太空时代的开启,可以精确地追溯到1927年6月5日,当时正在德国布雷斯劳(Breslau)[今波兰城市弗罗茨瓦夫(Wroclaw)]聚会的九个年轻人成立了一个叫Verein für Raumschiffahrt的组织。该德语名字的意思是太空旅行协会(Space Travel Society),常缩写为“VfR”。在希特勒关闭它之前,VfR存在了六年。在那六年里,在没有德国政府帮助的情况下,VfR进行了液体火箭的基本工程开发。这是太空飞行史上的第一段浪漫时期。VfR是一个没有组织的组织。它完全依赖于每个成员的主动和奉献。1930年,18岁的韦纳·冯·布劳恩(Wernher von Braun)作为学生加入了该协会,他在协会存在的最后三年里担当了活跃的角色。非常奇怪的是,在魏玛共和国 (Weimar Republic)令人绝望的最后几年里,却同时产生了德国理论物理学的辉煌和VfR的传奇,就好像那时的德国年轻人被包围他们的经济及社会的崩溃驱动,竟作出了他们最高的创造性努力。VfR很幸运地拥有一位历史学家作为其创始成员之一。这是一位达到了一定水平的诗人,同时也是一流的工程师。通过创作,威利·雷(Willy Ley)将VfR的传奇从遗忘中拯救了出来,就像乔叟拯救了和他一同奔赴坎特伯雷的朝圣者的传说一样。
在帮助成立VfR的时候,威利·雷21岁,VfR解散的时候,他27岁。在《火箭、导弹和太空旅行》(Rockets ,Missiles and Space Travel )中,他戏剧性地描述了VfR第一次成功的火箭飞行。“随着春天的到来,我们的火箭试验场变得非常美丽。斜坡的一边被嫩绿的松树芽和新生的桦树叶覆盖着,山丘之间的洼地里都是嫩杨柳。蟋蟀在高草丛里歌唱,青蛙在远方某处呱呱叫着……但是猛兽飞了!像电梯一样向上,非常缓慢地升到20米。然后它掉了下来,摔坏了一条腿。”那是1931年5月10日,地点是柏林市内的一处沼泽地。经过一年的疯狂工作,遗留的困难也被解决了,到1932年夏天,VfR火箭已经能稳定飞行到一两千米的高度。
一年后,希特勒掌了权,VfR的所有杂志、书籍、通信和其他记录都被盖世太保控制了。1933年,诗人和业余爱好者的时代结束,专业人士的时代开始了。一位曾经为位于柏林的三星公司工作过的VfR成员,偶然听到公司的一位管理层和战争部的一位朋友打电话:“现在我已经控制了所有的火箭人员,可以看看他们在做些什么了。”火箭技术的开发被军方接手,他们将自己的研究和试验组织安置在了波罗的海上一个叫作佩内明德(Peenemünde)的偏僻地方。他们花了很大一笔钱,采用了严格的官僚制度,雇佣了两万个工作人员。冯·布劳恩被安排在那里做技术总监。这种巨大的专业努力的成果,可以想见,是一种技术上很先进的仪器,即V-2火箭,但它没有任何经济和军事意义。
1944年秋天,我意识到了佩内明德计划的成功,那个时候对伦敦的V-1轰炸已经结束了,而我偶尔能听到V-2弹头爆炸的梆的声音。晚上的时候,城市一片寂静,在巨响之后,你可以听到火箭以超音速下降的哀号声。在那时的伦敦,我们这些认真参与到战争中的人非常感激沃纳·冯·布劳恩。我们知道每枚V-2的造价和生产一架高性能战斗机的相当。我们知道德国的前线军力急需飞机,而那些V-2火箭对我们来说没有什么军事破坏力。从我们的角度来说,V-2计划的效果几乎和希特勒接受了单方面的裁军政策一样。单方面裁军显然不是设立佩内明德组织的军事领导人的意图。官僚控制科学项目的时候蠢事会常常发生,这是一个极端的例子。这样的愚蠢绝非德国所独有。
早在1958年我就亲身参与了太空探索。弗雷德里克·德·霍夫曼路过普林斯顿,他告诉我关于TRIGA原型机的操作实验的最新消息。“还有,”他说道,“泰德·泰勒有一个关于核航空飞船的疯狂想法,他希望你可以去圣地亚哥看看。”我就去了。这就是奥利安(Orion)计划的开端。
在校舍度过了那个夏天之后,泰德·泰勒决定永久性地从洛斯阿拉莫斯搬到通用原子公司。他帮助弗雷德里克筹备新的实验室,同时也在监督TRIGA反应堆原型的设计和建造。不过他的脑子里还是装满了他曾在洛斯阿拉莫斯设计的那些优雅的小炸弹。在空闲的时候,他又开始考虑乌拉姆以前在洛斯阿拉莫斯提议过的一个想法:我们难道不能用这些优雅的小炸弹来驱动优雅的小航空飞船环绕太阳系?
