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徐建安:追求速度的历程——献给那些为此而献身的先驱者

I.     莱特兄弟是飞机的创始者

II.      第二次世界大战

III.         1947年:切克-伊格尔突破音障

IV.         超音速的协和号 

V.        俄美两国的探空计划(1965——2003年)

VI.   二十一世纪及其后

 
不久前,世界上唯一的一种作超音速飞行的商业机种“协和号(Concord)”永远地停飞了。这是航空史上的一件羞耻事。从100年前,莱特兄弟成功地进行了第一次动力飞行以来,人们一直在努力追求飞行速度。一百年来,无数的人致力于建造超过前人更快的飞机。
 
本文要讲的是几个突破速度记录。每一次突破都是历史性的,它给后来者开辟了一个新的天地。我对这些突破者的敬意,超过对第一个吃螃蟹的人。第一个吃螃蟹的人之所以受到鲁迅的赞赏,是因为他的创新精神。螃蟹是个满身盔甲的东西,要吃它怎么下嘴呢?自从有了第一吃螃蟹的人之后,人们在食物方面就又多了一种东西。我对航空界的先驱们是怀有十分敬意的,不论他是哪国人。航空界这些先驱者们冒着极大的风险,去从事他们所追求的事业,牺牲生命也在所不惜。今年早些时候庆祝攀登珠穆朗玛峰(又名埃佛勒斯峰)50周年的时候,没有谁会说当年的登山人是为了出风头。要面对死亡,至少是一种挑战,而不是出风头。我为先驱者鼓掌,等待一本讲述中国英雄人物的书问世。现在媒体上谈论得多的是怎样“致富”或怎样当经理。本文要讲的故事完全和金钱无关,而是对地球上每一个老百姓都会受益的故事。
 
 
I. 莱特兄弟是飞机的创始者
图1. 莱特兄弟 兄名奥维尔-莱特(Orville Wright)莱特,弟名维尔伯-莱特(Wilbur Wright)
 
12月17日,在每年的日历上,不过是365天中的一天。但这个日子在航空史上却有特殊的意义。一百年前,1903年12月17日,美国人莱特兄弟俩,在人类史上第一次成功地做了有动力的飞行。在人类的历史中曾有过无数的人,想方设法,企图战胜地球引力,人能像鸟一样在空中飞翔。这些人眼望着蓝天,心里做着上天的梦。他们的梦想导致他们编出嫦娥奔月的故事。飞的梦从未断过,也有人做过各种飞的试验,失败了,甚至搭上了性命。
 
英国有一句顺口溜“两个错(wrongs)合成一个对(right,其发音为莱特),而两个莱特(Wrights)造成一架飞机”。莱特兄弟出生于美国俄亥俄州的一个名叫岱顿(Dayton)的小镇。此地去芝加哥东南约500公里,去我曾就读的印地安那州的普渡(Purdue)大学东南约300公里。所以我曾参观过在岱顿城(而今已发展成为一个颇具规模的城了)的世界上最大的航空博物馆。此城位于美国中西部的中心地带,本是一个小镇,我敢说,不是因为出莱特兄弟的话,不会有人去造访这个无名之地的。哥哥维尔伯-莱特生于1867年(殁于1912年),弟弟奥维尔生于1871年(殁于1948年)。他们原是做自行车生意的。他们受“如鸟般飞行”的意念的催动,把他们的全部精力和财产倾注于研究制造一个在空中翱翔的东西。他们甚至为此还造了一个简单的风洞,以实测他们的模型。现在的工业或研究用的风洞,规模大得很,耗资可达数百万美元。不过莱特兄弟的原始小风洞,只是一个用木板做的长筒子,加一台电风扇。你很难相信就这么个原始风洞居然产生了人类史上第一架动力飞机。由此可见,你也可以在你家的后院,自己造一架载人的小飞机呀,当然要有干劲,还得有些机械工程的知识。
 
小鹰(Kitty Hawk)镇是此卡罗米纳州靠大西洋海边的一个小镇,在首都华盛顿的东南约400公里处。小鹰镇旁边有一块宽阔的沙岸,一望无际,无任何障碍物。所以是他们搞试飞的理想场地。他们哥俩在小鹰镇边上搭了一个帐篷。1900年他们试飞的第一架是个无动力滑翔机,翼展5.4米,翼弦长1.5米,全重仅50磅。邀请了亲朋好友到现场参观。一个坐在滑翔机上管操纵,另一个用绳子拉着滑翔机跑。当时他们最远的一次,飞了120米。
 
1901年他们又在老地方支起了帐篷。他们试飞一个大一点的滑翔机。不幸的是,这次是失败的。他们并没有完全绝望,但很伤心。维尔伯说:“一千年内,人也飞不起来!”但两兄弟很快就证明,维尔伯的论断是错误的。这一年他们飞得最远的一次是104米。
图2. 莱特兄弟风洞
 
