书城科普读物太空漫步
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第64章 第一次北极探险飞行

瑞典人奥古斯特·安德烈一生以事业为重,从未结过婚。1875年他在斯德哥尔摩皇家理工学院毕业后,第二年到美国费城参观了为庆祝美国独立100周年而举行的科技展览会,对气球飞行产生了兴趣,逐渐萌生了去北极探险的愿望。回到祖国后,他在一家公司任机械工程师,业余时间便全身心地研究气球飞行。他与一位挪威人合作,在1892年进行了第一次气球飞行。之后,在新闻界和社会各界的鼓励下。瑞典一家报纸又在经济上予以资助,他终于制造出了自己的气球,取名“斯薇”。安德烈经常驾着“斯薇”去旅行,曾经飞到芬兰北部。1895年,身为瑞典专利局首席工程师的安德烈,郑重地向瑞典科学院提出了使用气球去北极探险的飞行计划。

当时的欧洲人普遍认为,去斯堪的纳维亚以北的地方,那是不可想象的事情,无异于自寻绝路。为了研究这一行动的可能性,瑞典科学院先后召开了好几次论证会和答辩会。最后总算批准了这一计划,并拨给了经费。瑞典国王奥斯卡得知这一情况后,也表示热烈支持。

出发前。安德烈做了认真而细致的准备。他选择了两名志愿探险队员,一位是24岁的职业摄影师斯芬伯格,另一位是26岁的业余气球飞行员和登山运动员弗兰克尔。

1897年5月18日这一天,安德烈他们三个人乘船首先到达距离北极点约1200千米的斯匹次卑尔根群岛,在那里建立了一个没有房顶的气球房,等待着老天爷刮来南风。这一等就是一个多月。

安德烈为此行而设计和制作的探险气球,从顶至底高约30米,用丝绸密缝而成,内外都涂满涂料,以防漏气。吊篮用柳条编成,内放三个人的床位,周围有护板可挡风雨。在气球与吊篮之间安放着救生设备,包括三辆雪橇、一艘油布船,还有帐篷、粮食等,估计足供三个人两年之需。为了更可靠地操纵气球,安德烈在气囊与吊篮之间架设了一根横的帆桁,上挂三张风帆,借助风力可以变换航向。他还准备了三条大麻绳,每条长近3000米,它可以拖在冰面上,以增加气球飞行时的横向阻力。酒精炉挂在吊篮下,既能热饭,又不至于把氢气点燃。

7月11日这一天。安德烈他们三人的北极探险行动正式开始了。高耸庞大的气球从开顶的气球房里冒了出来,安德烈他们三个人站在大气球下边悬挂着的吊篮里边,向周围前来欢送和围观的人们不停地挥手。气球越飞越高,越飞越远,渐渐地离开了人们的视线。

一年过去了,十年过去了,二十年、三十年也都过去了,人们始终没有得到安德烈他们三个人的任何消息。

33年后,一艘挪威捕海豹船在冰雪中偶然发现了安德烈他们当年最后宿营的帐篷,从找到的日记中,人们才知道了他们这次探险的过程和结局。

原来,安德烈他们乘坐的气球升起来后不久,就开始缓缓下降,不知是下降气流的影响,还是那三根长绳把气球拖住了,吊篮像蜻蜓点水一般在冰面上颠簸前进。后来,气球上升到约500米的高度,但那三条大绳却自行旋松接头,掉了下去。这样,气球在空中只能全靠风力吹送,起初向北,继而向西,直奔格陵兰岛,然后又向东北飞去。由于雾气和结冰的影响,气球有时落到冰面上;有时云雾较小,气球又上升一点。更为严重的是气球不断漏气,到了7月14日早上,即使抛掉了所有能够丢掉的物资,气球仍然在冰上落了下来,瘫成了一张皮。他们只飞行了三天,探险便告结束。

气球落地后,他们利用雪橇一步一步地朝南走,好不容易坚持到1月17日,斯芬伯格因衰竭而死亡,尚余游丝之气的另外两个人就地将他埋葬了。几天之后,弗兰克尔爬进睡袋后再也没有出来。百折不挠的安德烈继续向前走,最后身靠一座岩石而亡。他们在冰雪中大约走了320千米的路程。

