飛艇的華麗復(fù)活

李雯婷

熱氣球或是飛艇始祖

現(xiàn)在人們回憶航空器的誕生，都愿意從1903年萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)時(shí)開(kāi)始。然而人類最早的飛行器，卻出現(xiàn)在飛機(jī)發(fā)明的120年前，它就是我們熟知的熱氣球。

蒙哥爾費(fèi)兄弟是熱氣球的發(fā)明人。他們兄弟倆原本是法國(guó)里昂附近勤勤懇懇的造紙工，有一天，他們?cè)跓饡r(shí)看到紙屑隨熱氣上升的現(xiàn)象，不約而同產(chǎn)生了利用熱空氣制造飛行物的念頭。于是，他們利用這個(gè)原理發(fā)明了熱氣球。

1783年6月4日，蒙哥爾費(fèi)兄弟在法國(guó)里昂郊區(qū)舉行了一場(chǎng)熱氣球升空表演，一個(gè)巨大的模擬熱氣球被成功放飛。此后，他們又將一些小動(dòng)物，如雞、鴨子和山羊等，裝進(jìn)吊籃隨之升到空中。同年11月21日，蒙哥爾費(fèi)兄弟在法國(guó)巴黎進(jìn)行了人類歷史上第一次氣球載人自由飛行。熱氣球搭載著兩名法國(guó)人緩緩升空，上升到大約1千米的高度后，開(kāi)始飄然飛行。飛行了25分鐘后，在云霄間穿梭了10多千米的熱氣球安全降落。這一天可以說(shuō)是人類飛行的誕生之日。

熱氣球是利用熱空氣或某種密度比空氣小的氣體（如氫氣或氦氣）作為浮升氣體。飛行員通過(guò)對(duì)熱氣球球囊進(jìn)行加熱或冷卻，來(lái)控制氣球飛行高度。然而，水平運(yùn)動(dòng)則完全受風(fēng)向的擺布，不能靠自身推力前進(jìn)。雖然，這種熱氣球在大風(fēng)天不能出行，但在當(dāng)時(shí)確實(shí)是一種相當(dāng)令人滿意的空中交通工具。

在熱氣球成功升空之后，人們開(kāi)始嘗試為氣球安裝動(dòng)力，使飛行員能夠操控氣球在空中作機(jī)動(dòng)飛行。19世紀(jì)時(shí)，盡管人們?cè)跉W洲戰(zhàn)場(chǎng)上大量使用氣球執(zhí)行偵察任務(wù)，但是氣球畢竟還是一種比較原始、笨拙的裝置，操控起來(lái)十分不便。為了克服這些困難，19世紀(jì)的飛行科學(xué)家們作了諸多探索和努力。其中，改變氣球形狀是重中之重?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，球形的氣球在高空存在非常嚴(yán)重的缺陷——這種形狀在空氣中的阻力非常大。球形的充氣氣囊最終被發(fā)展成長(zhǎng)形的充氣氣囊，飛艇由此而初具雛形?？梢哉f(shuō)，正是基于那個(gè)時(shí)代的需求，誕生了空中稱霸一時(shí)的飛艇。不少形狀各異的飛艇模型相繼誕生。

飛艇問(wèn)世

19世紀(jì)60年代，歐洲工業(yè)革命基本結(jié)束。隨著蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置相繼問(wèn)世，飛艇動(dòng)力的來(lái)源和發(fā)展具備了有利條件。于是，人們?nèi)嬲归_(kāi)了對(duì)能飛的氣球——飛艇的研究。

1852年，法國(guó)工程師亨利·吉法德建造了人類史上第一艘蒸汽機(jī)動(dòng)力飛艇。它長(zhǎng)44米，橢圓形的充氣氣囊充滿了氫氣。飛艇上安裝了螺旋槳，以一個(gè)重160千克，功率2.2千瓦的蒸汽機(jī)作為動(dòng)力。蒸汽機(jī)以每分鐘110轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速推動(dòng)飛艇前進(jìn)，速度可達(dá)9千米/時(shí)。盡管該蒸汽機(jī)動(dòng)力飛艇試飛成功，但由于蒸汽機(jī)設(shè)備不先進(jìn)、動(dòng)力性能差、缺乏操縱桿等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致飛行員在空中不能進(jìn)行有效的操縱，飛艇無(wú)法返航，更不用說(shuō)返回起點(diǎn)準(zhǔn)確著陸了。

直到1884年，兩名法國(guó)軍事工程師以蓄電池供電的電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，成功制造了世界上第一艘能夠操縱的軟式飛艇——“法蘭西號(hào)”?！胺ㄌm西號(hào)”身長(zhǎng)51米，擁有動(dòng)力裝置。同年8月9日，他們駕駛著自己設(shè)計(jì)制造的飛艇從法國(guó)巴黎近郊升空，在不到25分鐘的時(shí)間里成功返航，并在下降時(shí)對(duì)準(zhǔn)了著陸點(diǎn)。至此，能夠投入使用的飛艇正式出現(xiàn)。