泰德比我小两岁,之前完全不为公众所知。他既不是迪克·费曼那样的天才,也不具有弗雷德里克·霍夫曼那样炫目的个性。他安静又从容。从那些日子开始,他就成了一个重要的公众人物。约翰·麦克菲(John McPhee)曾写过一描述他的经历和成就。我不清楚自己是如何在刚开始的时候就看出他的伟大的。外在地看,他就像一个普通的西部美国人,有一个明达的妻子和四个吵闹的孩子。内心里,他有巨大的超脱、想象力和倔强。除了泰德,没人可以领导奥利安计划,没人可以在长达五年的时间里不管好坏与否,都能让训练不足的追随者们激昂慷慨地从事工作。
1957年夏天,俄国第一颗人造地球卫星上天了。几个月后,作为回应,终于可以随意支配美国军方资源的韦纳·冯·布劳恩,也发射了他的第一颗卫星。巨人间的战争开始了。双方都有庞大笨重的组织在指挥。我们政府里的人也早就在谈论一个利用传统火箭将人送到月球上的计划,那个计划需要用十年花费200亿美元完成。泰德对进入太空感兴趣,但是对庞大政府组织动辄百亿美元的风格,他感到排斥。他希望可以重拾VfR的风格和精神。从短时期来说,他成功了。
泰德从三个基本的信念开始。首先,传统的冯·布劳恩式的使用化学火箭进行太空旅行的方法,很快就会走到头,因为这样的话飞往月球之外的载人航天会变得出奇的昂贵。其次,行星间的旅行必须利用核燃料,它们每磅都带着比化学燃料多100万倍的能量。再次,一小组充满胆识和想象力的人,可以设计出比最好的化学火箭更便宜和远为强劲的核航空飞船。所以泰德从1958年的春天开始工作,创建他自己的VfR。弗雷德里克允许他使用通用原子公司的设备,而且给了他一小部分公司的钱做启动资金。我同意在1958—1959学年全职参与奥利安计划。我们试图建造一艘航空飞船,它简单粗犷,而且能够便宜地在整个太阳系中运载大量有效载荷。我们这个计划的口号是“1970年到达土星”。
1958年,我们就已经可以看到冯·布劳恩的月球飞船——那是十年之后会被用到阿波罗登月计划中的飞船——成本太高而且功能太少。从许多方面讲,阿波罗飞船都像V-2火箭。它们都是韦纳·冯·布劳恩的主意。两个都是突出的科技成就。对于设计了要去完成的工作来说,两者都太昂贵了。在载人登月的短途旅行中,阿波罗飞船辉煌地成功了,而且在电视上,它似乎也很漂亮。但是人们一旦厌倦了这种特别的景象,阿波罗就会变得跟V-2一样过时。它们再也没有其他能做的事情了。
泰德和我刚开始的时候就感觉到,太空旅行要想对人类事务产生解放性的影响,必须变得廉价。只要太空旅行还要花费几亿美元才能将三个人送到月球上去,它就只能是一个大政府才能负担得起的奢侈品。而且高花销使得它几乎不可能推进改革改进系统,或者使它适应更多的目的。奥利安计划的目的,在于使用每磅几美元的花销,将大的有效载荷从地表带到绕地轨道上去,这样就可以比达到相同目的的化学火箭便宜100倍。我们非常自信,认为一旦我们实现了进入轨道的廉价运输,往返行星间的任务也很快就会实现。我们构思了一个12年的飞行计划,以大型载人航空探险结束,其中包括1968年到达火星、1970年到达木星和土星的卫星。我们计划的花销最后加起来为一年大概一亿美元。当然,没有一个专业会计会相信我们的预算。可能他们是对的。不过我不确定。对泰德和我来说,“1970年到达土星”这句话并不仅是一句无意义的大话。我们真的认为我们可以实现它,如果给我们机会的话。我们通过泰德放在花园里的小望远镜轮流观看木星和土星。在我们的想象中,我们正在土星环的拱形下快速上升,在登陆土卫二(Enceladus)之前做最后一次刹车操作。土卫二是我们最中意的着陆地点,因为它是太阳系中一个被发现有充足水分的地方。在那里,我们可以补充返航所需的水分,或许也可以开展一些溶液培养种植,培育一些新鲜蔬菜。
1958年7月,在奥利安计划正式开始的时候,我写了一份名为“太空旅行者宣言”的文件,向世界描述了我们正在做的事情及其原因。宣言正文如下:
