貝爾的風(fēng)箏情緣

司古

1876年，一位29歲的美國(guó)青年從美國(guó)專利局申請(qǐng)了一份新型通話傳輸設(shè)備的專利，這堪稱成為美國(guó)歷史上最為賺錢的專利之一，這名青年的名字叫做亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（AlexanderGraham Bell）。而他的專利，就是后來(lái)人們須臾不可離開(kāi)的電話。

電話給社會(huì)帶來(lái)巨大的技術(shù)革新，而它對(duì)于貝爾的一個(gè)直接影響就是，他銀行戶頭里的資產(chǎn)很快變成了一組不斷增加的天文數(shù)字。隨著貝爾永遠(yuǎn)不需要再為賺錢操心，在他的手札上，出現(xiàn)了許多新技術(shù)。最令人稱奇的是，貝爾曾花費(fèi)大量精力去設(shè)計(jì)和試驗(yàn)飛行器——在當(dāng)時(shí)重于的載人空氣飛行器是一個(gè)既熱門又矛盾的研究領(lǐng)域，科學(xué)界許多人都認(rèn)為，人類無(wú)法解決載人飛行的技術(shù)難題。但在貝爾精心制作的記錄文件中，我們能看到他在20多年間進(jìn)行了近1200次飛行試驗(yàn)！貝爾不僅自己組織實(shí)驗(yàn)，還在1907年與格倫·柯蒂斯（Glenn Curtiss）、威廉姆·拜德溫（William Baldwin）、托馬斯·塞爾弗里奇（Thomas Selfridge）和約翰·麥柯迪（John McCurdy）等4個(gè)年輕的工程師組建了航空實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（AerialExperiment Association，AEA），并親自擔(dān)任主席，共同開(kāi)發(fā)航空器。貝爾的這4位合作者后來(lái)完成了加拿大首次動(dòng)力飛機(jī)載人飛行，并根據(jù)貝爾的建議發(fā)明了副翼。AEA還進(jìn)行了美國(guó)首次飛機(jī)公開(kāi)飛行，當(dāng)時(shí)萊特兄弟的飛行還處于秘密狀態(tài)。

貝爾對(duì)飛行的興趣同樣來(lái)自強(qiáng)烈的好奇心。在青少年時(shí)代，他也研究過(guò)鳥(niǎo)類的飛行動(dòng)作，并制作過(guò)簡(jiǎn)陋的機(jī)翼和螺旋槳。富裕起來(lái)后，貝爾還出資資助了老朋友、飛行大師薩繆爾·蘭利（SamuelLangley）的飛行試驗(yàn)。到1895年，蘭利進(jìn)行了首次重于空氣飛行器的動(dòng)力飛行。貝爾堅(jiān)信人類能實(shí)現(xiàn)飛行夢(mèng)想，他公開(kāi)宣稱，“我不能置身于航空探索之外，有朝一日我們一定都能飛起來(lái)”。

1896年貝爾的飛行夢(mèng)想遭遇了一次重創(chuàng)：這一年德國(guó)飛行先驅(qū)李林塔爾在滑翔事故中不幸喪生。貝爾開(kāi)始嚴(yán)肅地考慮載人飛行的安全問(wèn)題。在此后貝爾的飛行試驗(yàn)中，他貝爾始終關(guān)注飛行器在空中的穩(wěn)定性和安全性。在日記中，他這樣問(wèn)自己，如何在不進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，不讓人坐在可能存在設(shè)計(jì)缺陷的飛行器上，而又能檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想呢？

貝爾很快發(fā)現(xiàn)風(fēng)箏是個(gè)好辦法。他并非最早想到風(fēng)箏的人，萊特兄弟最初也是用巨大的雙翼風(fēng)箏開(kāi)始試驗(yàn)，他們?cè)缙诘妮d人滑翔機(jī)也非常類似風(fēng)箏。1898年6月，貝爾在給妻子瑪貝爾（Mabel）的信中寫(xiě)道，“在我看來(lái)，風(fēng)箏飛行試驗(yàn)對(duì)于開(kāi)發(fā)實(shí)用飛行器的重要性與日俱增”。到1899年，貝爾已經(jīng)試驗(yàn)了許多不同類型的風(fēng)箏：圓筒形的線軸風(fēng)箏、輻射形風(fēng)箏、以及澳大利亞人哈格雷夫研制的箱形風(fēng)箏。

