书城工业技术征服太空之路丛书:向太空进军
17310700000003

第3章 太空探索的新时期——航天时代(1)

人类经历了漫长的早期太空探索活动,随着科技的快速发展,人类迎来了太空探索活动的新时期,那就是太空探索的航天时代。这是人类太空探索的具有里程碑意义的时期,在这个时期,人类探索宇宙有了极大的进步,取得了前所未有的成绩,视野也开阔了许多,对宇宙有了新的认识,也形成了新的宇宙观,这无疑对进一步的宇宙探索活动有着莫大的裨益。

从滑翔机到“飞行者”1号

任何新事物的产生,都不是一帆风顺的,尤其是在科学发明的道路上,开创者必须付出更多艰辛努力,甚至是生命。飞机的研制和发展,就是这种情况。

自从蒙哥菲尔兄弟的热气球成功升空以后,氢气球和飞艇也都陆续升上了天空。一时间各种各样的气球和飞艇成了人们谈论的焦点和宠儿。然而,随着人们研究的深入和飞行事故的不断发生,航空先驱者们清楚地意识到:这些轻于空气的航空器无论是在安全性、操纵性还是发展前途上都存在着很大的局限性。它们的飞行速度低,不易操纵和控制,而且对载人来说也不安全。因此,人们的注意力逐渐转向了重于空气的航空器(飞机和滑翔机)的研究上。

太空探索的新时期——航天时代说到飞机和滑翔机就不得不提到两个天才的设计家:意大利的列奥纳多·达·芬奇和英国的乔治·凯利。达·芬奇是第一个运用科学知识对飞行问题进行研究的人,并曾设计出了降落伞和直升机的雏形。

乔治·凯利男爵(1773~1857)被公认为飞机的创始人,被后人誉为“航空之父”。他为制造重于空气的航空器创立了必要的飞行原理。而在这之前,航空被人们认为是一门“在公众眼中接近于荒谬可笑的科学”。乔治·凯利在23岁的时候,制造了一个直升机模型。大约在1801年,乔治·凯利研究了鸟飞翔时的推动力,并于1804年在旋转臂上试验了一架滑翔机模型。在随后的时间里,这位伟大的先驱者曾多次制造了改进型的滑翔机原型机。

飞机提供了许多启示在滑翔机研究方面最重要的先驱者是德国的工程师奥托·李林塔尔(1848~1896),他于1889年出版了一部航空经典著作:《作为航空基础的鸟类飞行》,仔细地分析了鸟翼的形状和结构,从中得出了许多重要的数据,并应用于人的飞行。更为可贵的是,李林塔尔在1891~1896年的6年时间里,亲自进行了2000多次滑翔飞行试验,积累了大量的经验和飞行数据。1896年8月9日,这位伟大的先驱所驾驶的滑翔机不幸从空中坠落下来。他的临终遗言是:“要想学会飞行,就要做出牺牲。”

经过无数先驱者的不懈努力,自由飞行的梦想离我们越来越近了。威尔伯·莱特(1867~1912)和奥维尔·菜特(1871~1948)兄弟俩是美国俄亥俄州一名牧师的儿子,他们从少年时代起就对飞行十分感兴趣。1895年他们开了一间自行车修理和制造作坊,并开始研究和制造飞机。莱特兄弟没有受过高等教育,但他们勤奋好学,十分重视理论和实践。为了弥补自身知识的不足,他们阅读了大量的空气动力学方面的文献。为了读李林塔尔的著作,他们还自学了德文。1899年,哥哥威尔伯·莱特向史密森学会借阅了大量的有关航空的书籍和文章,进行了系统的研究,兄弟俩在总结前人的经验和教训的基础上,开始了他们的滑翔飞行试验。

1900~1902年,莱特兄弟先后制造了3架滑翔机,进行了上千次飞行试验,每次都详细地记录了不同情况下的升力、阻力、速度等数据,并对操纵进行了反复的改进。1901年9月,莱特兄弟自己设计了一个小型风洞,用来精确测量气流吹到薄板上所产生的升力,并自己设计制造出了测量升力和阻力的仪器。

莱特兄弟在试验飞翔兄弟俩于1902年设计出了他们的第一架飞机。但在当时却没有哪一个公司愿意冒险制造航空发动机和螺旋桨,于是莱特兄弟只有自己动手了。他们首先设计出图纸,然后在自行车技师泰勒的帮助下,花了6个星期的时间制造出了一台12马力的活塞式发动机。这台发动机有4个汽缸,采用水冷方式,其总重(包括附件、水和燃料)约为91千克。至于螺旋桨,当时根本没有什么数据资料或是计算公式可以供莱特兄弟参考,他们完全是从头开始研究理论。经过艰苦的努力,终于制造出了一种效率比较高的螺旋桨。

