浮力的奇跡（下）

王震元

法國國王觀賞公雞上天

1782年11月的某一天晚上，法國里昂的安諾內(nèi)小鎮(zhèn)上，有一位名叫約瑟夫·蒙特哥菲爾的造紙工人，面對壁爐忽發(fā)“奇想”：既然煙、火星能從煙囪中散發(fā)出去，那么能否利用這種氣體讓其他物體也升起來呢？于是，他做了一個絲質(zhì)的球型口袋，在口袋底下點(diǎn)紙燃燒，熱空氣充到口袋里。一放手，口袋就飛上了天花板。約瑟夫立即與弟弟艾迪安在室外又做了一次實(shí)驗，結(jié)果這個絲質(zhì)口袋上升高度更是到了20米……

蒙特哥菲爾兄弟兩人興奮之余，決定公開表演。前文曾說到，早在半個多世紀(jì)以前，俄國的克拉庫特諾就做過類似的實(shí)驗，結(jié)果被村民當(dāng)作“魔鬼”而差點(diǎn)喪命。但時代的進(jìn)步，給這兩位法國兄弟帶來了好運(yùn)。1783年6月4日清晨，鎮(zhèn)上居民紛紛涌到廣場上觀看。兄弟倆首先請人在地下挖了個坑道，上面留一個出煙口，一個直徑為10.6米的口袋罩在出煙口上。兩個年輕人在坑道里點(diǎn)火，另外8個壯漢分別拉扶著口袋?？诖S著黑煙的不斷涌入，逐漸膨脹，進(jìn)而浮起。一聲哨響后，固定大口袋的繩索被割斷，大氣球立即沖上天空，上升高度達(dá)1800米，并飛行了大約10分鐘，降落地距升空地超過1500米。

蒙特哥菲爾兄弟向巴黎科學(xué)院報告了他們的成果后，很快被邀請到巴黎進(jìn)行表演。1783年9月19日，凡爾賽宮前擠滿了人，法國國王路易十六也率領(lǐng)滿朝文武到場觀看。

這次表演的熱氣球是一個高17米、直徑12米的大家伙，形狀像一只倒掛的大梨。球體的表面覆蓋了輕質(zhì)的紗，上面還糊了一層防止漏氣的紙。氣球下面吊掛著一只用柳條編的籠子，籠子里裝著準(zhǔn)備升空的3位“乘客”：一只公雞、一只鴨子和一頭山羊。

蒙特哥菲爾兄弟在氣球下點(diǎn)燃發(fā)潮的布條和稻草，它們產(chǎn)生的熱空氣托著這只巨大的氣球，連同3位“乘客”一起冉冉上升，飛到離地500米的空中。8分鐘后，氣球在3000米外降落。這3位“乘客”均安然無恙。

國王高興地授予兩兄弟圣米歇爾勛章。他們深受鼓舞，決定進(jìn)一步做載人飛行試驗。國王本打算讓兩個死囚當(dāng)“試驗品”，并承諾如果這次飛行成功，就特赦他們。但有一位叫德·路澤爾的公民，認(rèn)為這種榮譽(yù)不能給予死囚。1783年10月15日，國王改變主意，由德· 路澤爾乘坐。這一次，熱氣球上升到26米的高度，停留了約4.5分鐘。同年11月21日，他又與另一位乘客達(dá)朗德斯，成功乘坐熱氣球上升到900米高空，并飛行25分鐘，飄過8.8千米后安全降落。于是， 1783年就以人類首次實(shí)現(xiàn)升空飛行而載入史冊。

飛艇退出“空中舞臺”了么

但是，法國一位物理學(xué)家夏爾認(rèn)為，從產(chǎn)生浮力的角度看，氫氣比熱空氣更適合填充氣球球囊，因為它比同體積的熱空氣“輕”得多。1783年12月1日，夏爾和氫氣球制作者羅伯特一起，乘坐這種氫氣氣球從巴黎起飛，成功飛行了43千米。