根据他们留下的日记推断,他们三个人曾飞到北纬82度55分左右的地方,这里离北级约600千米,离他们的出发地已有约550千米之遥。在当时条件下,即使知道他们身在何处,也无力展开救援行动。

这次北极探险飞行虽然失败了,却为后人提供了宝贵的经验。他们勇于探索的精神,也在人类航空史上留下了光辉的一页。

空气动力学之父

乔治·凯利乔治·凯利于1773年12月27日出生在英国的斯卡波诺城。小时候,父亲给凯利请来一位家庭教师,就是当时著名的数学家乔治·瓦克,凯利从他那里学到了很多自然科学方面的知识。瓦克非常欣赏聪敏好学的凯利,后来还把自己的女儿莎娜许配给了他。

凯利10岁那年,听说法国人完成了第一次载人气球飞行,开始对航空产生了兴趣和向往。1792年,他使用竹蜻蜓这种中国玩具做了一连串试验,还自己动手用铁皮制作了一个“中国陀螺”,用力抽绳子使它快速盘旋上升,竟能到达27米的高处。1804年,他写出了自己的第一篇有关人类飞行原理的论文。同年,凯利做了一只外形颇像大鸟的风筝,他在这只风筝下面装了一个吊舱,让人坐在吊舱里,然后赶着马车拉着这只风筝向前跑,结果风筝离开地面飞了好长一段距离。

1809年,凯利在《尼古逊自然哲学杂志》上发表了题为《论空中航行》的论文,很快就引起轰动,在西方世界被整整翻印转载了100年。在这篇论文中,凯利认为,人类多年来希望模仿鸟类振翼而飞的老观念必须抛弃,制造固定翼飞机完全是可能的。他详尽地描述了现代飞机的轮廓,为后来的空气动力学奠定了基础。关于机翼,他认为应该在设计翼面时取一点点角度,这样就能获得适当的稳定性,这就是现代飞机的上反角。他还提出机尾必须要有垂直和水平的舵面,这同现代飞机完全相同。他认为飞行器必须是流线型的,根据他的计算,如能减少1千克重的阻力,便可以在不增加马力的情况下,增加66千克的载重能力。他还讨论过速度与升力的关系、翼负荷、如何减轻飞行器的重量,甚至以内燃机做动力等问题。为了证实这些原理,他曾经造了一架不载人的滑翔机来做试验。

乔治·凯利设计的滑翔机草图

在凯利生活的时代里,人类只能用笨重的蒸汽机提供动力,如何解决飞行器的动力问题就成了最让人头痛的事情。凯利曾经努力尝试制造一种轻巧的蒸汽机来带动飞行器,但是没有成功。为此,他痛心地写道:“我的发明唯一还无法解决的,就是一个动力问题。我深信不疑,这项崇高而宝贵的技术,在不久的将来一定会成功。飞行器的速度将达到每小时40~160千米,人们利用它来运送人员、商品、财物,远比水上航行更为安全。”

1837年,凯利在《机械工程》杂志上发表了另一篇有关航空的文章,重述了他早年的理想并倡导人们做更多的试验。到了1848年,凯利已年届75岁高龄,眼看着轻重量发动机的问世遥遥无期,迫不及待的他决心继续进行无动力的滑翔机试验。1849年,他制造出了一架三翼滑翔机,驾驶员坐在一只篮子中。他在笔记中这样写道:“机上坐一个10岁男孩,从上至下飞行了几码的距离;如果人力迎着微风牵动起飞,也可飘行同样距离。”他没有说明这名男孩是谁,但这无疑是人类有史以来第一次载人滑翔机飞行。

现代滑翔机1853年,凯利写了一篇描述无人驾驶滑翔机飞行的文章送到法国航空学会,题目是《改良型1853年有舵滑翔机》。就在这一年,凯利在约克郡又进行了一项飞行试验。这次用的飞行器与他1804年所使用的风筝外形接近,但是没有了拉动的绳子。试验开始后,只见一位勇敢的年轻人带着这只大风筝从平缓的山坡上奔跑下来,然后在一块突出的岩石上腾空飞起。越过溪谷到达对面的山坡上。虽然有人指出,凯利研制的这个“没有线的风筝”,安装的都是活动的“扑翼”,它们操作复杂,飞行效果并不理想。但是,它无疑是人类最初的滑翔机。

