迈向新高度
一阵大风扫过,卷起一地落叶。风停了,漂浮的叶子又趴回地面。晚霞的残辉为天边涂抹着最后一点胭脂红。立秋刚过,却有些晚秋的凋零。
纽约郊区的机场上,一辆黑色的轿车哗哗地碾过落叶,戛然停在跑道的尽头。车门打开,美国陆军航空兵司令阿诺德将军走下车,这是个从西点军校毕业的敦实汉子,他抬腕看了看手表,用眼光四下搜索着。
这是1944年9月初,他等待约见的神秘人物是冯·卡门。
冯·卡门来了,两人钻进阿诺德的轿车,阿诺德把司机打发走了。在这个狭小的私密空间里,阿诺德和冯·卡门单独秘密会晤。他告诉冯·卡门,军方需要一份关于未来空中战术、空中武力和导弹的特别研究报告,还需要冯·卡门集合一群科学家到五角大楼工作,协助空军规划设计未来20年到50年的发展蓝图。第二次世界大战还没有结束,但阿诺德已经把眼光投到了战后,他需要同样具有远见的科学家和他一起设计美国空军未来的远景规划,确立不可撼动的领先地位。阿诺德说,空中力量将决定战争的成败,我绝不能容忍美国重蹈二战之初在珍珠港毫无准备地陷入灭顶之灾的覆辙。
冯·卡门向加州理工学院请了长假,1944年12月,他正式担任美国国防部陆军航空兵科学咨询团团长。冯·卡门迅速挑选了36名科学家和工程师,组成了他的精英团队,其中有在最前沿工作的著名空气动力学家,如美国标准局的德莱敦博士、加州理工学院的瓦登道夫博士和钱学森博士、空军少校泰迪、波音公司夏伊勒;有一流的电子工程师,如麻省理工学院的瓦雷博士、空军顾问盖廷博士、雷达专家伯塞尔博士,以及电视显像管的发明人兹伏瑞金;还有核科学专家兰塞博士等。
冯·卡门向钱学森发出了热情的邀请,理由是:“钱学森是加州理工学院火箭小组的元老,曾在第二次世界大战期间对美国的火箭研究做出过重大贡献。”冯·卡门还直接提名德莱敦、瓦登道夫和钱学森担任他的助手。1945年年初,钱学森辞去加州理工学院喷气推进实验室研究分析小组组长的职务,收拾行囊,直奔华盛顿五角大楼。作为咨询团里唯一的外国人,钱学森佩戴可以参与最高军事机密的金色证章,自由出入美国陆、海、空三军最高指挥中心五角大楼。
咨询团接受的任务是“忘掉过去和现在,要以未来20年为基点,以超声速飞行、无人驾驶、空中侦察、核动力、远程导弹、原子弹……为着眼点。尽管大胆预测,寻求能使美国空军领军全球的新发明,开销多少钱都没关系”。这是阿诺德将军的原话,他还说:“过去的20年,空军的建军重心一直是飞行员、飞行员、飞行员。未来20年,我们的建军重心要改变为科技——强军。”
按照阿诺德的指令,钱学森和其他团员们频频走访美国各大研究实验机构,探寻美国航空技术和工业的发展方向。有时,大家在讨论中突然觉得有必要到某地实地考察,一小时后,他们便带着盥洗用品登上了空军的专机,当天赶到目的地,可见工作效率非常之高。紧张的调研使他们对美国航空工业的发展现状与潜力有了全面的了解。
1945年4月,第二次世界大战结束在即。美国总统罗斯福得到密报,继佩内明德火箭基地之后,在德国中部图林根州的诺德豪森市又发现希特勒秘密建设的火箭基地,他立即下令空军火速派遣专家前往欧洲探底,实地考察德国的火箭设施,并务必赶在苏联人到达之前抓住德国火箭专家送回美国。被临时授衔的冯·卡门少将、钱学森少校,还有夏伊勒、瓦登道夫和德莱敦等咨询团成员穿上了军装,一行5人组成了考察团在弗吉尼亚州的碎石滩登上一架C-54运输机,飞往欧洲。尽管他们的行动代号为“健壮行动”,但是他们的行囊却并不怎么“健壮”,每个人除带上个人盥洗用品之外,还被要求带上小型急救包、手电筒、太阳眼镜、小刀,还包括送给金发女郎的礼物,如丝袜、胭脂、指甲油和美军徽章等。无疑,军方要求科学家们带上这些东西的目的,一来是自我救生,二来也可稍许“行贿”,对有用之人施以小恩小惠。
