最大的爆炸

本周末，来自北美各地的业余火箭爱好者齐聚加拿大莱斯布里奇，参加第 24 届大型危险火箭船大会。有些人来发射小型套件，有些人来启动自制的巨型火箭发动机，但每个人都喜欢爆炸的刺激。请查看 7 月份《大众科学》杂志对今年活动的预告。

七月的一个阳光明媚的周六下午，游客来到纽约州北部的这片草地，可能会怀疑自己是不是偶然发现了 4-H 俱乐部的活动或第三世界武器集市。现场弥漫着乡村集市的氛围——扩音器里传来语速飞快的声音，孩子们吃着冰淇淋和热狗——但参赛者不是把获奖的小母牛牵到评委席前，而是把巨大的军用导弹复制品（美国、俄罗斯、中国，任你挑选）拖到靶场安全官那里，以获得最后的发射许可。最巨型火箭的拥有者已经提前向活动的 BFR（即巨型火箭）委员会批准了他们的项目。“把它们带上来，我们会把它们烧毁，”播音员说。

在 7 月 4 日这个延长的周末的六天里，位于大学城吉纳西奥郊区的这片场地成为大型危险火箭飞船发射的场地。自 20 世纪 80 年代末以来，该活动每年举行一次（每年在不同地点举行），当时大量业余爱好者开始建造体型巨大、威力十足的射弹，“模型火箭”一词已不再适用。这是“大功率”火箭。在东海岸的发射场，这些发射场往往位于航线和人口中心附近，参与者可以得到临时豁免，允许他们飞到 12,000 英尺高。但在西部的沙漠发射场，天空才是极限。去年 5 月，在内华达州黑石镇，前好莱坞特技演员 Ky Michaelson 创造了历史，发射了一枚名为 Go Fast 的 21 英尺高、700 磅重的火箭，该火箭爬升至地球大气层外层约 70 英里，比之前非官方的业余纪录高出 20 多英里。

周四至周日，第 23 届年度大型危险火箭飞船活动 (LDRS 23) 将成为一场盛大的爆炸性野餐。孩子和家庭将与热情的、甚至可以说是痴迷的成年爱好者一起驾驶相对简单的套件组装火箭，这些爱好者将大型商用发动机安装在巨大的轻木或纸板装置内，这些装置高达 15 英尺，重达几百磅，需要数月才能建造完成。周一和周二，孩子们和夏日野餐的感觉将消失，场地将转为实验性的，或“前”飞行器，使用火箭专家自己混合和固化的高能推进剂飞行。

对于新手来说，即使是最初相对平静的日子也会让人感到不安，就像被扔进一个失控的迷你卡纳维拉尔角中心，每分钟都有火箭在你周围发射。小火箭就像充满活力的飞镖；大火箭威力强大，如果你没有做好准备，它们会吓得你往后跳。它们发出嘶哑的吼叫声，从垫子上跳起，像神射出的箭一样划破天空，留下一串串烟雾和火焰。

“我们这里有各种尺寸的火箭，”职业投资顾问、纽约州布法罗火箭俱乐部主席（或“负责人”）劳埃德·伍德 (Lloyd Wood) 说道。伍德是周末活动的发射总监。当伍德没有将他那魁梧的身躯停在组织者帐篷下的折叠椅上时，他就会头戴帆布帽，骑着四轮 ATV 在场地上飞驰，这就像 21 世纪版的英国殖民行政官视察领土一样。他的工作是确保周末计划的 1,700 次左右的发射不会发生意外，从而影响大约 500 名观众的兴致和人身安全。作为一个品种，过去两天发射的火箭很容易发生重大故障；劳埃德和他的团队必须随时准备扑灭火灾。确实如此。“如果只有成功的发射，那就没什么乐趣了，”他说。

周六下午，人们都在谈论佛罗里达工程师里克·博耶特即将进行的发射。他组装了一个精致的 1:17 比例的中国长征二号 E 模型，该火箭在 20 世纪 90 年代初将卫星送入太空。玻璃纤维机身上刻有精心复制的正宗中文字样。“上面写着‘中国进入太空’，”博耶特解释说。“这是别人告诉我的。”推进器来自四个捆绑式助推器发动机，它们围绕着一个较大的中央发动机。这种配置称为集群配置，众所周知，这种配置很难实现。除非助推器同时以相同的力点火，否则火箭不会直线飞行；不平衡的升空会撕裂机身。博耶特在火箭界以漂亮、雄心勃勃的项目而闻名，但有时由于缺乏对技术细节的关注而受到影响。