1902年兄弟两个明白了前一年的失败准是他们没有算对升力。因为那架滑翔机没有产生他们预计的升力。他们立即转向风洞,让风洞帮他们解决问题。莱特兄弟是首先在风洞里量测升力阻力的人。在实验过程中他们发现,一般认可的升力系数不真实,太大了些,他们发现长翼展窄翼弦的机翼比短展而长弦的机翼有效得多。1902年他们的滑翔机解决了飞机的基本问题,即升力的产生和绕三个坐标轴的操纵问题。不过,那仍是个无动力的滑翔机。对他们来说,下一步的挑战是做一架有动力的飞行器。这需要一台发动机和一支螺旋桨。他们还不懂得,螺旋桨实际是把机翼安在旋转轴上,产生的升力就是向前的拉力。他们在风洞里试验螺旋桨,以确定有效的桨叶形状。他们需要一台汽油发动机,重量要轻,马力要足。但没有人愿意帮他们造这样一台汽油机,结果,只好自己干。他们搞成了一台四缸机。其重量与马力之比好于任何已有的汽油机。它的动力是12马力,重90公斤。拿到现在来说,真够不上象样的发动机,没有汽化器,汽油直接注入汽缸。是气冷式的,却连散热片都没有。用提前或错后点火角度的办法来控制发动机的转速。它的动力勉强把1903那架飞机拉上十二月份的浓重海洋空气中。
 
1903年莱特兄弟,根据风洞的实验数据,造了比前一年稍大的滑翔机,加上了发动机。该年12月17日,他们进行了人类有史以来的第一次动力飞行。起飞前,他们先得解决一个问题,两个人谁先上去?在我记忆中,类似的问题,在许多历史的大事上,往往存在,没有确切的答案。譬如前几个月前攀登珠朗玛峰50周年纪念,就有这样的一个问题,谁首先登上珠峰的?是新西兰人?还是向导?谁是第一个腾空的?两兄弟决定哥哥维尔伯先上。有人也许以为那是因为维尔伯是哥哥,或者以为维尔伯是整个计划的主导者,或者以为维尔伯准是的驾驶技术高明些。其实都不是,当时他们俩是掷硬币决定的(不管多危险,谁都想第一个上天)。
 
掷硬币获得先上飞机之权,维尔伯就爬上了飞机。这次飞行不过飞了12秒钟,距离40米。但这终究是第一次有人操纵的重于空气的飞行器飞成功了,这在历史上是一个伟大的时刻。当天他们又飞了三次,他们用惯了的那硕大的前置舵,使他们获得了更长些的飞行距离。最后一次还是维尔伯飞的,在空中滞留59秒,飞行距离是260米。莱特兄弟说:“这是世界史上第一次,机器靠自己的功率把人带上天空,进行了真正的飞行。”从此,人像鸟一样把地心引力甩下,成了现实。
 
1906年3月23日,莱特兄弟申请了专利。同年5月22日获专利证书。据说,莱特兄弟在公众面前是十分谦虚的。他们出了名之后,被邀请去参加各种宴会。两个人尽管吃美食,却不肯发表演说。在某次宴会上,人们要他们发表演说。哥哥说今天该轮到我弟弟说话。而弟弟接着说,我哥哥刚说过了。此外,两人谁也没有多说一句。
 
他们飞行成功之后,有一家报纸评说,“莱特兄弟独自解决了人靠机器的力量飞行的问题,这是无可争辩的事实。”他们改变了地球的面貌。1932年,在小鹰城竖起了莱特兄弟的纪念碑。碑文上说:“竖立此碑以纪念维尔伯-莱特和奥维尔-莱特征服天空。事业的成功靠天才的想象力,大无畏的决心,和不折不挠的信心。”
图3. 莱特兄弟飞机
 
II. 第二次世界大战
 
在二次大战期间,欧洲战场和亚洲战场上出现了好几种有名的战斗机,美国的战机中出名的有P-40和P-51。美国志愿航空队(AVG),把成吨成吨的物资,从缅甸用飞机越过驼峰(喜马拉雅山的山峰之一)送到中国所使用的C-47是用道格拉斯厂出的DC-3型客机改成的运输机。日本有一种零式战斗机。德国的名战斗机是Me-109(梅塞尔史密特Messerschmit厂出品),英国有喷火式和旋风式战斗机。
 
1、P-40
图4.P-40
 
P-40有个外号“小鹰”,这个名字和莱特兄弟进行第一次动力飞行实验的地名一样。你也许对P-40型飞机不熟悉,但你大概听说过抗日战争中的“飞虎队”故事,二次大战期间,P-40是飞虎航空队所用的战斗机。到P-40的光辉业绩的末尾,这种战斗机一共生产了14,000架以上,在28个国家服役过。
 
在日本偷袭珍珠港和入侵菲律宾时,P-40和日本飞机交过手。在二次大战期间,美国尚未参战时,已经有无数的美国人借机学飞行,参加战斗,而不是坐等他们的国家参战。美国一位退役的空军少校名叫陈纳德(Chennault)的,他从1937年起担任中国空军的顾问。后来他组建了一支名为美国志愿队(American Volunteer Group, 缩写A, V, G)外号叫“飞虎队”的民间援华组织。该队约拥有驾驶员100人,地勤200人(大多是从美国陆海军中退役下来的),他们的武器是较陈旧的P-40B型战斗机。从1941年9月起,集中训练。
 
他们共有三个中队,其中两个进驻中国昆明,以保护中国与外界的唯一通道——滇缅公路。1941年12月20日飞虎队经受了“火的洗礼”。他们给企图轰炸昆明的日本轰炸机群以沉重的打击。志愿队以12架飞机的代价,击落了286架日机。1942年5月,美国已经对日宣战了,美国政府派了第23飞机队前往中国,替代志愿队,1942年7月4日志愿队宣布解散。
 