钱学森是这个团体里唯一的外国人,仍然持有中华民国的护照,使用1935年发的学生签证。离开美国不构成问题,但钱学森担心欧洲任务结束时,会受到移民局刁难,无法再入境美国。1945年4月17日,五角大楼办事员葛伦兹堡写信给移民局,为钱学森申请出入境特许证。由于战时情况特殊,军方的要求基本能得到满足。4月23日,移民局发给钱学森一张特许证,保证他回美国后仍保有出境前的身份。临出发前的4月26日,美国战争部给钱学森颁发了两张身份证件。一张为“普通证件”,证明钱学森是陆军少校军官,作为美军内部通行证。另一张为“特殊证件”,用于敌方识别。标明钱学森是聘用的咨询专家、非战斗人员,且特别说明,若被俘虏,根据1929年7月《日内瓦公约》第81条的规定,应按照上校级别给予钱学森战俘的待遇。
德国的“遗产”
第二次世界大战德国战败后,美军在德国搜罗了不少于1 000名火箭专家和工程师,包括以首席专家布劳恩为首的126名精英,他们绝大多数加入美国国籍,成为美国航天科技工业发展的人才支柱。布劳恩后来是美国发射第一颗人造卫星的红石火箭的总设计师、阿波罗登月工程的总设计师。苏联从德国大约获得了10%的战利品,他们的火箭和导弹事业也从此起步。
美国军方发给钱学森的工作胸牌
钱学森的普通证件
钱学森的“特殊证件”
让考察团没有想到的是,美军的行动要比他们“健壮”得多。4月11日,美军先头部队不顾事先与苏军的约定,抢先进入本该属于苏军占领区的诺德豪森市。不由分说,他们把抓获的492名德国火箭专家和644名家属一股脑儿地装进军车,于6月20日移送至美国,然后又以迅雷不及掩耳之势拆卸了秘密工厂的生产设备,连同德国已经造好的100多枚V-2火箭和大批设计图纸、资料,足足装满了300节火车皮!苏军来得晚,赶到诺德豪森市时值钱的东西早已被美军拉走了,望着满地狼藉的废铜烂铁和车辙,苏军元帅朱可夫气得跺脚骂娘。苏军只好收拾一些美军未来得及拆走的、太过笨重的残余设备和从其他地方收集到的火箭产品和零部件,运回苏联。这些宝贝,日后成为苏联火箭和导弹起步的教具,也是他们在第二次世界大战结束10年后,援助中国的第一批火箭实物。
考察团的飞机从美国飞抵巴黎,然后乘车进入德国。
钱学森的美国国防部陆军航空兵科学咨询团证件
他们考察的第一站,是德国下萨克森州东部小城布伦瑞克市郊的弗肯罗德村。纳粹头子、德国空军司令戈林直接管辖的空气动力学研究所就隐藏在村里的一片密林之中。“真是难以相信,有1 000多人在那儿工作,但盟军却没有听到一丝丝关于这个研究所的风声。”冯·卡门在以后的回忆录中曾叹服地说。钱学森看到,这片禁地有56幢二层楼,有的房子像农舍,有的房子半埋在地下,有的房子屋顶上种着绿色植物,与周围的松林浑然一体,机场被巧妙地撒上了一层灰,侦察机根本分辨不出其真实面目。