第12章 冯·卡门与现代宇航科技

20世纪初，飞机刚发明不久，莱特兄弟试飞成功的消息就传到欧洲，在欧洲特别是法国掀起一股“飞行热”，涌现出一批不屈不挠的航空先驱，法尔芒就是其中的一位。1908年的一天，法尔芒又一次打破飞行纪录。飞行结束后，一个年轻人从人群中挤过去，与法尔芒展开了一段精彩的对话。这名年轻人问法尔芒：“我是研究科学的。有一位伟大的科学家，用他的定律证明了比空气重的东西是绝对飞不起来的，你能解释一下飞机为什么会飞起来吗？”法尔芒幽默地回答：“是那个研究苹果落地的人吗？幸好我没有读过他的书，不然，今天就不会得到这次飞行的奖金了。我以前只是个卡车司机，现在又成了飞行员。至于飞机为什么会飞起来，不关我的事，您作为教授，应该研究它。”法尔芒的话令这个年轻人大吃一惊，他对陪他一起来的一位记者说：“看来权威专家们的话也不一定都对。现在我终于能决定我今后该研究什么了。”他拉住记者的手说：“我要不惜一切努力去研究风以及在风中飞行的全部奥秘，总有一天我会向法尔芒讲清楚他的飞机为什么能上天。”这个年轻人后来果真走上了从事航空航天空气动力学研究的道路。他就是后来被尊称为“现代宇航科技之父”和“超音速飞行之父”的冯·卡门。

1881年5月11日，冯·卡门出生于匈牙利布达佩斯的一个犹太人家庭。他父亲莫里斯·卡门是一位著名的教育学教授，母亲也出身书香门第。在冯·卡门6岁时的一天晚上，冯·卡门的表哥出了一道题：“15×15等于多少？”冯·卡门边玩边答：“225。”二哥接着问：“924×826等于多少？”冯·卡门头也没抬一下说：“763224。”全家人都发出了惊叹声。冯·卡门的父亲却不以为然地说：“你们是串通好了在演戏吧！小宝贝，难道你还能心算出来18876×18876等于多少吗？”冯·卡门只思索了一会儿就说出了正确答案：“356303376。”大家欢呼着把冯·卡门抱了起来。但父亲却对他的超常的运算能力感到担忧，怕他将来变成一个畸形发展的人。不久，在父亲的干预下，冯·卡门便和各种数学科目断绝来往，直到十几岁才重新开始学习数学。

1898年11月，16岁的冯·卡门进了皇家约瑟夫大学。冯·卡门在大学初期，就能够独立、专注地思考问题，往往沉浸于丰富多彩的科学思索中，把一切杂念都抛在脑后。在解决问题的思路理清之前，绝不肯从座椅上站起来。

1906年，冯·卡门来到哥廷根大学深造。在那里，他跟随“现代空气动力学之父”普朗特尔教授研究材料力学，又和德国物理学家玻恩合作研究过晶体原子结构模型。两年后，他又去了巴黎大学学习。在巴黎，有一次，他陪女友去观看欧洲首次2公里飞行表演，就是在那里，他遇到了法尔芒。从那以后，他开始悉心研究空气动力学。不久后，他的老师普朗特尔邀请冯·卡门到哥廷根大学去做他的助手，从事教学和研究工作。1912年，冯·卡门成为亚琛大学气动力研究所所长。他在那里工作了14年，在空气动力学方面取得许多重要突破，还为一些企业研制飞艇、全金属运输机，担任火箭顾问等。

1926年，冯·卡门移居美国，指导古根海姆空气动力实验室和加州理工大学第一个风洞的设计和建设。在任实验室主任期间，他归纳出钝体阻力理论，即著名的“卡门涡街”理论。这个理论大大改变了当时公认的气动力原则。他还提出了附面层控制的理论，1935年又提出了未来的超声速阻力的原则。1938年，冯·卡门指导美国进行第一次超声速风洞试验，发明了喷气助推起飞，使美国成为第一个在飞机上使用火箭助推器的国家。在他的指导下，加州理工大学一批航空工程师，包括他心爱的中国弟子钱学森开始搞喷气推进和液体燃料火箭，而且后来还成立了喷气推进实验室。该实验室是美国政府第一个从事远程导弹、空间探索的研究单位，有很多重要的研究成果。

第二次世界大战即将结束时，美国陆军航空队司令阿诺德将军请教冯·卡门教授，要他评价美国航空技术发展的现状，预测未来的发展，并就如何确保美国空军未来的领先地位提出建议。德国投降后，以冯·卡门少将为首的美国空军顾问团，率领有关火箭方面的科学家，专程赴德国“参观考察访问”。他们考察了隐蔽在一片松林中的一个德国空军的秘密研究所，它由纳粹空军头子戈林直接领导，拥有50多座建筑，拥有研究导弹、飞机引擎的成套仪器设备。大战期间，有成千的科学家和技术人员在这里从事工作。这里写出的秘密研究报告就有300万份之多，重达1500吨。他们详细地察看了德国的研究设备，分析了技术成果。又前往哥廷根、亚琛和慕尼黑等地调查。在哥廷根，审讯了包括冯·卡门过去的老师普朗特尔在内的有关人员。正巧，前佩内明德火箭基地的400名德国火箭方面的工程师和技术人员也逃到这里。“顾问团”对这些人又进行了审讯。通过审讯，顾问团获得了一项惊人的秘密：德国已经着手研制一种可达到美国纽约的3000英里射程的火箭。德国人的火箭、导弹计划远远走在美国的前面。

通过这次调查，冯·卡门摸清了德国火箭技术的水平，返回美国后，先写出一份《我们在何处》的考察报告，对比了美、德两国在战争期间的科技发展，并指出美国已有可能研制射程达9600公里的导弹。接着，冯·卡门又拿出了名为《通向新地平线》的第二份报告。该报告包括25位作者的32份分报告，主题涉及从空气动力、飞机设计到炸药、末端弹道等。《通向新地平线》报告的主要观点是“科学是掌握制空权的基础”。报告强调，要成为航空大国，没有一劳永逸的解决办法，只有不断地加强研究和发展，才能确保国家安全。

冯·卡门是20世纪最伟大的科学家之一。他在一生艰苦研究的基础上，对航空航天技术的发展有过很多重要的预见，后来都一一成为现实，例如超声速飞行、远程导弹、全天候飞行、卫星等。

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1963年2月18日上午，为了表彰冯·卡门对科学、技术和教育事业的杰出贡献，肯尼迪总统授予他美国第一枚科学勋章。按计划，肯尼迪总统要亲自给冯·卡门颁发勋章。当总统及其随从一到，来自世界各地的友人就向授勋地点涌去。当时的冯·卡门已有82岁，并患有严重的关节炎，当他气喘吁吁地登上领奖台的最后一级台阶时，踉跄了一下，差一点摔倒在地上。给他颁奖的肯尼迪总统忙跑过去扶住了他。冯·卡门对肯尼迪总统说：“谢谢总统先生，物体下跌时并不需要助推力，只有上升时才需要……”授勋之后仅仅过了两个多月，冯·卡门就在亚琛病逝了。