飞翔之梦（中）

张开逊

19世纪末，德国工程师戴姆勒（1834-1900）发明了汽油内燃机，这种汽油内燃机的重量很轻，能够产生强大的动力，它直接导致汽车诞生，也为飞机问世提供了最重要的技术基础。1903年12月17日，美国发明家莱特兄弟利用内燃机，首次实现了载人的有动力飞行。

莱特兄弟出生在美国北卡来罗纳州一个牧师家庭，他们没有上过大学。1895年，他们开了一间修理装配自行车的作坊。然而，他们对飞行有浓厚的兴趣，自修德文，阅读了李林塔尔的著作，并向美国史密森学会（这是一个专门探究自然奥秘，并向公众传播科学的民间团体）索取了大量关于飞行的资料。在1900～1902年间，他们先后制造了3架滑翔机，进行了上千次飞行，反复改进其飞行能力和操纵性能。1901年9月，他们自己动手设计了一个小型风洞，以精确测量气流在机翼上产生的升力以及控制板偏转时使飞机转向的力，获得了设计飞机最重要的数据。

1902年，莱特兄弟完成了内燃机动力飞机设计。然而，当时没有人愿意为他们制造飞机专用的内燃机和螺旋桨，很多人认为这是无谓的冒险。他们只好从头学习发动机和推进器知识，摸索加工工艺，自己制造了一台小巧紧凑、具有4个汽缸的汽油内燃机，这台汽油内燃机重82千克，能够产生13马力功率，比蒸汽机轻得多。他们还自己设计、制造了几副螺旋桨。

一年之后，莱特兄弟精心设计的这架飞机装配完毕，它是人类历史上第一架使用内燃机动力的飞机。试飞那天，飞机被人用小车推到基蒂霍克海滩，当内燃机发动后，螺旋桨转速加快，飞机与小车一起向前滑行，不久飞机离开小车升上天空。由于这架飞机没有轮子，降落的时候只能靠飞行员精确地操纵油门和控制板使飞机减速，随着升力减小，机身刮蹭着地面停下来。

这一天共进行了四次飞行。第一次由弟弟奥维尔·莱特驾驶飞机，在空中摇摇晃晃飞行了12秒钟，降落在36米远的地方。第四次由哥哥威尔伯·莱特驾驶飞机，在空中摇摇晃晃飞行了59秒钟，飞行了260米。

莱特兄弟驾机飞行的当天，有一名小报记者在场。人们问他如何报道，他不屑地说：“59秒算什么？59分钟还差不多！”然而他并未意识到，人类从此进入了飞行时代，飞机将改变人类的活动方式。

1905年，莱特兄弟的飞机飞行距离已经达到32千米。1906年，欧洲第一架飞机升空。1908年，奥维尔·莱特驾驶的飞机失事，一道登上飞机的同伴当场死亡，成为飞机空难的第一位牺牲者，而奥维尔·莱特身负重伤，4年后故去。

1909年，伦敦《每日邮报》设奖悬赏驾机飞越英吉利海峡者，胆大的法国人布里奥罗用37分钟从法国越过海峡飞到了英国。1912年，人们发明了可在水面上起飞降落的单翼飞机，飞行速度达每小时161千米。飞机问世尚不足10年，其速度已超过人类步行速度的20倍。不过，在当时人们的心目中，飞机仍然被视作一种冒险的玩具。

第一次世界大战爆发后，飞机迅速成为新式武器并首先被用于侦察。敌对双方飞行员在空中相遇，有时挥手致意，有时拔出手枪相互射击。机枪发明之后，人们打算把它搬上飞机，但遇到了一大难题：朝前方开枪的时候会射中自己的螺旋桨。后来，德国人福克发明了一种高速旋转的联动齿轮机构，使机枪只在旋转的螺旋桨露出空隙时才发射子弹。此后，飞机开始用连发的机枪攻击地面的目标，激烈的空战随之出现。由于装备机枪的飞机在空战的时候总想绕到敌方身后攻击，很像两只打架的狗都想咬对方的尾巴，所以“空战”在英语中又名“狗打架”。

飞机的发明，使在陆地和海上进行的平面战争发展成为包括天空在内的立体战争。第一次世界大战初期，参战各国约有飞机1500架。4年之后，在前线作战的飞机已多达8000架。第一次世界大战后期，轰炸机出现，曾轰炸过法国巴黎、英国伦敦和德国的一些城市。