我赶上博耶特，他和他的团队正忙着参加发射前的最后例行工作。有人问道：“你们不会正好带点胶带吧？”两个机载降落伞必须折叠妥当并存放在火箭内部，并用凯夫拉绳连接到火箭框架上。如果长征火箭按计划发射，当火箭到达远地点时，两个降落伞将由延时炸药或高度计触发。为了防止沉重的鼻锥在着陆过程中损坏火箭的其他部分，一个小的减速伞将充气以降低鼻锥；一个更大的降落伞将把火箭的其余部分轻轻地送到地面。理想情况下，火箭将完好无损地返回，准备安装新发动机并再次发射。当然，博耶特已经三次飞行、坠毁并重建长征火箭。

过了四十五分钟，博伊特宣布：“它装了武器。”我们按照规定撤退了 1000 英尺，来到几捆干草附近。“五、四、三、二、一……”——什么也没发生。正如那句俗语所说，“没有烟，就没有欢乐。”检查发现问题不在于博伊特：活动组织者提供的点火箱出现故障。经过几次快速维修，博伊特准备再次尝试。

这次发射过程顺利，长征火箭所有发动机同步燃烧，发出刺耳的噪音，升空仅持续了几秒钟。它上升了 1,000 英尺左右，然后爆炸，火箭外壳、管子和降落伞像派对礼物一样落下。博耶特看起来异常平静；好像他预料到会出什么问题。“我不知道发生了什么，”他说。“我看着它升空，心想，‘我安全了，我安全了’，然后……也许只是力量太大了。”

这就是业内所谓的“垃圾袋回收”，火箭碎片返回地球后，需要仔细检查以寻找法医线索，然后扔进最近的垃圾箱。这只是节日期间发生的众多发射失败之一。

有时火箭会点火失败，它会像一条不听话的狗一样，坐在发射台上一动不动。或者，在成功点火后，热气体会从发动机的燃烧室中喷涌而出，逸入相对脆弱的机身，火箭会撞上发射台，留下有时被称为“火箭碎屑”的东西。（这是一种 CATO 事件，即“起飞灾难”事件。）或者火箭会愉快地冲向天空，但产生的力太大，机身无法承受，就像博伊特的长征一样，它在半空中解体。

但大多数火箭在返回途中发生事故。当主降落伞或更糟的是两个降落伞都无法打开时，你会听到播音员说“它正在坠落”之类的话。以每小时 100 到 300 英里的速度撞击地面的火箭被称为“草坪飞镖”或“虫子断头台”。然而，从人类观众的角度来看，最令人担忧的是一种不稳定的火箭——一种以全功率向任何方向飞行的火箭，而不是垂直向上。

如果出现一系列错误计算
发射安全官表示，自制火箭在起飞后可能会失控。当它燃烧燃料时，其重心可能会发生偏移，导致其稳定在水平位置，并做出与巡航导弹相当的动作，尽管持续时间很短。“人们可以看到它来袭，”中学科学教师、今年发射组织者之一杜安·威尔基 (Duane Wilkey) 说。“所以他们有足够的时间躲开。”这里的许多人都记得在 LDRS 19 上短暂飞行的三角形火箭，它被亲切地称为“死亡火焰金字塔”。

当晚，在罗切斯特一家酒店举行的宴会上，我向一群没有等着看的火箭专家描述了博伊特的发射过程。“这很棒，”我说，然后，我意识到，“嗯，对瑞克或火箭来说，这可不是什么好事……”一位火箭专家让我放心：“你不必向我们解释。这就是我们来这里的原因。我们喜欢看火箭爆炸——如果是别人的火箭，那就更好了。”

片刻之后，当红人物、神情茫然的博伊特出现了。他说：“我的二号助推器的管接头坏了。要么是我在重新组装时没有涂足够的胶水，要么……但我会重新组装它。”我思忖着博伊特为这个 72 磅重、10 英尺长、基本上无用的物体投入了 2,000 美元和 100 个小时。当天早些时候，据我所知，斯蒂芬·博伊是唯一一位在场的火箭专家，同时也是一名临床心理学家，他给我讲了他的禅宗和高能火箭艺术：“你必须能够放手。你创造了一些东西，投入了时间、金钱和奉献精神，但你也必须愿意接受事情不顺利的情况。”

