改写历史的两秒半
1926年3月16日，在马萨诸塞州奥本他姑妈的农场里被白雪覆盖的田野中，罗伯特·哈钦斯·戈达德点燃了一枚采用liquid oxygen和汽油推进的火箭，看着它升入灰色的冬日天空，以41英尺的高度飞行184英尺，在发射后2.5秒落入一片卷心菜地。这次飞行几乎是转瞬即逝的。但它的影响至今未息。
一百年后，戈达德的2.5秒飞行成为人类工程史上最具重要意义的演示之一——液推进火箭技术可行的概念验证，证明了超越大气的控制飞行是可以实现的，以及资源有限、面临机构怀疑的孤立发明者可以建立最终将人类送上月球、将科学仪器送到外行星的技术基础。
这个百年纪念到来之际，戈达德创办的火箭产业从未如此活跃。SpaceX成批发射Starlink卫星。Blue Origin和多个大陆上的火箭初创企业正在建造新型火箭。Artemis计划正在将人类送回月球。探测器正在前往火星和小行星带的途中。一百年前这位43岁的物理学家在马萨诸塞州的田野中站着点燃引信之时的这一刻与所有这一切之间的联系是直接的、有据可查的，也是深刻的。
1926年3月16日的实验
戈达德在那个冬日早晨发射的火箭按照后来的标准来看并不优雅。它的燃料箱和liquid oxygen箱在飞行器的底部，combustion chamber和喷嘴在顶部——这种布置将沉重的发动机质量放在重心上方，使火箭在戈达德本人认识到的方式中本质上不稳定，后来的设计通过将发动机移到底部来纠正这一点。该飞行器高10英尺，空重10磅，花费多年才制造完成。
选择liquid oxygen和liquid gasoline的推进剂组合是出于实际考虑：两者都可获得，liquid oxygen在没有大气中氧气的情况下提供combustion所需的氧化剂，汽油具有演示飞行器足够的能量密度。戈达德设计的用于在控制条件下将这些推进剂输送到combustion chamber的泵送和供给系统是他最重要的技术贡献之一——以可靠、可控的方式管理cryogenic和易燃液体的流动是他需要解决的核心工程问题之一，使系统能够正常工作。
飞行本身持续时间之短，以至于观察者可能对其重要性产生怀疑。但现在保存在Smithsonian的戈达德当天的笔记本用科学家克制的精确性记录了它：时间、使用的推进剂、持续时间、行进的距离。他知道这意味着什么。他已经证明了liquid-propellant火箭可以飞行，它们可以可靠地点燃，他多年研究开发的理论框架在物理上是正确的。
戈达德通往火箭的漫长道路
罗伯特·戈达德并不是毫无准备地来到他这次历史性发射的。他从十几岁就开始思考火箭，受H.G. Wells的《War of the Worlds》的启发，后来作为Clark University物理系学生和教授时开始了火箭推进的严肃科学研究。他在1910年代的理论论文确立了火箭推进的基本原理——包括火箭可以到达月球的著名但有争议的建议——吸引了科学兴趣和公众嘲笑大致相当的程度。
1920年New York Times社论中的嘲笑通过错误地论证火箭需要空气来推动而驳斥了月球火箭的可能性，这伤害了戈达德并强化了他对研究进行严格保密的倾向。他在孤立中工作，在发表结果前获得专利，谨慎地与认真对待他工作的小型研究人员社区分享他的进展。时报值得称赞的是，在1969年7月发表了更正——这是Apollo 11登月出发的第二天。
戈达德在1920年代和1930年代继续开发越来越复杂的火箭，达到更高的高度，开发了陀螺仪guidance系统，逐一解决了控制飞行的工程问题。他获得了Charles Lindbergh和慈善家Daniel Guggenheim的关键支持，使他能够将业务转移到New Mexico的Roswell，那里的平坦地形和稀少的人口更适合测试越来越雄心勃勃的飞行器。
一个世纪的进步
从戈达德1926年41英尺的apogee到环绕地球运行的International Space Station，再到在星际空间中穿越heliopause的Voyager 1，液燃火箭在一个世纪中穿越的距离不仅仅是物理上的，而是概念上的。戈达德的基本洞察——controlled、sustained化学combustion可以产生足够的thrust来克服地球重力并将飞行器推向轨道和escape速度——已经以他无法想象的规模来实现，其精巧程度来自一个世纪的accumulated工程知识。
无论是RS-25 Space Shuttle Main Engine、SpaceX Merlin还是驱动Vulcan Centaur的BE-4，现代液燃火箭发动机都遵循戈达德一百年前在计算中制定的相同的thermodynamic原理。推力、specific impulse、mass ratio、exhaust velocity——方程式没有改变。改变的是人类在规模和可靠性上制造、测试和运行系统的能力，使定期进入太空成为可实现而非英勇的事。
戈达德在新太空时代的遗产
当前火箭开发的复兴——由对卫星internet星座到火星殖民地有着各种雄心的私营公司推动——可能会让戈达德对规模和速度感到惊讶，但不会对其基本性质感到惊讶。他从职业生涯早期就理解了火箭能做什么的限制不是由物理学而是由工程雄心和资源设定的。他自己的雄心延伸到星际旅行，记录在他生前保持私密的文字中，因为他害怕对他的月球建议的嘲笑。
在马萨诸塞州Auburn那个2.5秒飞行百年纪念日，戈达德开创的火箭每周都在发射，携带科学仪器前往遥远的天体，在轨道上建立商业基础设施，并开始了可能成为多行星文明的第一步。他的第一架飞行器落下的Auburn卷心菜地现在是一个历史标记。它设置的轨迹仍在上升。
本文基于Space.com的报道。阅读原始文章。
Originally published on space.com