经过几年的努力,莱特兄弟的第一架飞机——“飞行者1号”终于出现在人们的面前。1903年12月17日,在北卡罗来纳州的基蒂霍克海滩上,“飞行者1号”像一只白色的巨鸟昂然挺立,显得十分轻盈。它的机身骨架和机翼都是用又轻又牢的枞木和桉木制成的,螺旋桨也是枞木的,弯曲的机翼上蒙着薄薄的但十分结实的棉布。飞机的长度为6.5米,翼展12.3米,整架飞机的重量为280千克,飞机完全靠螺旋桨的推动力起飞。这天,“飞行者1号”总共进行了4次飞行,第一次试飞是由弟弟奥维尔·莱特驾驶的,飞机摇摇晃晃在空中飞行了12秒钟,在36米远的地方降落下来。而后来得到世界公认的第一次自由飞行则是由哥哥威尔伯·莱特驾驶的第四次飞行,飞机在空中用59秒的时间飞行了260米。

在莱特兄弟第一架飞机成功以后,迎接他们的不是鲜花和掌声,而是怀疑与挑剔。保守的学究们不相信“自行车工人”能造出飞机,在很长时间里,“第一架飞机制造者”的荣誉被不公平地安在史密森学会的主席兰利的头上。然而莱特兄弟仍然不断地探索和进取,并多次到世界各地作飞行表演,散播航空的种子。他们将自己的一生都献给了航空事业,终身没有结婚,后来人们将他们誉为“航空奠基者”。

知识点滑翔机的飞行方式

滑翔机是一种没有动力装置,重于空气的固定翼航空器。它可以由飞机拖曳起飞,也可用绞盘车或汽车牵引起飞,更初级的还可从高处的斜坡上下滑到空中。滑翔和翱翔是滑翔机的两种基本方式。在无风情况下,滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力,这种损失高度的无动力下滑飞行的方式就称为滑翔。在上升气流中,滑翔机可像鸟雀一样展翅平飞或升高,这种飞行方式就称为翱翔。

伟大的“空中冒险”——飞越英吉利海峡

莱特兄弟的成功轰动了世界。欧洲各国竞相邀请他们去做飞行表演,掀起了一股飞行的热潮。在各国工程师和飞行员的努力下,飞机的留空时间、飞行距离等纪录都不断地被刷新。一些具有远见卓识的人也指出,飞机是一种很有发展前途的交通工具。

许多因循守旧的人却坚决反对这种观点。有人冷嘲热讽,也有人肆意诅咒,企图把这个新生事物扼杀在摇篮里。在这种情况下,未来空中交通的大力支持者、英国《每日邮报》的创始人斯基利弗爵士,决定拿出1000英镑作为奖金,奖给第一个驾机横越英吉利海峡的人。

英吉利海峡位于英国和法国之间,最窄处只有32千米,最宽处也只是100多千米。今天,有不少人甚至能够游过去。但在飞机刚刚诞生的时代,狭窄的英吉利海峡却是飞机难以逾越的障碍。那时候,飞机发动机的性能不稳定,经常出现故障;飞机上没有最起码的导航装置,在大海上极易迷失方向,并容易受到强烈海风的影响。驾驶这样的飞机飞越英吉利海峡,无疑是一次“空中冒险”。

即使困难再多,还是有不少飞行家参加了这项活动。其中有一位法国飞行家,叫胡伯特·拉赛姆。拉赛姆是一位老练的飞行家,早在1904年,他就曾经乘汽艇从英国伦敦直飞法国巴黎。

1909年7月19日,拉赛姆驾驶单翼机“安托瓦内特”号,从法国的加莱海岸起飞了。可是,飞机还没飞出10千米远,就因发动机突然出现故障而一头栽了下来。好在离海岸不远,一艘法国救护船火速赶到失事现场。这时,“安托瓦内特”号正在缓缓下沉,满心沮丧的拉赛姆低着头坐在即将沉入海底的机身上。

可是,这次失败并没有使拉赛姆丧失信心。几天以后,他准备改用另一架单翼机继续飞行。但是天公不作美,大风骤起,海浪滔滔。拉赛姆只好将自己的飞行计划推迟,等待好天气的到来。

