V-2工程

**V-2 火箭**是指德國在第二次世界大戰中研製的一種長程彈道飛彈，也是世界上最早投入實戰使用的彈道飛彈，其目的在於從歐洲大陸準確地打擊英國本土不大於倫敦市全市的大型目標，根據 2011 年 BBC 的一部紀錄片，全部戰果共造成近萬名英國軍民死亡。1944 年 6 月 20 日，德軍 V-2 火箭試射（編號 MW 18014）成功穿越電離層中的卡門線（Kármán line），因此有認為它是人類歷史上第一個飛行至太空的人造物體，因此可以算是世界上第一個太空飛行器。

## 德國在火箭領域的開發

1925 年，德國人率先在奧比爾公司生產競賽用汽車上試驗了火箭推進器。儘管試驗並沒有得到預期的成果，但德國科學家並未放棄新的探索，反而更著手設計飛向同溫層高空的探空火箭。

1927 年，以赫爾曼・奧伯特為首的一批德國科學家與工程師成立了民間的太空旅行學會，這是全世界第一個航太科技研究協會。1929 年，奧伯特與他的助手們開始研發液態火箭推進器。

1932 年後德國陸軍開始想到了液態燃料火箭作為長程攻擊武器的可能性，並派遣對火箭研發有興趣的瓦爾特・多恩伯格上尉負責籌組相關事宜，瓦爾德招募了當時為經濟狀況煩惱的沃納・馮・布勞恩為首的火箭研究小組進入德國陸軍兵器局，開始進行液態火箭推進器的試驗，同年，德軍在柏林南郊的庫默斯多夫建立了火箭試驗場。

從 1933 至 1941 年的 8 年期間，多恩伯格與馮・布勞恩的研發團隊不斷進行火箭研發，第一代的 A-1 重 150kg，直徑 0.3m，長 1.4m，採用酒精與液態氧推進劑，但推力只有 3000kgf。由於設計不合理，因此 A-1 火箭試驗失敗。

1934 年 12 月 19 日及 20 日，馮・布勞恩的研究團隊成功發射兩枚重 500 公斤，安裝陀螺儀並以液態氧及乙醇為動力來源的 A-2 火箭，發射地點位於德荷邊界的博爾庫姆島，此次測試兩枚火箭以 2.2 公里及 3.5 公里的射程掉落北海，A-2 火箭開發案到 1936 年結束。

由於 A-2 火箭得到了滿意的成果，於是德軍更近一步著手研究第二代的 A-3 與 A-4 火箭開發計畫，其中 A4 火箭的預定目標為射程 175 公里、最大射高 80 公里、酬載量 1 噸的大型火箭，由於實驗規模已經大到舊試驗場無法提供足夠測試空間，因此德國選擇了東部奧得河的出海口處的一個名叫佩內敏德的漁村，興建新的火箭試驗基地（HVP）。

除了液態火箭以外，德國空軍也在此地開始研發 FI-103 無人駕駛飛行器的研究工作（FI-103 即後來的 V1 火箭），代號 FZG-78。1942 年 FI-103 研發成功後，納粹的宣傳部長戈培爾親自將此種新式兵器命名為「V-1 火箭」。V 指的是德文的 Vergeltungswaffe（復仇武器）一辭縮寫，他意味著德國要用這種新兵器為第一次世界大戰的失敗雪恥，並向戰勝國復仇。

A-3 火箭重達 750kg，直徑 0.7m，長 6.5m，推力增大到 14700kgf，然即使 A-3 火箭試驗成功，但 A-3 火箭的射程距離仍舊未達當時研究團隊的期待。接著一種新型態的 A-4 火箭設計方案開始提出並接受試驗。在 1937 年得到了德國陸軍的支持，撥款了 2000 萬馬克作為 A-4 火箭研發經費。A-5 火箭則是 A-3 火箭的改良版，A-4 火箭在吸取 A-5 火箭的研發經驗與資料後，在 1942 年正式研發成功。隨即量產製造，1944 年 9 月正式命名「V-2 火箭」，並在 9 月 8 日的倫敦攻擊揚名於世。

