书城工业技术征服太空之路丛书:向太空进军
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第2章 早期的人类太空探索(2)

虽然经历了一次次的灾难,但飞行家们在挫折中奋起,他们认真总结历次失败的经验教训,努力利用现代科学技术,改进气球的设计和设施。例如,气球设计师为“双鹰2号”穿上了“白衣黑裙”,也就是说,把气球的上半部分涂成银白色,下半部分涂成黑色。这样,当白天烈日当空时,银白色的球顶把太阳的大部分热量反射出去,可以防止气球升得过高而发生危险。夜晚气温降低,由于海水的温度要比气温高一些,“黑裙子”可以尽量多吸收海面辐射的热量,防止气球因体积收缩而下降过多。为了防止落海后发生危险,他们把吊舱制成了船身形状。另外,他们听取了气象学家的劝告,选择了对飞行有利的气候条件,如风向好,气流稳定等。他们还在吊舱里装备了一台无线电信标机,不断通过人造卫星和美国空间飞行中心保持联系,以便双方及时了解有关情况。

尽管“双鹰2号”有现代科技“护航”,飞行中仍然充满了危险。大西洋上空的气候多变,时而上升的气流把气球带上几千米甚至上万米的高空,那里空气稀薄,氧气极缺,气温很低,叫人难以忍受;时而下降的气流又把气球压向海面,随时有坠落海中葬身鱼腹的可能。如果遇到狂风暴雨就更麻烦了,气球只能像一叶扁舟一样,孤独无援地在惊涛骇浪中和大自然搏斗。

勇敢机智的飞行探险家们,事先对各种困难作出周密的考虑,安排得十分详尽。他们3人在飞行中轮流值班,分工合作,配合得非常默契。他们随时注意气候变化和气球的情况,如果飞得太高,就放开阀门,放掉一部分氦气,减小浮力;如果下降得厉害,就抛掉一些压舱的砂囊或铅块,减轻重量。就这样,他们整整和大自然搏斗了6天6夜,终于在8月17日傍晚,降落在法国巴黎西北约100千米的一个小镇旁。这是一次不寻常的飞行,时间长达137小时,航程5000多千米,一举创造了载人气球飞行距离最远和留空时间最长两项世界纪录,飞行探险家们追求了一个多世纪的理想终于实现了!为了表彰他们的杰出贡献,法国政府向他们颁发了金质奖章。

知识点氢气球的类别和应用

轻质袋状或囊状物体充满氢气,靠氢气的浮力可以向上漂浮的物体就叫氢气球。氢气球一般可分为橡胶氢气球、塑料膜氢气球和布料涂层氢气球几种。较小的氢气球,多用于儿童玩具或喜庆时节放飞用;较大的氢气球用于飘浮广告条幅,也叫空飘氢气球。气象上用氢气球探测高空,军事上用氢气球架设通信天线或发放传单。

飞艇的发展历程和环球飞行

飞艇是由气球演变而来的,它的历史比飞机早半个世纪。

在1783年发明了气球之后,人们马上就想方设法改进和驾驶气球。

1784年,法国罗伯特兄弟制造了一艘人力飞艇,长15.6米,最大直径9.6米,充满氢气后可产生1000多千克的升力。罗伯特兄弟认为,飞艇在空中飞行和鱼在水中游动差不多,因此把它制成鱼形,艇上装上了桨。

1784年7月6日进行试飞,当气囊充满氢气后,飞艇冉冉上升,随着高度的增加,大气压逐渐降低,囊内氢气膨胀,气囊越胀越大,眼看就要胀破。这可把罗伯特兄弟吓坏了,他们赶紧用小刀把气囊刺了一个小孔,才使飞艇安全降到了地面。

飞艇上管理员的宿舍这次试验启示人们,应当在气囊上留一个放气阀门。2个月后,兄弟俩又对飞艇进行了改装,作了第二次飞行。这次飞行由7个人划桨作动力,飞行了7个小时,但只飞了几千米。虽然飞行速度很慢,但它毕竟是人类第一艘有动力的飞艇。

