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悦读过笔-2:内容翔实 洞察全局——《迈向新高度》的启示(II) 精选

已有 6657 次阅读 2013-9-29 05:46 |个人分类:灯下琐语|系统分类:观点评述|关键词:《迈向新高度》,内容简介,钱学森| 钱学森, 内容简介, 《迈向新高度》

本文为91的博文的续篇。

 

二、《迈向新高度》内容简介

 

整个报告共分13卷,各卷的内容简介于下:

       第一卷题为“科学,建立空中优势的关键”Science, the key to air supremacy),共105页。本卷开首有1944117阿诺德给冯·卡门的关于“陆军航空兵长期发展规划”(“AAF Long Range Development Program”)的备忘录(见链接中的附录1),以及19451215·卡门向阿诺德递交最后报告时的信件(见链接中的附录2),前者详细交代了顾问团的使命,后者综述了报告的构成及所形成的结论性意见。接着的正文由冯·卡门撰写,内容涉及科学与空战的关系、研究课题分析、组织撰写和推介的问题

第二卷题为“现状”Where we stand),共58页,由冯·卡门撰写,内容涉及航空发展现状(包括超声速飞机、无人机和导弹、推进方法、空气动力学问题、雷达技术、红外技术等)

       第三卷题为“技术智力支撑”“Technical intelligence supplement”,共177页,分成六个部分,分别由钱学森、德莱顿、瓦登道夫、威廉姆斯、茨维基、皮克林撰写。本卷内容涉及航空的科技支撑和德国、瑞士、日本的研究动态。

 第四卷题为“空气动力学和飞机设计”Aerodynamics and aircraft design),共116页,分成三个部分,分别由钱学森、西亚斯和阿什肯纳斯、纽马克撰写。本卷内容涉及飞机设计的空气动力学知识基础。

       第五卷题为“未来的机载部队”Future airborne armies),共62页,由沃考维茨少校撰写。本卷内容涉及未来战争中使用大型飞机运载兵力的设想

       第六卷题为“飞机动力装置”Aircraft power plants),共112页,分成四个部分,分别由瓦登道夫、钱学森(第二三部分)、波尔杜维兹撰写。本卷讲述飞机动力装置的科学原理、发展现状和未来趋势。

       第七卷题为“飞机燃料和推进剂”Aircraft fuels and propellants),共117页,分成五个部分,分别由斯维内(头两个部分)、哈默、斯托西克撰写。本卷讲述飞机燃料和推进剂的研制问题。

8卷题为“导弹和无人飞机”“Guided missiles and pilotless aircraft”,共62页,分别由德莱顿、钱学森、舒鲍尔撰写。本卷讲述导弹和无人飞机的研制原理和现状。

9卷题为“导弹的制导和寻的及无人飞机”(“Guidance and homing of missiles and pilotless aircraft”),共132页,分别由德莱顿、莫顿、盖廷撰写。本卷讲述导弹的各种制导技术(热、光、电)以及雷达在其中的作用。

10卷题为“关于炸药和爆炸的一般考虑”General considerations on explosives and explosions)。共77页,由加莫夫撰写。本卷讲述各种炸药和爆炸过程,包括常规爆炸和核爆炸。

11卷题为“雷达与通讯”Radar and communications),共206页,由杜布雷奇、帕塞尔、瓦雷和莫顿撰写。本卷讲述空战中雷达的用途、对美国空军有意义的雷达未来发展的趋势和机载无线电通讯装备。

12卷题为“战争与天气”War and weather),共19页,由加州理工学院的克立克撰写。本卷讲述军事气象服务的发展史、二战中德美军事气象服务之比较和军事气象服务的未来趋势。

13卷题为“航空医学与航空心理学”Aviation medicine and psychology),共150页,由空军军医勒夫雷斯和加格、华盛顿实用心理学部心理学家伯雷撰写。本卷讲述航空医学研究的未来趋势和美国空军中的心理学研究。

 

本报告有如下特点:

——高屋建瓴,洞察全局。阿诺德的备忘录为这份报告定了基调,他高瞻远瞩地指出,要“把空军战后研究发展规划置于持久坚实的基础上,我还渴望这些规划形式完善,远谋深算,除了保证国家安全并成为未来10~20年发展的指南之外,还可用于提请国会拨款的依据。·卡门忠实地贯彻了这一意图,做到了“站得高,看得远”,尽可能把握好现有资料,特别着眼于宏观格局和未来发展。

