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第1章 人类的翅膀初长成——梦想与尝试(1)

浩瀚无垠的星空、神秘莫测的宇宙空间一直吸引着人们的目光。人们渴望能像鸟儿一样,只要展开双翅,轻轻拍动,就可以自由自在地在蓝天之上飞翔。这是人类最初的飞翔之梦,至今在许多神话和传说之中找到它的蛛丝马迹。

随着科技进步,人们对宇宙星空了解得越来越多,逐渐形成了系统的天文学说。这时,人们已经按捺不住内心之中那飞向蓝天的冲动了。飞翔不能只停留在梦想阶段,于是人们竭尽自己的智慧和才能,尝试着把飞翔之梦变为现实。

从把模仿鸟儿的双翅制造的工具绑在身上,尝试像鸟儿一样飞翔,到制造专业的登天工具——热气球、飞艇、飞机等,人们奋斗了数千年,其中凝聚着无数人的努力和汗水。这一历程也记录了人类实现飞翔之梦的全部轨迹。在人类实现飞翔之梦的早期,人类的翅膀并不灵敏,人类在空中的飞行也像羽翼初长成的鸟儿一样,还谈不上自由自在。

记录人类飞翔之梦的神话和传说

在人类亘古不变的梦想中,最不可磨灭的就是对飞行的渴望。但是受当时科学技术的制约,这种梦想是无法实现的,于是就把这种理想寄托于神话和传说。古代的中国、希腊、罗马、埃及和印度等国创造了许多关于飞行的美妙神话故事,至今仍在流传。这些神话和传说中,人们自如飞行主要有以下几种方式:

人类的翅膀初长成——梦想与尝试人有着翅膀,能够飞行

中国古代神话中,相传招英负责管理黄帝的空中花园“悬圃”,招英是一个人脸马身的异类,背上有对翅膀,常在看管“悬圃”之余飞游四海,大声嗥叫。

拥有翅膀的代达罗斯和伊卡洛斯西方神话中的天使们都有一双可爱的翅膀。比如,希腊神话中天使的代表形象便是那个赤裸着身子,蒙着眼睛,手执弓箭的小男孩丘比特,他身后的一对翅膀使他可以飞来飞去,用金箭射穿世俗的心。

在古希腊神话中,有一个用蜜蜡黏成翅膀的传说:克里特国的王后帕西维与一头白毛公牛产下了人身牛头的怪物弥诺陶诺斯,荒淫凶恶的克里特王命令技艺高超的工匠代达洛斯建造了一座迷宫,将怪物囚禁起来。迷宫完工后为掩人耳目,克里特王将代达洛斯和他的儿子爱琴监禁在四面是海的克里特岛监狱。为了逃脱,代达洛斯悄悄地用蜜蜡和羽毛制成了两双翅膀,和儿子一起飞出了监牢。可是当他们飞越大海时,勇敢的爱琴产生了飞向宇宙的冲动。他不听父亲的劝告执意飞向太阳,最终蜡融化了,翅膀断了,爱琴坠海而亡。后人为了纪念他,把他葬身的大海取名为“爱琴海”。

人吃了“仙药”有了“道行”,会腾云驾雾

嫦娥飞天在我国古代传说中,最美丽动人的要算家喻户晓的“嫦娥奔月”了:在远古时代,有一位美丽的女子叫嫦娥,她是射日勇士后羿的妻子。有一天,由于后羿射日有功,昆仑山上的西王母娘娘赐给他一葫芦灵丹,说是两人各吃一半可以长生不老,一个人全吃下就会升天。嫦娥听了感到十分高兴和惊奇,偷偷地把葫芦里的灵丹全吞下去了。然后她走出门外,望着夜空中的明月,不觉灵丹起了反应,身不由己地飘飞起来。于是嫦娥告别人间,直飞云霄。经过漫长的飞行,她来到了广寒宫。从此,嫦娥在月宫定居下来,成为一位青春永驻的仙女。

还有传说战国时,郑国人列子,名叫列御寇,是道家,他修仙得道,能驾着风飞行,来去自由。

这些神话故事千古流传,也寄托了人们对飞天美好的向往。

人拿着 “法宝”,就会飞行

最简易的“法宝”是童话故事里女巫施有魔法的“飞天扫帚”。手指细长,鼻子尖直,发如枯草,头戴尖顶小帽,骑着扫帚从一家屋顶飞到另一家屋顶,这是中世纪女巫的经典形象;在古阿拉伯神话《一千零一夜》中,有着一种编织精美、灵活机动的毛毯;在我国神话小说《封神榜》里,有哪吒的风火轮,这些都是可以上天的神物。