他还得知,纳粹逃跑前把许多机密的设计文件和图纸埋藏在树林里,美军用金属探测器找到了数千件装在金属盒内、埋在地下的机密文件,还在一口枯井里发现了德国人藏匿的300万份有关火箭和空气动力学的机密文件。这批重达1 500吨、有点潮湿的文件被送到城里,拍成了长达600多米的微缩影片运回美国,交由美国科学家们(钱学森“敢死队”时代的老友史密斯也在其中)不分昼夜地加以研读。钱学森看到这些文件大喜过望,在详细考察了这里一座直径8米的风洞、一座高速风洞、两座超声速风洞、一个军备实验室和一个工厂后,他尽可能多地阅读了一些文件,不仅对他所关心的德国火箭和炸药的研制情况有了更深入的了解,还使他大开眼界,拓宽了思路。他知道德国的V-2火箭虽然只有300多公里的射程,但他们已经在着手研制一种可以打到美国纽约、射程为4 800多公里的导弹,他确认德国的火箭导弹技术已经走在了美国的前面。
在戈林空气动力学研究所,冯·卡门还意外地发现,早在1935年罗马高速航空研讨会上就发表了“后掠式机翼”精彩见解的年轻博士阿道夫·布斯曼,在“消失”了多年后,竟然隐藏在这里继续从事后掠翼式飞机的研制。怪不得德国的后掠翼式ME-262喷气式战斗机的速度达到了998公里/小时,比美军的飞机快得多。考察团“提审”了布斯曼,实际是获取了他的试验数据,他们迅速建议停止美国正在研制的直翼式新型高速轰炸机,对它的机翼做“手术”,改为后掠翼式。考察团回到美国后不久,美国的第一架后掠翼轰炸机B-47下线。
考察的第二站是德国中部图林根州的诺德豪森,5月,考察团南下来到这里。这也是一片林地,地下有很多废弃的矿井,德军利用地势,动用1万多名劳工挖山建成了一座精心设计的地下工厂。整个地下厂区有一条四通八达的铁路,衔接长达数英里的生产线。火箭总装厂就在一条隧道里,美军到达时,除了发现完整的V-2火箭外,还找到了足够生产75枚V-2火箭的零部件。在苏军到达前有限的时间里,考察团详察了地下工厂的整体布局和生产线,得到了纳粹德国研制火箭的第一手资料。
第三站,考察团西行来到德国西部的亚琛,这里有他们感兴趣的德国空军基地和工业基地。然后他们驱车到达哥廷根,曾为纳粹效力的哥廷根大学各研究小组的领导人排队接受考察团的讯问。哥廷根号称“大学之城”,在十几万居民中,就有近3万名大学生。第二次世界大战时,德国的城市大多被战火夷平,但哥廷根竟然幸免,有人猜测是因为普朗特住在这儿。普朗特是世界公认的近代流体力学奠基人,被誉为“空气动力学之父”。钱学森跟着冯·卡门在这里见到了冯·卡门年轻时代敬畏有加的老师普朗特,冯·卡门正是受到老师的教诲和提携,才有了今天的学识和地位。离别多年,见到熟悉的学校和老师,冯·卡门却怎么也高兴不起来,他万万没有想到,十年后他和老师竟然会以这样一种方式重逢。他们分别站在正义和非正义的两岸,各事其主,陌生得很。普朗特满头的褐发已完全灰白,原先板直的腰杆也有些弯曲。师生三代人面面相觑、默默无语地坐着,很长时间讯问室里没有一点声响。还是军方特地派来配合冯·卡门的戴恩上校打破了僵局,主持了这次讯问。
师生三代人的这次特殊见面,给冯·卡门留下了很深的印象。在钱学森回国后,冯·卡门曾多次对身边的人提及此事:“这是一次多么不可思议的会见啊,把自己的命运和红色中国联结在一起的,是我的杰出的学生;而为纳粹德国工作的是我曾经敬爱的老师,事情怎么会是这样?!”