——细致调研,求真务实。·卡门网罗了相关学科的顶级专家,从评介基础知识入手,既读大量文献,又注意实地考察,掌握了确切的第一手资料,一切立论建立于可靠、可信的分析的基础之上。

——内容全面,详略有致。报告涵盖了空军军事科研的几乎所有方面,图表数据齐全,内容由浅入深,面面俱到;同时,又抓住了若干核心问题,如超声速飞行,新型航空发动机,新型燃料和炸药,先进电子设备等等,对这些问题做了有前瞻性的描述和分析。

——着眼未来,精心预测。报告力图避免就事论事,而是深思熟虑地对各个领域的未来发展局势做了极有远见卓识的分析和预测,其中绝大多数预测被后来的发展所证实。

在本文的最后部分将就上述四个方面做进一步阐述。

 

顺便指出,这份报告的问世取决于两位核心人物:当时的美国陆军航空兵司令阿诺德和加州理工学院教授冯·卡门。对于冯·卡门,大家比较熟悉,而对阿诺德这位传奇式的人物则知之甚少,在本文的链接中,对他做了扼要的介绍(参看链接中的附录3

 

三、钱学森对《迈向新高度》的贡献

 

钱学森参与撰写了《迈向新高度》第34678卷,这五卷约有584页,其中钱学森撰写的部分共计约有182页。

具体情况如下:

l        3卷题为“Technical intelligence supplement”,共177页,分成六个部分。其中第一部分“Part IRecent development of several selected fields of aeronautics in Germany and Switzerland”为钱学森编写,共47页。

钱学森撰写的第一部分简述德国和瑞士在空气动力学若干领域中的近期进展(主要是德国),主要涉及七个方面:火箭;后掠翼;冲压式喷气发动机;脉动式喷气发动机;涡轮式喷气发动机在飞机上的安装;超声速空气动力学;边界层和跨声速流动中边界层-激波相互作用。有参考文献24种,附录5个(若干实际型号和产品)。其余五个部分为:HL Drydon写的德国导弹研制历史(含V2火箭);FL Wattendorf写的德国、瑞士航空研究进展(发动机部分与钱学森的第一部分略有重复,有特色的是试验设施描述);FW Williams 写的日本航空计划和成就;F Zwicky写的日本的战时科研;WH Pikering写的德国航空电子科技发展简述。

钱学森撰写部分的特点在于:材料翔实,言简意赅,详略有致,是一篇极好的科技调研报告。

l        4卷题为“Aerodynamics and aircraft design”,共116页,分成三个部分。其中第一部分“Part IHigh speed aerodynamics”为钱学森编写,共28页。

钱学森撰写的第一部分简述高速空气动力学的主要内容,包括六个方面:高速空气动力学中的可压缩效应;维持层流边界层的减速效应;激波和激波-边界层相互作用;临界飞行马赫数的控制;喷气动力装置的射流对飞机绕流流场的影响;跨声速和超声速飞机设计中的若干具体问题(主要讲述飞机表面控制);几乎涉及高速空气动力学当时所有的前沿研究领域。其余两个部分为:WR SearsIL Ashkenas写的第二部分飞机:展望和问题,进一步铺陈了第一部分内容;NW Newmark写的第三部分“飞机的材料和结构”,述及跨声速和超声速飞机研制对材料和结构的特殊要求。

钱学森撰写部分的特点在于:深入浅出地描述了一些前沿问题背后的科技原理问题,在很长一段时间里引领了高速空气动力学的发展。

l        6卷题为“Aircraft power plants”,共112页。其中Part II“Experimental and theoretical performance of aeropulse engines”, Part III“Performance of ramjets and their design problems”, Part IV “Future trends in the design and development of solid and liquid fuel rockets”为钱学森编写,共90页。

本卷讲述飞机动力装置的科学原理、发展现状和未来趋势。

FL Wattendorf撰写的第一部分“燃气轮机推进”叙述飞机发动机的基本原理:往复式发动机;复式发动机;自由活塞发动机;燃气轮机;涡轮喷气发动机,并对其未来发展提出展望。钱学森撰写的第二~四部分是本卷的核心内容。第二部分“实验和理论得到的脉动式喷气发动机的性能”简述脉动式喷气发动机的结构、性能、发展现状以及可能进行的改进,着重阐明燃料比耗、脉动推进频率和推力计算,三个附录中给出了计算公式。第三部分“冲压式喷气发动机的性能及其设计问题”,涉及:冲压式喷气发动机的理论基础;计算得到的性能(重量、推力和助推);冲压式喷气发动机研究进展;冲压式喷气发动机燃烧相关的流体力学问题(雾化、混合;点火;加速气流中的燃烧)。第四部分“固体燃料火箭和液体燃料火箭的设计和研制的未来趋势”涉及两类火箭的现状及其可能改进。讲得较为简略。由Pol Duwez写的第五部分“用于飞机推进的高温材料”涉及:燃气轮机、冲压式喷气发动机、火箭发动机和原子能飞机的耐高温材料(合金、陶瓷等)。