中国人永远不会忘记飞虎队给予的帮助,那些美国飞行员为中国的抗日战争献出了自己的生命。
 
2、日本的零式战斗机
图5.日本的零式战斗机
 
这里要说一段日本人自己设计飞机的起点故事。
 
1936年,世界知名的美国学者空气动力学大师冯-卡门(Von Kárman)来远东讲学。先到中国的北平清华大学,后到日本。他到处建议人家造风洞研究飞机的空气动力。中国的清华大学机械系成立了航空组,造了一座不大的二层楼,名为航空馆,楼下置放试验段直径为5英尺的一座风洞,楼上是研究人员的工作室。接着国家出钱,造一个5米口径的工业上实用的大点的风洞。风洞选址在南昌。卡门派了他的大弟子华登道夫(Wattendoff)来帮助设计。外壳已经造好了,可惜日本侵略军大举进攻沿海地区。南昌的风洞便夭折了。日本却认准了这是发展飞机工业的根本途径,顺利地建造了工业上实用的风洞。自己设计制造战斗机和双发的重型轰炸机。零式飞机是他们发挥雄心,赶西方最优秀的战斗机的成果。同样的一次讲学,所引出的后果不大相同。尽管日本的航空发动机比西方的还差一些,他们用削减结构重量等办法,居然使零式飞机能和西方飞机相匹敌了。战场上屡立战功,名声大噪,挤入了世界第一流战斗机之列。
 
大概好些人还记得日本人偷袭珍珠港的那片名为“虎,虎,虎!”的影片。在那次偷袭中,零式飞机大置身手。美国有一家名为“斯密公司松宁”的博物馆。那里收集了几乎各个年代的各国战斗机,但没有零式飞机;岱顿航空博物馆中也没有。在美国,我唯一见到过零式战斗机的地方,在休斯顿郊外30英里的盖尔文斯敦(Galveston)镇。那里的博物馆不大,可是收藏有两架零式战斗机。不过这两架飞机并不是从二次大战战场上搞到的,而是拍摄“虎,虎,虎”影片时仿制的。仿制的飞机从发动机罩的微妙曲线到竖向安定面都是极真实的。对日本人来说,零式飞机不仅仅是一架设计优秀的飞机,而且是日本海军在太平洋战争中的一种传奇的武器。有些史学家甚至认为,如果日本没有搞出零式飞机来,日本海军是不会下决心发动太平洋战争的。
 
1946年,战后,清华大学从昆明连回北平,该校航空系获得了一架零式机做教学模型用,我的父亲拆开过那架飞机。他仍然记得零式战斗机的机身蒙皮薄得像纸一样,因为日本的发动机马力还不够大,为了减轻自重,尽量减轻机身的结构重量,不仅蒙皮薄如纸。机身的隔框都没有像样的厚度,所用的隔框不过是一圈小尺寸的硬铝角铁。机身若是一中弹,就完,唯一用来保护驾驶员的是驾驶座靠背上的一块厚钢板。
 
3、德国梅塞尔施米特Me-109对英国战斗机旋风式和喷火式 图6.
 
二次大战前夕,德国的飞机曾是世界上最好的。由维利-梅塞尔施米特(Willy Messerschmitt)设计的战斗机Me-109于1934问世。当时它用的发动机是英国罗罗公司制造的Kestrel,是12缸双排水冷发动机。它在1935年10月获得了战斗机竞赛的头名。
 
在二战中Me-109是德国的主力战斗机。和它抗衡的英国飞机是旋风式和喷火式两种战斗机。双方的飞机在一个水平上,发动机都在一千匹马力左右,最大速度都在500公里/小时左右。外形上也差不多,都非常干净利索。在具体的细节上当然许多地方是各有千秋的。譬如,机翼的平面形状,按理论上说,椭圆的平面形诱导阻力最小。这样机翼的两个翼梢就要费不少功夫,把它做成椭圆的。英国人就是坚持这样做的。旋风式和喷火式的翼梢形态一直保持椭圆形。而德国却花不起这样的功夫,用的是一刀切,即翼梢取的是梯形,他们因为人工缺乏,宁愿在诱导阻力上吃点亏。也要取简单的形态以节省人工。英国战斗机的攻击武器是六挺高速机关枪,左右翼上各三挺,火力在前方交会于一点。把敌机套在交会点上,那是像刀切的一样,比分散的枪眼,破坏力大得多。而Me-109则用的是一种口径大到4厘米的机关炮,射速没有机关枪快,但一旦被它打中,那也是要粉身碎骨的。有一部黑白电影片是讲伦敦保卫战的。当时希特勒已经占领了整个西欧,就是对隔海的英伦三岛无能为力。于是他想用轰炸降服英国。大批的轰炸机在战斗机Me-109护航之下,日夜连翻轰炸伦敦。英国人则在海岸前沿布好抵抗的战斗机群。旋风式的加速稍逊于Me-109,但是它的结构强劲,经得起受点伤。在4,000米与5,500米空间, 喷火式和Me-109不分优劣,但在7,000米以上,Me-109是占绝对优势的。 Me-109俯冲速度比对手强很多。但飞行员得付出更大的体力。不列颠之战“是十分惨烈的”。尽管有拦截的防线,德国轰炸机仍有些突破防线,给伦敦以相当大的破坏。要不是旋风机和喷火机的拦截,伦敦可能被炸光了。英国首相丘吉尔赞叹说:“在历史上还没有见过,这么多的人靠这么少的人的牺牲得以存活下来的事。”
 