钱学森对普朗特没有好感
钱学森和他的老师冯·卡门一样,对普朗特没有好感,因为普朗特对德国法西斯借科学之名犯下的滔天恶行,竟然毫不关心,没有一点忏悔之意,反而处处考虑自己个人的蝇头小利。他见到美国考察团的人,首先提出的要求是允许他把埋在学校网球场下面的自家土豆挖出来,然后絮絮叨叨地连声埋怨美国人炸坏了他的住宅。他顽固地认为自己是殚精竭虑为国效劳,甚至愚蠢地问冯·卡门,以后他的研究经费该由哪个机构负责。钱学森厌恶这种没有良知的人,有一段时间他拒绝参加有德国科学家参与的午餐会,他说:“我愿意向德国人学习,但不要叫我跟他们同桌吃饭。”
第四站,考察团直奔拜恩州(原巴伐利亚州)慕尼黑附近的柯其尔村。1945年5月5日,钱学森一行见到了三天前刚刚向美军投降的德国V-1火箭、V-2火箭的总设计师冯·布劳恩。望着这位比自己还小一岁的“火箭之王”,钱学森不由得生出些许仰慕之情。一来是布劳恩的良知未泯,他为自己研制的火箭被法西斯用来轰炸英国而感到羞愧,尽管英国是战胜国,飞机工业发达,对自己来说大有用武之地,但他放弃了留居英国的打算,投奔远离故乡的美国;二来是考察团一路看来,确确实实地感到德国的飞机和火箭导弹技术已经远远走在了美国的前面。钱学森要求布劳恩写一份报告,详细说明他曾经从事的火箭研究以及他对火箭技术未来发展的预测。这份名为《德国液态燃料火箭发展及其未来展望》的报告,刻画出布劳恩对火箭飞行的远见,他预见有朝一日,横跨欧美大陆只需40分钟;卫星环绕地球一周只需1.5小时;人类能身穿潜水衣漂浮在真空中;有建造在太空的实验室。他最不可思议的构想是在太空悬挂一面巨镜,折射阳光,烧毁敌人的城市,蒸干敌国的湖泊与江河。这份写自1945年的报告,引起了美国军方和政府的注意,成为美国发展人造卫星的诱因。布劳恩的天才预见在12年后变成了现实,那一年是1957年,苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星,绕行地球一圈,用时90分钟。与布劳恩的会面给钱学森留下了深刻的印象,“科学家一定要有前瞻性的科学远见”,这种潜意识像一颗种子,深深扎进了他的心田。
美国士兵不认识布劳恩
眼见钱学森和布劳恩交谈正酣,站在一边的美国士兵有些不大相信几天前向他们投诚的这位年轻人是个了不起的人物,他们嘀嘀咕咕地调侃:“我们如果不是抓住了第三帝国最伟大的科学家,就一定是抓住了世界上最伟大的骗子。”
钱学森等还讯问了德国知名的空气动力学家赫尔曼,他是德国V-1火箭和V-2火箭研制、发射理论的负责人,曾领导一个设计超声速风洞的小组。钱学森惊奇地发现,赫尔曼设计火箭采用的关键理论竟出自自己的一篇论文,赫尔曼对有幸见到钱学森也感到十分高兴。赫尔曼在多年以后完成的回忆录中提及此事时,只提到了一位考察团成员的名字,那就是钱学森:
我记得其中一位钱博士,他是冯·卡门的亲密工作伙伴,我对他印象深刻是因为他的论文《超声速气流中锥形体的压力分布》,他是唯一就这个题目提出完整理论的科学家。我们知道他的理论,因为这篇论文在战争结束前两年就已出版。我们曾经拿他的理论在我们的风洞里做过精确的实验。我后来得知,直到那时,钱博士的理论在他自己的国家还没有人实验过。我们能做是因为我们有设备,我们有超声速风洞,还有合格的科学家和工程师。