1853年,凯利还制造出了一架比1849年的那架还重的滑翔机,并带有刹车装置。这次试验,他让自己的马车夫坐在驾驶座上。究竟飞了多远距离,凯利没有留下文字记载,但是据曾经目击过这次飞行的凯利的孙女儿说,飞行距离大约有450多米。试验结束后,那位姓氏不详的马车夫心惊胆战地对凯利说:“求求您,老爷,我希望您还记得,小人是受雇来驾马车的,不是来飞行的。”

凯利不仅仅对航空有兴趣,他还为英国海军设计出了大炮的炮弹,在拿破仑战争时期大显威风。他在1807年发明并获专利的热力发动机,为工业界所广泛运用。他在1825年设计的一种装辐条的车轮用于滑翔机上,这一发明至今仍为自行车所采用。此外,他还发明过自动铁道刹车装置,并且在声学、光学、电学以及下水道工程等方面,做出了不少有价值的贡献。

1858年,84岁的凯利在妻子莎娜的泪水中离开了人世。他在去世前不久,曾在一个笔记本上写下了这样一行字:“给你,查看笔记的朋友!我已去了,愿你在这些涂鸦中寻找出智慧的花种。”

有趣的是,1971年,英国飞行员泼劳中校完全依照凯利遗留下来的笔记,造出了一架与当年完全一样的滑翔机,飞得十分成功,这完全证明了118年前凯利的设计是如何的了不起。

真正成熟的滑翔机

奥图尔·李林塔尔世界航空界的业内人士有一个共识,人类有史以来真正的成熟的滑翔机,是由德国的李林塔尔兄弟发明的。

李林塔尔兄弟出生在德国北部麦伦堡省的一个纺织品商人的家庭里,他们从小就对鸟儿的飞行感兴趣,幻想着有一天能真的飞上天去。早在中学时代,他们就对凯利设计的滑翔机产生了浓厚的兴趣。经过长期的思考,他们认为人要想在空中飞行,像鸟儿一样拍打着翅膀那是行不通的,而像鸟儿那样停止拍打翅膀静静滑翔,也许是可行的。

这是1861年夏天的一个漆黑无月的夜晚,李林塔尔兄弟偷偷地从家中跑出来,站在一个阅兵台上,用劲振动缚在双臂上的用薄板做的翅膀,并拼命奔跑,想要飞起来。原来,他们兄弟俩害怕同学们嘲笑,这才趁天黑出来练习飞行。

这一年,他们俩分别只有13岁和12岁,但是他们俩已经制作出了许多小的飞行器模型,还自制过一架滑翔机,在自家房屋后面的土坡上进行实际操作。最远的一次,哥哥奥图飞过了100米的距离。

奥图长大后,成为柏林市一位有名的机械工程师,他设计过蒸汽锅炉、采煤机和采石机,多次获得政府的奖励。尽管这样,他的最大兴趣仍然是飞行,为了能像鸟儿那样飞行,他几乎耗去了全部工余时间和节余的金钱。他经常和弟弟研究多种不同鸟类的翅膀结构和飞翔方法,特别注意其翼展面积和对升力的影响。他们特别注意海鸥的飞翔,集中精力研究鸥翼,并深信人类的飞行必须以扑翼动作来维持。他和弟弟古斯塔夫的滑翔飞行练习从来没有中断过。

1889年,奥图发表了人类航空史上的经典著作《作为航空基础的鸟类飞行》。两年后,他们又制造出了世界上第一架采用固定翼的滑翔飞机,全部重量约20千克,两个翅膀的长度为7米,用竹子和藤做成骨架,在骨架上缝着布,人的头部和双肩可以从两翅之间进入。后部还装有尾翼,看起来很像蝙蝠展开的双翼。奥图把自己吊在这副翅膀上,从15米高的山冈上跳起,滑翔机在风力作用下轻轻地飘在空中,在300米外安全降落。从此,他有了“蝙蝠飞行家”的雅称。

