現(xiàn)代飛艇 圓夢藍天

張唯誠

2015年10月13日，我國首個軍民通用新型臨近空間飛艇“圓夢”號在內(nèi)蒙古錫林浩特成功放飛。這是全球首次具備持續(xù)動力、可控飛行、重復使用能力的臨近空間飛艇的成功飛行?！皥A夢”號是一艘巨大的銀色飛艇，體積達18000立方米，依靠氦氣升空，靠太陽能提供動力，它的升空預示飛艇的魅力重現(xiàn)藍天?；厥滓粋€多世紀以來飛艇業(yè)發(fā)展的曲折歷程，人類對這種飛行器既愛又怕，是現(xiàn)代新技術(shù)的發(fā)展使飛艇獲得了新生。

飛艇的興衰

1937年5月6日是飛艇時代最具悲劇色彩的一天，德國巨型飛艇“興登堡”號在美國新澤西州上空化成了一團耀目的火球，飛艇燃燒殆盡，36人不幸罹難。

“興登堡”號飛艇

飛行中的“興登堡”號看上去像一只遨游于天空的巨獸，它全長254米，最大直徑41米，有4臺1100馬力的柴油發(fā)動機，每小時飛行121千米，可連續(xù)飛行8個晝夜。艇上設有豪華的臥室、餐廳、休息室和散步用的走廊。在飛行中享受如此近乎奢華的舒適，是此前的人們難以想象的。自1936年這艘飛艇問世以來，成功進行了63次商業(yè)飛行，37次飛越大西洋。

在“興登堡”號出事以前，一切仿佛都是完美無缺的。在那個時代，飛艇的圣地是德國南部傍依于康斯坦斯湖畔的腓特烈港。1900年7月2日，當?shù)厥忻裨诤哆吥慷昧朔频夏系隆ゑT·齊柏林放飛他的“齊柏林”號硬式飛艇的情景，那個龐然大物在人們的頭頂上飛行了17分鐘。

硬式飛艇是飛艇技術(shù)的重大進步。早期的飛艇沒有骨架，容易變形，而硬式飛艇則有了骨架，氫氣充在數(shù)個氣囊里，即便一兩個氣囊發(fā)生泄露，艇身也不會變形，而且可以照常飛行。第一艘齊柏林飛艇有129米長，直徑11.6米，重7噸，有前后兩個艙室，各裝有一部16馬力的發(fā)動機，最大飛行高度為2600米。1908年，齊伯林創(chuàng)辦生產(chǎn)軍用和商用飛艇的齊伯林公司。到1918年，這個公司共制造出113艘軍用飛艇，它們在第一次世界大戰(zhàn)中得到了廣泛應用，德國曾用齊柏林飛艇轟炸了倫敦和巴黎。20世紀二三十年代，齊柏林飛艇的制造者們意識到了氫的危險性，他們計劃使用惰性氣體氦。假若這一想法得以實現(xiàn)，也許飛艇的歷史就會大不一樣。然而氦在當時很不容易得到，其主要產(chǎn)地在美國，而美國不愿意把這種重要資源提供給德國。1944年，盟軍飛機轟炸腓特烈港，齊柏林飛艇廠被徹底摧毀。

重返藍天

齊伯林飛艇的輝煌雖然已成往事，但人們并沒有忘記它的存在。通過分析齊伯林公司的大量文件，專家們發(fā)現(xiàn)，一半的飛艇事故都肇因于操作系統(tǒng)。在著陸的時候，由于飛艇幾乎失去了速度，就不能像飛機那樣通過操縱升降舵和方向舵來控制飛行，因為這時飛艇尾翼控制面上已經(jīng)沒有足夠的氣流通過了。駕駛員要想方設法使飛艇飄向系留塔，然后由地勤人員將飛艇固定在系留塔上。假若風向、風力條件不好，著陸就很麻煩，容易出事故。

“齊柏林NT”號飛艇

通常情況下，像“興登堡”號這樣的大型飛艇需要不下200名地勤人員幫它著陸，這些人像對付一頭巨獸一樣將這個龐然大物拽到系留塔上。即使是小型飛艇，從事這種工作的地勤人員也需要15～20名。然而問題是，人拽往往靠不住，容易失去控制，飛艇常常被風吹走。

新一代齊柏林飛艇誕生于2001年。那一年，德國開始重新制造飛艇，并逐漸恢復了飛艇的游覽觀光業(yè)務。新一代齊柏林飛艇采用全新材料制造，充以氦氣，并安裝了先進的發(fā)動機和衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2004年7月4日，新型齊柏林飛艇——“齊柏林NT”號從位于德國南部的飛艇生產(chǎn)基地出發(fā)，途經(jīng)丹麥、瑞典、芬蘭和俄羅斯抵達目的地日本東京，完成了長達1.1萬千米的旅行?！褒R柏林NT”為半硬式飛艇，全長75米，艇寬20米，可容納12名乘客及兩名機組人員。和老式飛艇相比，“齊柏林NT”并不大，但它有3個螺旋槳，分別裝在艇身的兩邊和尾部，起飛時，它就不用像它的“前輩”那樣拋棄壓艙物，而是啟動螺旋槳像一架直升飛機一樣升上天空。當它著陸時，螺旋槳也可將它控制得非常平穩(wěn)，吊繩準確地落在地勤人員的手里，他們很輕松地就將它系在系留塔上了。