貝爾的風(fēng)箏試驗(yàn)大多在加拿大新斯科舍省的巴德克（Baddeck）進(jìn)行，當(dāng)?shù)氐泥従觽?，甚至許多科學(xué)家都認(rèn)為貝爾是“一個(gè)花費(fèi)大量時(shí)間放風(fēng)箏的傻子”。附近一個(gè)船工這樣描述他：陽(yáng)光明媚的午后，他來(lái)到小山腳下，帶著一大堆愚笨的東西，花上一整天放飛它們。他還立了一塊黑板，在上面記下那些在空中東搖西晃的風(fēng)箏數(shù)據(jù)。他的那十幾個(gè)風(fēng)箏造型都十分古怪，飛的也不好。我要是自己去放風(fēng)箏，肯定比他強(qiáng)！但貝爾不理會(huì)這些，他關(guān)注的是飛行器的穩(wěn)定性，而不是速度。

貝爾試驗(yàn)了各種尺寸的風(fēng)箏。其中一種被稱作“巨無(wú)霸”（Jumbo）的風(fēng)箏足有一個(gè)房間那么大。在試驗(yàn)中貝爾發(fā)現(xiàn)風(fēng)箏越大，其飛行性能越差。但貝爾也通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多單元組合式風(fēng)箏可以在增加升力面積和穩(wěn)定性的同時(shí)避免風(fēng)箏過(guò)于沉重。通過(guò)多次試驗(yàn)，貝爾認(rèn)為四面體結(jié)構(gòu)單元效果最好，以四面體單元組合而成的風(fēng)箏比箱形風(fēng)箏更堅(jiān)固且性能更佳。貝爾設(shè)計(jì)的這種四面體多單元風(fēng)箏，不僅是一種新穎的風(fēng)箏結(jié)構(gòu)，后來(lái)更演變?yōu)橐环N建筑結(jié)構(gòu)方式。

貝爾四面體多單元風(fēng)箏中的四面體單元邊長(zhǎng)10英寸（25.4厘米），外部覆蓋紅色絲織品，為了縫制蒙布，貝爾聘請(qǐng)了一大批家庭主婦來(lái)穿針引線。貝爾非常喜歡這種顏色，原因是它在照片中相當(dāng)醒目。在試驗(yàn)中有一次風(fēng)箏墜毀，周圍村莊里的小女孩紛紛跑來(lái)，競(jìng)相瓜分風(fēng)箏表面的絲綢，用來(lái)制作洋娃娃的衣服。1903年，貝爾把風(fēng)箏的骨架材料從云杉木換成了鋁管，并為自己的四面體多單元風(fēng)箏結(jié)構(gòu)方式申請(qǐng)了專利，1904年專利獲批，此后這種結(jié)構(gòu)方式及大地影響了建筑工業(yè)。

貝爾拖曳風(fēng)箏升空的方法五花八門，他嘗試過(guò)用馬匹、汽車和船只拖帶風(fēng)箏。他最熱衷于用船只拖帶風(fēng)箏，因?yàn)檫@樣風(fēng)箏就可以在水上起飛和降落，安全方面最有保障。貝爾用四面體單元組合成各種形狀的風(fēng)箏，他發(fā)現(xiàn)環(huán)形布局容易發(fā)生側(cè)滑和墜毀，他還設(shè)計(jì)過(guò)一種稱為“預(yù)言鳥(niǎo)”（Oionos，希臘文“預(yù)言鳥(niǎo)”之意）的風(fēng)箏，這種風(fēng)箏有短尾和橫向翼狀結(jié)構(gòu)，貝爾認(rèn)為這種風(fēng)箏是“一種能夠飛行的風(fēng)箏，在解開(kāi)拖纜后能夠滑翔”。他設(shè)計(jì)的“霜之王”（Frost King）風(fēng)箏有1300個(gè)四面體單元，升力面積達(dá)440平方英尺（約41平方米）。1905年圣誕，貝爾用這種風(fēng)箏把一個(gè)車夫的兄弟尼爾·麥克德米德（Nei1MacDermid）的人送上了10米的高空，但那并非有意，而是因?yàn)樵诜棚L(fēng)箏時(shí)這位仁兄意外被風(fēng)箏拉上了天。這次有驚無(wú)險(xiǎn)的意外讓貝爾欣喜地發(fā)現(xiàn)，自己設(shè)計(jì)的四面體多單元風(fēng)箏完全可能帶著飛行員和發(fā)動(dòng)機(jī)一起升空。

