第3章 探索飞行的另一种思路

空中的巨人——飞艇

载人热气球的尝试

在继续讨论滑翔机—飞机这条技术路线之前，我们先绕点路，谈谈另一条路线：气球—飞艇，它曾一度比飞机发展更快。第一次工业革命后，蒸汽动力的发明应用带给了人们极大震撼，甚至有人将蒸汽机神化，这类的情节大量出现在20世纪80—90年代的科幻作品中。一种体积巨大的飞行器，也经常在这些作品中露脸，它们庞大的体型，甚至让摩天大楼相形见绌；其内部空间有如地面建筑，却飘浮在空中，这种被称为“飞艇”的浪漫飞行器，在蒸汽朋克（steampunk）文化中有着举足轻重的地位。所以，飞艇最引人入胜的一点是——它们是真实存在的，它最早来源于气球。

人类最初乘坐气球的体验，与其说是飞行，倒不如说是飘浮，并不能把人带到很远的地方，当然，如果很幸运有风的帮助，也许可以。不过，能自主活动的气球当时已经存在许久了，法国作为气球应用的先驱，也一直走在技术前列。早在1783年6月，法国造纸商孟戈菲兄弟造出了一个用纸、布片和柴火组装的巨大热气球，在巴黎短暂升空，不过乘客不是人，是他们家的公鸡、鸭子和山羊。5个月后，他们有了两个自告奋勇的试飞员——皮拉特尔·德罗齐埃和达尔朗德伯爵，这才是人类首次乘坐热气球飘浮。第二年，另一个法国人让——皮埃尔·布朗夏尔，把一个手动螺旋桨装到了氢气球上，靠着手摇螺旋桨在空中移动，虽有点勉强，但至少也算飞行，而不是随风飘了。过了一年，他又在一件新作品上安装了鸟状尾巴，以增加飞行稳定性，这种结构在今天所有的飞行器上都很常见。但这次他抛弃了手摇螺旋桨，改用手摇翅膀来提供推进力，并且成功飞越了英吉利海峡。可以想象，他的体力一定很强，能在空中手摇翅膀飞了几十千米。

但是，即使气球这样简易、原始的“飞行”道具，也能在战争中发挥大用。军事气球，最早出现在1794年法国的弗勒鲁斯战役中，最后法国靠它打赢了。后来，在美国南北战争中，北方军也利用气球取得了不小的战术优势，果然，先进军事技术的传播非常迅速。当时的北方联邦军领袖亚伯拉罕·林肯意识到了气球的潜力，专门组建了“联邦军气球部队”。人坐在氢气球里，飘浮在高空绘制战地地图，观察敌军动向，还能为炮兵纠正弹道。后来，联邦军不仅把氢气球和氢气制造机组合成一个移动空中观察单位，甚至还改造了一艘运煤散货船，把这套设备装到了船上，这艘名为“USS乔治·华盛顿·帕克·库斯蒂斯”的军舰，在1861年成为人类第一艘“航空母舰”。

在1863年的联邦军气球部队中，有一个来自欧洲的观察员——25岁的德国贵族费迪南·冯·齐柏林，他被载人气球和它的军事潜力深深吸引：如果气球能自主飞行，不仅能更好地观察形势，还可以直接在敌军头顶上扔炸弹，这不是更高效吗？年轻的齐柏林还申请坐气球体验一下，但是当时的联邦军指挥官拒绝了，不过在他回到欧洲之前，还是在美国获得了第一次气球乘坐体验。

从热气球到齐柏林飞艇

那么，飞艇又是怎么来的呢？在第一次工业革命早期，人类不仅学会了以科学的眼光理解世界，而且还有了大量可以拿来就用的新技术，比如蒸汽机。但这些铁家伙看着“傻大笨粗”的，就不像能飞的样子。但在1852年，法国人亨利·吉法尔就不信邪，把一个蒸汽动力装置装在了尺寸更大的雪茄形飞艇上，并成功飞出了27千米。气球和飞艇的军事潜力，这下子被法国军方看上了，于是这项技术开始加速发展——更复杂、高效的飞行控制装置被装载，更小巧的内燃机替代了傻大笨粗的蒸汽机。1884年，法国军队的一艘由原始电动机驱动的飞艇，在飞行了8千米后回到原地，成为第一个能够回到起飞地点降落的飞行器。

