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1877年西南战争期间，日本政府军为了与熊本城内的守军取得联系，命令海军技术军官麻生武平等三人制作热气球。麻生等人于当年5月制成了日军首个热气球并进行了载人试飞。虽然该气球因为西南战争的提前结束而没有来得及应用于实战
，但这也是日军创建航空部队的首次尝试。
西南战争结束后，日本军事航空发展曾一度陷入停滞，1891年从法国引进新型军用气球之后，其相关研究才得以再次启动。
1901年，日军重新意识到航空兵器在作战层面的巨大作用。日本陆军省曾明确指出：“气球在战场上可以发挥巨大的效果，在野战及攻城、守城等方面均是不可或缺的……目前野战军的编制已经大体完成了……随着攻城炮及徒步炮兵队的设置，于此时设立气球队显得尤为必要。”
1904年至1905年的日俄战争中，日本陆海军分别组织了陆军临时气球队和海军氢气球队并投入旅顺攻坚战
，这也是日本航空部队首次投入实战。但是热气球自身也存在难以自由移动、容易遭受敌军攻击、缺乏对地攻击能力等诸多缺陷。近代以来，随着航空技术的进步，特别是1903年莱特兄弟发明飞机并成功实现了升空飞行，以此为契机，欧美列强开始推进航空技术研究，各国也期待飞机可以在军事领域发挥巨大作用。1907年8月，美国陆军创立了第一支航空分队，同时向莱特兄弟订购了一架飞机并展开军事飞行训练，这也是飞机在历史上首次应用于军事。法国于1910年4月建立了配备有气球和飞机的航空兵部队，1912年3月更是将这支部队升格为与步兵、骑兵、炮兵等兵种并列的独立空军部队。英国于1911年2月建立了工兵航空营，1912年5月建立了英国皇家飞行队。1912年10月，德国也组建了独立的航空兵部队。
在各列强军队中独立空军出现之前，飞机就已经在1911年至1912年的意土战争中被成规模地投入于实战。战争期间，意大利派出了由9架飞机、2艘飞艇和11名飞行员组成的作战部队，这批部队执行了对地轰炸、侦察拍照、投放传单等多种任务
，这些作战行动向世界各国展示了飞机部队在军事用途上的巨大潜力。
飞机技术的突飞猛进，特别是在军事上的日新月异也引起了日军部分人士的注意。1903年飞机诞生之后，日军在飞机技术的发展应用方面开始逐渐落后于欧美列强。面对这种局面，1909年日本海军少佐山本英辅（后担任日本海军航空本部首任部长）向海军省中央部门提交了发展军事航空的意见，其主要内容有以下几点：① 对航空器展开研究；② 对日本及周边地区的航空气象展开研究并绘制航空线路图；③ 对航空通信手段进行研究；④ 对飞行器的武器及对空、对地攻击手段进行研究。山本在意见中还特别强调未来日本海军的作战区域在“日本的西南方向”，因此需要加强对该区域的航空气象观察
，日本的西南方向为包括中国东南沿海及东南亚各地在内的广阔区域，这一表述证明日本航空部队在诞生初期就具有较强的对外侵略扩张倾向。山本的意见受到了海军大臣斋藤实的重视，在陆海军协商之后于1909年7月经内阁总理大臣、陆军大臣、海军大臣和文部大臣的同意，日本天皇批准成立了由陆军军务局局长长冈外史少将担任会长，由陆海军技术军官和各大学教授共同组成的“临时军用气球研究会”，日军声称，设立这一研究会主要是因为欧美各国目前有关军用气球和飞机的发展进展迅速，日方对于航空技术的研究绝非一朝一夕所能取得进展的，因此有必要设立一个专门研究机构从事这一工作。
这是日军成立的第一个专门进行航空技术研究的机构，也证明日军已经意识到了其在军用航空技术方面与欧美的巨大差距。鉴于这一事实，在“临时军用气球研究会”成立的第二年即1910年4月，该会派遣会员日野熊藏和德川好敏两名陆军军官前往欧洲学习航空技术并引进航空装备。
同年12月19日，德川和日野分别驾驶从法国及德国购入的法鲁曼式飞机和格拉德式飞机进行了日本军事史上的首次飞机飞行，这次试飞过程中，法鲁曼式飞机的表现远远优于格拉德式飞机
，这也使得日本在发展军事航空的初级阶段中更倾向于吸取法国经验。
在陆军飞机实现首飞之后，海军也于1910年底派遣金子养三和山下诚一两名军官前往法国学习航空知识。
金子养三驻法期间除了学习飞机驾驶知识，还对法军装备的法鲁曼式飞机、伯赞式水上飞机等装备的性能及法国航空管理制度进行了考察。1912年4月，金子提交的《对法军考察报告及新设海军飞行队的相关意见》一文对日本海军航空兵的发展产生了重要影响。金子在报告中指出，水上飞机将起落架改造为了浮筒，这使其有能力在水面起降，只要将现有舰艇稍加改造即可满足携带水上飞机在海面执行航空作战的要求。此外，培养优秀的军事飞行家需要耗费大量时间而且过程较为困难，为了避免日本军事航空技术进一步落后于欧美，也为了发展水上飞机技术并形成战斗力，应尽快设立独立的“海军飞行队”，其所设想的海军飞行队包括兵员、飞机、机场、制造修理厂等多种设施，具备实验与实战两种性质。同时，金子养三也列举了法军将“福德尔”号巡洋舰改造为水上飞机母舰的实例，证明了研究制造航空母舰的可行性。