1872年,法国人特·罗姆制成了一艘用螺旋桨代替划桨的人力飞艇。飞艇长36米,最大直径15米。加上吊舱,高达29米,可载额为8人。螺旋桨直径9米,几个人轮流转动螺旋桨,使其产生拉力,牵引飞艇前进,速度达每小时10千米,比划桨的飞艇快多了。不久之后,另一个法国人卡奴·米亚从自行车受到启发,设计了一种脚踏式螺旋桨飞艇。这种单人飞艇在无风时可以短时间飞行,速度可达每小时16千米,比起手转螺旋桨飞艇又快了许多。但这时飞艇飞行中有一个难题还没解决,就是飞艇一升高,就要通过阀门放气,以防止气囊膨胀爆裂,但气放掉之后,就再也无法升高了。

为解决这一问题,法国的查理教授和罗伯特兄弟于1874年制成了一种装有空气房的气球。它的形状像纺锤,与现代飞艇很相似。这种气球,外面是一个大的丝质胶囊,里面有一个小气囊,小气囊上面有一个气体阀门。外囊充氢气,使气球产生浮力升到空中,内囊用来充空气。这个小气囊就叫“空气房”。气球在升空之前,先将“空气房”充进空气。当气球升到一定高度后,就将“空气房”打开,放出一部分空气。这样,外囊膨胀后,“空气房”就因受挤压而缩小,使外囊膨胀的压力有所减小,以保证气囊不致胀破。这一发明,解决了气球升空的一大难题,是飞艇发展史上的又一重大突破。此后,“空气房”很快便在所有飞艇上使用了,并一直沿用至今。

“齐柏林伯爵”号飞艇18世纪60年代,蒸汽机、内燃机、电动机相继发明,为飞艇动力的改进创造了条件。1851年,一台重160千克,功率为2.2千瓦的蒸汽机制造成功,并很快被应用于飞艇上。1852年,法国的齐菲尔德制造了一艘椭圆形的飞艇,长44米,最大直径13米,总升力达2000千克多。飞艇上安装了螺旋桨,并用这台蒸汽机作动力。9月24日,这艘以蒸汽机作动力的飞艇在巴黎郊区试飞。那天,天气晴朗,风和日丽。飞艇升空后,蒸汽机以每分钟110转的速度,带动直径3米多的三叶螺旋桨旋转,前进速度达到每小时9.4千米。但由于没有考虑操纵问题,飞艇起飞后不能返回起飞地点着陆。

1884年,法国的军官路纳德和克里布又制造了一艘“法兰西”号飞艇,长51米,前部最大直径8.4米,用蓄电池供电的电动机作动力。8月9日凌晨4点,在法国科学院观察员的陪同下解缆试航。飞艇先向南飞行,然后向凡尔赛宫飞去,在离出发点4千米处返航。在高度300米处打开放气阀门排氢降落,在降落中多次前后转动,以对准着陆点。飞艇到达80米高度时,丢下缆绳由地面拉降固定。试飞历时25分钟,飞行速度最高达每小时24千米。这是人类第一艘能操纵的飞艇。

在飞艇发展史上,德国的退役将军菲迪南德·格拉夫·齐柏林是一个重要人物,他是硬式飞艇的发明者,被后人称为“飞艇之父”。

1900年,齐柏林制造了第一架硬式飞艇。它的最大特点是有一个硬的骨架,骨架是由一根腹部纵向大梁和24根长桁及16个框架构成,并使用了大量纵向和横向拉线,以增强结构强度。艇体构架外面蒙上防水布制成的蒙皮。艇体内有17个气囊,总容积达到1.2万立方米,总浮力达13000千克,是当时软式飞艇的5~6倍。由于多气囊还能起到类似船上隔水舱的作用,所以大大提高了飞行的安全度。