Me-109在德国从1935年到1945共生产了33,000架,战后,西班牙还生产了一些,直到1967年。
 
III. 1947年:切克-伊格尔突破音障 
图7.1947年:切克-伊格尔突破音障 
 
这简直是现代航空史上的一个神话,当事人现在还健在。他的名字叫切克-伊克尔(Chuck Yeager)。伊格尔生于1923年。1943年飞行学校毕业。他立即前往伦敦参加对德的空战。1944年2月与敌交手,10月12日击落五架Me-109,11月27日击落四架德国另一种名为富格-伍尔夫FW190的战斗机。对这次战斗,他回忆说:“这一天真是一个驾驶员的一场梦。在广阔的天空中,我懂得我是注定要和敌人恶斗一番的。”伊格尔于1945年1月15日结束他的战争生活。他一共打了64次空战,270个小时。经他手飞过的野马式P-51B型,P-50C型和P-51D型几架飞机,他都给飞机涂上了他的未婚妻葛尼-飞耶-狄克豪斯(Glennis Faye Dickhouse)的名字。他1945年2月回到家就和她结婚了。二战后他当了飞机的试飞员,试飞了有名的以火箭发动机为动力的试验机X-1号。
 
1、1947年马赫数1突破者
 
1947年6月,伊格尔被选中去驾驶用火箭发动机推进的贝尔(Bell)厂出的试验飞机X-1号,去超过音速。他自认为自己是天生的飞行员,他已经表现出来过超人的冷静秉性,遇事不慌。事前,很有些专家认为速度达到声音的速度时,就要遇到所谓的“音障”了,那时,音障会像一堵看不见而不可逾越的墙。所以当时人们都认为X-1这个试验课题是件难事。
 
是年,10月14日,他被大型轰炸机B-29带上高空,他从母机上被投放落下之后,接连把X-1上的四台火箭发动机点火,X-1立即窜向前去。他加速上升,然后关掉两台火箭,试试尾翼的操纵性怎么样。这时,马赫表上的读数从0.83增到0.88 到0.92,他小心翼翼地扳动一下驾驶杆,发现操纵面都听话。在马赫数表0.92时,发现操纵面都好用。在马赫数表0.92时,他在13,000米的高度上把飞机拉平,并点燃了第三台火箭发动机。X-1迅速加速,达到了马赫数0.98,然后指针突然跳过了表上的刻度。这时伊格尔刚好跨过了音速这个眼睛看不见的门坎,他飞到了马赫数1.06(相当于1,100千米/小时)。1948年,伊格尔突破音速这件事解密之后,他获得了“飞行最快的人”这么个称号。在航空界这是最了不起非凡的荣誉。这是世界飞行史上划时代的成就,是45年前莱特兄弟首次动力飞行成功以来的,另一最伟大的事件。
 
2. 1997年伊格尔重返爱德华空军基地
 
1997年10月14日伊格尔将军回到爱德华空军基地参加贝尔X-1飞机的50周年里程碑纪念会。50年后,他又爬进雄鹰型战斗机F-15的座舱。那天早晨他的飞行过程由美国CNN电视系统做了现场广播,对全球广播。在众多的贺词中,前总统布什写道:“如果要我用一个字来说伊格尔的话,这个字就是“服务”。战斗机驾驶员、试飞驾驶员、战斗的司令员,你们总是把你们为国家而做的服务的价值放在其他一切之上的……切克,你的勇气、机智、真诚,五十年来,一直出色地表现着。”
 
切克-伊格尔还在飞。空军的“雷鸟”飞行队每年都在洛杉矶以北约200公里的爱德华基地举行一次飞行表演。伊格尔最后一次在那里做表演飞行是2002年10月,那年他79岁,飞的是雄鹰战斗机F-15,飞到了发出音爆的程度: 跨过了音速。那天所有的无线电台和洛杉矶的各电视频道都播放了他在空中与地面指挥者交谈时的话音。他是现存的活着的传奇人物。他的电脑网址是 WWW.chuckyeager.com
 
IV. 超音速的协和号 
图8.超音速的协和号
 
我仍记得一位麦道飞机制造厂的退休总工程师告诉我,他第一次乘坐“协和”号的感受。他从二十世纪四十年代起,一直在航空航天领域里工作。可是他谈起“协和”号的速度来,那个新奇劲儿,简直像大学里一个一年级新生第一次上航空航天课一样。“协和”机英文是Concord,法文是Concords。
 
1976年,这种英法联合开发的协和式客机开始正式运营了。它以音速两倍的速度,2,200公里/时,飞越大西洋花3个小时。“协和”机是唯一能超过音速客机。你上午10:00乘协和号离开伦敦,可以在纽约当地上午不到10:00就到达了纽约。协和号成了饮香槟旅行的同义语,这就说它成了富豪和名人的身价符了。
 
协和号是英法工程师联手在二世纪六十年代开发的产品,用了革命性的梭标形的外形设计。开发费花了五十五亿美元。第一架协和号于1967年出厂,试飞和发动机调整花了两年,然后在1969年首次在法国上升飞行。在1972年,这架飞机的市场前景看好,十几家航空公司要订货。但一年之后,阿拉伯原油禁运,使油价暴涨,而协和号四台大推力喷气发动机耗油量惊人,一些原抢购该机的客户纷纷打退堂鼓。一共只造了20架,原计划是要造30架的。最后,英法政府不得不包揽了该机的生产,不计成本,基本上无赏的交给英航和法航两公司去经营。在24年的运作中,协和号几乎是完全无缺安全的,航线是从伦敦的希思罗机场式巴黎的戴高乐机场到纽约的JFK机场。
 