此后，1900年德國(guó)人菲迪南德·格拉夫·齊柏林發(fā)明了人類歷史上第一艘硬式飛艇。所謂硬式飛艇，就是帶有堅(jiān)硬金屬框架的飛艇。硬式飛艇由一根腹部縱向大梁和幾十根“骨架”構(gòu)成，還使用了大量縱向和橫向拉線，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。艇體構(gòu)架外面蒙上防水布制成的蒙皮，飛艇面貌煥然一新。齊柏林飛艇有垂直尾翼和方向舵，靠汽油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，動(dòng)力性能得到前所未有的提高。種種引人注目的獨(dú)特設(shè)計(jì)和超強(qiáng)性能開(kāi)啟了飛艇的新篇章，從此硬式飛艇正式成為廣袤天空的統(tǒng)治者。20世紀(jì)初期，齊柏林飛艇相繼飛行了幾百個(gè)“航班”，運(yùn)送了幾萬(wàn)名“乘客”，其中還包括橫跨大西洋的越洋航線，飛艇發(fā)展進(jìn)入了黃金時(shí)代。

可是，好景不長(zhǎng)。1937年5月6日，世界各地的人們通過(guò)電視屏幕看到了一條令他們?nèi)f分震驚的消息： 曾在天空翱翔的德國(guó)齊柏林飛艇之一 “興登堡號(hào)”在著陸時(shí)僅34秒就被燒毀。那是一次從法蘭克福飛往美國(guó)新澤西州的例行載客飛行。飛艇準(zhǔn)備著陸時(shí)，機(jī)身急劇下降，在離地面90多米的空中起火，艇體內(nèi)的氫氣和易燃的蒙皮導(dǎo)致大火迅速蔓延。最后，這個(gè)龐然大物被焚毀成一堆灰燼。飛艇全體乘客及艇員總共97人，事故造成36名人員死亡，其中包括13位乘客，22名飛艇工作人員以及1名地面工作人員。很多幸存者當(dāng)時(shí)及時(shí)跳出了飛艇窗戶，拼命開(kāi)跑。雖然在這次空難事件中，幸存者遠(yuǎn)多于遇難者，但是飛艇安全性差的印象漸漸進(jìn)入公眾記憶，揮之不去。

后來(lái)飛艇又先后發(fā)生了若干次艇毀人亡的災(zāi)難性事件。與此同時(shí)，飛機(jī)的誕生開(kāi)始威脅飛艇的生存空間。飛機(jī)性能的不斷提高，在速度、安全性和靈活性上都遠(yuǎn)勝過(guò)飛艇。特別是1937年的“興登堡號(hào)”飛艇墜毀事件后，人們對(duì)飛艇極度失望，飛艇的發(fā)展陷入了停滯階段，飛艇也很快被飛機(jī)取代?？梢哉f(shuō)，自此載客飛艇退出了歷史舞臺(tái)。如今，高科技不斷涌現(xiàn)，“老掉牙”的飛艇還會(huì)華麗復(fù)出嗎？

回歸之路

飛艇依照阿基米德浮力定律升空。早期飛艇的氣囊里充滿了氫氣。由于氫氣的密度比空氣密度小得多，所以飛艇能夠很快升空?？墒菤錃庖彩秋w艇致命的缺點(diǎn)。因?yàn)闅錃庖兹迹坏┯錾匣鸹ɑ蛘咂渌毫鸦蚺鲎?，就?huì)著火爆炸（尤其是飛在云端之下時(shí)）。當(dāng)人們意識(shí)到氫氣的危險(xiǎn)性后，就轉(zhuǎn)而給現(xiàn)代飛艇填充能夠替代氫氣的氦氣。氦氣密度比氫氣密度略大，所以上升力不及氫氣，但氦氣不易燃的特性，使得現(xiàn)代飛艇的安全性得到了大幅提高。

隨著航天技術(shù)的進(jìn)步和新材料的應(yīng)用，飛艇在軍事上的潛力又被重新挖掘出來(lái)了。在近年來(lái)的巴以沖突中，以色列的坦克部隊(duì)上空經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)奇特的景象：曾經(jīng)的空中巨無(wú)霸——飛艇，始終游蕩在坦克上空。坦克和飛艇這一對(duì)組合在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)代，帶來(lái)了奇特的效果。坦克火力強(qiáng)，但視界和視距較小。而飛艇卻“站得高，看得遠(yuǎn)”，可以在萬(wàn)米高空懸?；驒C(jī)動(dòng)，并能裝載多種大型電子設(shè)備。飛艇可以憑借自己出色的偵察能力，對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行成效卓著的空中偵察，為坦克及時(shí)鎖定和打擊目標(biāo)提供支持。

