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第一章

人类飞行的梦想时代

原始的飞行梦

古代的占卜与鸟类崇拜

公元前42年10月23日,在东马其顿腓立比城外,数万名罗马军团士兵正在屏息观看两只鹰在空中激烈打斗。对阵的两军:一侧是由卡西乌斯和布鲁图斯指挥的东方军团,不仅背靠腓立比城,还控制了水源和海洋,占尽战略优势;另一侧是由马克·安东尼和屋大维所指挥的军队,他们在巴尔干半岛上已经粮草见底,再也消耗不起,但成功引诱了卡西乌斯和布鲁图斯阵营来到腓立比城外进行决战。在两军交战前,打斗的两只鹰中的一只战败陨落,而它所代表的卡西乌斯、布鲁图斯阵营的士气骤然低落。虽然马克·安东尼的人品和作风不如这些罗马人,但他的军事指挥才能远胜于对手,以劣势兵力成功执行了“钳形攻势”,将对手的大部分兵力围于高地之下。一场屠杀就此开始,罗马军团作为共和国无情的战争机器,令地中海乃至整个欧洲的对手闻风丧胆。内战是所有罗马人的梦魇,此时它再度发生了。仿佛噩梦中的场景,一把把锋利的罗马短剑,高效地夺走一个个罗马人的生命。过后清点战场,双方阵亡士兵合计超过2万人。就像那两只鹰所预言的结局,代表共和派的卡西乌斯和布鲁图斯战败,随后自杀。这场腓立比战役的结果,确定了屋大维作为恺撒的政治继承人的地位,衰老的罗马共和国,不可逆转地重生为罗马帝国。

如果说是这两只鹰决定了罗马的命运,那就太荒唐了。不过古罗马人对鸟类有一种天然的崇拜,认为鸟的行为可以体现出神的意志,甚至专门为此设立一个重要行政岗位——观鸟占卜师。这些人在天空中划定一个区域,观察鸟的种类、飞行路线和叫声,通过这种种征兆来占卜、预测未来。包括恺撒在内,很多著名罗马政治家都曾担任此职。罗马贵族的子弟们,出生时并不一定就有资格成为其家族成员,还需要被家族之长——父亲所接受并举行仪式。在被接受的男婴出生的第9日,罗马贵族会举行重要仪式,由一名观鸟占卜师来做占卜,预测孩子以后的命运。而恺撒和屋大维出生之时,他们的预测结果都是“大吉”。

对鸟类的崇拜,却又并非罗马人所独有。如果大家对古埃及文化有所了解,一定不会对一个“猫头鹰头人”的形象感到陌生,他就是古埃及神话的主神之一——太阳神“拉”。传说中,就是拉神顶着太阳每天在海上自东向西航行,人间才有了日夜之别。古埃及神话中的九柱神中的一个婚育与生命女神——伊西斯,同样长着一副“人鸟混合”的外貌。张开翅膀的伊西斯的形象,经常出现在古埃及墓葬壁画中,象征子孙繁衍与权力。

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古罗马的观鸟占卜师(©关山 绘)

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古埃及的拉神(左)和伊西斯女神(右)(©维基百科/公版)

从维京人的“血鹰”祭祀到印第安人的羽冠,古典世界中对飞行的崇拜表现最多和最富细节的,我认为还是希腊神话。胜利女神尼姬凭借一双翅膀拥有惊人的速度;而小爱神厄洛斯挥动翅膀射着箭,带给人们爱情与憎恶;奥林匹斯神之一的赫尔墨斯本身没有长出翅膀,却穿了一双带翅膀的凉鞋,走街串巷“送快递”,国外有家快递公司就是以他命名的。20世纪90年代中期,欧洲在“阿丽亚娜5号”运载火箭项目中,本打算做一艘载人飞船,命名为“赫尔墨斯号”,但后来项目取消,阿丽亚娜5号也就成了一枚纯运货火箭。