在飞天神话里,人们除了可以利用没有生命的飞行器进行飞行外,还可以驾驶飞禽或神兽实现飞行。比如轩辕黄帝可以骑龙上天,《西游记》中唐僧的坐骑是小白龙,等等。

从人有翅膀,或者拥有魔毯、飞龙,到得道成仙,无不带有浪漫色彩。我国晋朝人写的一部著作中,记述了古人乘坐飞船横空遨游、浪迹星海的故事,说是在尧舜时代,人们制造了一艘巨大的飞船,飞上太空,在星海中飘浮。这艘飞船在太空12年往返飞行一次,可以飞到月球降落,也可以作星际航行。在3000多年前印度的神话传说中,也有去月球旅行的幻想。在科技不发达的时代,人们的幻想终究是幻想,并不能变为现实,而只能用这些美丽动人的神话来表达意愿,寄托希望罢了。但这些神话传说在人们心目中确立了坚定的飞行目标,成为人类探索飞行的动力。

知识点

宇宙

在汉语中,“宇”和“宙”本来是两个单独的词语。“宇”的意思是上下四方,即所有的空间;“宙”的意思是古往今来,即所有的时间。所以“宇宙”就有“所有的时间和空间”的意思。西方早期对宇宙的理解则侧重于从混沌之中产生秩序。

从东西方对宇宙的理解中,我们不难看出中国古人强调的是宇宙空间和时间的整体性,而西方人强调的则是宇宙的秩序。实际上,空间与时间的整体性以及有序的秩序性都是宇宙的特点。随着天文学的产生和发展,人们对宇宙的认识逐步清晰起来。现在,人们一般认为:宇宙是由空间、时间、物质和能量,所构成的统一体。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质、能量和事件。

从木鸟到扑翼机的飞翔尝试

在人类征服自然的过程中,涌现出大量与航空有关的技艺和发明,有的发明本身就是现代飞行器的原始模型。

在古代,我国人民就对航空技术的发展作出过许多杰出贡献。早在2000多年前的春秋时代,我国著名的建筑匠鲁班,曾制造过能飞的木鸟。在《墨子·鲁问篇》中记载:鲁班“削竹木以为鹊,成而飞之,三日不下”。这可以说是世界上最早的航空模型。

古时的双节火箭

东汉时代,王充在他著的《论衡·儒增篇》中,曾论述了木鸟飞天的可能性。科学家张衡还曾制作过一只身上有翅膀、腹中有机关、能飞数里的木鸟。

西汉年间开始有人制作风筝,后来民间十分盛行。

11 世纪左右,我国人民已制造了火箭。这是一种原始火箭,是现代火箭的雏形。它用纸糊成一个筒,把火药装在筒内,然后把这个药筒绑在箭杆上。药筒前头封闭,后头开口。火药燃烧时从后口喷出大量气体,利用反作用力推动火箭前进。我国古代劳动人民不但发明了火箭,而且将火箭用于军事,如用火箭攻击敌营等。据古书记载,1126 年,宋、金的开封府之战,宋将就用火箭抗击金兵。

14世纪,我国明代的一位心灵手巧的工匠万户进行了人类历史上第一次借助火箭的力量飞行的试验。

明朝官吏万户 第一个试图利用火箭飞天的人

他设计了会飞的“飞龙”火箭。这种木质雕刻的火箭筒可以飞行1000米。一天,万户把椅子架起来,把47 枚火箭捆在椅子后面。他自己高兴地坐在椅子上,让助手同时点燃这47 枚火箭。霎时,火箭被点燃了,可惜,一声巨响,爆炸了,只见硝烟弥漫,碎片纷飞,再也找不到万户本人了。

万户的勇敢尝试虽遭失败,却被6个世纪以后的国际航天史学家公认为人类试图利用火箭升空的首次壮举。现在看来,万户的确是进行了一次科学探索。世界科学家们为纪念万户献身航天事业的伟大创举,就将月球背面的一个火山口命名为“万户”火山口。

欧洲一些国家同样存在着与我国类似的飞行研究和尝试,但在时间上,有记载的比我国晚得多。

1507年,一位名叫约翰·达米安的人,身穿翼衣,从苏格兰的斯特林城堡往下跳,准备飞到法国去,结果是坠地摔断了大腿骨。

传说莎士比亚作品中李尔王的父亲布拉德曾给自己造了一副翼,并试图利用这副翼,从阿波罗宫出发,飞越该城上空,结果坠地身亡。

在经历了多次失败后,人类逐渐认识到单纯利用羽翼是不可能飞行的。1680年,一位名叫齐奥凡尼·波莱里的意大利人,在《运动的动物》一文中,详细地论述了人类离开机器的帮助不可能在空中支撑住自己体重的道理。这篇文章从理论上阐明了人类生理上的局限性。于是,人们逐渐开始寻找一种机械的方式。扑翼机就是这个阶段的产物。