飞艇落地时,需要大量的人力来拉才行1908年,齐柏林又用自己的全部财产设计制造了当时世界上最大的一艘飞艇——“Lz-4”号。齐柏林对这艘飞艇的性能非常满意,他曾亲自驾驶这艘飞艇作了一次远航试验。飞艇从德国起飞,飞过阿尔卑斯山,到达瑞士后返航。这一成就引起了德国政府的重视,他们宣布,如果飞艇续航时间能超过24小时,政府就购买它,并愿意支付发展硬式飞艇所用的全部研制费用。这年8月4日,是“Lz-4”号飞艇正式接受检验的日子。政府官员和许多观众都来到了现场。齐柏林亲自驾驶飞艇升空。开始一切都很顺利,可是几小时后,发动机就出了毛病,飞艇只好迫降地面,进行维修,准备再次升空。谁知祸不单行,偏偏在这个时候又起了一阵狂风,将飞艇的锚绳吹断。飞艇朝一片树丛撞去,当场毁坏了。德国政府由于怀疑飞艇的作用而放弃了购买,齐柏林也变得一贫如洗。正当齐柏林走投无路时,一位法兰克福时代报的记者富果·艾肯纳博士伸出热情的双手帮助了他。艾肯纳将飞艇的现场客观地作了报道,又把齐柏林为发展飞艇而奋斗的事迹做了一番宣扬。全德国的报纸都转载了艾肯纳的文章。

当更多的人了解到齐柏林的事迹时,许多人被深深打动了,迅即,在德国人民中,发起了一场捐款活动,在很短时间内就筹集了600万马克,足够齐柏林再造一艘新飞艇了。

齐柏林总结了过去失败的教训,重新设计制造了“Lz-5”号、“Lz-6”号飞艇,经过试飞都获得了成功,在空中停留的时间都超过了24小时。后来他又制造了3架飞艇,性能都不错,完全可以进行空中运输。在这种情况下,齐柏林与艾肯纳决定成立一家航空公司,起名叫德拉格公司。这是世界上第一家航空公司。

1910年6月22日,第一艘飞艇正式从德国法兰克福飞往杜赛尔,建立了第一条定期空中航线,担任首航运输任务的就是“Lz-7”号飞艇,它一次可载24名旅客,有12名乘务员,飞行速度为每小时69~77千米。

飞艇齐柏林逝世后,他的继承人艾肯纳博士提出了一个大胆的计划:建造一艘环球飞艇,开辟洲际长途客运。艾肯纳设计的环球飞艇确实很大,这艘飞艇长达237米,最大直径30.5米,可充10.47万立方米的氢气,本身重量为11.8万千克,载重5.3万千克,用5台柴油发动机作动力,最大速度每小时193千米,于1927年7月建成。为纪念齐柏林,这艘飞艇被命名为“格拉夫·齐柏林”号,由他的女儿主持了建成典礼。

1929年8月8日,“格拉夫·齐柏林”号飞艇开始了一次伟大的环球飞行,从美国的新泽西州出发,经过德国、苏联、中国、日本,于8月26日回到洛杉矶市。整个航程历时21天7小时34分。齐柏林号飞艇环球飞行的成功大大促进了飞艇的发展。

20世纪30年代建造飞艇的技术已达到相当成熟的程度,特别是进入全盛时期,甚至用两个星期就可造出一艘。看到了航空时代的巨大前景,各个国家都把它当成一种有力的空中武器和交通工具。据统计,在20世纪20~30年代,美国建造了86艘,英国建造了72艘,德国建造了188艘,法国建造了100艘,意大利建造了38艘,苏联建造了24艘,日本也建造了12艘。这是飞艇的鼎盛时期,所以人们把这期间称作飞艇的“黄金时代”。

可是,好景不长。充氢飞艇多次出现了着火爆炸事故。充氦飞艇虽然比较安全,但由于体积庞大,臃肿笨重,结构不够坚固,一再出现被飓风吹折尾翼而坠落海中的事故。世界上著名的大型飞艇“阿可龙”号和“麦康”号等连遭厄运,迫使各国停止生产和使用大型飞艇。一度活跃的“空中巨鸟”从此销声匿迹。20世纪30年代以后,世界上几乎只有美国的一种小型软式飞艇“欧洲”号幸存,它装着上千只彩色灯泡,在城市夜空徘徊,做广告用,但如今已经是形单影只,处境凄凉了。

知识点飞艇的组成和各自的功用

飞艇主要由艇体、动力装置、尾翼和吊舱组成。艇体的气囊内充有比空气轻的氢气或者氦气,利用它们受到空气的浮力,飞艇才能浮在空中。动力装置用来推进飞艇。尾翼用来起稳定、控制作用和改变飞行方向。吊舱用来载人和货物。