钱学森在中学时期选修过德语,这对他在德国的考察有所帮助。考察中,他反应敏捷,一直笔不离本,本不离身,看到哪儿就记到哪儿,并且逻辑思路清晰,有对比,有分析。1945年5月17日至21日,钱学森熬了几个通宵,把这几天的所见所闻进行了详细的归纳和整理,写出了对德国火箭导弹和空气动力学发展状况的系列调研报告,在现存的钱学森手稿中可以看到7篇报告的底稿。
其中,《后掠式机翼》写于5月17日,共6页;《火箭》写于5月18日,共15页;5月20日是他的多产日,《超声速气体动力学》5页,《冲压发动机》3页,《脉冲式空气喷气发动机》7页,《液体炸药炸弹》1页,总共16页都诞生在这天;《飞机上的喷气涡轮发动机的安装问题》写于5月21日,共4页。
钱学森的实地考察,无疑为他日后担纲中国导弹奠基人和总设计师,做了最好的铺垫。
考察团本来还想去佩内明德,但苏军已经占领了那里,预计的行程只好作罢。
6月,钱学森和考察团一行参观了德国与欧洲各地的风洞设施,就德国在喷气推进方面的进度写了几份报告。同团中的几位成员继续前往日本察看该国在空气动力学方面的发展情况。钱学森没有一同前往,6月20日他回到了华盛顿。
回到美国后,钱学森忙得不可开交,他一边继续在加州理工学院做研究和教学工作,一边为美国军方编写教材,还协助冯·卡门完成为美国国防部撰写的关于美国战后飞机、火箭和导弹未来发展的展望报告。1945年11月,钱学森在航空系由助理教授升任副教授。12月,他主编的空军技术教材《喷气推进》和他参与写作的长达13卷的考察团咨询报告《迈向新高度》终告完成。
《喷气推进》一书长达800多页,由喷气推进实验室和古根海姆航空实验室的工作人员为航空兵技术指挥所撰写。钱学森主编的章节,包括使用液体和固体推进剂的火箭、热推进、发动机、喷气辅助起飞、热动力学、燃烧、气体动力学等。书中还搜集了钱学森及其他加州理工学院教授在1943年至1944年每周分发给军职学生的油印讲义。这是世界上第一部全面系统地论述火箭与喷气推进技术的专著,它被视作机密文件,分送给军方工程师,还高居“美国喷气推进研究最权威选集”的宝座多年。《喷气推进》在军方与学术界留下了深远的影响,使36岁的钱学森在航空学领域获得了仅次于冯·卡门的权威地位。
《迈向新高度》为军方机要文件,报告共13卷。钱学森是该报告的主要作者和编辑者,他完成了其中第3卷的第1部分,第4卷的第1部分,第6卷的第2部分、第3部分、第4部分,第7卷的第5部分,第8卷的第3部分等7个部分内容的编写。此报告具有重大的历史意义,冯·卡门、钱学森等为美军尖端技术的发展起到了关键作用。
《迈向新高度》咨询报告目录及相应作者
第1卷 科学——制空权的关键——Theodore von Karman
第2卷 我们现在的水平——Theodore von Karman
第3卷 技术方面的情报材料
第1部分 德国瑞士航空技术几个方面的情况——钱学森
第2部分 德国导弹发展历史综述——Hugh L. Dryden
第3部分 德国瑞士空气动力学几个方面的情况——Frank L. Wattendorf
第4部分 日本航空研究计划和成就——W. Williams, Lt. Colonel, A. C.