后來，羅伯特覺得熱氣球也好，氫氣球也好，不能控制飛行方向是一大缺陷。于是，他進(jìn)行了改革，把氣球做成一個長16米、直徑10米的水滴形，氣囊容積940立方米，載重數(shù)百千克。1784年7月6日，這種外觀呈“魚”形的氣球第一次在巴黎近郊試飛。吊籃里共有7個人，他們用力劃著木框上蒙著綢布的大槳，以此控制氣球的航向。但是，在氣球上升過程中，由于外邊大氣壓減小，氣球迅速膨脹，羅伯特當(dāng)機(jī)立斷用刀刺破氣囊。氣球終于有驚無險地著陸了。

到20世紀(jì)時，由于蒸汽機(jī)、電動機(jī)等動力機(jī)械的發(fā)明，以“飛魚”揭開序幕的飛艇正式登上“空中舞臺”。特別是1936年，德國制造的“興登堡號”飛艇，堪稱當(dāng)時的奇跡。它長248.6米，下面的吊廂可載乘客和乘務(wù)人員110名，有單人和雙人倉室，倉室里設(shè)有可供應(yīng)冷熱水的浴室，還有一個大餐廳和一個小客廳。在吊廂兩側(cè)的走廊中，乘客們可以像在海船的甲板上那樣散步，隔著玻璃窗觀看天上人間的美景。

可惜好景不長，1937年5月6日傍晚，“興登堡號”停留在美國新澤西州萊克赫斯特海軍航空總站上空時，其尾部突然起火。幾秒鐘之內(nèi)，“興登堡號”就變成了一團(tuán)火球慢慢墜地。

這次重大事故，不僅造成了36人死亡，更使人們對“飛艇”這種交通工具持完全否定的態(tài)度。因為那時飛艇充的都是氫氣，氫氣易燃易爆，遇到雷電風(fēng)暴極易起火爆炸。在“興登堡號”失事之前，就已經(jīng)發(fā)生了多次類似事故。

從20世紀(jì)80年代開始，飛艇“東山再起”。這要?dú)w功于高強(qiáng)度材料的出現(xiàn)，以及飛艇中的氫氣被氦氣代替了。氦氣雖比氫氣略“重”，但仍比空氣“輕”得多，特別是氦氣既不會自燃也不能助燃，是一種惰性氣體，因而飛艇煥發(fā)出新的生命力。而且，與飛機(jī)相比，由于飛艇是依靠氣囊的浮力升空的，艇上裝的發(fā)動機(jī)只提供向前飛行的動力，因而在與飛機(jī)載重量相同的情況下，飛艇所用的動力僅為飛機(jī)的1/20。至于飛艇可以連續(xù)飛行數(shù)天乃至數(shù)十天，這更是飛機(jī)望塵莫及的。

現(xiàn)代飛艇可以在許多領(lǐng)域大顯身手，例如重達(dá)數(shù)百噸的大型機(jī)器設(shè)備就可以用飛艇來運(yùn)載，既不必修路，也不用架橋……

“雙鷹Ⅱ號”橫渡大西洋

從1783年開始的近百年來，人類共進(jìn)行過17次載人氣球飛越大西洋的實(shí)驗，但都以失敗告終，其中有7人還為此獻(xiàn)出了生命。失敗的原因當(dāng)然是多方面的，但很重要的一點(diǎn)是，在高空飛行過程中，由于晝夜的溫差太大，氣球隨之劇烈地?zé)崦浝淇s，因而很難確保安全。