現(xiàn)代軍用飛艇除了適合在缺少基礎(chǔ)設(shè)施的偏遠(yuǎn)區(qū)域執(zhí)行軍事任務(wù)外，還可以提供一種廉價(jià)、靈活的方式用于救援和大宗貨物運(yùn)輸。比如，現(xiàn)代飛艇制造商將市場(chǎng)瞄準(zhǔn)商業(yè)性質(zhì)的石油勘探、采礦活動(dòng)和煤氣產(chǎn)業(yè)，幫助那些在偏遠(yuǎn)地帶開(kāi)展大型工程的機(jī)構(gòu)或政府。同時(shí)，如果是運(yùn)送具有高價(jià)值的石油、礦物等貨物，那么使用現(xiàn)代飛艇帶來(lái)的收入可以大大超過(guò)其成本。它甚至還可以飛到北極圈，為科考隊(duì)帶去食物補(bǔ)給、設(shè)備及人員，并為科學(xué)研究提供寶貴的數(shù)據(jù)。

在過(guò)去的十多二十年中，許多公司致力于研發(fā)新型飛艇，希望在這一新興市場(chǎng)有所作為。世界頭號(hào)軍工企業(yè)，最大的航空航天公司——洛克希德·馬丁公司近日在巴黎航展上公布了他們的新型混合式重型運(yùn)輸飛艇計(jì)劃。它充注傳統(tǒng)氦氣，并配備了飛機(jī)般的翅膀，為飛艇提供額外的上升力。它80%的上升力來(lái)自飛艇內(nèi)部所充注的氦氣，其余20%的上升力與堅(jiān)硬的外殼所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)有關(guān)。它的最大巡航速度為111千米/時(shí)；與直升機(jī)相比，運(yùn)輸同樣重量的貨物，其消耗的燃油僅相當(dāng)于重型直升機(jī)的1/10。它的有效航程也比直升機(jī)遠(yuǎn)得多，達(dá)到了2600千米。工程師們還研發(fā)出了一種氣墊著陸系統(tǒng)，可以在任何條件苛刻的地表——包括冰雪覆蓋之地、沙漠、草地，甚至水面——起飛或著陸，只要地表有一塊足球場(chǎng)大小的平坦之處即可。目前，該公司面臨的最重要問(wèn)題是成本問(wèn)題。他們正在努力建立一個(gè)平臺(tái)，以滿足不同客戶對(duì)于成本和運(yùn)輸?shù)男枨蟆?/p>

早期飛艇起飛之后是怎么落下去的呢？人們一般通過(guò)放氣、加水、加壓注入空氣等動(dòng)力降壓的方式來(lái)解決普通小型飛艇的升降問(wèn)題。近日，德國(guó)H-Aero公司提供一種全新的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)方法，這種運(yùn)輸方式的成本比飛機(jī)便宜，速度比輪船快。關(guān)鍵技術(shù)的突破源于當(dāng)時(shí)該公司的創(chuàng)始人想出了一種方法來(lái)壓縮氦氣，以便控制飛艇的重量。此項(xiàng)技術(shù)類似于潛艇對(duì)深度的控制。

英國(guó)混合航空飛行器公司在英國(guó)卡丁頓機(jī)場(chǎng)向媒體展出了自己的“混合動(dòng)力飛艇”—— “天空登陸者10號(hào)”超長(zhǎng)飛艇。與洛克希德·馬丁公司生產(chǎn)的混合飛艇類似，“天空登陸者10號(hào)”充滿了氦氣，也同樣采用浮升一體的設(shè)計(jì)原理。它引人關(guān)注的地方不在于性能，而在于其怪異的外形：它就像連體嬰兒，由“兩瓣”飛艇組成。據(jù)悉，這種外形設(shè)計(jì)可將上升力提升40%，并且最久可在空中停留兩周。

飛艇作為一種古老的飛行器，特別是可長(zhǎng)時(shí)間懸停在空中的飛行器，還是具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。飛艇與其他飛行器相比，其最大的優(yōu)勢(shì)是可以相對(duì)穩(wěn)定地定點(diǎn)駐空以及長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航。尤其是平流層飛艇，可以利用穩(wěn)定的太陽(yáng)能資源及平穩(wěn)的大氣環(huán)境在平流層長(zhǎng)期駐空。目前的飛艇熱始于上世紀(jì)末平流層飛艇設(shè)想的提出，在對(duì)地觀測(cè)及通信中繼等特殊應(yīng)用領(lǐng)域，飛艇比衛(wèi)星與其他航空器具有更大的優(yōu)勢(shì)。