué)、生命科學(xué)、航天醫(yī)學(xué)以及系統(tǒng)工程管理科學(xué)等一大批基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的突破性發(fā)展。

1.“茁壯成長(zhǎng)”的運(yùn)載器技術(shù)

運(yùn)載火箭技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史。中國(guó)是發(fā)明火箭的國(guó)家。早在宋朝的宋太祖開(kāi)寶三年（即公元970年），就有人開(kāi)始用黑色火藥裝在紙筒內(nèi)，點(diǎn)燃引線后用弓箭射向敵方，作為“火攻兵器”。到明朝初年，這種“軍用火箭”已相當(dāng)完善并廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)，被稱(chēng)為“空中利器”，它的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了刀、槍、劍、戟等冷兵器。到公元13世紀(jì)，中國(guó)的火箭技術(shù)傳到了歐洲，也曾被列作軍隊(duì)的裝備。但由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平的限制，火箭技術(shù)一直發(fā)展很慢，以致被冷落下來(lái)，而其利用火箭噴射產(chǎn)生反作用力的原理卻保留了下來(lái)。

第一次世界大戰(zhàn)后，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代火箭技術(shù)也開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。1926年，美國(guó)哥達(dá)德發(fā)射了世界上第一支液體火箭。而真正將這種火箭技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代兵器，研制成進(jìn)攻性導(dǎo)彈的卻是德國(guó)人。第二次世界大戰(zhàn)后期，德國(guó)法西斯集團(tuán)為了挽救敗局，加緊研制出一種所謂“復(fù)仇武器”1號(hào)和2號(hào)，即“V-1”和“V-2”號(hào)導(dǎo)彈，這就是在馮·布勞恩等人主持下研制并發(fā)射成功的世上第一種實(shí)用型“V-2”型導(dǎo)彈。它能將約1噸重的彈頭發(fā)射到260公里遠(yuǎn)處。這種導(dǎo)彈的運(yùn)載能力和射程，今天看來(lái)雖屬微不足道的“小不點(diǎn)兒”，但它卻是現(xiàn)代航天運(yùn)載器的雛形。

第二次世界大戰(zhàn)之后，前蘇聯(lián)和美國(guó)都在積極發(fā)展火箭導(dǎo)彈，美國(guó)甚至干脆把德國(guó)許多火箭專(zhuān)家運(yùn)到美國(guó)為之研究在“V-2”基礎(chǔ)上發(fā)展新型遠(yuǎn)程彈道式導(dǎo)彈技術(shù)。1957年8月，蘇聯(lián)發(fā)射成功世界上第一顆洲際彈道導(dǎo)彈，同年12月，美國(guó)也發(fā)射了自己的洲際彈道導(dǎo)彈。

導(dǎo)彈是在火箭基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。具體說(shuō)，依靠火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛行器而未裝備制導(dǎo)系統(tǒng)，依靠其彈道自由飛行的稱(chēng)為火箭。這種飛行器如裝載的有效載荷是戰(zhàn)斗部（各類(lèi)型的炸藥），則稱(chēng)為火箭武器；有效載荷不是戰(zhàn)斗部而是某種儀器設(shè)備，則根據(jù)其任務(wù)不同而稱(chēng)其為“探空火箭”、“衛(wèi)星運(yùn)載火箭”等等。依靠火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的飛行器既裝有戰(zhàn)斗部，又裝有制導(dǎo)系統(tǒng)的火箭，就稱(chēng)為導(dǎo)彈了。因此，一般說(shuō)火箭與導(dǎo)彈是既有區(qū)別又有聯(lián)系的一種裝備。一顆火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的飛行器，裝上制導(dǎo)系統(tǒng)，再裝上航天器，就成為航天運(yùn)載火箭；如裝上戰(zhàn)斗部，就是導(dǎo)彈。可見(jiàn)有效載荷一更換，它就“變種”了。這就是為什么1957年8月蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆洲際導(dǎo)彈之后兩個(gè)月，到1957年10月4日就又發(fā)射成功世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，這是因?yàn)榘淹环N洲際導(dǎo)彈頭更換上人造衛(wèi)星就發(fā)射上去了。

作為航天運(yùn)載器，在目前技術(shù)條件下，要達(dá)到每秒7.9公里以上的飛行速度，需要很大的推力。因此，依靠單級(jí)火箭是無(wú)能為力的，只有依靠多級(jí)火箭，實(shí)行“接力推舉”，運(yùn)載器起飛后，第一級(jí)火箭完成任務(wù)、燃料也燒完了，就可脫離運(yùn)載器同時(shí)起動(dòng)第二級(jí)火箭，依次接力，使運(yùn)載器速度不斷增加，而重量又不斷減輕。所以，運(yùn)載火箭都是多級(jí)的，一般有兩級(jí)、三級(jí)，還有四級(jí)的。

運(yùn)載器的多級(jí)火箭大多使用液體推進(jìn)劑，一般用酒精、煤油和液氧作燃料，先進(jìn)的運(yùn)載火箭已大多使用液氫和液氧高能推進(jìn)劑；還有的“助推火箭”、“末級(jí)火箭”多使用固體推進(jìn)劑實(shí)質(zhì)上是一種高能火藥做燃料，在燃爆中產(chǎn)生巨大推力。目前，運(yùn)載火箭的重量多為數(shù)十噸至數(shù)百?lài)?，個(gè)別特大型的達(dá)到數(shù)千噸。長(zhǎng)度一般為數(shù)十米，個(gè)別大型的達(dá)100米；直徑多為數(shù)米，個(gè)別大型的達(dá)10米。