第一次世界大战结束后，大批飞行员失业，但人们对飞行的兴趣有增无减。有的飞行员开始为公众做特技飞行表演，有的飞行员则渴望打破空中飞行时间和飞行距离纪录。1919年，两名英国飞行员驾驶轰炸机从纽芬兰飞越大西洋到达爱尔兰，途中曾遭遇高空风暴，他们不得不爬出机舱，清除冻结在机翼上的冰。1927年，美国飞行员林德伯格（1902-1974）单人驾驶邮政飞机，在没有无线电通信的情况下，从美国纽约飞行34小时到达法国巴黎。4年之后，飞行员赫尔顿和潘波驾机飞越太平洋。时隔一年，美国女飞行员埃米利亚单人驾机飞越大西洋。不幸的是，5年之后，她驾机环球飞行时消失在太平洋上空。1933年，波斯特首次完成单机环球飞行，中途降停11次，用了7天又8个小时。1938年，飞行员休斯使环球飞行的时间减少到3天又19小时。

发明家的智慧和飞行员的冒险精神，共同推进了航空技术的进步。到20世纪30年代，飞机已经变得更大、更结实、更快，时速达到480千米。这时，世界上出现了许多定期的客运、货运航线。与此同时，达·芬奇曾经构想的可以垂直起降的直升机也已问世，并于1940年投入使用。

第二次世界大战爆发，进一步刺激了航空技术的发展，飞机由战争武器的“配角”一跃而成“主角”。此间德国人发明了配备三门火炮和两挺机枪的战斗机，日本人发明了操纵灵活的“零”式战斗机。1941年12月，日本出动100多架“零”式战斗机偷袭美国珍珠港，摧毁了美军在太平洋上最大的海军基地。美国则多次利用在航空母舰上起飞的飞机，歼灭日本在海上游弋的舰队。美国和英国还联合研制了巨大的远程轰炸机，被称为“空中堡垒”，其飞行距离超过8000千米。1945年8月，美军出动“空中堡垒”，携带原子弹轰炸了日本广岛。此前，美军轰炸东京，其出动的飞机多达500架。

20世纪30年代，英国人惠特尔和德国人冯奥海分别发明了燃气涡轮发动机，利用向后喷出的高速燃气产生巨大推进力，使飞机速度迅速提高。这种喷气式飞机飞行更加灵活，可以瞬间突然加速摆脱敌方的追击。

第二次世界大战结束后，美国大力发展喷气飞行技术。1947年，美国人用一架重型轰炸机运载小型喷气式飞机到9150米高空放飞，这架喷气式飞机的速度超过了声音，成为人类历史上第一架超音速飞机。在朝鲜战争（1950-1953）中，喷气式飞机首次参加了大规模实战。

1960年，美国人发明了速度达到声音5倍的喷气式飞机，专门用于间谍侦察。1969年，英国和法国合作研制成功超音速喷气式客机，并于1973年投入商业运营，其载客100名，可在3小时之内由巴黎飞到纽约。1974年，美国研发的巨型喷气式客机投入运营，载客500名，可以不着陆连续飞越半个地球。

1925年，德国《航空》杂志刊载一篇文章，预测“什么人将最适合乘坐飞机”。其结论是三种人：漂亮的模特儿、精明的律师和有钱的商人。今天，飞机已经成为大众交通工具，每天全球乘飞机出行的人数以百万计。

飞机的发明，对人类文明进程无疑产生了深远影响。飞机加快了世界的节奏，提高了人类活动的效率。一位哲学家曾经说过：“一切财富最终归结为时间的节约。”在这种意义上，飞机对人类社会的价值不可估量。

借助气球和飞机，人类只能在大气圈内飞行，然而人类还想去更远的地方。

早在17世纪，德国天文学家开普勒在发现行星运动三定律时，曾以极其浪漫的笔调撰写了一部传播天文知识的寓言小说《月球天文学》，假托梦境述说一个旅行者登临月球的故事，旅行者去月球的细节和几百年之后发生的真实情况十分相似。小说中这样写道：“最初的动作非常不舒服而且很危险，因为旅行者是被猛扯上去的，就像给火药爆炸推出去一样。在同温层上空，旅行者遭遇到严寒，而且没有可供呼吸的空气，旅行者还会感到失重。”开普勒是极审慎的科学家，不愿意对前往月球的方法妄加猜测，只说旅行者是“被妖精送上去的”。200年后，法国科学幻想大师儒勒·凡尔纳（1828-1905）在他的小说《月球旅行》中，用一门275米长的“超级大炮”把旅行者送上了月球。

人类要离开地球到太空去，会遇到两大难题：第一，需要克服地球的引力，引力就像一条看不见的绳子，拴着地球上的一切物体；第二，远离地球之后没有空气，气球和飞机在太空都不能飞行。这时，人们想到了火箭。

火箭发明于古代中国，800多年前，火箭已经成为中国北宋时期的一种民间玩具。史书上还有关于宋代士兵用火箭攻打蒙古族军队的实战记载。当时火箭的燃料是黑火药，壳体是纸或竹筒。