此外,美国一枚用洲际弹道导弹改造而成的运载火箭,也是以希腊神话人物来命名的——“弥诺陶”(Minotaur)系列运载火箭。没错,就是出自克里特岛上的那头半牛人怪物,虽然原型是牛,却不爱吃草,整日以犯人和希腊人进贡的童男童女为食。它住在一座复杂的地下迷宫中,这座迷宫出自著名的雅典工匠代达罗斯之手。据说,建造完迷宫以后,克里特岛国王弥诺斯不放他走,思乡心切的代达罗斯想用科技逃脱禁锢,于是他用蜜蜡和羽毛为自己和儿子伊卡洛斯制作了一双蜡翅膀,想从开放的天空逃离克里特岛。作为材料,蜡翅膀肯定不如今天的铝合金和碳纤维靠谱,在起飞前,代达罗斯特意嘱咐儿子“别飞得太低,翅膀会沾水、沉重,也别飞得太高,翅膀会被太阳烤化”。伊卡洛斯第一次体验飞行的美妙,毫无意外地忘我地上下翻飞,好一通折腾,结果飞得太高,太阳烤化了他的翅膀,他坠海而死。代达罗斯目睹儿子死于飞行,悲伤地回到家后,立刻将自己的蜡翅膀挂在奥林匹斯山的阿波罗神殿中,从此不再飞行。

中世纪的勇敢先驱

然而,人类对飞行的渴望怎会止步于神话传说?和神话中的代达罗斯不一样,现实中的人类从未停止尝试飞行,但是就像伊卡洛斯那样,历史上有无数的航空前辈倒在了这条道路上。在莱特兄弟出生之前,我们对空气动力学的理解和技术水平,也就和克里特岛的代达罗斯差不了多少。古代的前辈们做出的蜡翅膀,以今日的眼光看来,自然是幼稚和异想天开的,但他们依旧十分值得尊敬,他们的工作也是至关重要的。如果没有他们可能失败的尝试,也不可能有我们如今的航空工业,不是吗?

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《伊卡洛斯的坠落》,荷兰国家博物馆藏,约17—19世纪

或许,对古时候的绝大多数人来说,飞行大概就是一种魔法或巫术吧?

我们的祖先对飞行的尝试始于大约1000年前,而且与神话故事里的神还有点儿类似——我们的后背长不出翅膀,那就索性把两条胳膊改造成翅膀吧!

在没有任何前人经验的情况下,人们单纯按照鸟的模样制作翅膀。鸟类自恐龙开始,可是经过了数千万年演化的,整个翅膀上有 初级飞羽、次级飞羽、三级飞羽 ,而这些飞羽又可以被肌肉组织控制,全身和翅膀上都被覆羽所覆盖从而减少空气阻力,鸟类可以通过尾羽和飞羽的动作控制飞行姿态。但那时的人类,很难对鸟类解剖学和飞行控制产生理性的认识,仅仅是把粗制滥造的翅膀模型装在胳膊上,然后就去跳悬崖了,怎么会有好下场呢?

究其原因,凭我们人类的那点儿胸肌,就算练得再强壮,跟鸟类也无法相提并论,在鸟类由锁骨合并演化成的叉骨上,附着超强的胸肌,一只鸡的体重有20%都是鸡胸肉,可想而知,以人类的体重,如果想要像鸟一样飞起来,我们的胸肌可能得有一两米厚。所以,把胳膊改装成翅膀扑翼飞行的这条路,基本是行不通了。不知道大家是否注意过鸟类降落之前的姿势——身体会从水平转到接近站立的角度,张开尾翼。尝试学鸟飞行的前辈们,普遍没有意识到鸟类的 飞行姿态控制 这件事到底有多么重要。

在9世纪末,有一个来自安达卢西亚的摩尔人发明家——阿巴斯·伊本·菲尔纳斯。据17世纪摩洛哥历史学家艾哈迈德·艾马卡里的记述,菲尔纳斯在一次飞行试验中“用羽毛覆盖了自己的身体,扑向空中,并且成功地飞行了一段距离”,但是不幸在降落时摔伤了后背。那时的人不具备任何理论基础以理解如何控制飞行姿态,就算是运气好飞起来了,结果也只能是失控坠毁,非死即伤。