就在德国的老对手法国推动气球和原始飞艇技术快速发展时，年轻的齐柏林和其他德国贵族一样在军中服役。尽管齐柏林极力游说，但这时的德国军方并没有意识到它们的军事价值。忠于祖国的齐柏林认为军事上报效国家最好的方式，就是制造出无与伦比的军事机器，从而在战争中占据优势。

到这一时期，所有的热气球和原始飞艇还都是软质的，不过是大一点的气球罢了。维持形状靠的是气囊内外的压力差。这本身没问题，但当气球体积大到一定程度时，气囊的材料便无法维持它的外形了，尤其是飞艇还要考虑飞行时的阻力和稳定性，一般都设计成细长形。在这样的形状下，柔软的气囊便显得更加性能不足了。而且，当飞艇做出转弯动作时，细长、柔软的艇身甚至可能直接弯折。

齐柏林的目标远大，想要造出不仅可以进行观察，还能远程飞行的巨型飞艇，直接把炸弹扔到敌人头顶上。所以软壳气囊型设计，从一开始就没被考虑，而且他还选择了更加困难和昂贵的金属骨架硬壳技术路线。整艘飞艇拥有一个硬质壳体，其内部填充着多个充满了氢气或氦气的气囊以提供浮力。这样制造出来的飞艇，载重更大，能以更快的速度飞行更远的距离。一切看起来都很美好，但是超高的性能，通常也意味着超高的成本。齐柏林的计划不仅没有被军方采纳，甚至还被认为是异想天开。但是，多亏罗滕堡国王认可了齐柏林的远见，为他提供了土地和起步资金。于是，齐柏林建造厂房，招募工人开始制造，一个个轻质铝合金骨架渐渐组合成巨大的工业怪兽，处处透露着金属朋克的工业美感。怪诞的齐柏林飞艇，在今天甚至成了一个流行文化符号。另外，在迈巴赫汽车被梅赛德斯奔驰收购以后，“齐柏林”这个名字偶尔也会出现在戴姆勒集团制造的顶级轿车上。

1900年，第一艘齐柏林飞艇——LZ-1上天了，它装载着17个氢气囊和2个由戴姆勒制造的小发动机。然而，这艘长达128米、气囊总容积超过10000立方米的壮观飞行器，并没有打动德国军方。后来，经历过多次飞行失败和财务上的挣扎，甚至要靠全德国人的捐款，齐柏林才能维持他的飞艇梦。最终，普鲁士皇帝来到博登湖畔的腓特烈港，授予齐柏林普鲁士最高荣誉，以及对他来说更有价值的东西——飞艇的军方订单。

另一方面，飞艇先驱法国，此时已经将军事技术路线从气球和飞艇转向飞机了，所以齐柏林第一艘军用飞艇，毫无疑问一出世便是全世界最先进的。齐柏林甚至还制造了商用型号，交给全世界第一个民航运营商DELAG，运营大城市间的航班飞行和观光飞行。

1914年，第一次世界大战爆发，这场战争残酷地展示了血肉之躯在先进军事科技面前的脆弱性。齐柏林飞艇自然吸引了处在战争中的德国军方，战争初期仅有8艘飞艇的德军，立即下单了更多性能更强的飞艇，齐柏林以制造先进武器报效祖国的目标，看来真的实现了。新造的飞艇，结合了包括杜拉硬化铝合金在内的当时所有最先进的技术。

在德国海军出海时，飞艇紧跟着舰队，凭借更好的视野提供敌方动向，这带给了德国海军相当大的战术优势。但齐柏林远远没有满足，进一步要求德军派飞艇直接轰炸英国本土。德军被说动了，直接轰炸敌军本土，让战火不再仅限于前线，这就开启了现代全面战争时代。被卷入世界战争中的国家，即使身处后方，也依旧无法安心而居。

飞艇的优势与衰落

当时英军企图用原始的战斗机击落飞艇，然而，硬壳多气囊的飞艇非常难以击落，即使一部分气囊被击破，还是可以维持滞空，而且飞艇上的防空火力比原始战斗机还要强得多。直到英军装备了特殊子弹，可以引燃飞艇氢气囊后，这一情况才有所改观。被引燃的氢气囊会引起剧烈的爆炸，铝合金框架又会在高温中发生剧烈的铝热反应，放出耀眼的光和大量的热，整个飞艇变成了绚烂的烟火，点亮了英格兰的夜空，给目击者留下了一生难忘的深刻印象。英军研究了一架迫降而未爆炸的齐柏林飞艇，随后制造出了自己的复制品，还利用它们为自己的运输船队护航。当时德军的潜艇无法潜航，下潜时只能维持不动，而航行时必须露出水面，有了英军飞艇提供视野和打击能力，英国运输船队从此损失量大幅减少。