对于观众来说，一次成功的发射看起来没什么不同，几十次之后，热情就会消退。但对于火箭爱好者来说，每次发射都是一种类似于性爱的刺激：准备工作的艰辛以及高潮的可预测性和短暂性丝毫不会削弱体验的强度。这项以男性为主的运动的阳具暗示无人能逃过。“我的妻子是一名临床社会工作者，她说这不过是一群男人在比较火箭的大小，”博伊说——必须指出的是，他带来了最大的火箭之一，16.5 英尺长、180 磅重的 O' Boy。

宴会是火箭专家们放松心情、小酌几杯、讨论工作机会。在友好的氛围之下，显然不同群体正在交流。有像博伊特这样的人，他们制作了真实火箭的精细复制品。还有一些人喜欢制造古怪、笨重、不符合空气动力学的火箭。今年的火箭有以下几个例子：飞碟形火箭、火箭工业线轴和一系列用于将保龄球发射到太空的火箭。（诚然，这些概念火箭都没有像 Go Fast 的 Ky Michaelson 在 LDRS 22 上发射 Our Stinkin' Rocket（一个真正的移动厕所）时那样引起轰动。）

这位火箭专家一边享受着美国联邦航空管理局规定的东海岸相对较低的飞行高度，一边与机修工进行交流，任何看过《美国直升机》或《怪兽车库》的人都会有这种感觉。在宴会上，我与来自新泽西州的计算机程序员里奇·克罗博斯聊天，他设计的保龄球巧妙地停在一个鳍片上，虽然没有打破纪录，但表现不错，他心情很好。“花了三个月才造出来，”他说。“我欠我妻子很多。”

第三种火箭专家是那种在发射场上随处可见的人，他们佩戴着一个徽章，上面写着“是的，我是一名火箭科学家！”这些人通常来自技术行业，他们热衷于研究推进剂化学。有些人是真正的航空工程师，他们只是在休假，有些人只是热衷于高难度化学项目的狂热分子。这一群体的代表是免疫学家艾伦·惠特莫尔和他的同谋吉姆·利文斯顿，吉姆·利文斯顿是一位退休的医疗产品制造高管。这两位北卡罗来纳州的火箭专家是一对有趣的奇怪组合，利文斯顿是一名狂热的高尔夫球手，身上带着乡村俱乐部的松散气息，惠特莫尔是一名技术宅，自费出版了论文《实验火箭推进剂的性能评估》。两人发现惠特莫尔正在制造一个惊人的大型发动机，而利文斯顿有一枚足够宽的火箭可以容纳它，于是他们联手了。这是他们俩飞过的最大的火箭发动机，他们感到头晕目眩，略带担忧。“我不仅冒着发动机损坏的风险，还会毁掉吉姆的火箭，”惠特莫尔说。“你可不想把朋友的火箭弄坏。”

我遇到的另一对实验者是戴夫·韦伯和鲍勃·乌特利，他们是马里兰州的黎波里分会的好友，该分会是高能火箭的全国性协会。这两位小伙子并不紧张。他们每个人都在驾驶一个他们以前已经驾驶过几十次的发动机。土木工程师韦伯从 20 世纪 60 年代还是个孩子的时候就开始对火箭产生了兴趣。“我在《男孩生活》杂志上看到了一则模型火箭广告，”他回忆道，“然后我就爱上了它。”乌特利是一名计算机技术员，他的火箭生涯则遵循着一条更典型的轨迹。他小时候就涉足过火箭，然后“在我孩子 11 岁并表现出兴趣时又重新开始，”他说。“就像我认识的几乎每一个‘重生’的火箭专家一样，我的孩子放弃了，而我坚持了下来。”韦伯和乌特利的火箭都将由两人一起搅拌的一批推进剂提供动力。唯一的不确定因素是：烹制火箭推进剂与烤饼干不同——没有两批饼干是完全相同的。

直到 80 年代末，模型火箭的尺寸还受到标准推进剂——黑火药（俗称火药）的限制。这种物质易碎且高度易燃，制造大型发动机既麻烦又危险；制造商从未认为这样做值得。当少数工程师和修补匠想出如何使用 NASA 在其助推器中使用的相同固体复合燃料来发射模型火箭时，这种限制就消失了。固体推进剂由两部分组成：氧化剂和燃料。氧化剂高氯酸铵在点燃时会释放氧气，氧气助长合成橡胶的燃烧，合成橡胶是一种碳氢化合物燃料，添加了细磨的、高度易燃的铝颗粒。这种混合物的威力是黑火药的三倍（按克计算），而且安全得多。