钱学森撰写部分的特点在于:言简意赅地讲述了航空发动机的基本科学原理和设计研制中的主要问题,归纳到位,预见正确。这是他为整份报告作的主要贡献。

l        7卷题为“Aircraft fuels and propellants”,共117页。其中Part V “Possibilities of atomic fuels for aircraft propulsion power plants”为钱学森编写,共5页。

   本卷讲述飞机燃料和推进剂问题。

   WJ Sweeney撰写的第一部分“飞机推进的碳氢燃料研究”和第二部分“石油:原动力”做了一般性概述;LP Hammett撰写的第三部分“火箭和其它喷气推进装置的固体推进剂”和AJ Stosick撰写的第四部分“火箭性飞行器的液体推进剂”分别论及固体推进剂和液体推进剂;钱学森撰写的第五部分“原子燃料作为飞机推进动力装置的可能性”,对用原子燃料作推进剂的可能性作了预测。初步结论是:裂变过程的利用的主要问题是热释放率,技术实现在原子涡轮喷气发动机也许有可能,但用作冲压式喷气发动机和火箭喷气发动机则没有可能。

   钱学森撰写部分的特点在于:根据当时可资利用的有限资料作了大胆预测,后来的实践表明:喷气推进采用原子燃料在技术上不可能实现。

l        8卷题为Guided missiles and pilotless aircraft”,共62页。其中Part III “The launching of a winged missile for supersonic flight”为钱学森编写,共12页。

HL Drydon撰写的第一部分“导弹研究现状”涉及德国的已有导弹(包括V1V2)和美国通过作战评估的导弹,按发射-推进方法和控制-智能特性对导弹做了分类,书籍现有导弹射程、重量和有效负载,对相关基础研究做了评述。WH Pickering撰写的第二部分“飞行的自动控制”涉及飞行稳定性;自动控制要素;控制系统组成;“开关式”控制;外部信号控制;导弹控制系统。钱学森撰写的第三部分“超声速带翼导弹的发射”阐明导弹轨道计算要点:为使地面发射的导弹达到一定的高度和速度,估算所需飞行时间和燃料消耗,给出了解法、计算方法和结果。GB Schubauer撰写的第四部分“真空中长程火箭轨道的性质”涉及长程导弹(后来的洲际导弹)的轨道计算方法,包括计及地球自转效应的理论。

钱学森撰写部分的特点在于:针对实际情况,给出了导弹轨道的计算方法。

 

从上述材料可见,钱学森当时作为一位崭露头角的空气动力学家,对撰写《迈向新高度》做了实质性贡献。他完成了报告的总工作量的12%;所涉及的内容是不管的核心部分,特别是,他撰写了第四、六卷关于航空空气动力学原理和飞机动力装置的型式和原理,是这两卷的核心,也是整份报告的基础,其重要性非常明显。(待续)

 

写成于2013929日晨

 

【链接】相关文件

附录1:阿诺德将军给冯·卡门教授的备忘录

 

美国陆军航空兵司令部

华盛顿

 

1944-11-07

致冯·卡门教授的备忘录

 

主题:陆军航空兵长期发展规划

 

1. 我相信,美利坚合众国的安全将继续在某种程度上有赖于我们的专业科学家们所制定的规划。我焦急地期盼着把空军战后研究发展规划置于持久坚实的基础上,我还渴望这些规划形式完善,远谋深算,除了保证国家安全并成为未来10~20年发展的指南之外,还可用于提请国会拨款的依据。

 

2. 为了帮助你和你的同僚了解关于战争的现有思路,我愿在此评述我们的一些原则。整个战争的目的在于摧毁敌人的抵抗意志,从而使我们可以把我们自己的意志强加于敌人。实现战争目的的手段分成三种:政治手段、战略手段和战术手段。政治行动直接指向敌人的统治力量;战略行动旨在摧毁敌人的经济资源;而战术行动则对付敌人的军事力量。我们主要关注战略和战术行动,它们基于如下原则:客观性、突然性、简单性、整体性、进攻性、机动性、经济性、联动性和安全性。