从1893年到1896年间,李林塔尔兄弟在一座名叫里诺韦的小山上先后进行了2000多次滑翔飞行,距离最长的一次达到了350米,高度最高曾经达到了30多米。他们在多次飞行中研究了升力和风速、倾角的关系,积累了许多数据,同时还建立起了空气动力试验室,摸索飞行的规律,使得他们制作的滑翔机性能越来越好。起初,他们制作的是单翼机,后来采用双翼机,以获得更大的升空力。李林塔尔兄弟俩在这期间共同造出了8种型号的滑翔机,大多采用扑翼机械,以柳木作支架,用竹片或藤条支起布匹,蒙在滑翔机上。

李林塔尔兄弟在试验中认识到,应该进行三项改进:第一是在飞行中使机身平稳不摇摆;第二是为了改变方向,需要安装舵;第三是要安装动力,即使没有迎面风也能飞行。为了保持飞行时机身的稳定,他们采用了各种力学知识,获得了相当良好的效果。在动力方面,由于那时已发明出了内燃机,他们在滑翔机上安装了2.5马力的发动机。至于舵的问题,他们决定在制成带发动机的飞机以前,先在滑翔机上装上舵,搞一下试验。

1896年8月9日这天,风比任何一次试验时都要大,年已48岁的奥图又一次登上里诺韦山。这一次他要对装了舵的滑翔机进行试验。他像往常一样,抓住滑翔机向山坡下奔去,然后腾空而起。渐渐地,他随着一股上升气流飞到离地面20多米的空中。奥图沉着冷静地顺风使舵,突然感到滑翔机翅膀扭动了一下,“不好,有旋涡气流!”还没有等他将滑翔机调整好,又一阵狂风从侧面吹来,滑翔机失去了控制,转眼之间翅膀折断,结果连人带机摔了下来。第二天,躺在柏林一所医院里的奥图对泣不成声的弟弟留下了这样的遗言:“如果没有牺牲,任何事情都不会成功。”说完他就离开了人世。

奥图牺牲的消息震动了世界。固然有人因此而畏惧、悲观,但是也有人因此而受到激励,他们继续奋不顾身地进行研究,取得了辉煌的成就,直至发明出带有动力的飞机。

滑翔机进入黄金时代

英国人皮尔彻是李林塔尔兄弟的得意门生,他继承了老师奥图的事业,驾驶着一架安装了降落用车轮的滑翔机,滑翔了250米的距离,成功地飞越山谷。同时,他还制成了带发动机的飞机,但是在1899年进行的一次试验中由于发生事故,他不幸遇难。

李林塔尔兄弟的另外一位弟子赫林刻苦地研究滑翔机,也取得了突破性的进展,被美国的滑翔机研究家夏纽特邀请到美国进行合作研究。在奥图逝世的当年,他们首次制成的滑翔机在密执安湖畔顺利起飞。这架滑翔机和李林塔尔设计的滑翔机样式相同,后来经过不断的改进,制成了带有上下复翼和水平尾翼、垂直尾翼的滑翔机。这种样式成了后来飞机的原型。

滑翔机的黄金时代出现在20世纪的两次世界大战之间。第一次世界大战结束以后,由于《凡尔赛和约》禁止德国制造大型飞机,德国人便充分利用自己在运动学和空气动力学研究上的优势,大力发展滑翔机,使滑翔机技术有了很大的提高。从1928年到1929年,他们开始利用积云和上升气流,拉长了在空中滑翔的时间。在第二次世界大战中,德国建立了利用大型滑翔机运载士兵和物资的特种部队,一时间相当活跃。

吉法尔的飞艇沿用了热气球的结构形式,在飞艇技术上采用所谓“软式结构”,即采用一个气囊,内部充入轻于空气的气体,使之达到一定压力,这样气囊就可以产生一定的浮力,同时保持一定的形状。这种软式结构保留了气球结构简单性的优点,但承担重量的能力很有限。