金子的意见证明，现有的日本军事航空体制已经限制了海军航空兵的发展，其设立“海军飞行队”的意见体现了海军独立发展航空部队的需求，其对于水上飞机及母舰可行性的论证则证明了飞机作为一支独立力量在海上执行作战任务的可行性，这也成为日本海军发展航母及舰载航空兵的思想萌芽。
金子的报告受到了日本海军的高度重视，尤其是海军需要独立发展飞机部队的论断更是与日本海军长久以来的想法不谋而合。“临时军用气球研究会”虽然是陆海军共同管理的机构，但是两军在航空发展理念方面存在较大分歧，而且该机构的主管人员一直是日本陆军军官（首任会长为陆军中将长冈外史，继任会长为陆军次官石本新六），这就使得海军发展航空技术的需求长期处于被打压的状态，海军曾直言：“临时军用气球研究会对于海军航空技术的发展没有任何裨益，而且陆军还在预算方面对海军航空技术的发展加以掣肘，对于航空技术的研究已经没有办法以陆海军共同参与的名义维持下去了。”
“临时军用气球研究会”对于海军航空发展的消极作用，加之金子养三报告中对于建立独立海军航空兵必要性的论证，使得日本海军最终在航空兵器的发展理念及航空用兵思想方面走上了与陆军决裂的道路。在金子报告提出的两个月后，1912年6月，海军以山路一善大佐为委员长，单独组织了“航空术研究委员会”，其目的在于：（1）研究飞机操纵法；（2）研究符合海军军用标准的制式飞机；（3）其他有关航空技术的研究事项。同年日本海军在追浜建设了机场，并向美国及法国派遣留学生以及购入包括水上飞机在内的各型飞机。
由此开始，日本陆海军航空技术走上了两条不同的发展道路。
1912年底，极力鼓吹水上飞机作战能力的金子养三携带两架70马力的莫里斯·法鲁曼式水上飞机从法国返回日本。同年11月，金子驾驶海军飞机参加了庆祝日本天皇登基的阅舰式，宣告了日本海军航空兵的正式成立。1913年秋，日本海军以运输船“若宫”号搭载3架水上飞机参加了海军演习。演习期间，“若宫”所搭载的飞机演练了海面起降、对海侦察、通信联络等作战科目，其演习成果得到了海军高层的高度评价，飞机及航母在海军作战中的作用进一步得到重视。
陆军方面，在海军脱离了“临时军用气球研究会”之后，陆军也按照自己的思路走上了独立发展航空兵的道路。1911年10月，陆军牵头研制的日本第一架国产飞机“会”式飞机完成试飞，标志着日本军用飞机国产化的开始。同年5月，日本陆军开始自行培养航空人才，其教授的科目主要为飞机驾驶和空中侦察技术，首批5名参与培训的陆军军官中有3人于1912年7月顺利毕业，这些事实证明日本陆军在装备和人才方面都极力推动“国产化”。
除了重视人才培养和装备发展，面对在飞机的实战应用方面已经落后于欧美列强的事实，日本陆军也需要创造机会以增强其飞机部队的实战能力。1912年，日本陆军展开了秋季特别大演习，这也为陆军航空兵的实战化练兵提供了契机。在演习开始前，陆军可以使用的飞机仅有3架，驾驶员仅有2人，日军执意将实力如此弱小的飞机部队投入演习，也体现了其锻炼部队实战能力的急迫需求。在演习期间，陆军飞机主要执行了航空侦察任务，具体形式为飞机搭载驾驶员和侦察员飞至400米至500米高的空中，在完成侦察之后对地面指挥部进行口头汇报。虽然此时日军飞机部队的作战形式还十分幼稚，但是飞机部队在传统的骑兵、气球之外提供了新的侦察形式，特别是其具有的机动性及可以在目标上空盘旋侦察的特点，大大提高了陆军侦察的范围和准确度。演习期间飞机在侦察方面的巨大作用使日军高层进一步认识到了 “在今后的作战中飞机不可或缺”。
1912年的大演习之后，陆军投入更大的财力、物力以发展航空部队，同年日本陆军引进法制莫里斯·法鲁曼式飞机并作为陆军的制式飞机。1913年11月的特别大演习期间，日本陆军投入使用的飞机已经达到了6架（包括2架日本国产飞机），所培养的3名飞行员也参与了演习。这些事实都证明日本陆军航空的“国产化”已经初具规模，其整体实力也在稳步增强。
以1914年的日德青岛战役为分界线，在此战役结束之前日本航空部队的发展阶段可以归为“形成期”。通过上述研究可以总结，这一阶段日本军事航空的建设虽然起步较早，但是1877年的西南战争之后其发展长期处于停滞状态，特别是在飞机诞生之后，欧美列强在短期之内就意识到了飞机在军事领域的巨大作用，迅速组建起了航空部队并开始初步将其应用于实战。与此相对，日本直到1909年才建立了自己的航空科研管理机关“临时军用气球研究会”。该机关由于陆海军航空发展理念的不同而走向了分裂，随着海军“航空术研究委员会”的成立，日军也形成了陆海军独立发展航空部队的格局。虽然起步较晚，但是其发展速度不容小觑，在诞生之后，日军积极学习欧美先进航空作战经验并引进军事航空技术。青岛战役之前，日本航空部队已经初步具备了独立培养人才和维修制造飞机的能力。海军少佐山本英辅的言论也显示，日本飞机部队在诞生之前就将作战目标设定在了日本本土之外的区域，这表明日本航空部队带有强烈的侵略、扩张属性，其必然要服务于日本对中国乃至太平洋地区的侵略行为。