 

3. 我相信,以下各点是不言而喻的:

   a. 目前,作为一个国家,美国是超级强国之一;

b. 毫无疑问,我们有对国家构成持续威胁的潜在的敌人;

c. 战争将还会主要在北纬30度与60度之间的地区进行,同时必须着重考虑全局战争;

d. 我们的战前研发经常不如敌人;

e. 战争是靠进攻性武器而不是靠防御性武器赢得的;防御对策具有次级重要性;

f. 我国不会维持一个庞大的常规部队;

g. 在和平时期经济条件下,美国陆军航空兵不可能继续得到现今那样占岁入43%的战时拨款;

h. 目前大量拥有的过时装备可能成为进一步研发的绊脚石,并给国会造成安全方面的错觉;

i. 我们的科学家在基本军事训练方面不一定具有优势,而我们的空军军官不可能是职业科学家;

j. 人类目视控制(或许加上雷达或远程监控)武器比机械操控武器更有潜在的高效率;

k. 尽可能减少人员伤亡是美国民主制度的一个底线,我们将继续为实现机械化战争而非人力战争而奋斗;

l. 我们尚未克服超远距、坏天气和黑夜给战争带来的困难;

m. 更加专用化的炸药、超声速、更加完善的整体防御水平、更高的武器的灵活性和控制水平是具体要求;

n. 向恐怖武器(如喷气推进式炸弹、凝固汽油弹等)的发展趋势可能会延续,并向毒气战、细菌战方向发展。

 

4. 不能忽视未来爆发大规模战争的可能性。我们,作为一个国家,不会总是有强大的盟国,也不会有大洋阻隔作为屏障。而且,我推测,我们的敌人很快就有办法摧毁飞机动力装置。现在是否有可能确定存在完全不同的另一种武器来取代飞机?是否有可能出现无人的遥控雷达,或者远距瞄准的精密军事火箭,或者多目标自导导弹?在未来的战事中原子推进会在考虑之列吗?

 

5. 也许除了评估现有技术和研究动向以外,为了从美国空军角度研判战后及未来战争研发工作的所有可能性和需求,我要求你和你的同僚从当前的战争中脱逸出来。你们的研究一结束,请你给我一份述及美国空军未来的研究和发展规划的报告或指南。我还想要求在你们的最后报告中包含对如下问题的建议性答案:

a. 在和平时期,我们应该给教育型和商业型科学机构什么帮助?或者要求它们给予我们什么帮助?

b. 能否要求我们的科学家及其科学机构抽出少许时间和资源帮助我们避免未来的民族灾难和赢得下一场战争?这样的时机是否已经到来?

c. 战后时期需要进行计划外无商用价值的设施的试验性生产,协调组织这种生产的最佳方法何在?

d. 应该划拨何种比例的经费用于研究和发展?

6. 在完成最后报告之前,请你每月给我一份简短的书面报告。与此同时,我已给陆军航空兵的职能机构AC/AS, OCLR(威尔逊将军)下了特别命令,负责给予你直接的行政和人力支持。另外,我已经告诉过你,欢迎你和你的同僚到我的司令部来。我重申一遍,陆军航空兵随时准备协助你完成这项困难的任务。

 

H.H. Arnold(签名)

 

附录2 ·卡门教授给阿诺德将军的函件

 

美国陆军航空兵司令部

华盛顿

 

1945-12-15

阿诺德将军

陆军航空兵司令

华盛顿 25D.C.

 

亲爱的阿诺德将军:

 

在你的1944117签发的基本备忘录中,你指示我草拟一份报告,作为陆军航空兵研究和发展规划的指南。

 

经与一群经挑选的来自相关学科分支的专家合作,我力图对未来空军所涉及的科学需求做出评述,这里提呈我们的研究结果。

 

在第一卷里,我们讨论了科学与空战的关系,从功能的角度分析了空军应研究的主要问题,对研究工作的组织提出了建议。接着的十二卷论及32个科学专题,对各个具体领域给出了详尽的研究规划。

 

本项研究的一般结论可归纳于下:

 