协和号在首飞之前,进行过5,000小时的试验,这是航空史上最细心检验过的飞机了。有一位飞过这种飞机的试飞员说“协和是应该是最安全的飞机了”。但2002年7月,在巴黎的戴高乐机场附近摔了一架,死难113人。这成了它寿终的起点。事实上,这起不幸的事故和飞机的设计毫无关系。事故发生后立即停飞,直到2001年11月,才重新启航,然而乘客心中的信任感却并没有完全恢复。9月11月纽约双子高楼被恐怖分子燃烧之后,整个航空运输业大不景气,协和号陷入无力维持营运状态。
 
我是个经常乘飞机的旅客,又是飞机厂的一个工程师,依我看办协和号肯定是有问题的。巨大的开发研究经费之外,日常的费用也比一般的大型客机高得多。从纽约到伦敦或巴黎,机票是8,000美元,等于大型客机波音747的头等舱的票价的四倍。毫无疑问,享受超音速旅行的愿望被现实的比较压倒了。譬如大型客机波音747虽然稍慢一点,却也是高亚音速的,乘客容量大得多,成本和例常的花费也低得多,票价当然低多了。波音747首先为泛美航空公司所采用。乘协和号的乘客大多是些要赶时间的运动员和文娱方面的演员。中产阶级的老百姓是不会去乘它的。
 
其次,协和号用的四台大推力喷气机和音障的噪音也太严重,以致不许在陆地上空飞行,只许在海洋上空飞行。这样,它的航线就只能限于纽约到伦敦和巴黎了。这是设计商用超音速客机的工程师们首先要解决的问题。所谓的音障,现在可以笑对飞机设计者说了:“你可以突破我,但你不能战胜我。我仍挡着你通向超音速飞行的路。”
 
V. 俄美两国的探空计划(1965——2003年)
 
从二世纪五十年代起俄美两就开始了空间竞争。我这里不谈背后的缘由,只说结果。
 
1. 俄国伽伽林(Gagarin) 
图9.俄国伽伽林(Gagarin) 
 
在中央政府的支持下,俄国科学们的空间计划进展得比美国快。俄国的宇航员拔得了离地球作空间旅行的头筹。在美国的一部很有名的影片“正确的东西”(Right Stuff)中,这件事大大地震撼了白宫。1961年4月,第一个摆脱地心引力的人成功了。在宇宙飞船“东方”号上,俄国一位上校尤里-阿列克赛维奇-伽伽林在离地300公里的轨道上,以每小时27,400公里的速度用了108分钟绕地球一周。他是第一个从地球以外来观看地球的人,他看到地球确实是圆的,表面上大部分地方是水。看上真是漂亮。
 
这位俄国上校(生于1934年3月4月殁于1968年3月27日)出生在离莫斯科200公里的一个小镇上。他的父亲是个木匠。他本人是集体农庄的一员。后来他参加了苏维埃空军,成了一名战斗机驾驶员。他被选拔为第一批宇航员受训。俄于1957年发射第一颗人造卫星Sputnik I。下一步,俄国小狗莱伊卡成了第一只进入太空的动物。
 
经两年十分保密状态之下的训练,1961年4月12日,伽伽林爬进了空间飞船“东方号”。火箭发动机点火后,他发出“起飞”的喊声。伽伽林用了108分钟,绕地球一周。这只宇宙飞船在离地180至327公里的轨道上,以每小时27,400公里的速度飞行。飞行过程由地面站操纵。这飞船当天在苏维埃土地上回取了。伽伽林的安全着陆打消了人们害怕宇航飞行致命的担心。同时也给美国人的自信心以沉重的打击。
 
伽伽林是苏维埃的英雄,同时也成了全球的名人。苏维埃政府让他到世界各地去露面。鼓励他讲他的太空经验。月球上有一座环型山以他的名字命名了。名画家毕加索为他画了像。伽伽林将永远是俄国的英雄。这一点是确定了的。伽伽林34岁去世,当时他驾驶的是米格15战斗机,在莫斯科研成果附近,因气候不好而失事。
 
2. 美国:
 
1961年5月25日美国总统肯尼迪在一次特别的联合议会说:“我相信我们这个国家应该自我超越,在本世纪内完成人登月,然后安全返回地面,没有哪个计划比这个更能给人以深刻的印象的了,在长期的开发空间的事业中,这是最重要的一件,也是最难最耗资的一件。”
 
A. 水星计划: 美国的第一个探空计划
 
NASA全名National Aviation and Space Administration, 美国航空航天总署在1958年启动了第一个探空计划。这是美国第一个载人的探空计划。主承包商是“劳克威尔国际公司(Rockwell International)”该公司原名北美公司,是二战中生产名野马式战斗机P-51 的。1996年波音飞机公司购买了该公司的二个航空分公司,水星计划的目标的是送人上环球飞行的轨道上去,考察人在空间动作的能力。从1961年1963水星计划共进行了六次载人飞行。其第一次飞行是1962年的2月。比俄国人晚了十个月。
 
B. 阿波罗:(Apollo)号太空飞船: 人类登月 图10.
图10. 阿波罗:(Apollo)号太空飞船: 人类登月 
 
宇航员是内尔-阿姆斯特朗(Neil Armstrong)生于1930年,1955年毕业于普渡大学(Purdue University)航空工程系。(噢,我是和他一个大学毕业的,该校的航空工程教学楼现以他的名字命名)毕业后,17年间,他当过工程师,试飞员和宇航员,他在加州爱德华空军基地的NASA的试飞研究中心当研究驾驶员,在创新的高速飞机上试飞,包括著名的4速度达到每小时4,000英里/时的试验机X-15,他飞过二百以上不同型号的飞机,包括喷气机、火箭推进的飞机和滑翔机。
 