1978年，美國的48歲的本·阿布魯佐、44歲的馬克西·安德森和31歲的拉里·紐曼三位飛行家，在充分吸取了前人失敗的教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，精心設(shè)計制造了一只名叫“雙鷹Ⅱ號”的氣球?！半p鷹Ⅱ號”高30米、直徑為20米，球體是由尼龍和輕質(zhì)人造橡膠制成，里面充滿了氦氣。根據(jù)阿基米德定律，氣球越大，填充的氦氣越多，所能攜帶物品的重量就越大。在這次橫渡大西洋的計劃中，吊艙中除了3個人，還有食物、飲料和必需的儀器設(shè)備，以及重達(dá)2000千克的壓艙砂囊和鉛塊。根據(jù)測算，“雙鷹Ⅱ號”球體內(nèi)的氦氣達(dá)5000立方米之多。

3位飛行家還為“雙鷹Ⅱ號”精心設(shè)計了球體的色彩：球體上半部分呈銀白色，在白天可以反射太陽的熱量，以免把氦氣曬熱，導(dǎo)致浮力過大，氣球升得太高；下半部分呈黑色，由于夜晚海水的溫度比氣溫要高，氣球可以從海水中吸收這些熱量，避免浮力急劇減少。氣球的吊艙是一個5.2米長、 2米寬、 18米高的長方形盒子。吊艙底部做成雙船身的形狀——萬一墜海失事，它也能在海面漂浮，避免傾覆。

在聽取了氣象學(xué)家的建議后，“雙鷹Ⅱ號”選擇在當(dāng)年8月11日，從美國東海岸緬因州的普雷斯克島市起飛。之所以選擇在此時此地，是因為可以遇到一股吹往歐洲的高空氣流，它將以每小時30～40千米的速度，推動氣球御風(fēng)飛馳。

同年8月11日，“雙鷹Ⅱ號”在暮色蒼茫中告別了美洲大陸，開始了充滿冒險的航程。氣球沒有發(fā)動機(jī)，只能隨風(fēng)飄蕩。風(fēng)大，它就飄得快；風(fēng)小，它就飄得慢。海洋上空的氣候是多變的，上升的氣流能把氣球帶上幾千米，甚至幾萬米的高空，那里空氣稀薄，缺乏氧氣，氣溫極低，人難以忍受，這時飛行家們就打開閥門，放掉一部分氦氣，減小浮力，降低飛艇高度；而當(dāng)下降的氣流把氣球壓向海面時，他們就拋掉一些壓艙的砂囊和鉛塊，減輕吊艙的重量，使氣球上升。他們就是這樣通過改變氣球的高度，來尋找自西向東的氣流。然而當(dāng)時天氣預(yù)報的能力，只能提供72小時的天氣狀況，因此“雙鷹Ⅱ號”吉兇難料。

果然，大約飛行到全程的一半時遇到了第一次重大考驗。猛烈的上升氣流把氣球推上7000米的高空，3位飛行家不得不戴上氧氣面罩。可是第二天，氣球由于高空嚴(yán)寒而導(dǎo)致表面結(jié)冰，重量加大，又突然降到1000米以下。值得慶幸的是，中午出現(xiàn)的陽光將冰融化，氣球重新上升，他們所幸避免了葬身魚腹的厄運(yùn)。

“雙鷹Ⅱ號”在接近西歐海岸時，3位飛行家已經(jīng)精疲力竭。為了保持高度，他們幾乎拋光了所有的壓艙重物，甚至將導(dǎo)航用儀器和通訊設(shè)備也丟入了大海。盡管如此，這只氣球還是未能到達(dá)它的理想目的地——巴黎近郊的布爾歇機(jī)場，而是在距其100千米之外的麥田里提前著陸了。但是，8月17日，當(dāng)3位飛行家經(jīng)過6個晝夜的飛行，終于從紅黃相間、色彩鮮艷的吊艙中走出時，仍迎來了久候在那里的大批“粉絲”的熱烈歡呼！這是由于他們不僅實(shí)現(xiàn)了載人氣球橫渡大西洋的壯舉，而且創(chuàng)造了飛行距離最遠(yuǎn)和留空時間最長的2項世界紀(jì)錄！