为了改变飞艇容易被英军击落的境况，齐柏林开发了性能更高的高空飞艇。这种飞艇可以在6000米高空飞行，甚至可以躲在云层上面。从飞艇中可以降下一个小小的观察舱，里面只有一个观察员，通过电话告诉飞艇里的人航行方向，发出轰炸指令。这一回，飞艇是彻底隐身了，可以进行无预警轰炸。可以想象当时英格兰的居民，每天晚上在头顶随时可能掉下炸弹的情况下，是很难保证睡眠质量的。

这种可以进行战略轰炸的高空飞艇，虽然性能强大，但也对工程学提出了极其严苛的要求。因为高度越高，空气密度越低，但是飞艇体积和重量都几乎没有变化，所以为了获得相同的浮力，要将艇身做得更轻。尽管齐柏林尽力优化了飞艇结构，但是高空飞艇依旧背负着艇身强度不足的压力。

1918年，德国在第一次世界大战中战败。由于《凡尔赛和约》的限制，齐柏林飞艇在德国销声匿迹，齐柏林公司只能改行，开始用本来制造飞艇的铝合金材料制作厨具。战败的现实，让热爱飞艇的德国人非常遗憾与绝望。但是，在战胜国中，飞艇反而得以发展壮大，美国海军根据齐柏林飞艇复制了自己的版本，改进了飞艇的一个重大缺陷——氢气易燃。美国开发天然气，积攒了大量作为其副产物的氦气，这种惰性气体完全没有易燃烧的风险，安全性大大提升。飞艇的商业潜力也在英国吸引到了资本的注意。英国以一战中在其领土迫降的齐柏林L-33型飞艇为蓝本，改造成R-34型飞艇，在1919年实现了人类首次不经停飞越大西洋的飞行，仅仅耗时四天半。

1921年，美国海军从英国购买了一艘高空飞艇的复制品——R-38型飞艇。飞艇在第一次试飞过程中，突然折断成两截，艇上49人中有44人遇难。事故原因是，工程师和飞行员没有考虑过这种脆弱的艇身在低空的稠密空气中转向时所承受的应力。至于如何解决这个问题，英国和美国的工程师都没有头绪。

后来，经过各国政府和齐柏林公司的掌舵人雨果·埃克纳的共同努力，齐柏林终于回到了飞艇制造业。齐柏林公司在这艘全新的飞艇上采用了各种当时的最新技术，并且在完工后，开着它向德国人民展示。可以想见，当时的德国民众看到它时的激动程度。这艘近乎完美的飞艇，随后飞越大西洋，被交付到美国人手中。在飞过纽约曼哈顿又降落到新泽西机库的过程中，它吸引了无数民众和记者观看，相关报道铺天盖地。

20世纪20年代开始，各国都在继续发展和制造自己的飞艇，这些壮观的飞行器，确实也有着不错的安全记录和独一无二的乘坐体验。在当时，乘坐飞艇是欧洲和美洲之间最快捷的交通方式。在20世纪30年代，飞艇发展到极致。例如，当时最先进的齐柏林飞艇“兴登堡号”，艇身长达245米，直径达41.2米，可容纳20万立方米的气囊，这与排水量5万吨以上的“泰坦尼克号”邮轮的体积相差无几。4台戴姆勒柴油发动机，可驱动着它在400～600米的高空，以135千米/小时的速度飞行，单次航程可达到惊人的16500千米，甚至超过了今天所有的民航客机！但是，兴登堡号存在一个致命的缺陷——当时世界上大部分的氦气都掌握在美国手里。美国不仅对飞艇使用氦气有着严格规定，而且国家军需品控制委员会拒绝出口氦气。这导致兴登堡号被迫改用氢气提供浮力。