1962年阿姆斯特朗被调到航空部门,他被派担任盖米尼(Gemini)项目飞行的机长。他先是完成了两个飞行器在空中的靠拢。然后任阿波罗11号的机长,做第一次尝试在月球上降陆,1969年7月20日,机长阿姆斯特朗和另一位名叫艾德文-阿尔德林(Edwin Alderin)的宇航员成功地在月球上着陆了。他成了踏上月球的第一人。他说一句永远不忘的话:“这是个人的一小步,却是人类的一大步。”他和阿尔德林在月球表面上探索了25小时。
 
C. 太空穿梭飞机
 
1981年4月12日太空穿梭飞机哥伦比亚号(就是今年返回地面过程中出事的那一架)从肯尼迪发射中心起飞,进行太空运输任务。1981年4月14日返回,降落在加州爱德华空军基地。在空中的滞留时间是2天6小时20分钟51秒。轨道的高度离地面300公里。轨道倾斜度是40.3度,一共飞行了1百70万公里。
 
第一次穿梭机的飞行任务是,安全地进入轨道,校验穿梭机上的所有的系统工作是否正常,最重要的是安全着陆。这些任务全都圆满地完成了。它所携带的主要酬载是众多的传感器和记录仪,记录下轨道飞行的各种数据和机身各部在发射起升时,轨道飞行中,以及下降和着陆时的受力的情况,即应力数据。1972年美国总统尼克松宣布航空航天总署将实施建造太空穿梭飞机的计划。第一架穿梭的成功显示了许多技术难题得到解决了。由此开创了人类太空飞行的新纪元,是一种多次使用的工具,希望它提供一种代价较低的,能经常上天的工具。可惜,并不那么容易重复使用,也没有使发射的代价降低太多。美国航空航天总署继续研究改进,寻求重复使用的新办法。
 
D. 太空穿梭机“挑战号” 
图11.太空穿梭机“挑战号” 
 
1986年1月28日,穿梭机“挑战号”在佛德里达到肯尼迪发射中心的发射架上摆好了,预备升空了。这是该机的第10次飞行,也是全部穿梭飞行的第25次。最引人注目的是这次有一位女教师去太空旅行。起飞73秒钟之后,挑战号爆炸了。7个乘员全部遇难。全世界对遇难者的亲属们表达了深深的悲哀。
 
E. 哥伦比亚号穿梭机 
图12.哥伦比亚号穿梭机 
 
无可否认,去太空总是比在地面上危险。死难者再也看不见他们的亲人了,只为他们参加了飞行。让我摘录2003年2月1日哥伦亚号返回地面途中失事的穿梭机上,一位宇航员出发前,回答记者的问题,万一这次任务出事,怎么办?他说:“太空开发计划会照常进行下去。”
 
这架哥伦比亚穿梭机返回途中出事时,我在北京,探亲假完毕,正准备飞回洛杉矶去。看到电视广播中这条新闻,我简直不敢相信。十七天前我刚看了该机升空的电视报导。中国有一家报纸用了这样一个标题:“他们在返回的路上消失了。”让我们对探空的先驱者们致敬吧。从事故中学取教训,人们会纠正他们的步伐,人类永远不会停止实现他们的梦想的步伐的。

VI. 二十一世纪及其后
 
航空事业的未来发展是不容易预言的,在这个领域里下一步有许多未知数,和诸多的陷坑。我知道自己没有本领让读者相信我将写出来的话。所以下面的一些段落谨供参考。我把航空工业分成三个部分;商用飞机,军用飞机和太空探索的开发规划。这是美国波音公司于1998年吞并了麦道公司之后,所用的概念。波音公司把客机的生产放在西雅图,这是波音起家的老根据地。把麦道公司原在洛杉矶长滩地区的大部分有关客机生产的工作暂歇了。把军工方面的飞机生产集中在米苏里州的圣-路易。加州亨廷顿海滩(Huntington Beach)是他们生产太空规划的地方。
 
1. 商业飞机:波音对欧洲的空中客车 
图13.商业飞机:波音对欧洲的空中客车 
 
十多年前,1970年欧洲浮出了一家飞机制造公司,空中客车。这是一家欧洲多国合资的公司,法国占40%。德国占34%,西班牙占6%,联合王国(UK,即英国)占20%。显然,欧洲只有多国合资搞飞机工业才能和美国的巨头相抗争。他们克服了各国之间的分歧,分担发展经费,分摊市场赢利,甚至采用统一的度量准标,即米制、和统一的语言:英文,这样一来通过竞争空中客车改变了飞机市场的面貌,给航空公司、旅客、和机组人员以实际的好处。该公司的总部原来设在巴黎,后于1974年迁至法南部Toulouse。1979年起不列颠航空局成了重要的合伙者。
 
1969年出厂第一架A300,到二十世纪九十年代的四台喷气发动机的A340,空中客车在世界市场上上升到占50%的份额。结果,美国的洛克希德的L-1011型客机停止生产了(我乘过一次L-1011,那是香港龙航空公司往返北京航线上用的)。麦道飞机公司卖给波音后。我是乘惯了麦道和波音的客机的,从来没有乘空中客车。按我自己的经验有几点可以供你参考。
 
(A) 没有获得一定量的订单而启动一种新机型的设计生产问题:
 