第5部分 日本战争科技成就综述——Dr. F. Zwicky
第6部分 德国电子技术发展简述——W. H. Pickering
第4卷 空气动力学和飞机设计
第1部分 高速空气动力学——钱学森
第2部分 飞机设计和问题——William R. Sears and Irving L. Ashkenas
第3部分 飞机材料和结构——N. M. Newmark, Consultant
第5卷 未来的机载武器——N. M. Newmark, Consultant, T. F. Walkowicz Major, Air Corps
提要
引论
机载运用
机载部件的组成、限制和发展
军用运输机的发展
飞机运输能力与机运设备的协调
总结
建议
第6卷 飞机发动机
第1部分 燃气涡轮推进——Frank L. Wattendorf
第2部分 脉动式空气喷气发动机的实验性能和理论性能——钱学森
第3部分 冲压式喷气发动机的性能及其设计问题——钱学森
第4部分 固、液体燃料火箭发展和设计趋势——钱学森
第5部分 飞机推进系统的高温材料——Pol Duwez
第7卷 飞机燃料和推进剂
第1部分 飞机推进用烃燃料研究——W. J. Sweeney
第2部分 石油在动力方面的应用——W. J. Sweeney
第3部分 火箭的固体推进剂及其他喷气推进装置——Louis P. Hammett
第4部分 火箭型发动机的液体推进剂——A. J. Stosick
第5部分 原子能燃料作为飞机动力的可行性——钱学森
第8卷 导弹和无人机
第1部分 制导导弹技艺现状——H. L. Dryden
第2部分 飞行的自动控制——W. H. Pickering
第3部分 超声速有翼导弹的发射——钱学森
第4部分 远程火箭真空段弹道特性——G. B. Schubauer
第9卷 制导、寻的导弹和无人机
第1部分 现在研发选择的制导导弹——Hugh L. Dryden
第2部分 热制导和电视制导导弹——G. A. Morton
第3部分 雷达辅助制导导弹——I. A. Getting
第4部分 雷达寻的导弹——Hugh L. Dryden
第10卷 炸药和终端弹道
第1部分 炸药和爆炸的总体考虑——G. Gamow(最高密级而单独成册)
第2部分 高性能炸药特性——D. P. MacDougall
第3部分 终端弹道和毁伤效应——N. M. Newmark
第11卷 雷达和通信
第1部分 雷达在空军作战中的应用——L. A. DuBridge, E. M. Purcell, G. E. Valley
第2部分 美国陆军航空兵关注的雷达未来发展趋势的讨论——L. A. DuBridge, G. E. Valley, E. M. Purcell
第3部分 飞机无线电通信设备——G. A. Morton
第12卷 战争与气象——I. P. Krick
提要和总结
建议
第1部分 军事气象服务的历史发展
第2部分 第二次世界大战中GAF和AAF气象服务比较
第3部分 军事气象服务的发展趋势
第13卷 航空医学和心理学
第1部分 航空医学研究发展趋势——(Col)Dr. W. R. Lovelace, A. P. Gagge, Colonel, A. C.
第2部分 美军陆军航空兵的心理学研究——C. W. Bray
综观这份咨询报告,钱学森是所有参与写作的人之中承担写作任务最多的。他总结了欧洲各国特别是德国的研究成果与经验,以可观的篇幅描述了各地不同的风洞设施、飞机后掠翼的设计思路,以及各种推进剂的性能,并且结合美国的现状,对喷气推进实验室在战时所做的各种理论分析,做了详细的比较和说明。他翔实地论述和预见了高速气体动力学、脉冲式喷气发动机、冲压喷气发动机、固体与液体推进剂火箭,以及超声速有翼导弹等技术的研究成果、存在问题和发展前景。
这份报告是以冯·卡门为首、包括钱学森在内的世界著名科学家,给美国政府提出的战略性发展规划和切实可行的技术途径,因此被作为美国航空航天事业的第一份发展蓝图而载入史册。报告预言,不久的将来,军事科技就会有振奋人心的发展:超声速飞机将成为现实,洲际弹道导弹将在大气层外高速飞行,核动力飞行也有可能实现。报告力促国家筹措更多经费,成立更多研究中心,推动这些目标的实现。
《迈向新高度》为第二次世界大战后美国航空航天事业在20世纪下半叶飞速发展、美国成为世界第一军事强国,奠定了坚实的理论基础。军方很欣赏钱学森的表现,1945年年底,阿诺德将军签署了嘉奖令,表扬他在冲压喷气发动机与火箭方面“优秀而完整”的研究,以及在推进及核能等领域上“无价”的贡献。第二年,美国陆军军械署也大力表扬钱学森1939年9月到1945年9月间在喷气推进实验室的“杰出表现”。
参与《迈向新高度》的编写研究工作使钱学森受益匪浅。他和冯·卡门这样杰出的世界级大师一起,站在航空航天科学技术的最前沿,学会了从整个国家的高度,全面、系统地思考全局性、战略性规划的思路和方法。
由此,钱学森也迈向了他人生的新高度。
1945年钱学森参与撰写的《迈向新高度》