人類五千年的飛行夢

李義方

時代發(fā)展到今天，對普通人來說，到天上轉(zhuǎn)一圈已不再是個難以實現(xiàn)的夢想，但在五千年前，人類還只能望著空中的雄鷹癡癡做夢。從風(fēng)箏載人到今天的航天飛機，人類不斷實現(xiàn)著前人的夢想，超越著前人的夢想。

風(fēng)箏和滑翔機

風(fēng)箏起源于中國，大約出現(xiàn)在公元前1000年，但載人風(fēng)箏的出現(xiàn)則要晚得多。歐洲的風(fēng)箏直到14世紀(jì)才出現(xiàn)，但歐洲的風(fēng)箏從它一出現(xiàn)就用于載人，進行軍事偵察。

除了傳統(tǒng)的風(fēng)箏以外，哈格雷夫在1893年發(fā)明了盒式風(fēng)箏，進一步提高了風(fēng)箏的飛行性能。這是對現(xiàn)代風(fēng)箏的發(fā)展作出的最大貢獻。

人類在嘗試飛行的初期，一直是很直觀地模仿鳥類的飛行方式，制造各種材料的“翅膀”安裝在人身上。這就是古老的、但不可能成功飛行的撲翼機。許多藝術(shù)家和早期追求飛行夢想的先驅(qū)，都嘗試過利用撲翼機進行飛行，但由于結(jié)構(gòu)上的缺陷，沒有取得成功。

1804年，“航空之父”雷·凱利爵士根據(jù)風(fēng)箏升空的原理制造并試飛了首架模型滑翔機。最成功的實用滑行機，則是萊特兄弟1920年改進的“萊特3號”?，F(xiàn)代的滑翔機多用于運動休閑，實用價值已經(jīng)不大了。

熱氣球與飛艇

熱氣球真正研制成功是1783年的事。約瑟夫·紫葛菲爾和艾蒂安內(nèi)·紫葛菲爾兄弟是法國里昂附近一家造紙的工人，當(dāng)他們看到碎紙片在篝火上飛舞時，不約而同地產(chǎn)生了利用熱空氣制造飛行物的念頭。

從紙袋到布袋，直到1783年6月5日公開表演的巨大熱氣球，他們一步步地走向成功。熱氣球靠在底部補充或排放熱空氣來控制氣球飛行的高度，靠人力驅(qū)動螺旋槳來推進。雖然在大風(fēng)天不能出行，但在當(dāng)時確實是一種相當(dāng)令人滿意的空中交通工具。

在熱氣球成功升空之后，人們開始嘗試為氣球安裝動力，因為人這種動物，要作為起推動作用的“發(fā)動機”力量太小了。也正是基于這種想法，誕生了在空中稱霸一時的飛艇。

最早的飛艇是法國工程師吉法爾首先制造成功的。雖然能夠飛在空中，但由于原始的蒸汽機還相當(dāng)不完善，動力性能相當(dāng)令人失望。

直到1884年，勒納爾和克雷布斯——兩名軍事工程師才利用電動機做動力，設(shè)計成功了世界上最早的實用軟式飛艇——“法蘭西”號。從此以后，飛艇作為有史以來最成功的載人飛行器登上歷史舞臺。軟式飛艇看上去，和熱氣球并沒有什么區(qū)別，只是安裝了當(dāng)時較先進的動力裝置罷了。

19世紀(jì)80年代后期，人們開始使用汽油發(fā)動機來作實驗飛艇的動力。1900年，德國人齊柏林制造出了第一艘碩式飛艇"LZ一1”號，飛艇不但面貌一新，而且靠汽油發(fā)動機驅(qū)動，動力性能也得到前所未有的提高。

1910年，齊柏林飛艇以軟式飛艇無法比擬的安全性、可靠性以及載重量，正式成為空中的主要交通工具。在以后的幾十年當(dāng)中，相繼飛行了800多個“航班”，運送了17000多名乘客，航程達到185000千米，同時飛艇逐漸統(tǒng)治著廣袤的天空的同時，飛機的誕生開始向這種空巾霸王發(fā)出挑戰(zhàn)!

螺旋漿飛機

1903年12月17日，美國人萊特兄弟制造的世界上第一架依靠自身動力載人飛行的飛機首次試飛成功。這架飛機采用單發(fā)動機雙螺旋漿提供動力。飛行員俯臥在飛機中部，通過改變雙翼的形狀來調(diào)整飛行方向。但是，單發(fā)動機的飛機在飛行中常常出現(xiàn)空中停車的故障，嚴(yán)重威脅飛行安全。

后來多臺發(fā)動機的使用大大提高了飛機的飛行安全性能。同時，操縱方便靈活的單翼飛機逐漸成為螺旋漿飛機的主流。飛得更高、更快、更遠，成為航空工業(yè)競爭的目標(biāo)。第一次世界大戰(zhàn)為各國航空工業(yè)的發(fā)展提供了契機，因為戰(zhàn)爭需要飛得更快的飛機。然而，螺旋漿飛機受制于發(fā)動機的功率，已無法大幅度提高飛行的速度。

噴氣式飛機

1910年12月10日，在法國巴黎展覽會上，亨利·科安達的飛機在試飛時墜毀。他使用一臺37千瓦的發(fā)電機送風(fēng)，同時增設(shè)一個燃燒室，使燃氣在尾管中膨脹。這臺發(fā)動機就是噴氣式發(fā)動機的雛形。