就在这时候,另一位法国飞行家路易·布莱里奥也赶到加莱海滨。为了抢在其他人的前面成功,布莱里奥明知天气不适宜飞行,仍然驾机飞上了天空。

布莱里奥驾驶的也是一架小型单翼机,发动机的功率是25马力。1909年7月25日4时35分,天刚蒙蒙亮,他驾机离开法国海岸,一直向西飞去。进入海峡以后,四周茫茫一片,根本看不见陆地。布莱里奥谨慎地把握着航向。20分钟以后,英国的海岸线终于遥遥在望了。

后来,布莱里奥这样描述当时的情形:

“现在我要全神贯注地把稳机舵了……我遇上了困难,情况有点不妙,高耸的悬崖之外,风力特别强劲,我的速度减弱了。然而我迎着强风,冲了过去!……我看到崖上有一片旷地,就扭动舦盘,在空中转了个半圈,然后飞进旷地上空。我终于重新着陆了!”

英吉利海峡就这样再一次被人类征服了,勇敢机智的布莱里奥获得了1000英镑奖金。人们为了纪念这次飞行,在他驾机降落的英国多佛尔海岸,建立了一块石碑,石碑上镌刻着布莱里奥座机的形象。同时,人们也没有忘记虽多次受挫、却从不气馁的拉赛姆,在离这块石碑不远的地方,为他立起一尊石雕像,上面写道:

“人们不会忘记他在英吉利海峡上的勇敢飞行。

”征服“不可横越”的大西洋

飞越英吉利海峡,只是越海飞行的一个开端。紧接着,不知疲倦的飞行家们向自己提出了一个新的目标:跨越大西洋!

浩瀚的大西洋到第一次世界大战前夕,飞机的导航仪器、高度和速度指示器已相继被发明和应用,发动机的性能、飞行速度、续航能力等都有了一定提高。然而,要想横越宽达数千千米的大西洋,仍然需要高超的飞行技术,更需要敢于冒险的勇气和不怕牺牲的精神。

两名英国飞行家首先向大西洋发起挑战,他们是哈里·霍克和麦克肯西·吉里夫。1919年,他们驾驶飞机从大西洋西岸出发向东飞行,但起飞后没多久,飞机就出现故障,开始向着海面坠落。眼看他俩难逃葬身鱼腹的厄运了,霍克突然发现,附近海面上有一艘正向欧洲航行的丹麦小船。两位飞行家施展平生本领,好不容易才使飞机平坠在这条小船附近,落水后,很快被船上的人搭救起来,终于死里逃生。

不久以后,两位飞行家安全到达伦敦。这时候,由于长久得不到消息,大家都认为他们已经“牺牲”了,现在二人意外归来,消息眨眼间传遍了英国。虽然他们的航行失败了,但为了表彰他们的勇敢精神,人们仍然为他俩举行了一个盛大的欢迎会。

这以后不久,美国海军组织了一次横越大西洋的飞行。为了安全,美国人使用了4架“克蒂斯”型水上飞机,如果发生意外,它可以在海面降落。结果有一架水上飞机横越了大西洋。可是人们认为,这架飞机在飞行途中曾多次在水上降落,不能作为飞行纪录。

“真正的征服”是由两名英国飞行家完成的,他们是约翰·阿尔科克和亚瑟·韦顿-布朗。第一次世界大战期间,为了打败同盟国,他们都曾在“皇家飞行队”工作过。1919年6月14日,阿尔科克和布朗驾驶着一架经过改装的“维米”型轰炸机,从北美洲东部的纽芬兰岛起飞,向大洋东岸的爱尔兰岛前进。

征途中真可以说是充满艰难险阻。起飞后不久,一部发动机的废气喉脱掉了,霎时间浓烟滚滚,使他们看不清前方的景物,而发动机发出隆隆的声响,又使人烦躁不已。“老天”似乎也和他们作对,刚才还是晴空万里,碧海平波,突然间天昏地暗,乌云滚滚,风雨交加。气候真是恶劣到了极点;再加上浓雾迷漫,仿佛把整个世界都遮盖起来了,使人难辨方向;接着又大雨倾盆,把两位飞行家淋得浑身湿透……两位飞行家并没有认输,他们齐心合力,同大自然英勇搏斗,不顾一切地飞向前方!

今日爱尔兰忽然,迎面吹来的飓风迫使飞机直向海面坠去,两部发动机也同时停止了。在这紧急关头,阿尔科克临危不乱,很快就找到了解决的方法,使发动机在飞机急速坠落的同时重新发动了起来。这时候,飞机距离海面只有20多米了,阿尔科克拼命操纵平行杆,终于使飞机在离水面只有几米的地方重新进入水平飞行的状态。飞机脱险了!两位飞行家互相望了望,又望了望几乎溅到机身上的浪花,发出了会心的微笑。