18世纪初，印度军队在抗击英国殖民者的战争中曾多次使用火箭。1804年，在印度作战的英国军官康格里夫（1772-1828）改造了这种火箭，他采用金属筒装火药，尾部加上一根细细的长杆用以提高飞行的稳定性。他还发现，当发射角为55度时，火箭射程最远。1805年，康格里夫的火箭被用来攻击法国军队。1807年，英国用它攻打丹麦的哥本哈根，射程达到2000米以上，一枚火箭装填弹药达到3千克。这次战役之后，英国建立了世界上最早的火箭特种部队。后来，英国人哈尔用三片精细加工的尾翅代替康格里夫的导向杆，进一步提高了火箭的命中精度。19世纪90年代，发明家泰德·昂吉采用威力更大的火药，并且使火箭在飞行中高速旋转，进一步提高了火箭的射程和命中率，使其能够与当时的大炮媲美。这些努力把固体燃料火箭的潜力发挥到极致，为后来火箭技术的发展积累了重要的资料。

牛顿力学诞生之后，科学家根据万有引力定律和地球、太阳的天文数据进行计算，得出惊人的结论：在地球表面上空的物体如果沿水平方向高速运动，当速度达到每秒7.91千米时，物体受到的离心力将抵消地心引力，不会落回地面，成为绕地球轨道运行的卫星；当速度超过每秒11.18千米时，可以逃出地球引力的控制，离开地球进入太阳引力范围，成为太阳系中的一颗行星；当速度超过每秒16.3千米时，可以离开太阳系进入外太空，在银河系漫游。人们把这三个数值分别称作第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

火箭是唯一可以达到这种速度的运载工具。1903年，俄国学者齐奥尔柯夫斯基（1857-1935）提出了利用液体燃料火箭探测宇宙空间的构想，并推导出了火箭速度的计算公式。他后来还论证单级火箭难以达到第一宇宙速度，并提出了多级火箭的设想。齐奥尔柯夫斯基是一位伟大的航天理论家，然而作为中学教员，当时他没有实践的条件。

从理论上讲，借助火箭实现宇宙航行没有任何困难。如果火箭同时带有燃料和供燃烧使用的氧，可在太空飞行过程中多次加速，达到飞离太阳系所需速度；如果在火箭飞行过程中控制其燃气喷发的方向和强度，便可自如地调节火箭在太空运动的姿态和速度，还可使它在星球上缓缓地着陆。太空飞行没有空气阻力，一旦脱离地球大气圈，火箭就可依惯性运动，自由飞行，不再需要消耗能量。人类可以利用火箭到达宇宙间遥远的地方。

美国物理学家戈达德（1882-1945）最先将液体燃料火箭的构想付诸实践。他从小即对火箭着迷，上中学时读过英国历史学家威尔斯（1866-1946）的名著《星际战争》，他想象如果未来发生战争，应该有办法使人类迁移至其他星球。1909年，戈达德提出液氢和液氧组合是液体燃料火箭推进剂的最佳选择。1919年，他发表专著《到达极端高空的方法》，如今这部书已成为宇宙航行与火箭技术的经典文献。1926年，他发现汽油与液态氧组合是更为切合实际的火箭推进剂，并在马萨诸塞州成功发射世界上第一枚液体燃料火箭。这枚火箭重4.5千克，飞行时间2秒半，飞行高度12米，飞行距离56米。

当戈达德埋头研究火箭的时候，几乎所有的人都嘲笑他，说“这个从月球上来的人，古怪荒唐，精神有毛病”。然而，戈达德坚信自己已为人类未来宇宙航行找到了合适的交通工具。1927年，他为自己在1919年写的一篇文章《最后的迁移》追加了一段话：“探测太阳系之外的恒星，应该选择海王星的第一颗卫星作为出发点。在那里装配设备，使火箭点火起飞。”考虑到贸然发表未免过于大胆，他把这份手稿放入一位朋友的保险柜，封面上有段警告：“这些笔记只能由乐观主义者阅读。”

1929年7月，在一次试验中，戈达德的火箭发生爆炸。这次事故成为一件公众新闻，他被警察局禁止继续做试验，他的实验室也被查封。后来，曾单人驾机首航越过大西洋的飞行员林德伯格利用自己的声望帮助他获得了一笔数额不大的研究基金，警察局也做出让步，同意戈达德继续试验，但条件是必须挪地方。

1930年，戈达德把实验室搬至新墨西哥州的荒原，并建立了世界上第一个专业的火箭试验场。1935年，戈达德的液体燃料火箭飞行距离达到2500米。

第二次世界大战爆发后，戈达德多次上书美国政府，希望支持他的火箭研制工作，但当局未予理睬。不久后，他因患喉癌去世，未能看到自己的火箭升上太空。

作为液体燃料火箭的先驱，戈达德完成了现代火箭技术中许多重要的基础性发明，其中包括完整的火箭总体设计、最早的火箭发射程序、精确控制火箭飞行路线的陀螺仪，以及跟踪火箭飞行轨迹的光学观测系统等。戈达德的理论研究和探索实践，为现代火箭技术奠定了基础（未完待续）。