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从飞机、导弹谈到控制它们的电子计算机*

*刊载于《光明日报》1956 年10 月8 日。

在第二次世界大战期间，航空动力方面有了很大的改进，创造了喷气式推进机，突破了声速，超声速飞行的时代也就到来。喷气式飞机是把空气从机头吸入机身，经过空气压缩机把空气压力提高。空气压缩机的作用和离心式的水泵一样，但比水泵转得快，水泵每分钟几百转，压缩机每分钟约7000转以上。被压缩的空气，通到燃烧箱使喷进的煤油燃烧，温度就更高，用这样高温高压的气体吹动涡轮，所产生的动能，正好能转动空气压缩机，因此涡轮的动能在机件内部就消耗掉了。但是通过涡轮后的空气，由于温度压力还相当高，就在尾管中膨胀，从尾管中喷出去。喷出气体的速度很高，所以对总的推进系统来说，进气慢，出气快，这等于把空气朝后推，因此空气就把飞机向前推，这就是用空气压缩机的喷气式飞机，也就是涡轮式喷气推进机。还有一种喷气推进机，它的整个机器是一条开口管子，进口比较小，随后管子就粗了，飞机从机头吸进空气后，进入管子比较粗的部分，空气就流得慢，压力就增高，然后喷入油料，燃烧加热，再从出口膨胀喷出，喷出的速度比吸入的速度大，因此也能推动飞机，这叫做冲压式喷气推进机。

图1 V-2 火箭的内部构造

此外，还有不用吸入空气的喷气式推进机，它自己带了液体氧和燃料，可以在机器中燃烧得到高温高压的气体时再喷出去，这就是火箭。德国的V-2火箭(图1)就带了酒精和液体氧。由于有了这些新型的推进机器，航空工程师们就设计了超越声速的军用喷气飞机。但是，飞机的速度大大地提高了，同时也就显示出它内在的矛盾，产生了消灭它自己的条件。为什么呢?这问题的关键都在驾驶人。例如，对歼灭机来说，加速度能引起驾驶人脑充血和晕眩，失去战斗能力。如果没有驾驶人就可以不考虑加速度的极限，飞行速度再快些也不会有问题。对轰炸机来说，没有驾驶人就不需要飞个来回，单程就可以了，燃料也就可以减轻一半;用一样多的燃料也就能达到更远的目标，增加威力。这种没有驾驶人的飞机就是导弹，也就是说导弹是会逐渐代替歼灭机和轰炸机的。

一、导弹的种类和性能

  导弹上既没有人，就必须用自动控制。导弹上犯不着用涡轮式推进机，因为涡轮式的机件复杂、成本较高。导弹只用一次，到达目标后就一炸了事，不必考虑机器的经久耐用，所以不如用冲压式喷气机或火箭来推进。冲压式喷气机和火箭，两者在性能上也有分别。冲压式需要空气，如果飞得太高，由于高空的空气稀薄就不能吸入足够的空气，所以冲压式喷气机不能到达真正高空，而火箭自己带有氧气就不怕高空的空气少，所以在高空就要用火箭。但是火箭除燃料外还需要消耗氧气，这样它每单位拉力所需要的燃料重量也就比较大。因此在导弹上应该尽可能地用冲压式喷气机。这说明导弹和飞机在动力设备上的不同。导弹可以根据从什么地方放出和到达什么目标，分为四类：从空中到空中、从空中到地面、从地面到空中、从地面到地面。①从空中到空中的是歼灭机使用的武器。飞机速度高了，枪炮就打不准，可是用歼灭机带导弹在远处放，再用自动控制设备让导弹自动去找目标，就可以补救现在枪炮的缺点。② 从空中到地面或海面的一类中，有一种比较简单的可控制的导弹，它等于一架无人驾驶的小飞机，但弹头有电视可以把地面情况传到另一架飞机或地面上的控制站，控制站根据情况发出信号来控制导弹的飞行。③ 从地面到空中的是防空导弹，因为高射炮只能打到1万多米，而喷气机可飞达18000m以上甚至到2万多米，高射炮既打不着它，就要靠防空导弹来打。④从地面到地面的导弹，其中远射程的就是所谓洲际武器，这是一个很大的火箭，像炮弹一样没有翅膀完全靠速度大来达到远距离的目标。这个很大的火箭实际是两节(图2)或三节接力式的火箭，一个大火箭顶着小火箭，大火箭先放，获得一定速度以后就扔掉大火箭，点上小火箭，使它得到更快速度。这样，射程就可以达到6000km，甚至10000km，速度达到声速的15或20倍。比这类洲际武器小一些的是单节火箭，它和V-2火箭同一类型，不过射程小些，约600km到800km，叫做中射程火箭。这类中射程火箭的好处是，它和轰炸机来比，它不需要飞机场，就比较灵活，因为它可以从地面垂直起飞，达到相应速度以后转向目标。只要用一辆卡车带一块铁板，在任何地点把铁板在地上一铺就可以放出，它的速度也比轰炸机高，难防御。

