人類最早的飛行器——風箏
遠古時代的人們非常羨慕鳥兒能自由自在地在天空飛翔。於是幻想人類也能長出像鳥兒一樣的翅膀,或者設計一種會飛的車,以飛代步,自由快速地到各地去旅行,於是就有了古代神話中的“飛天”。“牛郎織女”、“嫦娥奔月”是我國家喻戶曉的人類飛天的美麗神話;孫悟空的駕筋鬥雲,天上地下來去自如是人類飛天的美好願望;身上長有翅膀的雷震子、腳踏風火雙輪的哪吒能在天空任意行動的神仙,亦是人類的美好追求。類似的飛天的神話不僅中國有,外國亦有。古希臘有這樣一則最著名的神話故事:建築師代達羅斯被國王監禁在地中海克裏特島的一座迷宮中,為了逃離,他和兒子伊卡洛斯用蠟和鳥羽為自己做了一對翅膀,從衛兵的頭頂上飛越而過。兒子伊卡洛斯對飛行欣喜若狂,忘記了父親的告誡,他越飛越高,最終因羽翼上的蠟被太陽曬化而摔死。人們甚至幻想世界上有一個叫羽民國的國家,這個國家的人都長著一個長腦袋,頭發是白的,眼睛是紅的,生著鳥一樣的尖嘴,背上長著鳥兒一樣的翅膀,能夠在天空中飛行。這些動人的神話故事,樸素地反映出了人類對藍天白雲的無限向往。
先人們不僅創作了美麗的“飛天”神話故事,也有許多“飛天”的創舉。傳說在我國春秋戰國時代,著名的建築家魯班和思想家墨子都曾模仿飛鳥製造出木鳶,能飛上天空三日不落。我國東漢班固所著《前漢書》中記載,王莽時期,一個人自稱能淩空飛翔,王莽令他當眾獻技。他就取出一對巨鳥的翅膀和用鳥翎編成的披風,用繩子把披風綁在身上,然後登上一座高塔,從上麵跳下,滑行了幾十米。
在800多年前,英國也有人做過類似的探索。他用雞毛做了一雙巨大的翅膀,然後從山頂上往下滑翔,可惜這位勇敢的探索者撲騰了不到60米就墜下山來,當場犧牲了。
類似的嚐試還有很多,但都以失敗而告終。然而,這些探索使人們認識到,人類完全不具備飛行的生理條件,要想飛行必須另辟蹊徑。正如偉大的詩人屈原在《離騷》中寫到的那樣“駟玉虯以乘鷺兮,溘埃鳳而上征”,意思是我要以玉龍為馬鳳凰為車,乘風飛上天去。也就是說,人類飛天必須要創造飛行器,借助飛行器才能上天。
隨著人類科學知識的不斷積累,為了實現飛行的夢想,人們開始了各種探索,創造了許許多多的飛行器。而人類最早發明的飛行器就是風箏。
風箏是中國人的創舉。有人說,發明風箏的人是中國的一位農夫,為了防止鬥笠被風吹走,他特地在鬥笠上係了一根繩子。有一天,突然狂風大作,鬥笠順風飛起來了,這就是最早的風箏。也有人說,有一位有心人觀察到蜘蛛絲粘在落葉上,他由此激發了做風箏的想法。然而,最有權威的說法卻是與劉邦和項羽的楚漢相爭有關。
劉邦和項羽攜手合作推翻了殘暴的秦王朝。可是,天下歸誰呢?在反秦戰中,項羽立下了汗馬功勞,可劉邦先項羽進入關內,於是楚漢相爭拉開了序幕。項羽個性耿直,常常受到劉邦的算計。在垓下一戰中,劉邦將項羽的大軍圍困,雙方僵持不下。這是漢將韓信命手下製作了許多大型的風箏,並且在風箏上裝上竹哨、弓弦。有一天晚上,他叫人把這些風箏放上天,並命漢軍在周圍的山上齊聲合唱楚國士兵的家鄉歌謠,兩種聲音混合在一起,令人恐怖又勾起了楚國將士的思鄉情緒,於是楚軍軍心渙散,失去鬥誌,使劉邦得勝,入主關中,建立漢朝。
根據這段曆史,專家們稱是韓信發明了風箏。風箏出現以後,人們最早用來為軍事服務。宋朝高承的《事物紀原》中說,韓信曾利用風箏測量距離。史書上記載,在梁武帝當年被圍困的時候,他身邊有一位大臣做了一隻風箏,並把它放到高空,請求援助,不料,這一救命風箏還是被射落了。唐朝以後,風箏逐漸演變為玩具,人們在野外放著風箏玩耍,一直沿襲至今。在民間,每當春節、清明節等重大活動的時候,許多老百姓還把風箏放上天,然後割斷繩線,用這種方式來乞求消災解難。有的還把對親人的思念之情寫在小紙片上,然後把它係在風箏上,讓風箏飛上天,以表達他對親人的思念。
我們的祖先在廣泛使用風箏的時候,西方卻很少見這種玩意兒。雖然西方的風箏也是發明於公元前,可是,直到1700年以後才真正使用風箏。1749年,蘇格蘭人威爾遜·亞曆山大和梅爾維·湯姆斯把溫度計固定在風箏上,用來測量雲層的溫度。1752年,美國著名科學家本傑明·富蘭克林用風箏作實驗,證實了雷的電屬性。
風箏在性質上是一種重於空氣的飛行器。風箏產生升力的原理是:當迎麵的風吹到傾斜的動力麵上時,就產生一向後、向上的空氣動力,地麵上的牽引克服一部分向後的阻力和一部分向上的升力,餘下一部分向上的升力支持風箏的重量,使它上升。而餘下的一部分拉力則使風箏向前飛翔。