## 結構

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> : 1. 彈頭
> 2. 導引陀螺儀
> 3. 導引波束及無線電指令接收器
> 4. 酒精水溶液
> 5. 彈體
> 6. 液態氧
> 7. 過氧化氫
> 8. 高壓氮氣鋼瓶
> 9. 過氧化氫反應室
> 10. 渦輪推進幫浦
> 11. 酒精 / 氧氣燃燒器蓋
> 12. 推力架
> 13. 火箭燃燒室 (外殼)
> 14. 尾翼
> 15. 酒精輸入管
> 16. 燃氣舵
> 17. 空氣舵
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V-2 可負載 1,000kg 的高能炸藥彈頭並射向 300km 遠的目標。詳細資料如下：

* 結構：一體成型液態火箭（彈體彈頭不分開）
* 全長：約 14m
* 直徑：約 1.7m
* 離陸時質量：12,800～13,000 kg
* 離陸時推力：27,000kgf
* 最大飛行高度：約為 100km 左右
* 最大飛行速度：4.8 馬赫

V2 火箭是一個由約 20000 個零件構成的單級火箭。火箭的外殼是板杆結構並使用薄鋼板覆蓋。火箭具體由 4 個部分組成：

* 在火箭上部尖端，安裝戰鬥部和撞擊引信
* 在尖端下面的儀表艙，安裝電池和陀螺儀等制導裝置
* 在火箭中部，安裝有酒精和液氧的儲罐
* 在火箭尾部，安裝有推進結構，裝有氮氣的壓力瓶，蒸汽發生器，燃氣渦輪泵，燃燒室，推力噴嘴，燃氣舵和空氣舵。

### 炸藥

在火箭的尖端搭載了大約 738 kg 的阿馬托炸藥混合物。由於這一部分在飛行中會因為空氣阻力摩擦被加熱，只能使用引爆溫度在 200 °C 以上的炸藥混合物。

### 制導

火箭上的尾翼和空氣舵可以起到穩定火箭和控制飛行的作用，然而它們只能在較高的速度下才有效果。在發射初期，4 隻在發動機射流中放置的由石墨製成的燃氣舵負責控制。所有的舵面都由伺服馬達驅動。

制導方面，V2 火箭使用了當時極為先進的慣性制導系統。兩隻陀螺儀自主地保持預先設定的火箭彈道。由 Hagen der Accumulatoren Fabrik AG (AFA) 工廠生產的電池為彈道控制和舵面操縱提供電力。這些電池和所謂的「混合儀器」安裝在戰鬥部下方的儀表艙內。這些儀器包括一台模擬式電子計算機，其獲取從陀螺儀傳來的橫向和縱向誤差並據此操作燃氣和空氣舵改正飛行彈道。為了提高命中精度，在很多試驗火箭中還測試了電波制導，而且也並未成功，原因是缺乏反饋方法，故在直正的作戰中因為擔心敵方的干擾未投入使用。

在發射同時啟動的定時裝置，可以在發動機燃燒 3 秒之後調節制導平台的角度，使得火箭從豎直飛行轉向一個傾斜的彈道。這一角度的設定取決於要完成的飛行彈道。在發射前火箭在發射架上是完全豎直的，但是沿著縱向需要旋轉一個角度，使得一個特別標記的箭頭指向目標方向。

### 推進

V2 火箭是一種液體火箭，使用了 75% 的乙醇和液氧作為燃料。在工程師瓦爾特・蒂爾的領導下，推進劑最佳的混合比例、燃料噴嘴的配置和燃燒室的形狀都得以研究。為了將大量的乙醇和液氧輸入燃燒室以便產生足夠的推力，火箭上還需要所謂的燃料泵。這一燃料泵使用集成在上面的一個 500 馬力的蒸汽渦輪作為動力，其蒸汽在蒸汽發生器內由過氧化氫和高錳酸鉀進行混合而產生。過氧化氫的供應則來自箭上的幾個 200 巴壓力的氮氣儲罐，它們也用來驅動多個閥門的操縱。在 V2 火箭中，制導系統和十分精確並因此難以製造的泵是當時最昂貴的零件。

