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芒斯埃那的飞艇草图,1784年

Episode I 飞艇的创造史 1670-1884

战争的车轮滚滚向前,卷杂着鲜血、历史、技术。

进入近代以来,军事科技快速地推陈出新。伴随着战争广度深度的一次次扩大,战争的维度也扩展了。人们很早就知道站得高看得远,很早就知道战争中占领制高点的意义。这道理简直是不言而喻的——谁掌握天空,谁就掌握世界。看看各民族的神话就知道,从天空出击,是神的招数。

虽然人类很久都没有掌握载人飞行的方法,但是轻于空气飞行的原理早在两千多年前就确立了。阿基米德的浮力定律解释了船为什么能漂在水上,同样也能把人送到天上——只要找到一种比空气更轻的方法就行。热胀冷缩,加热后的空气比常温的空气密度更小,同体积轻于常温的空气,于是孔明灯被发明了。尽管孔明灯应该是一个无意而为之的发明,但这是人类第一次运用浮力定律把某种东西送到天上。

(确切地讲,公元前 140 年~前 88 年间,汉武帝时代的竹灯笼)

或许你会认为最初的飞艇是在热气球的基础上进行简单放大,不过事实上,有关飞艇的设想比第一颗热气球上天早得多。飞艇最初是一个纯粹理论,近乎于“悖论”的产物。1670年,耶稣会神父弗朗西斯科·拉纳·德·泰尔(Francesco Lana de Terzi)设计了一个“真空飞艇”,其原理是用四个几乎真空的大铜球,利用阿基米德的浮力定律将船送上天。当然,从常理来说,他的问题在于如何对抗大气压强,铜球如果足够大,那定会被大气压强压扁,如果足够结实,那势必太沉,人家那马德堡半球也没说上天就上天。不过“真空飞艇”在原理上几乎无懈可击,以至于成为了一个经典“悖论”,特别是随着新材料技术的不断发展,“真空气球”直到今天还有人孜孜不倦地研究着。

真空飞艇Vacuum airship

对于轻于空气的飞行器来说,关键的是找到一种合适的,密度小于空气的气体,这就要期待化学家的发现了。

大约在17世纪早期人们就已经发现用铁锅烧醋会产生一种气体。1662年,波义耳通过试验总结出我们所谓的的波义耳定律,即:“在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压强和体积成反比关系。”1671年,波义耳又通过铁与稀盐酸的反应制成了氢气。1766年,英国化学家卡文迪什意识到氢气是一种分离出来物质,将其命名为“容易燃烧的气体”(flammable air),并在1781年发现了氢气燃烧产生水。不过收到“燃素说”的影响,卡文迪什相信这就是传说中的“燃素”。1783年,不相信“燃素说”的拉瓦锡重复了卡文迪许的试验,正式将这种元素命名为氢(hydrogen,水的生成者)。

诞生于17世纪末,流行于18世纪的一种化学理论,这个理论假设,任何物质在燃烧时,都会释放出一种名叫燃素(Phlogiston)的成份。

人们应该很早就意识到氢气比空气轻了,因为就在拉瓦锡把它命名为氢的同一年,第一个载人氢气球就上天了。

在当时科研实力最发达的法国,热气球和氢气球平行发展着。众所周知,1783年6月,蒙哥尔费兄弟公开表演了自己发明的热气球。事实上,仅仅在两个月后,工程师雅克·查尔斯(Jacques Charles)和助手罗伯特兄弟实现了第一次无人的氢气球飞行。

查尔斯的团队用波义耳的方法制造氢气。他们耗费了250千克的硫酸和500千克的铁,生成的氢气被巧妙地填充进了一个直径3.7m的浸胶织物气球中。一切准备就绪后,气球于1783年8月26日晚秘密被送至战神广场。第二天,气球在包括本杰明·富兰克林在内的大批围观者的注视下起飞。气球飞行了大约45分钟后,落到了 21 千米外的一片田野里,尽管查尔斯他们事先准备了一队人马追踪气球的动向并进行保护,但还是太迟了——当地农民被吓了一跳,以为是恶魔现身,二话不说就操起农具将世界上第一个氢气球摧毁了。

世界上第一个氢气球就被当成恶魔被这么毁掉了

这次试飞的成功为查尔斯团队找到了赞助人,于是他们开始着手制造一个载人氢气球。恰巧1783年11 月,法国工程师苗纪提出“可操纵气球”的设计原理,解决了气球升天后如何操作的问题。查尔斯这次造的气球更大更完善,容积380立方米,通过气阀和压舱物控制高度,除了能载两位飞行员外还能搭载一套气象仪器。于是就在蒙哥尔费兄弟实现了首次载人热气球飞行的十天后,查尔斯和他的团队于12月1日进行了世界上第一次载人氢气球飞行。据《公民》报当时的报道,由于担心首飞出现问题,路易十六下召禁止查尔斯和罗伯特兄弟飞行,提议用两名罪犯顶替他们。对于此举,查尔斯非常不爽,拒绝了国王。试飞吸引了大约40万观众,巴黎城内万人空巷,本杰·明富兰克林也作为特别嘉宾坐到了上等席上。查尔斯还找到了蒙哥尔费,荣幸地邀请他先行放飞一个气球,测定气象条件。(非系留飞行)