图2 V-2火箭和一个小火箭组成的两级火箭组。这是起飞后的状态

导弹的主要问题是怎样才打得准确。如果一个火箭就能打到目标，那么它的价钱虽高，但全面计算起来还是便宜。据初步估计，要发展火箭导弹，必须20%力量投到空气动力学、材料强度、推进方面，80%力量投到控制方面。怎样来控制呢?首先是使导弹长上眼睛能自己找目标，也就是利用目标的特点来找目标。例如，飞机发出的声音很响，飞机后面又喷气发热，大钢铁工业都冒烟发热，这都是它们的特点。所以只要在弹头上安装对声音和热特别敏感的仪器，当导弹到达目标附近时，便向声音最响或最热的地方前进;或者也可以在弹头上安装雷达来探测。但是我们要注意：有眼睛的导弹弹头，正像人的目力一样是有限度的，也不可能从太远的地方来找寻目标，因此要把这导弹先引到目标的附近，然后才利用它的弹头来自动找目标，这中间需要一个引导它到目标附近的控制系统。防空导弹的控制系统就要利用雷达来测敌机的位置。雷达放出的无线电波跟着敌机走，然后使用对电波特别敏感的导弹沿着无线电波打上去，这样导弹就一定能碰上敌机。

二、导弹的脑筋——电子计算机

用雷达测定飞机或导弹的位置，同时还要做快速计算，才能及时做出适当的控制决定，这就需要电子计算机。所以导弹的脑筋是电子计算机，它是整个控制系统的中心环节。这里简单谈谈电子计算机。人们一般用十进位计算。而电子计算机用的是开关，或开或关只有两个可能性，并没有十个可能性，所以计算机用的是二进位，零是0，一是1，到了二就要进一位，写作10，三写作11，到四就要进二位写作100，五写作101，六写作110，七写作111。由此可见，引用二进位就可以把计算过程变为电路的开关过程，这就是数字式计算机的原理。计算的快慢，就看开关跳得多快多慢，用电子去开关，只要百万分之一秒就行了。所以电子的数字计算机是现在最快而又很准确的计算机。另外还有一种电子计算机是模拟式的，它不靠数字的运算，它的原理是利用一定电路系统和所要计算现象之间的相似性，也就是拿电的系统来模拟自然现象。一般来说，模拟计算机比数字计算机简单，但不及数字计算机准确。

如果电子计算机的体积很大，就不可能把它们装在导弹中，只可以留在地面上作为控制系统中的一部分。要把电子计算机装在导弹里面，作为弹身内控制系统的一部分，那么首先必须把它“专业化”，只要它做一件事(控制计算)，不要它万能地做通用计算，这样的计算机就可以简单些。但是只专业化还不够，还要小型化和超小型化，竭力缩小它的体积，从相当于柜子的大小缩到盒子的大小。所以仅能制造通用计算机还不能解决导弹问题，必须再进一步制造出超小型的专业计算机。