乘坐飛艇是一種美妙的體驗。“齊柏林NT”研制者之一哈根羅切說：“你甚至沒有意識到它在飛行，它是那樣平穩(wěn)和安靜，完全不同于飛機?！?/p>

空中堡壘

不過，飛艇的魅力并不僅僅體現(xiàn)在舒適性上，現(xiàn)代飛艇的設計者們更看重它的力量，它可以設計得很大，其載重能力不亞于當今的大型運輸機。英國飛艇設計師羅克·曼克設計了一種名為“空中大貓”的大型飛艇。根據(jù)他的設計，這種飛艇有900多米長，高度相當于一幢40層樓房，載重量可達1000噸，擁有漂亮的弧形和一對翅膀?！翱罩写筘垺蔽樟藲鈮|船的原理，當它著陸時，艇身兩側(cè)巨大的風機會將氣流吹進飛艇底部的纖維氣墊裙里讓飛艇慢慢地落在兩個氣墊上。待飛艇落穩(wěn)后，風機還可以反轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生吸力將飛艇牢固地附著在地面上。在初始階段，“空中大貓”將以小型化的“空中小貓”面目出現(xiàn)，但仍然相當于一架大型客機，長約76米，載重量150噸，既可載客又可運輸。

一家德國公司的設計人員則在為一種半硬式飛艇CL160的誕生而忙碌著。CL160長約260米、直徑65米、載重量160噸。它的特長是載重，能將整部機器一次性地運到目的地，并用一個纜繩連接的載貨臺將機器從空中直接放到它要安裝的地面上，這樣，人們便省去了將機器拆成散件，多次運輸，重新組裝的諸多麻煩。

DARPA的“海象”飛艇設計圖

毫無疑問，飛艇的載重能力也將被運用于軍事上。美國國防先進計劃研究局（DARPA）推出了研制“海象”重型飛艇的方案?！昂Ｏ蟆庇赏?、推進系統(tǒng)、穩(wěn)定操縱舵和飛行吊艙等部分組成，它是一種軟式飛艇與飛機的混合物，能夠在惡劣的著陸地點如草地上起降。

依照DARPA的設想，終極版的“海象”將能夠一次性運載500～1000噸軍事物資，在4天內(nèi)飛行1萬千米，能夠在未做預處理的陸地和水面上著陸。

“海象”雖采用空氣動力學外形，但已不拘泥于雪茄形狀了。它的飛行和起落既依靠重力和浮力也依靠產(chǎn)生空氣動力的引擎。它的尾部也有一個推進系統(tǒng)，為飛艇提供了更快的速度?！昂Ｏ蟆边€可能采用離子推進技術(shù)，這項技術(shù)僅在航天器的推進系統(tǒng)中應用過。“海象”有可能帶有推進翼，它可以很靈活地為艇身提供推進力和升力。在需要的時候，一部分推進翼呈水平方向提供向前的推力，另一部分推進翼呈豎直方向提供向上的升力;在巡航飛行階段，豎直方向的推進翼又可以旋轉(zhuǎn)成水平方向以提供更多的向前的推力。

雖然像CL160 、“海象”這種大型飛艇的問世還要克服很多困難，但它們的概念已經(jīng)勾勒出了大型飛艇的美好前景。

占領(lǐng)平流層

CL160和“海象”只能在低空飛行，例如CL160的設計飛行高度為4000米。臨近空間是指距地球表面20～100千米之間的區(qū)域，一般航空器和航天器都無法在這一區(qū)域內(nèi)飛行。而“圓夢”號則可飄浮于距地面20千米的地方，那里是平流層，在云層上方，陽光強烈，溫度極低。在那個地方，飛艇能起到與通信衛(wèi)星同樣的作用，而且比通信衛(wèi)星更為廉價和方便，因為飛艇可以重復使用，可以方便地收回進行檢修，而它們在天上停留的時間也不亞于人造衛(wèi)星。

假若將這種飛艇懸浮在一個城市的上空，它就可以成為一個高空通訊天線。在工業(yè)化國家，它可以成為現(xiàn)代電話網(wǎng)絡的重要補充，而在發(fā)展中國家，它所起到的作用將更加重要，一艘這樣的飛艇和無數(shù)便攜式電話便可以使整座城市的通訊暢通無阻。這種飛艇可大可小，一般最寬處的平均直徑大約與一個足球場的寬度相當，長度接近足球場的兩倍，重量約10噸，其覆蓋地面范圍約1.9萬平方千米。

工作于平流層的高空飛艇還可以成為一個良好的監(jiān)視平臺。事實上，美國軍方也在研制這樣的飛艇。2009年，洛克希德·馬丁公司開始為美國軍方建造一種高空飛艇監(jiān)視平臺。這種平臺攜帶功能強大的雷達，負責從高空監(jiān)視地面，它使用太陽能，可在高空工作數(shù)年，且機動性強，可以在10日內(nèi)重新定位于世界任何地方，而地面系統(tǒng)則設在美國本土。

用于通訊和監(jiān)視的高空飛艇必須在平流層上保持穩(wěn)定，如果飛艇被高空氣流吹走，地面上的人就無法用它轉(zhuǎn)發(fā)微波信號了。這無疑是一個難題，但并非無法解決，因為平流層的風不受地面條件，如森林或高山等的影響，只與地球的轉(zhuǎn)動和太陽的輻射有關(guān)，所以是有規(guī)律和可預見的。歐洲空間局的科學家們設計了一種頂部覆蓋薄膜太陽能電池的高空飛艇，它的尾部有一個直徑達30多米的巨大螺旋槳，這個螺旋槳是一個穩(wěn)定裝置，它在工作的時候能通過調(diào)整方向始終穩(wěn)定住飛艇。

此外，飛艇還能承擔地球勘探和天文研究等方面的工作?？茖W家認為，隨著科學技術(shù)的不斷進步，人們會逐漸克服以往飛艇的一些缺點，而它的優(yōu)點則會越來越明顯，各種新型的現(xiàn)代飛艇很有可能在人類的未來生活中起到越來越重要的作用，而“圓夢”號已經(jīng)邁出了重要的一步。

【責任編輯】龐 云