中國風箏具有良好的空氣動力性能,它的發明向人們證明,除了飛鳥、昆蟲那種撲翼方式之外,采用合理的拉力和升力分開的固定翼麵,也可以實現飛行。1804年,英國的凱利曾用風箏作為機翼製成了一架滑翔機,用繩牽引起飛。俄國的莫紮伊斯基和飛機發明人美國的萊特兄弟,都曾用放風箏的方法來研究他們的飛機。所以,風箏作為一種飛行器,雖然沒有實現把人帶入天空,在天空飛翔,但是,它為載人飛行器的研究,起了重要的作用。
人類最早的載人飛行器——熱氣球
1783年,人類首先借助濃煙滾滾的熱氣球,衝破了天空的封鎖,把人帶入天空,揭開了載人航空史的第一頁。
說起熱氣球,最古老、最原始的要數我國的“孔明燈”。五代十國時期,有一位叫莘七娘的婦女,用竹蔑編製了一種方形燈籠,在燈籠下麵的托盤上點燃鬆脂,靠熱空氣把燈籠托起,一直升到空中,民間稱之為“孔明燈”。後來,這種“孔明燈”被用作部隊打仗時軍事聯絡的暗號。
然而,真正意義上的熱氣球,卻是法國蒙哥爾費兄弟發明的。
約瑟·蒙哥爾費於1740年8月26日出生中法國南部的一個小鎮上。1745年1月6日,他的弟弟雅克·蒙哥爾費出生了。1782年,從事造紙行業的蒙哥爾費兄弟偶然發現,放置在爐火附近的紙箱受到壁爐中發出的熱空氣的影響,似乎要向上浮起。兄弟倆受此啟發,動手製作了一隻大氣球。這隻氣球是用紙和亞麻布糊成的,直徑約12米,底部開口,上麵用畫筆塗刷了花花綠綠的顏料。從地麵燃燒濕草和羊毛,使冒出的熱煙灌入氣球,氣球就會上升。
1783年6月4日,蒙哥爾費兄弟在家鄉做了一次公開表演,這隻氣球當眾上升到約1830米的高空,在空中停留了10分鍾,當熱氣消散後又回到了地麵。這一事件震驚了全法國,以後這種航空器就被稱為蒙哥爾費氣球。隨後,法國科學院邀請他們到巴黎進行一次公開表演。經過3個月的精心準備,蒙哥爾費兄弟做出了可以載物的熱氣球。1783年9月19日,在巴黎一個公園的廣場上,當蒙哥爾費兄弟往這個高達22.8米的氣球的熱灶上添加羊毛和幹草時,熱灶中噴出的熱氣和濃煙,將載有一隻羊、一隻鵝和一隻雞的氣球送上了天空。氣球升到約450米的高空,在空中飄浮了約8分鍾,最後安全降落在距起飛地約3千米的地方。
熱氣球能夠載動物“飛”到天空,那麼能不能夠載人“飛”向天空呢?為了實現人類的這個千年夢想,蒙哥爾費兄弟又動手製作了一隻更大的氣球。這隻氣球長約24米,直徑約15米,下方是用柳條編成的載人吊籃,吊籃正中是一金屬火盤,人坐在吊籃中可以不斷向火盤中添加燃料,使生成的熱空氣不斷上升到氣球的氣囊中。
1783年11月21日,蒙哥爾費兄弟在巴黎進行了人類熱氣球載人表演,包括國王和王後在內的近40萬觀眾觀看了這次表演。這隻熱氣球載著皮拉特爾和達朗伯爵冉冉地升上了天空,在巴黎上空飛行了25分鍾,飛行高度約900米,最後降落在9千米外巴黎近郊的一塊麥田裏。
這次表演轟動了整個歐洲,載人熱氣球迅速在巴黎和歐洲其他大城市中盛行起來。從此,人類才算真正起飛了。
在蒙哥爾費兄弟向法國人民展示了他們的神奇飛行物之後,法國科學院的一位年輕教授丁·查理開始研究更先進的熱氣球——以氫氣作為上升的動力。因為氫氣比熱煙氣輕得多,純氫的重量僅是空氣的1/14,每1立方米氫氣提供的浮升力比每1立方米100℃的熱空氣的浮升力大4倍。於是,查理便用綢布縫製了一隻容積為40立方米的氫氣球。
1783年8月27日,查理在巴黎放飛了氫氣球,氫氣球飄行了25千米,最後落在一個小鎮上。
同年12月1日,查理和羅貝爾乘坐一個直徑8.6米的氫氣球在巴黎升空,短短的兩個小時,在空中飛行了50千米,實現了人類第一次乘坐氫氣球的飛行。
熱氣球是人類最早的載人飛行器,在航空史上具有重要地位。在現代,熱氣球仍被國際航聯定為最安全的航天器,並廣泛應用於體育、商業和高空科學探測與實驗中。
聽人指揮的氣球——飛艇
自從人類發明了載人熱氣球,實現了遨遊天空的夢想以後,人們很快發現,熱氣球飛行方向無法控製,乘坐熱氣球,不是你想飄到哪裏就到哪裏,而是全憑風隨意地吹著跑。
法國的羅伯特兄弟,非常喜歡做載人氣球表演,對載人熱氣球隨意飄蕩深有體會。他們萌發了一個念頭:在熱氣球上配備推進器材,讓氣球的飛行方向掌握在乘坐者手中,聽人的指揮。