吉姆·利文斯顿恰好在纽约州康尼苏斯湖畔有一座避暑别墅，距离今年的发射场只有几步之遥，他和惠特莫尔在这里为利文斯顿 14 英尺高的毒蛇火箭准备发动机。在这个闷热的夏日午后，惠特莫尔正在检查他自制的高品质啤酒。“当我像这样大汗淋漓时，”他告诉我，“我不知道是因为我太用力了，还是因为周围有这么多推进剂而感到兴奋。”在将推进剂包套滑入铝制外壳（将滑入火箭体内翼片上方的位置）之前，他允许自己最后深深地吸了一口。“哦，是的！”他惊呼道。“这是世界上最美妙的气味之一。”

火箭基本上就是在一个封闭的空间内点燃燃料，只有一个出口。迅速膨胀的气体和燃烧的颗粒物推动燃烧室壁，并被迫通过一个狭窄的喷嘴，该喷嘴将其能量集中为向前的推力。火箭大师沃纳·冯·布劳恩曾将这个过程比作从划艇船尾连续发射机关枪，利用后坐力将船向前推。这种机制的简单性以及成品中没有活动部件，在很大程度上解释了如何在避暑别墅中组装一个相当大的火箭发动机。

惠特莫尔准备将发动机固定在火箭助推级内。他将一个钢制压缩环（或卡环）装到两个固定螺栓中，这样在升空时发动机就不会穿过前舱壁或从下面的喷嘴中射出。“当你看到我开始压缩卡环时，”他说，“稍微向这边或那边移动一下。如果这些东西从凹槽中滑落，你就会被子弹击中。”

遵循高功率火箭的第一定律——“大即是好”，惠特莫尔制造了一台发动机，按照业余爱好者的术语来说，属于 N 级，这意味着在燃烧过程中，它将输出 10,240 到 20,480 牛顿秒的推力，即所谓的“总冲量”。（牛顿秒是在一秒钟内施加的力，使一公斤的质量每秒加速一米。）每次上升一个字母，总冲量就会翻倍，因此这台 N 发动机的功率是惠特莫尔最近的 M 发动机项目的两倍——M 是 LDRS 活动中标准的引人注目的肌肉发动机——是驱动小模型套件的 A 发动机功率的 8,192 倍。“使用这些大型发动机确实会让你的心跳加速，”他说。

另一件让火箭专家们焦躁不安的事情是法规。
为了获得发射创纪录的 Go Fast 火箭的许可，迈克尔森与一个名不见经传的联邦机构——商业太空运输办公室——进行了长达两年半的官僚斗争。据报道，推迟发射一年的公务员告诉他：“除非你不高兴，否则我们不会高兴。”迈克尔森的回答（令全世界的高性能火箭爱好者感到无比满意）是：“除非你有点担心，否则我们不会高兴。”而联邦政府确实很担心。2001 年秋天，联邦烟酒火器和爆炸物管理局的两名特工来到惠特莫尔的住所，检查他的推进剂储存设施。

自 9/11 事件以来，任何带有自制烟火味道的东西都会受到怀疑。官员们曾暗示，恐怖分子可能会使用自制火箭。火箭专家反驳说，任何试图用没有制导系统的火箭而不是毒刺肩对空导弹（或租来的卡车或自杀式背心）来投掷致命有效载荷的恐怖分子都是做错了什么。

尽管如此，烟酒火器和爆炸物管理局的官员坚持认为他们有权监管火箭发动机，因为固体推进剂中使用的氧化剂高氯酸铵自 1970 年代以来就一直被列入官方爆炸物名单。政府要求大功率火箭专家获得繁琐的爆炸物许可证。火箭专家对此深感厌恶。“从来没有人用这种东西制造过炸弹，”代表的黎波里和国家火箭协会的律师乔·伊根说，“但每年有数百枚炸弹是用火药制造的，而火药很容易获得。”火箭专家和业余爱好行业顾问道格·普拉特也表示赞同，“有人说我们在做一些不爱国的事情，我们对此感到很生气。”在原本欢乐的 LDRS 宴会上，出现了“战争委员会”的时刻，人们为法律辩护基金递交了帽子。

联邦政府对固体燃料的攻击导致一些火箭专家尝试使用混合发动机，这种发动机使用液体氧化剂燃烧橡胶或塑料。混合发动机并不是什么新鲜事物，但到目前为止，它们只是一种寻找问题的解决方案。9/11 事件后，它们成为合法规避联邦监督的一种方式，因为其中没有任何东西可以被视为爆炸物。（讽刺的是，政府的一个部门骚扰火箭专家，而另一个部门招揽他们。NASA 从 Doug Pratt 那里购买了两个发射系统——用于其教育项目——他在地下室制造它们，并在业余时间通过互联网出售。）