至今为止,空中客车的经营正确,在恰当的时候推出A300、A320和A340几个型号,都很成功。这里面有一点,我必须指出,他们是有政府支持的。客机工业和汽车工业是完全不相同的。要搞一个新的型号,至少得有100架可靠的订单,才够从事开发的经费。开发投入资金全是没有回报的,至少得分摊到100架的订单上。所以要抵得上投资总额,得有150的订单,要赢利得有200架以上订单,这是客机工业的粗略估算法。波音和麦道从来没有在100架订单以下就搞新的型号,而空中客车敢干。这是有政府支持的缘故。
 
有一个真实的故事。上个世纪八十年代初期,台湾某航空机构拿着二十个亿美元来到洛杉矶、长滩,那时还是麦道公司,想购买40%的客机生产股份,当他们听到这项投资,五年之内一分钱也赚不到时,大吃一惊。十年能收回成本那算是最快的了。也就是说11年后才有可能获利。当然事情没有谈成,他们再也没有来过了。你愿意把20个亿投入这种冒险的事业中去吗?如果把这20个亿交给银行,你会在十年得多少利息呢?所以这种大量的长期的又冒险的投资就得靠政府的支持。现在中国正在设计70至90座的客机,我愿意借此机会吁请读者诸君都来支持这个规划,因为它是中国人自己的事业。
 
(B)钱说了算
 
约1997年空中客车公司很骄傲地宣布他们已扭专亏为赢了。这也就是说空客公司,从1970到1996,从未获利过。你很难想象一个工业公司接连26年亏损,还能存在。空中客车公司从哪里弄钱去支付工作人员的月薪?去年2002年,德国一个小的飞机制造公司,道尼尔(Dornia)宣布破产时,被解雇的工作人员的工资由当地政府给80%。这你就明白了,万一空中客车也歇业,政府也得每月付那么大一笔失业率救济金,所以与其救济不如拿这些钱去发展新的型号。
 
(C)空客采用电线操纵
 
我知道,空客用的是电线操纵。这种办法多在军用机上使用,以替代传统的液压系操纵。此法的好处是驾驶员不必经过培训阶段,不论装在哪种型号的飞机上,他们都会用。这对经营航线的飞机公司说来,省了一大笔钱。
 
(D)宽机身
 
一般说来,所有的空中客车各型号的客机机身的横截面积都比较宽。这对乘客有什么好处?截面宽,座位之间的距离就可以放大一些。波音飞机上的这个尺寸还是50年前做的规定,空中客车定的尺寸就比波音的宽3-5cm。再说截面积大了。客舱的高度也高一些。所以乘客觉得舒适些。
 
现在你明白了吧,空中客车何以受欢迎了吧!因为它为航空公司省点钱,顾客也因宽松而欢迎。
 
空中客车和波音之间,下一轮该是斗什么了呢?约在2000年左右,这两家对市场未来的趋势估计很不相同。波音现在已退休了的市场副总裁认为未来的要求是“飞得更快一些”,而空中客车则认为是“机身更大一些”。于是波音从事于开发名为“音速巡航”的型号。它的设马赫数是0.96,十分接近于音速(音速飞行的马赫数是1.0)。这个型号的研制,一开始就遇到许多的问题。飞行速度这么接近于音速,飞机必有些局部地区的流速已超过马赫系数1.0。按可以获得的发动机去设计,原定的乘客容量250人是无法实现了,不然的话原拟的航程就达不到。新式的材料价钱也贵得多。最后,到了2001年9月11日,此项计划只好搁置在电脑里。空中客车进行的是A380型客机,容量是555个座位。这个型号内部是全统的双层甲板,很是先进、宽敞,客机中从未有过的,能解决各国中心航站之间乘客数日益增长的需求。A380的运营成本可以降低15-20%,航程可以增大10-15%,噪音更低些,对空气的污染也比现在波音747—400小些。不过A380要到2006年才作首次飞行,而交货则要到2008年。波音现在致力于生产中型客机波音7E7,250座,以替代现有的波音767。我敢说双方的拼斗还要继续下去,永无止境。
 
2. 军用机:波音对洛克希德(Lockheed) 
图14.军用机:波音对洛克希德(Lockheed) 
 
在美国,航空航天工业,除了波音之外,还有一个巨无霸,洛克希德-马丁公司。它一向是美国军方的最大承造商。中国人大多不熟悉这个名字,因为它在中国没有商务活动。它制造过的唯一客机是L-1011型机,这在上面已提到过了。洛克两德制造的军用机是世界上最好的。这声誉的赢得是靠他们坚韧的研究工作,不断开发优秀性能的战机,不懈地追求创新和降低成本的设计以及优秀的制造战略。
 
它的产品计有:战斗机F-16,螺旋桨运输机C-1303和C-5。其中C-5是美国最大的运输机;第一种隐形战斗机F-117,和下一代战斗机F-22。两年前,该公司赢得了生产下一代多功能、多任务的名为联合打击战斗机(Joint Strike Fighter, JSF)的战斗机F-35的合同。此外,还有两种间谍飞机U-2和SR-71也是该公司生产的。
 
(A) U-2侦察机 
 图15.U-2侦察机 
 
上个世纪五十年代出生的人,也许还记得六十年代新闻中常出现的U-2这个名字。这是一种装备最完备的电子仪器的间谍飞机。它能把在上空收集到的情报立即送到基地去。该机的机身细长,像一支铅笔,给雷达的反射面积最小。它的升限大于21.5公里,据说,当时所有防武器都够不到它。但苏联人用萨姆3导弹把它击落过,那是1960年。后来,1962年中国人也把它下来过。
 