美国政府已经宣布,我们正在考虑设计一艘由原子弹驱动的航空飞船……我相信单单这个计划,作为正在考虑的许多航空飞船计划中的一个,就足以制造出一艘飞船,它将胜任探索太阳系的任务。我们非常幸运,政府已经建议我们直接追求行星间旅行的长期目标,而且不必考虑我们的推进系统任何可能的军事用途。
从孩童时期我就坚信,在我有生之年人类可以到达行星,而我应该为此尽我的一份力。如果我要尝试合理化这种信仰,我认为它基于两种信念,一个是科学上的,一个是政治上的:
(1)天地之间有比我们的现代科学所追求的内容更多的东西,而我们只有通过走出去寻找才能搞清楚它们是什么。
(2)长久来讲,它对于任何新的高级文明的成长来说都是必需的,文明中的一小部分人可以从他们的环境和政府中脱离出去,在荒野中随性的迁徙和生活。在这个星球上,一个真正孤立的小型创造性社会将再无可能。
在这两个信念之外,我现在要加上第三条:
(3)第一次地,我们构想了一种方法,一种用我们大量囤积的炸弹做好事而不是进行杀戮的方法。我们的目标,也是我们的信念,是杀戮及重创了广岛和长崎的原子弹,在某天会为人类打开天空之门。
我们在一起工作了一年,从1958年夏天到1959年秋天,如同1931年到1932年的VfR先驱们一样满怀热情。我们也是马不停蹄,因为我们意识到,在夜幕降临前时间已经不多了。我们知道政府应该很快就会决定将主要精力放在化学推进还是核推进上。如果没有一个可行的方案,那么选择就会不可避免地对我们不利。
我们同时在四个不同层次上工作:理论物理计算、高速度气体喷气式飞机实验、全尺度飞船的工程设计和模型的飞行试验。开始的时候我们没有什么专家。就像VfR一样,每个人都在做所有工作的某些部分。后来我们变得有些官僚主义,将大家分成了物理学家和工程师。
计划最漂亮的部分是飞行试验。我们建造了模型飞船,它使用化学高爆炸药燃料而不是核弹推动自己。我们的一个成员是科学家杰瑞·阿斯托(Jerry Astl),他是一个捷克难民和烈性炸药方面的艺术家。他知道如何建造复杂的、具有精密的引信和定时系统的高爆装备,而且它们几乎总能工作得很好。在第二次世界大战期间的捷克地下,他学来了这门手艺。
我们将试验地点设在了洛马点(Point Loma),那是一块陡峭的半岛地段,它从圣地亚哥市西部直伸到太平洋里。地块属于美国海军,它被从房地产业的癌症中拯救了出来——这种癌症,已经让从北到南的太平洋海岸毁于一旦。我们在那里的处所只是一小块火箭试验台,在很久之前它就被海军抛弃了。那里没有其他人类存在的迹象。我们周围都是未经开发的山坡,覆盖着绿色的灌木和开花的仙人掌。下面就是太平洋,早晨我们出来设置模型的时候,它常常被海上的薄雾笼罩着,但当我们准备发射的时候,它就已经变成清澈明亮的蓝色,点缀着片片白帆。
我常常好奇,当星期六下午看到模样奇怪的物体从试验台迅速升起又把自己炸成上千片的时候,海上的船员们在作何感想。在桌子抽屉里,我还保留着某次飞行试验后捡来的一袋碎铝片,我以此向自己证明,所有这些快乐的回忆并非只是好梦一场。
我们的飞行中最后也是最成功的一次,发生在1959年11月12日。那是我离开计划几星期之后,我已经回到了在普林斯顿的受人尊重的科学工作中。布莱恩·邓恩(Brian Dunne),为我们的工作做了最多的气体喷射实验,他写信向我报告:
真希望你可以和我们一起享受上星期六洛马点的节日。火箭飞啊,飞啊,飞啊!我们还不知道具体有多高。泰德站在山边的高处,目测大概是100米。六份燃料带着前所未有的咆哮和精度爆炸了……降落伞在最高点准确打开,未伤毫发地飘落在了小屋前面……我们正在准备星期三的香槟酒会。
