[2004-03-18] 百家廊：中國的發明——火箭探源

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「長征」二號丙火箭堪稱中國飛得最高的運載火箭。

王邇敦

　中國人是一個充滿豐富想像力和探索精神的民族，古時候很多關於飛上天際、奔向太空的神話傳說，都是激勵我們挑戰自然的一股動力。在講述關於火箭發明之前，先要說說關於火藥的發明歷史，因為兩者具有一脈相承的關係。

最早發明火藥

　火藥，一般是指最早應用的「黑色火藥」。它是由火花、火焰或點火器材引燃，能在沒有外界助燃劑下進行迅速而有規律的燃燒的藥劑。因為它是武器發射的能源，因此在軍事上又稱「發射藥」。唐代醫藥學家孫思邈（五八一—六八二年）在《孫真人丹經》中，記載了世界上最早製造火藥的配方：分別是將硫磺、硝石、皂角一起燃燒的硫磺伏火法。大約在公元八至九世紀時，中國火藥的主要原料是硝石，後來它們被傳到了阿拉伯、波斯等地。十二世紀後期，阿拉伯等國的書籍上均有提及「硝石」這種燃料。阿拉伯人的叫法是「中國雪」；波斯人則稱之為「中國鹽」。

　公元十五世紀，火藥、火器及其製造方法也傳至這些國家。那時，他們稱之為中國「契丹」，因此，由中國傳入的火槍、火箭則稱之為「契丹火槍」、「契丹火箭」等。火藥和火器的製造，通過阿拉伯人先後傳入歐洲等各國。直至歐洲人學會使用火藥和火器時，中國早已有使用這類火藥和火器的幾百年之久的歷史了。火藥的發明與煉丹師有關，發明時間更可推斷至唐代以前。這些煉丹師主要是來自道教的骨幹分子或醫藥學家。

近代火箭的祖先

　火箭產生於中國是因為中國人最早發明了火藥，並以火藥製成各種火攻武器，中國人在此基礎上摸索出火箭的原理，並且逐步作出改良。中國人在十世紀製成低硝膏狀火藥，將火藥包綁在箭杆上，然後用弓或彈射器射出，目的是令敵方的陣營著火，這是原始的火箭。到了十二世紀初，中國人又製成高硝固體火藥，除了爆炸外，它還能作為發射劑，火箭的效能藉此改良。另一方面，藥線的發明也提供了既安全又快速的引燃手段。

　在製作火箭的過程中，必須克服地心引力、反作用力等問題，中國人在發明火藥後，接著用火藥發明了衝天炮，這就是火箭的前身了。雖然衝天炮的發明原理很簡單，但火箭和衝天炮的原理都是一樣：借助衝天炮內燃燒火藥後所產生爆炸的壓力向後噴出，形成一股強大的推動力，迫使衝天炮飛向天空；火箭的製造原理也是一樣，就是克服地心引力的束縛，改變為借助引擎去推動。

　中國古書中「火箭」一詞通常是指不同類型的武器，而這裡所說的火箭是指一種飛行裝置，以「黑色火藥」為燃料或助燃劑，借助燃燒室迅速噴出高壓氣體所產生反作用力而推動的飛行裝置，並可以在大氣或沒有空氣的情況下工作。中國人發明的火箭與近現代火箭工作原理相同，是近代火箭的祖先。

　中國古代的火箭由火藥筒、箭杆和藥線三部分構成，其發射原理是在燃燒室內將能源以熱能形式釋放出來，再迅速將其轉變成動能，由直接反作用力形成推動力，火箭隨即升空。中國古代火箭與第二次世界大戰時使用的近程無制導系統的固體火箭比較，在結構原理上一脈相通的。火箭特點是發射和飛行速度快，能造成化學和機械殺傷力；機動性大，可用於水陸攻守戰；還可多枚連在一起，集合成束地發射，以增加威力；更可製作成多級火箭，延長射程。