貝爾試圖建造能夠穩(wěn)定安全飛行的四面體多單元結(jié)構(gòu)飛機(jī)的愿望最終沒(méi)能實(shí)現(xiàn)。在緊湊、輕量、可靠且功率強(qiáng)勁的航空動(dòng)力誕生以前，航空技術(shù)的發(fā)展方向已經(jīng)悄然轉(zhuǎn)變。航空試驗(yàn)協(xié)會(huì)測(cè)試過(guò)貝爾最新的3 393個(gè)四面體組成的多單元風(fēng)箏“幼天鵝”（Cygnet）。最初的試驗(yàn)是普通的無(wú)人飛行，后來(lái)在1907年12月6日，AEA成員、美國(guó)陸軍中尉托馬斯·塞爾弗里奇坐在風(fēng)箏中央的一小塊地方隨風(fēng)箏上了天，他通過(guò)移動(dòng)身體重心位置來(lái)控制風(fēng)箏姿態(tài)。這次飛行中風(fēng)箏由一艘汽船拖帶，上升到168英尺（約51米），留空時(shí)間達(dá)7分鐘之久，這是“幼天鵝”唯一一次飛行。隨著風(fēng)力降低，風(fēng)箏降落到水面，汽船煙囪噴出的濃煙完全遮擋了風(fēng)箏拖纜。結(jié)果塞爾弗里奇和船員都以為對(duì)方已經(jīng)切斷了拖纜，故而全都沒(méi)有采取行動(dòng)，結(jié)果落在水上的“幼天鵝”被汽船拖著繼續(xù)前行，直到風(fēng)箏被巨大的水流阻力扯得四分五裂。這次以失敗告終的飛行試驗(yàn)中，塞爾弗里奇大難不死，但他的好運(yùn)氣在1908年9月17日用完了：他在乘坐萊特雙翼機(jī)飛行時(shí)不幸墜機(jī)喪生，成為飛機(jī)時(shí)代第一個(gè)罹難者，有趣的是，這次災(zāi)難飛行的飛行員，正是奧維爾·萊特（Orville Wright）。

此后AEA的注意力轉(zhuǎn)向了測(cè)試雙翼滑翔機(jī)和其他飛機(jī)：紅翼、白翼和“金龜子”（June Bug）以及“銀鏢”（Silver Dart），這些全都是貝爾的4位青年合作者的作品。其中最好的“銀鏢”，在1909年2月23日在加拿大進(jìn)行了首次成功的動(dòng)力飛行。這些試驗(yàn)貝爾都親臨現(xiàn)場(chǎng)，并創(chuàng)新性地提出了副翼概念。在“幼天鵝”之后，貝爾還花費(fèi)了5年多時(shí)間，斷斷續(xù)續(xù)地實(shí)驗(yàn)動(dòng)力版載人四面體多單元風(fēng)箏，他先后制造了“幼天鵝”Ⅱ和Ⅲ，以及三翼版的“預(yù)言鳥(niǎo)”。這些動(dòng)力風(fēng)箏都沒(méi)有能真正離開(kāi)地面起飛——最好的“幼天鵝”Ⅲ裝上了70馬力“土地神”轉(zhuǎn)缸發(fā)動(dòng)機(jī)，但也僅僅是在1912年3月的試飛中離地一兩英尺（30～60厘米）。此后貝爾對(duì)飛機(jī)的興趣逐漸減弱，他生命的最后10年里，注意力轉(zhuǎn)向了水翼快艇。1919年，貝爾和威廉姆·拜德溫合作建造了一艘水翼艇，并創(chuàng)下水翼艇速度世界紀(jì)錄，該紀(jì)錄一直保持到1963年。去世前幾個(gè)月，貝爾還在采訪中對(duì)記者說(shuō)：那些總是堅(jiān)持觀察事物并加以思考，探究事物發(fā)生的理論原因的人，他們的腦力永遠(yuǎn)不會(huì)衰退。

在動(dòng)力飛行器方面，貝爾沒(méi)能成功，但他提出的四面體結(jié)構(gòu)方式卻演變成一種新穎的建筑結(jié)構(gòu)方式，今天你看看大跨度穹頂建筑結(jié)構(gòu)，以及高速賽車的內(nèi)部框架，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)四面體結(jié)構(gòu)概念對(duì)后世的影響，而這一概念，就源自貝爾。

責(zé)任編輯：王鑫邦