就这样,太空旅行的第二段浪漫时期结束了。1959年夏天,政府作出决定,不打算在民用宇航计划中使用核推进,我们的计划被移交给了空军。泰德·泰勒在这些军事支持下继续他的工作,正如韦纳·冯·布劳恩在1933年所做的那样。空军立刻终止了我们对飞行模型的试验。他们将这个计划又延续了六年,其间完成了许多优秀的技术工作,但是它的精神和光泽已远不止此。1965年春天,奥利安计划被正式终止的那天,我又来到了通用原子公司。我们没有喝香槟。那枚火箭在阿尔伯克基的空军仓库里躺了16年,如今在华盛顿国家航空航天博物馆(The National Air and Space Museum)里,你还可以看到它——和1959年时相比,它似乎丝毫没有变旧。
美国空军并没有犯希特勒在V-2火箭上的同样错误。空军用六年时间尝试将一个行星间推进系统改装成一个军事武器。最后他们发现,正如我们最初就知道的一样,奥利安系统并不存在合理的军事使用价值。得到这个结论之后,他们明智地将计划终止了,而没有像希特勒那样进行大规模生产。在它终止的那天,我给罗伯特·奥本海默写了一封带点怀旧情绪的信:
你可能会认识到,1958年我们来到圣地亚哥时所携带的技术智慧和政治愚昧的混合物,和1943年洛斯阿拉莫斯的情形类似。你得通过成功来学习政治智慧,而我们是通过失败。我们逃脱了成功会带来的责任,我常常不知道该为此高兴还是悲伤。
为奥利安计划工作的15个月,是我科研生活中最兴奋的时期,从许多意义上讲也是我最开心的时期。我尤其喜欢沉浸在工程气氛中,那和科学的气氛非常不同。一个好的科学家得是一个具有原创思想的人,而一个好的工程师,是一个能让其设计中包含尽可能少的原创思想的人。在工程中没有爱慕虚荣的人。在奥利安计划中,如同小红校舍里的安全反应堆小组一样,没有人为了个人荣耀而工作。谁发明了什么根本无所谓。唯一重要的是,我们发明的最终产品必须能稳定地工作。对我来说,能参与到一项集体努力中是一个新的体验,我和一群工程师一起工作,他们的专业生涯都是基于团体合作而非个人竞争。在每天快乐地去实验室或洛马点的试验台的时候,我都会记起母亲讲的浮士德和村民们在大坝上一起挖泥的故事。
如果政府在1959年给予我们全部支持,正如1943年它对一群业余人士所做的那样,会在我们身上发生些什么呢?我们现在是否已经可以实现廉价快速的交通系统并贯穿整个太阳系?或者,我们可以和我们的梦想一起幸运而完好无损地被保留下来吗?
有时候我会被一起分享过奥利安计划的快乐和悲伤的朋友问起,如果奇迹发生,忽然又有了必要的资金,我会不会再恢复这个计划?我的答案是斩钉截铁的不。1963年签订的核试验禁止条约(Test Ban Treaty)禁止在大气和太空中进行核爆炸,这使得奥利安飞行成为非法的了。在某个人想恢复奥利安计划之前,他需要先废除或者重新议定这个条约。即使没有这个条约,现在我也不想驾驶着一艘飞船在另外一艘航空飞船——地球号航空飞船——的乘客头顶丢下核残骸。对1958年的我们来说,拖曳着灼热的核火球尾巴飞跃天空这种想法,是有可能被享受的,因为那时美国和苏联正以每年几百万吨的速度在大气中进行核弹试验。我们计算了一下,即使奥利安飞船最雄心勃勃的计划,也只对环境增加相当于当时炸弹试验所造成污染的百分之一。百分之一似乎并不是很糟。但是在我仔细查阅了关于辐射的生物学影响后,我得到一个估计,在统计上,每次奥利安飞行的沉降物会因辐射诱发癌症而造成十分之一到一个人的死亡,所以我对于增加哪怕百分之一的沉降物的热情都迅速冷却了。在计划的最后几年,从地面上起飞不再被我们接受了。飞船被重新设计,使得它可以被一个或两个韦纳·冯·布劳恩的土星5号火箭送到轨道上去,而且只有在已经离开地球环境时它才可以开始炸弹爆炸。这就使得飞船变得非常昂贵,而且并没有真正地解决沉降物的问题。从本质上说,奥利安飞船是一个道德败坏的东西,无论去哪里,它都会随地丢弃辐射性垃圾。奥利安计划开始后的20年里,公众对于环境污染的标准已经发生了根本性的变化。1958年时被人接受的许多事物,现在已经不被接受了。我自己的标准也发生了改变。历史已经把奥利安遗忘了。开弓没有回头箭。