兴登堡号飞艇更令人惊讶的，还是它内部的豪华程度。可以想象当时飞艇船票是非常昂贵的，为了让这些富有的乘客获得令人满意的乘坐体验，飞艇上设置了餐厅、写字间，甚至有独立的吸烟室。为了让乘客享受雪茄的同时别把飞艇炸了，还特别安排一个服务员看守吸烟室，不让乘客把火源带出去。由于吸烟室内的压力高于外界，所以易燃的氢气不会在不知不觉中混入吸烟室。除了高级雪茄、美轮美奂的空中景观、独立卧室和淋浴，飞艇上甚至还配备钢琴，当然这台钢琴和飞艇上的沙发、床、隔墙等其他东西一样，都是经过特殊轻量化设计的。

为了飞行的安全与舒适，兴登堡号需要配置52名机组人员、乘务员和机务人员，而只能容纳72名乘客。当然，这些工作人员也不都是服务乘客的，在每一个发动机舱中，都有一名机械师负责操纵发动机，以及解决随时可能出现的问题，因为当年的内燃机可靠性确实比不了今天。巨大的飞艇出一趟门就是好几天，它轻薄的外壳也有破损的可能，这时候机务人员就会腰缠安全绳，在空中一边飞一边修理。不管是在逼仄、闷热、嘈杂的发动机舱里，还是高速飞行的飞艇外壳上，像这种耍杂技一样的工作，相信都不是什么愉快的体验。

1937年3月，兴登堡号在美国新泽西莱克赫斯特准备降落时突然起火，整个艇身变成一个巨型火团，仅仅30秒后就坠落地面，艇内的20多万立方米的易燃氢气和铝合金骨架全都成了燃料。艇上13名乘客、22名机组人员和1名地勤人员不幸遇难。毫无疑问，这并不是飞艇第一次出现的灾难性事故，却是最被大众熟知的一次，因为降落现场不仅有众多民众赶来观看壮观的飞艇降落，而且现场聚集了大量手持照相机和摄像机的记者。

兴登堡号这场骇人听闻的灾难，让人们对飞艇的安全性彻底失去信心。飞艇的客运业务迅速枯竭，航空运输业转而使用更快捷的飞机，而跨大西洋航线乘客则更倾向于虽然慢但也更安全和舒适的邮轮。

在军事领域，飞艇还有一些零星的研发和制造，但是再也没有像在一战中那样大放异彩过。其中最令军事爱好者兴奋的尝试，应该是“空中航母”，它最早是英国尝试制造的一种挂载飞机的飞艇，让飞艇把飞机带到战斗区域附近，然后释放，战斗结束后再回收，以来扩大当时的原始战斗机那捉襟见肘的作战半径。在这条路上美国走得最远，20世纪30年代他们设计制造了2艘和兴登堡号尺寸接近的“阿克伦级”硬壳飞船。其内部带有一个微型机库，可容纳5架专门制造的F-9C“麻雀鹰”双翼螺旋桨战斗机。这种飞机起飞时，通过挂在一个钩子上被推出机库放飞，降落时也挂在钩子上被拉回机库。这样一套奇怪的装备，与其说它是战争机器，倒不如说更像马戏团的杂耍道具。这些前辈的创造性，真是让今天的航空工程师叹为观止。这2艘空中航母，在1933年、1935年先后坠毁，这条用飞艇当作战斗机空中母舰的技术路线，也就此走到尽头。不过，人类远还没有放弃空中航母的梦想。

在21世纪，美国洛克希德·马丁公司的“臭鼬工厂”（我后面还会介绍这家传奇工厂）计划开发一艘能长时间滞空的飞行器，于是做了“技术考古”，复活了飞艇。然而，美国军方突然取消了研发和采购计划，这个计划流产了。洛克希德·马丁公司在此项目中的竞标对手、英国混合航空飞行器公司（Hybrid Air Vehicles，HAV）的工程师诺斯罗普·格鲁曼拿出了HAV-3型飞艇。原本的计划流产后，这种新生的飞艇来到英国，改为民用，并取名为“登空者10号”。它的外形就像人的臀部，所以得了一个绰号“飞天屁股”，前几年网上还能看到关于它的新闻（有兴趣的读者可以去搜一下）。但是，这依然是一种软壳飞艇，艇身形状和强度要依靠内部压力来维持，所以以齐柏林飞艇为代表的空中巨人——硬壳飞艇——真的是只属于那个年代的记忆了。

我之所以要专门说飞艇，是想解释一下上升、飘浮还不算是现代意义上的“飞行”。飞艇的逐渐没落，除了自身技术缺陷以外，更本质的原因还是飞机的快速发展，挤压了它的生存空间。那么，在飞艇发展的这些年里，飞机又经历了什么呢？