1783年12月1日13:45分,查尔斯和助手路易·罗伯特(兄弟中的弟弟)成功起飞。第一次升空飞了大约2小时,高度550米,里程36千米。待到降落时已是黄昏,不过查尔斯可能是觉得没有过瘾,又立刻决定再次升空。这次气球升到了接近3000米的空中,查尔斯也成为了第一个在一天内看见两次日落的人类。

第一次载人氢气球飞行

查尔斯的氢气的飞行性能远好于蒙哥尔费的热气球,毕竟同体积纯氢气要比100摄氏度热空气所提供的浮力大4倍。不过热气球也的造价比氢气球便宜得多,此外法国人还发展了性能介于二者之间但更加危险的煤气球。

可能是不想再忍受高空严寒缺氧的环境,查尔斯觉得既然已功成名就,于是索性不再飞行了。他的助手罗伯特兄弟继续了他的飞行事业。1784年工兵中尉芒斯纳埃设计了一艘以三个人力螺旋桨为推动力的雪茄形“气球”,堪称飞艇的雏形。罗伯特兄弟参照芒斯纳埃(Meusnier)的思路自己也造了一艘飞艇。对于飞艇的操纵问题,兄弟两个理所当然的认为飞艇在天上飞与船在水里游并没有什么区别,于是设置了几对桨作为动力。罗伯特兄弟也没学到查尔斯气球的精髓——他们取消了释放氢气的阀门,于是当气球爬升到4500米时,由于高空气压变小,气球几乎被撑破,他们只好用小刀把气球捅了一个洞,放掉了一些氢气才回到安全的高度。事实证明,划桨推动飞艇前进简直是杯水车薪,罗伯特兄弟和其他“船员”幸苦地划了好几个小时,飞艇只歪歪扭扭的飞了几公里。

(在另外一次飞行中,罗伯特兄弟首次实现了单次飞行里程超过100公里)

与此同时,另一位法国飞行家兼工程师布朗夏尔(Jean-Pierre Blanchard)也开始制造氢气球,他参考风车的原理设计出简易的手摇螺旋桨,经历了两次实验之后,布朗夏尔于1785年和另外一名美国人轮流摇螺旋桨,成功飞跃了英吉利海峡。手摇螺旋桨的效率肯定不会很高,说他们是被风吹过英吉利海峡的反而更可信点。

1785年布朗夏尔飞跃英吉利海峡,代表着英法两国的友谊(雾)。布朗夏尔事实上是那个时代最成功的飞行家,他发明了没有木制框架的现代降落伞,甚至有据说他曾经有一次用自己的降落伞成功脱险。不过他最终还是死于空难了。他的妻子在他死后继续飞行事业,是位非常杰出的女飞行家。

1789年,法国大革命爆发,欧陆开始了长达20多年的血雨腥风。新技术与战争结合在一起,点燃了人们的想象力,气球迅速被应用于战争中。法国人率先组织了专门的气球部队用于侦察敌情,并于在1894年首次应用于实战。而在1812年,俄国人尝试用无人气球装载炸弹轰炸法军,不过没有成功。1818年,英国人查尔斯·洛吉尔设计了一艘战舰,该舰可以操控一只载有定时炸弹的气球,以空袭敌港,堪称最早的“航空母舰”。1849年,意大利独立战争期间,奥地利军队采纳了炮兵中尉乌查特斯的建议,施放了 200 只吊有 30 磅炸弹的纸质热气球,对被围攻的威尼斯进行了最早的空袭。战争的第三个维度被彻底打开,空中战争的序幕正式拉开了。

随着工业革命,蒸汽机的广泛使用,真正的动力飞艇孕育而生。这次拨得头筹的还是法国人,而不是发明蒸汽机的英国人。1852年,法国人法吉尔(H.Giffard)制造出世界上第一艘蒸汽动力的软式飞艇。这艘飞艇从巴黎马戏场起飞,用 3 小时左右飞了 28 千米,然后在特拉普斯着陆,实现了人类第一次有动力载人“可操纵飞行”。真正的飞艇问世了。

法吉尔的飞艇,此后约40年,各国发明家制造的飞艇基本都延续了这种结构。

不过法吉尔的飞艇动力还很弱,其22千瓦功率的蒸汽机带动的螺旋桨转速只有110 转/分,风一大就只好乱飘了。飞艇需要更轻,更强大的动力。紧接着第二次工业革命开始,内燃机、电动机纷纷被各国发明家装在飞艇上进行试验。1884年,法国陆军研制了由电动机驱动的“法兰西”号(La France)全向操纵型飞艇,这艘55米长的庞然大物在七次试飞中五次成功地返回起飞点,从而结束了人类飞行一直要受风摆布的历史,实用飞艇诞生了。

至此,飞艇已经看起来足够成熟了,貌似可以当作一种战争机器来使用了。但是,软式飞艇毕竟还是芒斯纳埃和法吉尔思路的延续——雪茄形的氢气球加动力装置。而且软式飞艇的缺陷也很明显,比如下降基本靠损失氢气;体积无法做大,因此载荷太小;结构靠内部的气体维持,抗打击能力很弱,一串枪弹打过去就会损失大量浮力等。

这样的飞艇显然是不可能像《红色警戒》里的基洛夫那样所向披靡的,善于制造战争机器的德国人意识到了这一点,也找到了最佳的解决方案,于是硬式飞艇,或者说,齐柏林飞艇诞生了。

法兰西号全向操纵飞艇
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