自1958年开始的太空探索史,已经成为化学火箭专家们的历史。专家们从来没有乐意给根本新颖的想法们一个公平的机会。奥利安计划终止了,我毫无怨言。奥利安获得了一个公平的机会,可是它失败了。但是后来也出现过根本性的方案,比奥利安更好。奥利安能做的,它们也都能做,甚至还可以做得更多。这些方案不会在太阳系里扩散辐射垃圾。这些更新的计划,从未获得和奥利安一样的机会来和化学火箭公平竞争。在1959年之后,再也没有新式火箭的发明者获得鼓励,可以像我们在洛马点时一样使用飞行的模型试验他们的想法。在国家航空航天博物馆里我们的火箭旁,你也不会看到他们的任何模型。
在太空旅行的非正统方法中,太阳能航行是最美妙的。原则上说,不用任何发动机就在太阳系中航行,是可能的。你需要的只是一张由铝箔包裹、薄如蝉翼的塑料薄膜。通过平衡船帆上的日光压力和太阳引力——就像地球上的帆船海员平衡船帆上风的压力和龙骨上水的压力一样——驾驭航线,你可以调整方向去你想去的任何地方。太阳能航行的想法有很长的历史。它是由俄国太空旅行先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)首先想出来的。后来它又被重新发明了很多次。最新和最优雅的太阳能航船设计,是理查德·麦克尼尔(Richard MacNeal)发明的直升飞机。麦克尼尔的船帆是十二角星,它像旋翼飞机的水平旋翼一样转动。1976年,加利福尼亚的喷气式飞机推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)与麦克尼尔进行了一系列认真的合作。他们想设计一艘无人驾驶直升飞船,在1986年3月哈雷彗星经过地球时,它可以被及时发射升空,然后与哈雷彗星亲密相会。哈雷彗星每76年才经过地球一次,而且根本没有使用化学火箭实现这次约会的希望。这是一个太阳能飞船证明自己的好机会。太空计划负责人以风险太大拒绝了哈雷彗星计划。他们负担不起尝试。对他们的整个计划来说,一个失败的任务的政治后果可能是灾难性的。结果,对于认真探索根本新颖和未经试验的技术来说,他们永远承担不起责任。他们对太阳能飞船提议所作出的决定,充满了管理机构的沉闷气息:
防止飞船从JPL管理部门获得正面推荐的主要限制,是面对根本没有概念验证试验却还断定它短期就能准备就绪所带来的高风险。
太空旅行的第三段浪漫时期会在何时开始呢?在第三段浪漫时期,我们会看到小的模型飞船向太空中的太阳张开翅膀,就像每个星期天下午在通用原子实验室附近飞舞的无线电控制的滑翔机那样——在海风中,它们与海鸟一起在悬崖上自由而优雅地飞翔。我们还会看到和柏林及洛马点的一样的试验台,在那里新一代的年轻人会开始尝试新的天马行空的想法。
排除科学研究的因素不讲,人类之所以需要太空旅行有三个原因。第一个原因是垃圾处理;我们需要把工业流程转移到太空中去,那么地球就仍然能是我们的后代们生存的一个舒适的绿色环境。第二个原因是摆脱物质匮乏。这个星球的资源是有限的,而我们也不应永远放弃遍布我们周围的丰富的太阳能资源、矿藏和生存空间。第三个原因是我们对于一个开放式前沿的精神需求。太空旅行的终极目标,是不仅带给人类科学发现和电视上偶尔的美妙节目,而且还有我们精神世界的真正扩展。
但是只有当太空旅行是廉价和常用的时候,它才能对人类大众有益。我们还有很长的路要走。类似阿波罗计划这种大规模和政治导向的计划甚至可能都不在正确的发展方向上。我很高兴庆祝我们的宇航员,加加林(Gagalin)、阿姆斯特朗(Armstrong)还有柯林斯(Collins)以及其他追随他们的人的勇气。但是我相信,引领人类到达外星球的道路是一条更孤单的路,那是齐奥尔科夫斯基的路,是奥维尔和威尔伯·莱特兄弟(Orville,Wilbur Wright)的路,是罗伯特·戈达德(Robert Goddard)和VfR成员的路——他们的眼界是任何政府计划都不能囊括的。我为曾经能够从属于他们的团体而深感自豪。