噴氣發(fā)動機，又叫渦輪噴氣發(fā)動機?？諝庥蛇M氣道波吸人壓縮機，經(jīng)壓縮后送到燃燒室，燃燒后產(chǎn)生巨大的熱量。蝸輪的功能是使高溫氣體在其中膨脹，尾噴管使氣體繼續(xù)膨脹后，形成一股向外噴射的高速氣流。噴氣發(fā)動機的功率遠遠高于蝸旋漿和內(nèi)燃機。

超音速飛機

音速是指在海平面上氣溫為零攝氏度時，聲音在空氣中的傳播速度，約為每秒340米。當(dāng)飛機時速接近音速時，飛機性能急劇變化，操縱困難，這稱為音障。這主要是因為飛機上出現(xiàn)了局部超音速區(qū)，產(chǎn)生波阻，使氣流嚴(yán)重分離、阻力加劇引起的。

突破音障，是噴氣式飛機發(fā)明后航空界的一個難題。人們使用后掠翼和加大發(fā)動機的推力的方法，成功地解決了這個難題。

美國航空公司的斯托克博士和貝爾對激波做了深入的研究，設(shè)計了超音速飛機應(yīng)具備3040度的后掠角。之后，貝爾公司開始研制能沖破音速的飛機X一1。1947年10月14日上午10時，一架懸推X-1火箭飛機的B一29轟炸機起飛。脫離轟炸機后，X-1飛機的4臺火箭發(fā)動機相繼點火。1分28秒后，飛機達到音速。在燃料即將耗盡時，飛機飛行速度達到1．015倍音速。這是載人航空器首次突破音速。

1967年10月3日奈特架駛的X-15A-2創(chuàng)造了每小時7279千米的世界紀(jì)錄。

戰(zhàn)斗機

當(dāng)飛機剛剛被發(fā)明出來的時候，它就被用于戰(zhàn)爭。在最早的空戰(zhàn)中，飛行員像騎士決斗那樣駕駛飛機用手槍對射。這要求飛行員不僅要有良好的駕駛技術(shù)，還要是個神槍手。

第一次世界大戰(zhàn)造就了空軍。但是，由于技術(shù)制約，空軍并不是戰(zhàn)場上的主要力量。飛行員除了參中空戰(zhàn)外，還擔(dān)負著戰(zhàn)場偵察、空中巡邏、對地轟炸等繁多的職能。隨著戰(zhàn)爭的深入，各國逐步發(fā)展出專門用于空中對壘的機型，這就是戰(zhàn)斗機。第二次世界大戰(zhàn)是戰(zhàn)斗機崛起的轉(zhuǎn)折點。

噴氣式戰(zhàn)斗機是英國研制的單發(fā)螺旋漿飛機。翼展11．22米，機長9．12米，機高3．48米，起飛重量2415公斤，單飛時速571千米，航程為805公里，裝8挺機槍，乘員1人。由于能否爭得制空權(quán)成為決定戰(zhàn)爭勝負的重要方面，戰(zhàn)斗機得到了長足的發(fā)展。以后隨著噴氣發(fā)動機和導(dǎo)彈等先進技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代戰(zhàn)斗機誕生了。現(xiàn)代戰(zhàn)斗機一般都具有良好的飛行特性，強大的武器裝備，精密的雷達導(dǎo)航系統(tǒng)和電子設(shè)備。

直升飛機

1878年，意大利人恩里克·弗拉尼尼制造了第一架實用的直升飛機，當(dāng)時這架直升飛機升高了12米，但只在空中停留了12秒。

直升飛機由于不用借助跑道就能起飛，這種靈活性使它可以在現(xiàn)代飛行器家族中占有一席之地?，F(xiàn)代的直升機除了用于軍事，還廣泛用于運輸、攝影、緊急醫(yī)療等方面。

裁人航天器

當(dāng)?shù)谝活w人造地球衛(wèi)星“衛(wèi)星1號”于1957年發(fā)射成功后，人類就敲開了太空之門，走上了探索太空的艱難旅程。地球是人類的搖籃，人類自古以來都生活在這個蔚藍色的搖籃中。如今，隨著人類對太空的認識逐漸加深，隨著人類航天技術(shù)逐步成熟，人們終于將宇航員送上九天，圓一個自古以來人類的航天之夢。

1969年，美國宇航員登上月球，標(biāo)志著人類從搖籃邁出了一大步。然而，星際旅行需要耗費巨大的人力物力。從目前人類掌握的技術(shù)來看，人類還不可能在太空中走得更遠。

因此，更加實際的問題擺在人們面前：怎樣有效地利用太空為人類服務(wù)呢?太空中具有許多地球上不具備的物理環(huán)境。在真空、失重、強輻射等條件可以改變物質(zhì)的一些特性，可以合成地球上沒有的物質(zhì)。因此，人們想到應(yīng)該在環(huán)繞地球的軌道上建立空間站，使人類在空間站上能夠長期工作和生活。

在太空中生活的人們需要大量的水、空氣和食品。這些在地球上毫不費力就可以得到的東西在太空中卻是十分寶貴的資源。為了維持宇航員們生活和工作的需要。每隔一段時間，就要從地面送一些補給、裝備和新人員。但是，每次執(zhí)行運載任務(wù)的火箭都在大氣中白白燒掉，確實浪費了大量的財力。因此，航天事業(yè)需要一種可回收再利用的航天器。它能像火箭一樣發(fā)射升空，完成太空任務(wù)后，又能像飛機那樣降落在機場上。這就是太空穿梭機，也叫作航天飛機。

航天飛機的出現(xiàn)，使人類往返太空與地球的方式更加方便。航天飛機是在飛機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。經(jīng)過近20年的研究和試驗，美國在1981年4月12日成功發(fā)射了第一架航天飛機。它是能自由往返于地球與太空的航天器。