混合动力火箭有一个至关重要的安全优势，它源于两种成分的燃烧——一种氧化剂，通常是一氧化二氮，一种燃料源，通常是一块加工过的 PVC 塑料（尽管大多数东西，包括硬香肠，都曾被使用过）——这两种物质在低于超高温度下都是化学惰性的。在高功率火箭界，少数狂热分子认为混合动力火箭是未来的潮流，而尚未被说服的大多数人并不相信，因为混合动力火箭对点火的阻力很大，而且声音空洞、气胀（很难摆脱固体火箭的雄浑咆哮声）。

试验日从一阵呜咽声开始。惠特莫尔-利文斯顿和韦伯-厄特利团队都预计在周一发射，但风力猛烈，当天剩余时间被取消。周二黎明时分多云，但随着早晨的推移，一个蓝洞打开了，你可以从中发射一队火箭。“早上好，LDRS 23，我是戴夫·韦伯，”广播中传来即兴播音员的声音。“这将是超级管火箭的第八次飞行。发动机由马里兰-特拉华火箭协会的 Bozo Motorworks 制造。我们预计飞行高度为 3,600 英尺。射程清晰，天空晴朗，将在五、四、三、二、一发射……”

火箭之神不高兴了。Super Tuber 升空一英尺后停了下来。“一旦你看到犹豫，”韦伯说，“你就知道有坏事要发生了。”没错，这是 CATO。发动机的燃烧室无法承受压力，罗马烛光般的火焰从舱壁和喷嘴中喷涌而出，韦伯和发射组织者赶紧带着一桶桶水冲到现场，浇灭烧焦的残骸。

韦伯的伙伴乌特利现在发现自己处境艰难。他在发射台上安装了一艘细长的新火箭，它是根据伊拉克战争中缴获的一枚俄罗斯地对空导弹的新闻照片设计的。乌特利的火箭装填的推进剂与命运多舛的“超级管子”火箭的推进剂是同一批。如果“超级管子”火箭的问题是机械问题，比如说与卡簧紧固不当有关，那么乌特利的火箭应该可以飞上天。但如果是推进剂的问题——例如，如果在固化过程中形成了气泡，这是一种常见的失误，会增加表面积并加速燃烧——那么对乌特利来说，发射就等于火箭自杀。

“我本可以拆下发动机并进行 [测试] 点火，”他告诉我。“但我不能对我的朋友这么做。他失去了火箭，所以我不得不按下我的火箭上的按钮。”爆炸——“爆燃”是首选术语——来临时，感觉棒极了。乌特利是个身材高大、放松的人，他只是说：“我很清楚会发生什么。”事实证明，他的火箭上半部分是可以挽救的，所以他会在烧伤痕迹完好无损的情况下重新组装它，这是一种荣誉。

惠特莫尔和利文斯顿的发射过程有点苦乐参半，根本原因是惠特莫尔不在。两天前，他的妻子萨莉被送往医院接受紧急腹部手术，他赶回教堂山陪伴她。N 发动机被封存，利文斯顿将自己的备用 M 发动机安装在 Viper 上。由于这场闹剧持续的时间太长，他感到很焦躁。不管怎样，让它完成吧。倒计时顺利进行，升空过程也如教科书般完美——发动机轰鸣，直冲云霄。当降落伞出现轻微故障，Viper 有可能降落在附近二战经典飞机场的中央时，出现了紧张的一刻，但幸运的是，灾难得以避免。

LDRS 23 很快就要结束了，对于大多数火箭爱好者来说，是时候开始策划明年的活动了。但对于利文斯顿和惠特莫尔来说，还有最后一章。萨莉·惠特莫尔康复后，Viper 也修好了，两人决定一劳永逸地发射他们强大的 N 发动机。惠特莫尔在电话里告诉我，在妻子生病期间，火箭是他最不想考虑的事情。“但到了 8 月，我开始认真考虑我的爱好，”他说。惠特莫尔的热情又回来了。我记得我们第一次见面时他告诉我的一句话：“火箭包含小男孩乐趣的四个基本元素：烟雾和火焰、巨大的噪音、速度和飞行。每次火箭升空时，你都希望自己能跟着一起去。”

于是，去年 10 月一个温和、阳光明媚的下午，他和利文斯顿从北卡罗来纳州海岸附近的家乡发射了火箭。“一起发射火箭的感觉很特别，”利文斯顿说。“高度 5,825 英尺，时速 478 英里。”惠特莫尔说，那一刻“就是我们想要的。一声巨响。”