在燃燒大約 60 秒之後，火箭達到其最高速度，約 5500 km/h（大約 5 馬赫）。燃氣從發動機噴出的速度大約 2000m/s。整個 250 到 300 公里的航程只需要 5 分鐘就可完成。且由於彈道飛彈在終端速度極快（約 4 馬赫以上的超音速），遠高於當時同盟國空防的反應所需時速，因此防不勝防。基本上當時英軍只能靠聲音與雷達約略測量預估彈道後，在飛彈尚未擊中目標前，以高射炮發射高爆彈藥射擊彈道企圖攔截之。另外，在二戰中 V-2 也廣泛採用迷彩塗裝，以避免遭到空軍辨識空襲，在二戰末期更全面採用橄欖綠作為迷彩。不過在試驗中，V-2 則是用黑白相間的塗裝作為辨識。

從 1944 年 6 月 13 日到 1945 年 3 月的短短十個月間，德軍共發射了 15000 枚 V-1 飛彈與 3000 枚 V-2 飛彈，共造成英國 31000 人喪生。V 型彈道飛彈的出現，亦拉開了新式作戰的序幕，V-2 的出現意味著各種新興彈道飛彈的戰略、戰術運用。在歷史上，美蘇兩大強國亦在彈道飛彈著力深厚，並發展了各式彈道飛彈，以及冷戰鐵幕的相互對立型態。

## 二戰後及後期

二次大戰後期，納粹德國的 V-2 火箭飛越英倫海峽轟炸倫敦，雖然 V-2 對英國的實質損害不大，但是不像 V-1 飛彈可攔截，因此對英國的社會人心造成莫大影響。

大戰一結束，美蘇雙方都急著要掌握德國的火箭技術，但是按照雅爾達密約，V-2 火箭生產工廠的主要所在地佩內明德劃給了蘇聯託管，美國心有不甘，在美國政府的支持下，美軍組成了一個突擊隊下令緊急展開一項代號「迴紋針」的任務。在 1945 年 5 月 22 日到 5 月 31 日的 10 天之內，美軍挺進巴伐利亞區並佔領當地，動用了 300 節火車車廂和 13 艘輪船，把近百枚的 V-2 火箭以及相關的一切設備和半成品搶運一空，蘇軍在 6 月 1 日抵達的時候，只看到一座座空蕩蕩的工廠。

1945 年 3 月 29 日，在黑森州的布羅姆斯基爾興火車站，美國人獲得了 10 枚完整的 V2 火箭以及移動發射平台、推進劑和操作說明。這些 V2 火箭於 3 天後被運往安特衛普的港口，之後運至美國，成為了美國火箭科技的基礎。

1945 年 5 月 2 日，因擔心德國入侵蘇聯導招致蘇聯報復，馮・布勞恩向美軍投降，並和其他的同行的科學家一起被送往美國（迴紋針行動）。

美國雖然獲得了許多 V-2 的半成品和製造設備，但最可貴的是美國情報單位成功地「說服」了包括德國軍方火箭計畫負責人瓦爾特・多恩伯格中將及開發團隊核心馮・布勞恩博士與相關的 126 位研究團隊成員前往美國，並分別安置在德州的福特布里斯的火箭研究小組以及新墨西哥新建的白沙飛彈靶場。1945 年 9 月，馮・布勞恩抵達美國，時年 33 歲。他們在短暫交接了 V2 技術，並通過協助美國技術人員設計第 2 代火箭教會其工作方法後，1952 年後即因曾經的納粹軍人身份被排斥在火箭項目之外並限制回國，在隨後的數年間馮・布勞恩只為一些小雜誌編寫了幾篇將火箭用於太空開發的簡單設想。直至蘇聯的火箭項目在 1957 年突飛猛進，且 1959 年謝爾蓋・帕夫洛維奇・科羅廖夫發展出劃時代的重達 280 噸的 R-7 彈道飛彈後，美國自己的技術人員還在 100 噸以下的中型火箭上失敗連連，被迫將前德國軍方火箭計畫人員重新啟用，自此以後美國的火箭工業和太空發展就扶搖直上。除了軍事用途，V-2 火箭在研究高層大氣和電離層，以及對地球表面拍照等科學課題上也非常有用。

