嫦娥号着陆点情缘之“导弹之父”钱老恩师:美国航天奇才冯卡门
如果你不是天文领域爱好者,也许对这个名字不是太熟悉,可是和他相关的人和事,大多你应该耳熟能详。
中国嫦娥四号在寻找着陆点的时候,当时,考虑到诸多问题:从嫦娥一号的全月图来看,整个背面大面积的平坦月海只有两个,最后选择了南极--艾特肯盆地中的冯--卡门坑。这个盆地直径超过2500公里,面积约为490万平方公里,是太阳系內已知的最大的盆地,冯--卡门大家可能比较陌生,可是他有一个大家熟悉的亲传弟子:“中国导弹之父”钱学森院士!冯--卡门被誉为是“航空航天时代的科学奇才”,所以这次选择以他名字命名的陨石坑作为着陆地点,似乎冥冥之中自有缘分。
西奥多·冯·卡门,1881年出生在匈牙利的一个犹太家庭里,毕业于哥廷根大学,一战时,为奥匈帝国服务四年;1933年任清华大学顾问,1936年加入美国国籍。他是20世纪最伟大的航天工程学家,开创了数学和基础科学在航空航天和其他基础领域的应用,被誉为“航空航天时代的科学奇才”。
1936年的一天,在美国加州理工学院任教的冯·卡门,接待了一位刚刚从麻省理工学院毕业的中国学生。根据冯·卡门回忆:“这个个子不高、仪表严肃的年轻人,异常准确地回答了我的所有问题。他敏捷的思维和富有智慧顿时给我留下了深刻印象。我建议他转到加州理工学院来继续深造。”
钱学森到了学院之后,冯·卡门是他最信任和尊重的人,他平时称冯·卡门为“尊敬的老师”。而钱学森也是冯·卡门最喜欢的学生之一,后来在他的回忆录里面,唯一一个用单独章节来记录的学生,就是钱学森。
初到加州理工不久,钱学森就和几个志同道合的小伙伴,搞起了火箭研究。起初他们的研究得到了冯·卡门的支持,可通过学校的实验室设备做试验,但是随后的试验多次失败,并给学校造成许多灾难性的损失,全校师生称他们为“自杀俱乐部”,他们被赶出校园,搬到郊外干枯河床上做试验,这个地方,成为了以后美国火箭的摇篮,后来发展成全球著名的“喷气推进实验室”。
1938年的秋天,冯·卡门参加一个军方会议,军方希望发明一种火箭,能够助推重型轰炸机。冯·卡门回到学校后,立即找“自杀小组”商讨火箭推进办法,在冯·卡门的支持下,钱学森等人经过理论与实践反复验证,终于在1941年8月,火箭试飞取得成功。这种火箭助飞器很快就在二战时的美国空军得到战场应用。
喷气推进实验室刚成立时,冯·卡门是第一任主任,钱学森是研究分析组组长,冯·卡门的另一些学生、我国著名的科学家钱伟长、郭永怀等,年轻时都曾在这里工作过。
与此同时,冯·卡门要求钱学森把两大命题作为博士论文的研究课题,从而建立崭新的亚音速空气动力学和超音速空气动力学,而其中一个命题就是后来著名的卡门--钱公式,这个公式是由冯·卡门提出命题,钱学森做出结果。
1950年钱学森计划回国,他和夫人在港口准备乘船时,被美国官员拦住,将其关押进监狱。冯·卡门和加州理工学院院长杜布里奇得知这一消息,立刻为钱学森筹款一万五千美元,将钱学森保释出来。
1955年,钱学森终于获准离开美国,在回国前夕向老师告别时,冯·卡门翻看了他的新著《工程控制论》,然后说道:“你现在在学术上已超越我了,我为你感到骄傲。”他送给钱学森自己的近照,并签名留念:不久再见!
冯·卡门之所以被称为航空航天的科学奇才,并不无道理。要知道现在全世界航空和航天学上一些最光辉的理论、概念都是以他的名字命名。而航空史上令人瞩目的里程碑,如齐柏林飞艇、风洞,滑翔机和火箭等等,差不多20世纪的一切实际飞行和模拟飞行的成功都与他有密切的关系。
卡门涡街其实是流体力学中重要且普遍的现象,在自然界中很常见。不过就如同冯·卡门自己在自传写道的那样,他不是第一个发现此现状的,不过他是第一个对现象背后机理做出详细且成功研究的人。
简单来说,如水流过桥墩,风吹过高层楼厦、电视塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。卡门涡街的图片十分漂亮,有时可当作为艺术品来欣赏。
这些都是现实中典型的卡门涡街现象,对我们正常的生活带来了严重的威胁,不过也并非全无用处,现在工业中常用的卡门涡街流量计,是利用了这一现象,可用于测量液体、气体等的流量,精准度可达±1%,且可靠、耐用。
卡门涡街,用最普通的解释就是,当风、水流等通过一些高层建筑或者物体时,物体两边会周期性脱落出两排漩涡,然后经过非线性作用而形成。
许多人认为,只有流体绕流圆柱体时才会产生卡门涡街,而事实上,只要发生边界层脱离,就也许会出现卡门涡街,因此,有些设施,例如水下的建筑或者航空设备都做成流线型,以避免卡门涡街的破坏作用。当初的上海东方明珠塔也是经过反复实验和论证之后才建成的。
1963年,82岁的冯·卡门因病去世,为了纪念冯·卡门,他的祖国匈牙利在1992年8月3日发行了一枚纪念他的邮票;1992年8月31日,美国也发行了一枚冯·卡门的纪念邮票。
“科学家们主要是揭示和发现现有世界,而工程师们能够创造从未有过的新世界。”
这是他的一句在科学界广为流传的名言,他对于科学的态度和品质,让无数人愿意投其门下,他的学生遍布世界,不分国籍,被称为“卡门科班”。虽然他已经离开我们许久,可是如今的桃李满天下,会让人们永远铭记他。
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