1.                    原子武器的发现使得建设强大的空军比过去显得更加迫在眉睫,这一主题在第一卷的第一章里详加讨论。

2.                    空气动力学、推进装置、电子学和核物理学领域的科学发现为空中力量的运用打开了新途径。

3.                    未来的十年应是相关领域获得系统的蓬勃发展的时期,将促成科学进步的潜力充分发挥,以期实现下列主要目标:超声速飞行。无人飞机,全天候飞行,优质导航和通讯,遥控自动飞行器和轰炸武器和大部队整体空运。

4.                    正如第一卷第二章中分析指出的,应研究的问题应从与空军功能相联系的角度来考虑,而不是孤立的科学问题。

5.                    因此,建立研发中心应研究新型装备,使得科学发现中产生的新方法实用化,这种实现特定任务的研发中心比某个学科分支的分立的实验室更加高效。

6.                    科学手段和设备的使用要求把科学思想和科学知识渗透到对整个空军,所以在招收人员,训练和日常工作中要有有组织的变化,本报告第一卷第三章中提出了相关建议。

7.                    关于应用新装备和新方法(特别是无人飞机)的总体战略应予探究并及早制定出来。完善利用空中力量要求在整个美国大陆乃至在美国之外形成适当分布的网络。

8.                    新装备研发成功后,应该制成试验性的无人飞机,并系统培训操作新装备的人员。

9.                    根据一个实际试验阶段的结果,在手工操控武器、借助于电子装置控制的武器和全自动武器之间应建立一种适当的平衡。

10.                未来掌管空军的人应该时刻牢记:任何问题从来没有最终的或普适的答案,只有采取一种不断探索科学的态度,不停地迅捷地适应形势的发展,才有可能通过保持空中优势来维护这个股哟家的安全。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

 

在你的基本备忘录里,要求对下列问题给出建议性答案:

a. 在和平时期,我们应该给教育型和商业型科学机构什么帮助?或者要求它们给予我们什么帮助?

b. 能否要求我们的科学家及其科学机构抽出少许时间和资源帮助我们避免未来的民族灾难和赢得下一场战争?这样的时机是否已经到来?

c. 战后时期需要进行计划外无商用价值的设施的试验性生产,协调组织这种生产的最佳方法何在?

d. 应该划拨何种比例的经费用于研究和发展?”

   关于头三个问题的建议型答案可见本报告中述及科学界、工业界和空军合作的那些章节。我不大情愿给第四个问题确切的回答,宁愿提出如下设想。用于研发的款项应与当年的空中战事的成本有关系。在和平时期,为了准备或避免未来的战争,每年用于研发的费用有战时一年的5%,对国家的“钱包”似乎不是一笔夸大的开支。一次快速调查表明:我们的大工业企业在它们每年的研究事业费用占用成本的百分比就是这个量级。如果和平时期每年允许有战时的15-20%用于空军开销,那么研发要求的总费用应为空军总预算的25-33%

 

                            尊敬你的

Th. ·卡门(签名)

陆军航空兵科学顾问团团长

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

 

附录3阿诺德将军传略

 

亨利·哈利·哈泼”·阿诺德(Henry Harley "Hap" Arnold1886-06-25~ 1950-01-15),美国将军,先是陆军将军,后为空军将军。阿诺德是一位航空先驱者,曾是美国航空公司(Air Corps)领导人(1938~1941),二战期间为美国陆军航空兵司令,是美国空军中唯一的一位五星上将,美国军队中唯一的一位拥有两个不同军种的五星上将军衔的人。阿诺德还是RAND计划的创始人,该计划后来演变为世界上最大的全球智库——RAND公司;他还是反美航空公司的创始人之一。

受到莱特兄弟首次飞行的启发,阿诺德酷爱飞行,曾在西点军校就读,后来成了世界上首批军事飞行员之一,也是美国空军中排名前三的飞行员。他克服了早期飞行经历造成的飞行恐惧,指导了第一次世界大战中空中服务的拓展,并成为比利·米切尔将军的传人。

美国参加第二次世界大战前夕,阿诺德成为美国陆军航空兵司令,领导它迅捷扩张成为世界上最大、最有威力的空军。他极力主张技术研究和发展,一生中见证了作为现代空军支柱的洲际轰炸机、喷气式飞机、雷达广泛使用、全球空中补给线和原子战争等等的发展。

1943~1948年间,他曾五次心脏病发作;1950115,他在索诺玛的住所辞世。他受到国葬礼遇,并被安葬于阿灵顿国家公墓。

 

节译自http://en.wikipedia.org/wiki/Wiesbaden_Air_Base

 



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