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鸟类的翅膀(©pixabay/公版)

然而,摩尔人发明家菲尔纳斯试飞摔伤脊背,依然无法阻挡后人“作死”的步伐。后来,人们终于意识到,鸟能飞,不仅因为有羽毛,而且因为飞羽上长的羽小钩可以将一根根羽毛连成一大片,形成一个完整的 空气动力学面 。这样,既然我们不能用鸟类羽毛重建一双能用的翅膀,那直接把布撑起来不就行了?于是,载人风筝就登场了。

11世纪,英国有个叫艾尔默的本笃会修道士,天生大胆,他受希腊神话中代达罗斯故事的启发,研读了很多伊斯兰黄金时代的文献,包括菲尔纳斯的飞行实验记录。艾尔默吸取教训,不仅用木头和布制作了飞翼,还做了一个大大的尾翼。据文献记载,艾尔默成功飞出了201米,并在人类航空史上留下了自己的大名。但后来的人们也意识到,如果不能像鸟类那样灵活地控制身体和尾翼,就不可能真正自由地飞翔。

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菲尔纳斯试飞他的滑翔翼(©关山 绘)

近代各国的升空实验

在东方,我们中国人当然也进行过飞行的实验。早在公元前5世纪的战国时代,中国就已经有了风筝,后来又有了竹蜻蜓和孔明灯。风筝需要一根和地面相连的线,即使是载人,控制风筝飞行也主要是靠地面人员操作,而天上的那位不仅不能完全控制飞行,而且还飞不远,顶多就是上天看看风景再活着下来。

竹蜻蜓的飞行原理和直升机其实一样,但是作为一个玩具,不具备飞行控制,本体旋转也无所谓。假如这些问题和动力来源都解决了,那就做出直升机了。当然,以那个年代的科技水平是不大可能的。孔明灯其实更加接近“把人带到天上”的概念,灯罩并不是密封的,所以内部气压和环境气压一样。但因为有蜡烛对灯罩内部空气进行加热,就让灯罩内部空气的密度降低,低于环境空气密度。密度差产生了浮力,孔明灯就能飘浮在空中了,原理和今天旅游景点的观光热气球完全一样。

孔明灯的升空,给当时的人们打开了新的思路——如果不能学鹰击长空,那么我们能否在空中飘浮,如鱼翔浅底?沿着这一思路,当时的人们进行了如今看来匪夷所思的大量尝试。

火药的发明,给我们渴望上天的勇敢祖先又带来了一个“作死”的新方式——把自己“炸”上天。我们身体比空气重,也没有像鸟一样长翅膀,火药既然能把炮弹或烟花打上天,那为什么不能把自己打上天呢?

据传,明代有一个叫陶成道的人爱好炼丹,炼着炼着从道士改行造火器了。因为他造的火器在战事中有着优秀表现,后被朱元璋封赏万户采邑,因此他又被称为“万户”。不甘于安稳的万户先生在功成名就后自制了47支火箭,固定在一把椅子上,用来将自己发射上天,然后手持两个风筝,在火药燃尽后,还可以靠风筝滑翔降落。但遗憾的是,点燃的火箭爆炸了,直接夺走了万户的生命。那时候的火药烈度能产生的推力很有限,将一个人的重量推离地面可能性不太大。

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竹蜻蜓(左)(©关山 绘)和孔明灯(右)(©维基/公版)

那么,我们从小就知道的万户实验,到底为什么不能实现?