所谓扑翼机,就是机翼能像鸟的翅膀那样上下扑动的飞行器。这种设想比过去“插翅而飞”的方案有了改进,但光靠人力还是难以飞起来。文艺复兴时期的达·芬奇,虽然是位杰出的画家,但他对飞行却抱有高度的热忱,也是研究扑翼机的著名人物。他的具体设想是:人俯卧在扑翼机中部,脚蹬后顶板,手扳前部装有鸟羽的横杵,就像划桨一样扇动空气,推动飞行。

早期的扑翼机

自达·芬奇之后,有位土耳其人穿了一件宽大的带框架的斗篷,利用扑翼原理飞行,不料框架经受不住空气阻力而折断,这位土耳其人不幸遇难。1678年,法国一位叫贝尼埃的人也制了一架扑翼机。他在肩上担两根杆子,杆端各装一对铰接的长方翼片。杆端向上摆动,翼片收拢,向下摆动,翼片展开。经过多次实验,贝尼埃始终未能成功。1784年,法国人热拉尔设计了一架别具一格的扑翼机,不但装有火药发动机,而且还装有一个方向舵和一个弹簧着落装置,这体现了他非凡的创造力。但由于热气球当时已成功升上天空,航空爱好者兴趣随之转移,他设计的扑翼机始终没有进行飞行试验。

扑翼机和带翼飞人相比是一种进步,然而在本质上仍是仿鸟的人力飞行。这种影响一直延伸至飞机发明前夕。

知识点

鸟会飞的原因

鸟类的体型呈流线型,双翅鼓动,即可借助空气的浮力上升。其骨骼坚薄而轻,但是各处的骨头要么是一个完整的骨片,要么相互愈合在一起,相当牢固。鸟类体型以及骨骼的这些独特的结构,减轻了重量,加强了支持飞翔的能力。

鸟的胸部肌肉非常发达,还有一套独特的“双重”呼吸系统,与飞翔生活相适应,保证了鸟在飞行时的氧气充足。另外,在鸟类身体中,骨骼、消化、排泄、生殖等各器官机能的构造,都趋向于减轻体重,增强飞翔能力方向发展。

其实,鸟类之所以拥有这些特点,能够自由飞翔,主要得益于亿万年的进化。说到底都是为了生存的需要,如果鸟儿不需要飞翔就能生存的话,估计它们也不会如此折腾,不会飞的鸵鸟就是一个例证。

飞行器是人类飞翔的翅膀

通过前人的探索和尝试,人们逐渐认识到单纯利用羽翼是不可能飞行的。人类只有借助机器的帮助,才有可能在空中支撑住自己的体重。我们把这种能够帮助人类飞行的机器,统称为“飞行器”。飞行器是人类能够飞行的翅膀。

现在,飞行器的种类越来越多,并且功能也在不断完善。按照飞行环境和工作方式的不同,我们可以把飞行器分为三类:航空器、航天器、火箭和导弹。

航空器是主要在大气层内飞行的飞行器。任何航空器都必须产生一个大于自身重力的向上的力,才能升入空中。根据产生升力的基本原理不同,航空器分为轻于同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。前者靠空气的静浮力升空;后者靠与空气相对运动产生升力升空。根据构造特点还可进一步分为下列几种类型:

轻于空气的航空器的主体是一个气囊,其中充以密度较空气小得多的气体(氢或氦),利用大气的浮力使航空器升空。气球和飞艇都是轻于空气的航空器。

重于空气的航空器的升力是由其自身与空气相对运动产生的。常见的主要包括固定翼航空器和旋翼航空器两类,另外还有像鸟飞行一样的扑翼航空器和新近出现的倾转旋翼航空器。

航天器又称空间飞行器,主要是在大气层外空间飞行的飞行器。航天器在运载火箭的推动下获得必要的速度进入大气层外空间,然后在引力作用下完成类似于天体的轨道运动。航天器为了完成航天任务,必须具备发射场、运载器、航天测控和数据采集系统、用户台站以及回收设施。航天器可分为无人航天器和载人航天器。根据各自的用途和结构形式,航天器还可往下细分类,用图表示如下:

无人航天器按照飞行和工作方式分为人造地球卫星和空间探测器。人造地球卫星简称人造卫星,是数量最多的航天器,约占航天器总数的90%以上。 它按用途分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。科学卫星用于科学探测和研究,主要包括空间物理探测卫星和天文卫星等。应用卫星是直接为国民经济和军事服务的人造卫星。应用卫星按用途分为通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星等。

空间探测器又称深空探测器,按探测目标分为月球探测器、行星探测器和行星际探测器。各种行星和行星际探测器分别用于探测金星、火星、水星、木星、土星和行星际空间。

载人航天器按照飞行和工作方式分为载人飞船、空间站和航天飞机。载人飞船包括卫星式载人飞船和登月载人飞船。空间站又称轨道站或航天站,是航天员在太空轨道上生活和工作的基地。航天飞机和空天飞机既是航天器又是可重复使用的航天运载器。

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