(B) SR-71 高空高速侦察机
图16. SR-71 高空高速侦察机 
 
上个世纪六十年代洛克希德还生产了一种无人的间谍机(顺便提一句,U-2是有人驾驶的),名叫SR-71。我还记得1971年某日,一架SR-71由于自身的故障,堕毁于中国境内。北京航空航天大学的技术人员去机场研究过它的残骸。那时中国人给它起个外号叫“双3”,因为它的飞行高度大于30公里,速度高于三倍的音速(马赫数3.3)。这样就没有什么武器能够得着它的了。即使导弹爬到了那个高度,其速度也跟不上它。反过来,速度能达到马赫数3的导弹,高度又上不去。所以SR-71是世界上从未被人击落过的间谍飞机,,倒是自身故障堕毁过。它能随时飞到你的头顶上,你干瞪眼,拿它没有办法。美国空军从1990年起停止使用这种飞机了。有人猜测,洛克希德准在搞另一种间谍机以替代SR-71。但至今尚无消息。
 
谈到波音和洛克希德在军用机方面的竞争,洛克希德略胜一筹,因为它获得了生产联合打击战斗机JSF的合同。美国的战斗战向来分为空军用的,海军用的和海军陆战队用的。主要的区别在于尺寸大小,因为航空母舰上的起飞和降落尺寸有限。空军用的是陆基起飞降落跑道,所以这方面不受限制,它需要大型战斗机。海军则要小型的战斗机。海军陆战队则需要垂直起降的飞机(VTOL, Vertical Take Off Landing),如AV8 Harrier。联合打击战斗机是能同时满足这三方面的要求的。这确实是一块烫手的土豆。人们都在等待2005年它的首飞式。波音在军机方面的竞争也不是束手待毙。他们在争取JSF产生合同失败后,工程师们立即进行无人战斗机(UCAV, Unmanned Combat Air Vehicle) 的计划。毫无疑问,无人战斗机一定会在将来成为现实的。
 
3. 航天飞机X-37 
图17.航天飞机X-37 
 
在穿梭机之后是什么飞机?事实上,在哥伦比亚号失事前美国航天局NASA已经着手搞好几个规划了。其一是X-37。这是用来替代已经陈旧了的穿梭机。现在的穿梭机是上个世纪七十年代设计的,已经30多年了。30年后的今天好的新材料出来了不少种,电子计算机现在也比30年前的好了不知多少倍。
 
美航空航天总署NASA的X-37是一种转入二十一世纪时期的新技术的未来太空运输方法,它开创航天技术一个新时代。X-37是一种无人驾驶的能重复发射的飞行器,可以沿轨道绕地球飞行,也可以重返地面。用机器械人代替活人,可以大大减轻重量,因为为维持宇宙员的生命和日常生活原来要携带许多的设备,现在无人了,这些东西都用不着带了。X-37的速度达到音速的25倍,可忍受严酷的太空环境,及返回大地的大气条件。X-37一个关键的技术问题是怎样改进现有的防热层,要寻求一种十分耐烧又耐久的防护层,要解决一些新的气动防热问题。
 
1999年7月,美国航空航天总署选中波音公司,订了四年合作开发X-37的合同。总投资,包括NASA的和波音的两方面的资金,约为1.7亿美元,对半开,一家负担50%。X-37长8.5米约等穿梭机的酬载舱的一半长度,重约6吨。翼展约5米,有一个实验舱,长2米,直径1.25米。在轨道上的推进发动机是一种十分可靠的AR-2/3型火箭,那是上个世纪50年代就有了的。关于X-37的总装和检验,定在加州的帕姆代尔(Palmdale)和海兽滩(Seal Beach)二地的波音实验室进行。X-37上天之后将在轨道上呆21天,进行各种实验,然后返回地面,在普通的飞机跑道上降陆,X-37航天航空总署的创新太空运输方法是大减运输成本的计划的一部分。这将是该总署得以第一次真正测定太空运输新技术的价值。
 
30年来总署一直想找一种更好的太空飞行器。所谓“更好”有几点内容。第一,新的飞行器要能降低重新发射的花费。30年来一直在争论,到底是能重新发射的穿梭机花用少,还是象俄国人用的一次性不回收的太空器花钱少。载运上天去的花费较之俄国的一次性办法费得多。粗略估算一下,每一磅东西送上天空去,得花2万美元。两个富豪搭俄国飞船上天,每人付2千万美元。假设人的平均体重是200磅,加上100磅飞行服和其他辅佐设备及生命所需的东西,一个人上天至少得花六百万美元。当然他上飞船之前得经过培训。无怪两个富豪各花了2千万。
 
下一代的穿梭机带东西上天,每一磅将花1,000美元。我期待,将来上太空”度假”,一个人花2百万就行了。另一个问题是准备时间。现在发射之前得花几星期个做准备,将来准备时能缩短到几天。每次回返大地,准备再飞的维修费用,应该降到合理的程度。现在的水平,穿梭机的机身外层上的防热瓦,更换修补,既花钱又费时,对现有穿梭机,失事率要求在百分之一。目前失事率不到2%(实际上是飞了107次,失事2次)。你也许认为1%已经不得了啦。你知道你的电脑出事率多大?要求失事低于0.05%,如果每年发射10次的话,那就是200年内可以发生一次。
 



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