經阿拉伯人傳至歐洲

　早在九百多年以前，中國就發明了世界上最早的火箭。公元九六九年，宋朝製成了世界上第一支以火藥為動力的火箭，這種火箭由兩部分組成：第一部分是箭，第二部分是藥筒。藥筒通常用竹或厚紙造成，把火藥裝進筒內後，再將前端封住，而後端則引出導火繩。火藥在燃燒後所產生的氣體向後噴出，利用噴氣的反作用力把火箭推進，這種裝置原理已經為現代火箭的製造奠定了基礎。據古籍《武經總要》有載當時所發明火箭的設計和構造，並附有繪圖，這就是世界上最早的火箭圖了。

　十世紀時，中國人發明了最原始的火箭，即是以弓射出的火藥縱火箭，是軍隊中的特別武器。十二世紀時，南宋都城臨安（今杭州）已有地老鼠、流星之類的焰火，為節慶活動助興，這是早期火箭的另一大用途。十二世紀中葉，南宋在采石之戰中運用「霹靂砲」對付金兵，這種武器就是改良過的火箭。

　在十三世紀前期，宋理宗紹定五年，中國人於一二三二年間與金人作戰時已懂得應用火箭作為軍事武器。古籍記載有云：「防守者且有『飛火箭』，附一可燃物於箭上，箭作直線射出，其火力所及之面積約十步。」在十三世紀時，火箭的發明經由阿拉伯人傳至歐洲，在一二五八年首先出現於西洋史書上，而阿拉伯出版於一二八零年間的文獻《馬上戰鬥與戰爭機械之應用》一書中，也有載火藥的製造秘方，而阿拉伯文的火箭名為Alschen Alkhatai，即是中國之箭的意思，此後，早期火箭除了用於煙火方面外，也會用於軍事上，等到火箭傳入歐洲後盛行約一個世紀，後來有槍砲的發明而漸漸被取代。

明代嘗試火箭載人

　火箭的技術後來不僅被廣泛地用於軍事上，在明朝年間，還最早有人嘗試以火箭載人的方式飛行。據一部傳入美國的中國手抄本書籍記載，在明初永樂年間(即十五世紀初)，一位名叫萬虎的官員把自己綁在一個特製飛行器的坐椅上，並在飛行器上安裝了四十七支火箭筒，以總導火繩串聯，再在坐椅的兩側裝上大風箏，目的是有助於空中滑翔，最後他就命僕人點燃火箭的導火繩，一聲轟鳴，萬虎在火焰和氣流中急促升空，不久卻在煙霧中消失了。

　萬虎試圖借火箭的推動力拔地而起，再欲以大風箏的飄浮力在空中作短時間的滑翔。這是一次很大膽的技術構想和實踐，可是萬虎卻沒有考慮過自己的安全著陸問題，於是經實驗的火箭只能飛行幾百米後即機毀人亡。美國火箭學家基姆(Herbert Zim)於一九四五年，在其《火箭和噴氣發動機》（Rockets and Jets）一書中介紹了萬虎的事跡，並說他是「試圖利用火箭作為交通工具的第一人」，並把他的壯舉稱為「首次進行火箭飛行的嘗試」。

　萬虎及其火箭飛行器根據《火箭和噴氣發動機》（Rockets and Jets）資料繪製。萬虎可說是人類航天科技的先鋒，更是一位具有強烈飛行意願的宇航員。他的首次火箭載人飛行嘗試雖然沒有成功，卻因此而壯烈犧牲，但其技術構想具有劃時代的意義，故此受到當代各國火箭學家和航天技術專家的高度稱頌。當美國太空人登陸月球後，並繪出月球的地圖，於是美國科學家將月球背面的一個環形山以「萬虎」（Wang Hu）來命名，以表揚他對人類航天研究的貢獻，因此這位中國人的名字便與世界著名天體學家伽里略等人的名字一起出現在月球的地圖上，作為永久記念了。

　中國是火箭的來源地，火箭是中國古代偉大發明之一，隨著時代的變遷，儘管西方的火箭製造技術遠遠領先於中國，但中國古代火箭技術的研製和發展，仍然名垂青史。