1945 年 10 月，英國人讓來自當時德國的發射場的戰俘在庫克斯港附近發射了多枚 V2 火箭，以便向盟軍占領軍的代表展示發射的過程（逆火行動）。在這一行動中，發射的過程被以秘密的影像資料的形式記錄下來，這一影像現在還可以在佩內明德的博物館看到。

在北豪森的集中營，大約 100 枚 V2 火箭和相關的零件在蘇軍占領前被美軍運走，並運往美國本土。這些收穫成為了美國宇航發展的基石。其中一枚火箭可以在華盛頓的國家航空航天博物館見到，另一枚因為電影拍攝工作的原因，在 20 世紀 50 年代被重新運往德國，現展出於慕尼黑的德意志博物館。1945 年夏天開始的對重要火箭工程師的爭奪，在代號為陰天（Overcast）的行動下進行。

運往美國的 V2 火箭在 1948 年 3 月於新墨西哥州的白沙飛彈試驗場得以測試。這裡測試的修改後的火箭，在 V2 上安裝了一枚飛彈作為第二級，被稱為 Bumper。這種修改後的火箭在 1950 年於卡納維拉爾角首次得以測試。

在阿拉巴馬州的亨茨維爾，在紅石實驗場成立了第一個火箭研發中心。在這裡德國的科學家一共發射了 67 枚 V2 火箭。它們成為了後來的紅石飛彈和其他很多類似的飛彈甚至是土星五號的基石。

1946 年，美國海軍實驗室發射了一枚 V-2 火箭，射到數百公里的高空，用來觀測來自太陽的紫外線，這也是 V-2 火箭第一次應用在太空研究，從此開啟了太空科學的新頁。此外 V-2 火箭亦用來當作載人飛行試驗載具，並搭載過猴子一類的小動物升空。

同時，蘇聯也在 1945 年夏天，於蘇占區抓捕了一大批德國的科學家前往蘇聯，並於 1946 年將他們和他們的家庭成員以及剩餘的工程和製造設施運往蘇聯本土，以便進行火箭的開發。蘇聯同樣對這些前德國軍方火箭計畫人員保持警惕，蘇聯的 R-1 飛彈是直接的 V2 火箭的複製，但被要求小至每一顆螺絲都要由蘇聯技術人員親手按德國人的方法製造，於 1947 年在卡普斯京亞爾靶場發射。V2 火箭也成為了蘇聯宇航科技和飛彈武器的基石。在 R-1 發射成功後，這些德國軍方火箭計畫人員即被送回東德，他們對蘇聯隨後的火箭發展情況一無所知。莫斯科遣散德國科學家後直接支持謝爾蓋・帕夫洛維奇・科羅廖夫等設計局，機密地系統化地開發出從 R-2 至 R-7 一系列火箭。

在桑迪行動（Operation Sandy）中，一枚 V2 火箭於 1947 年 9 月 6 日在中途島號航空母艦上發射，成為第一枚艦載飛彈。

加拿大的 Canadian Arrow 公司為了參與 Ansari X-Prize 大獎賽，製造了一種延長了 2 米的 V2 火箭，其可將遊客送往太空。

## 參考文獻

## 外部連結

* Encyclopedia Astronautica 的有關記錄（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參見

* 紅石飛彈
* 奇蹟武器