隨著70年代航天技術(shù)的新發(fā)展，在近地軌道上建立了空間站。這種空間站一般都在300～800公里高度的近地軌道上，地心引力已極其微弱，處于微重力狀態(tài)，科學(xué)家們就設(shè)想，在發(fā)射未來(lái)飛行星際宇宙飛船時(shí)，就可以避開(kāi)地球引力，不需要制造大功率運(yùn)載火箭從地面上發(fā)射，而是可以先從地面發(fā)射“散裝件”，然后在空間站上組裝好，再?gòu)目臻g站上發(fā)射。事實(shí)上，從1981年4月12日美國(guó)航天飛機(jī)上天后，已多次從航天飛機(jī)上發(fā)射宇宙探測(cè)飛船和各種繞地人造衛(wèi)星。這樣就可以大大節(jié)省運(yùn)載火箭的推力了。因?yàn)樵诤教祜w機(jī)上或空間站上發(fā)射航天器，它們本身既在失重條件下，又已具備了每小時(shí)2.8萬(wàn)公里的速度，即已有相當(dāng)于每秒7.78公里的速度，這當(dāng)然就可以省力多了。

運(yùn)載火箭作為航天器的運(yùn)載工具，其根本動(dòng)力就是來(lái)源于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它將能源轉(zhuǎn)化為工作介質(zhì)的動(dòng)能，形成高速射流排出而產(chǎn)生推力。按使用的能源分類(lèi)，通常分為化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和光子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

所謂“化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”，就是指其推進(jìn)劑是化學(xué)材料，既是能源又是工作介質(zhì)，它在燃燒室內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，生成高溫燃?xì)猓賹崮苻D(zhuǎn)化為高速氣流動(dòng)能，產(chǎn)生推力。按推進(jìn)劑的物態(tài)分為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

所謂“核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”，就是指其使用燃料能源，用氫作工作介質(zhì)，經(jīng)核反應(yīng)或反射性衰變釋放熱能加熱工作介質(zhì)，經(jīng)噴管高速排出，產(chǎn)生推力。

所謂“電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”就是指電作能源，使用氫、氮、氬或銫、汞、銣、鋰等堿金屬蒸氣作工作介質(zhì)，用電能加速工作介質(zhì)，形成高速射流排出，產(chǎn)生推力。

科學(xué)家們還設(shè)想，將來(lái)可用一種“光子火箭”發(fā)動(dòng)機(jī)，所謂“光子火箭”發(fā)動(dòng)機(jī)就是使光子流以光的速度從火箭噴管排出，火箭就可以接近光速的速度飛行。但是，目前如何產(chǎn)生光子流仍未研究出來(lái)，要產(chǎn)生光子流就必須研制出比現(xiàn)代核反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率更高的核反應(yīng)裝置，同時(shí)還要解決光子流定向噴射問(wèn)題。因此，這將是21世紀(jì)科學(xué)家的任務(wù)了。

2.營(yíng)造太空載體的航天器技術(shù)

人類(lèi)要奔向宇宙空間，在那里長(zhǎng)期活動(dòng)，必須有一套相適應(yīng)的活動(dòng)“基地”。這個(gè)“基地”的大小，主要根據(jù)人們的需要和特殊要求，用以滿足太空活動(dòng)時(shí)的“船”或“車(chē)”，這就是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的航天器。這是征服宇宙的必要條件和惟一工具，在現(xiàn)代航天技術(shù)領(lǐng)域中居于重要地位。沒(méi)有航天器，就沒(méi)有航天事業(yè)可言，航天器在發(fā)展科學(xué)技術(shù)，開(kāi)發(fā)空間經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)綜合國(guó)力和加強(qiáng)軍事實(shí)力中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用，對(duì)于一個(gè)國(guó)家的生存發(fā)展、搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，具有難以估量的重大戰(zhàn)略意義。因此，不斷研究發(fā)展航天器技術(shù)，已成為各國(guó)的重點(diǎn)科研項(xiàng)目和竭力追求的戰(zhàn)略目標(biāo)。

從20世紀(jì)50年代后期至今的40年來(lái)，世界航天器技術(shù)由創(chuàng)立到發(fā)展，出現(xiàn)了根本性的變化。品種越來(lái)越多、用途越來(lái)越廣、面貌越來(lái)越新、質(zhì)量越來(lái)越高。

航天器，按運(yùn)行軌道分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)是環(huán)繞地球運(yùn)行的航天器，包括人造地球衛(wèi)星、衛(wèi)星式載人飛船、航天站、航天飛機(jī)等；第二類(lèi)是完全脫離地球引力飛往月球或其他行星，以至星際間空間運(yùn)行的航天器，一般稱(chēng)為登月飛船、空間探測(cè)器等。航天器又分為載人和無(wú)人兩類(lèi)。載人飛船一般能在空間作短暫飛行，然后可自行返回地面。而載人航天站則可容納多人在里面生活和工作，且可在軌道上長(zhǎng)期送行。載人航天器中能集運(yùn)載、航行和返回于一身的是航天飛機(jī)。航天器在軌道上或空間航行，能在超高空、強(qiáng)輻射、持續(xù)失重和溫度劇烈變化的特殊環(huán)境中活動(dòng)，是因?yàn)楹教炱髦醒b備著一整套操縱、控制、能源、通信、計(jì)算、返回和生命保障系統(tǒng)，并可根據(jù)不同的任務(wù)裝備專(zhuān)用系統(tǒng)。世界航天器技術(shù)正向更加嚴(yán)密、科學(xué)、實(shí)用、可靠的方向，以更快的速度迅速發(fā)展著。

航天器的運(yùn)行原理是什么呢？航天器和自然天體一樣，都要按一定的力學(xué)定律運(yùn)行。人類(lèi)無(wú)力改變自然天體的運(yùn)行軌跡；而人造航天器則可根據(jù)發(fā)射目的，人們可以利用航天器上的動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)不斷改變其航行軌跡。