要说把一支火箭做成燃烧、可控,不算太难,但47支火箭全都按照预期成功燃烧、工作,这种可能性就太低了。别的不说,单单让47支火箭同时点火产生推力,对我们的现代工程学来说也是一项巨大的挑战。火箭的燃烧,需要以一定速率持续燃烧以制造持续和稳定的推力,假如瞬间烧完了,那就等于爆炸;而且,这种推进方式都是填好火药就完事了,发射后几乎没有可操作的余地。想到500年前尚且幼稚的火箭制造工艺,万户大人一定是极度渴望上天才有如此大的勇气(根据学者考证,“万户”这个人极有可能是20世纪初的西方学者根据古代文献杜撰的,但在中国古代,的确有一些勇敢尝试火箭实验的无名前辈)。其实到今天,设计一枚重型火箭的前提,就是拥有大推力的火箭发动机,如果单台推力太小,就需要装很多台。虽然理论上确实可行,但是还有个问题——发动机数量越多,所有发动机都不出毛病的可能性就越低。因此火箭工程师会尽量避免给一级火箭装太多发动机,承载苏联登月梦想的N-1运载火箭“四射四炸”就是由于这个。几十年后,SpaceX登陆火星的起飞重量过万吨、史上最强运载火箭“星舰”却也选择了啃这块“硬骨头”。

在万户失败几百年后,17世纪30年代,在横亘欧亚的奥斯曼帝国,有个名叫拉加里·哈桑·切莱比的发明家做了类似的实验。据说,为了庆祝苏丹穆拉德四世的女儿出生,他使用60千克炮用黑火药,制作了一个大火箭,并借此成功让自己升空然后落到了海里,最后游回到岸上。人们就算用原始火箭成功上天,火箭本身烧完就得回到地面,依旧不是长距离飞行的“正确姿势”。所以,当时人们还是普遍认为:向鸟学习飞行更有可能成功。

继续说滑翔问题。自14世纪文艺复兴初期开始,就出现了大量的滑翔机设计草图。著名的跨学科大师达·芬奇,不仅设计出滑翔机,还更进一步给滑翔机加上了可扇动的机械结构:不仅可以滑翔,还可以像鸟类一样扇动翅膀,形成前进驱动力。我们从达·芬奇手稿中可以发现,他一定是对鸟类的解剖学结构和飞行奥秘进行了大量的研究,事实也确实如此。而且,他对鸟类解剖学的造诣,也体现在收藏于文艺复兴中心佛罗伦萨的乌菲齐美术馆的那幅《圣母领报》上,在天使背后的翅膀上,初级飞羽、次级飞羽和覆羽清晰可见。

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万户与他的自制火箭飞行器假想图(©关山 绘)

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17世纪欧洲发明家谢米诺维奇设计的火箭(《伟大的炮兵艺术》中的插图,1650)

在达·芬奇死后300多年,有一个名叫奥托·李林塔尔的德国人也同样对鸟类和飞行产生了浓厚的兴趣。他不仅对鸟类进行解剖学的研究,而且花费大量时间观察和研究鸟类飞行姿态。文艺复兴和工业革命赐予人们一双用科学观察与记录世界的眼睛。因科技突飞猛进,李林塔尔才能以科学的方式,用图表描述了鸟类翅膀的空气动力学。李林塔尔不仅仅是鸟类学家和空想家,他本身也是发明家和工程师,曾经成功改进过发动机,其性能超过市面上绝大部分竞品。勇敢的李林塔尔把自己的知识凝结成先进的滑翔机,他不仅成功滑翔一段距离,而且成为第一个能重复使用同一个滑翔机完成飞行的人。而以前的飞行先驱们,要么滑翔机一次性报销,要么更惨一点,人也是有去无回。李林塔尔一生进行了超过2 000次的试飞,他将这些经验刊登在各种专业和大众期刊上与人分享。他的工作,大大加速了人类上天的步伐,受他影响的就有莱特兄弟。在他们的飞行之前,人类的另一条飞天技术路线率先成功了——飞机的“兄弟”——飞艇。 5bVEv/yUxdPnK7P9TpsVQt7SGd0sa+xXp2dQhty6yRctI+HjMUnz3Bcd0ZX5xOPS

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