肖君柏

“想飛上天，和太陽肩并肩……”飛天，一直是深藏在人類心中的一個(gè)夢(mèng)想。因?yàn)檫@個(gè)夢(mèng)想，我們逐漸有了紙鳶，有了氫氣球，有了現(xiàn)代飛行器。

不論你相信與否，截至目前，人類飛上天的方法其實(shí)只有三種。

變得比空氣更輕

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，空氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量為29，只要物體的分子量比空氣更小，它就能在空中飄起來。如果某個(gè)物體足夠輕，甚至能把人帶飛，如氫氣球、氦氣球等。

在人類的飛行器發(fā)明史中，有很多這方面的實(shí)例。

中國第一個(gè)氫氣球由晚清軍工專家華蘅芳制造。在今天的人們看來，華蘅芳當(dāng)時(shí)所采用的氫氣球制造方法十分簡陋，即利用強(qiáng)酸和金屬反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，再將氫氣充入氣球內(nèi)。

我們熟悉的熱氣球則利用熱空氣代替比空氣更輕的氫氣或氦氣。由于氣體的密度與絕對(duì)溫度成反比，因此，可以通過升高氣溫來減小氣體的密度和質(zhì)量，達(dá)到比空氣輕的目的。古老的孔明燈采用的就是這種原理，它也是最早出現(xiàn)的熱氣球。

氫氣球也好，熱氣球也罷，二者雖然都能飛起來，卻有一個(gè)致命缺點(diǎn)，那就是人們難以控制其飛行方向。為了更好地控制空中姿態(tài)和飛行方向，同樣基于“變得更輕”的思想，人們?cè)O(shè)計(jì)、制造了飛艇。

人們把比空氣更輕的氣體（一般使用安全性更好的氦氣）充入飛艇內(nèi)部，用以提供升力；然后，在飛艇上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)，為其水平移動(dòng)提供推行動(dòng)力，并借此控制飛行姿態(tài)。

制造空氣壓差

當(dāng)物體在空中飛行時(shí)，使上表面空氣流速大于下表面的空氣流速，形成空氣壓差，也是實(shí)現(xiàn)飛行的一種方法。

當(dāng)上下表面存在空氣壓差時(shí)，物體就可以獲得一個(gè)升力；如果這個(gè)升力大到足夠克服地球引力，物體就可以離開地面。

鳥類就是利用空氣壓差來飛行的。鳥類天生具有適合飛行的身體條件：巧妙運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)的翅膀、由堅(jiān)硬輕細(xì)的中空骨骼構(gòu)成的骨架結(jié)構(gòu)、發(fā)達(dá)的胸肌、獨(dú)特的呼吸系統(tǒng)以及輕而柔滑的羽毛等。

鳥類能夠飛行的主要原因是它們掌握了制造空氣壓差的飛行技巧。當(dāng)鳥兒在空中滑翔時(shí)，空氣在翅膀上、下部間形成壓強(qiáng)差，產(chǎn)生一個(gè)向上的升力，從而可以把鳥兒托在空中，而不至于使它們往下掉。

除此之外，鳥類會(huì)采用積極主動(dòng)的撲翼飛行來產(chǎn)生一定的氣動(dòng)升力。鳥類的翅膀在撲動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于飛機(jī)的螺旋槳或噴氣推進(jìn)裝置，使自身可以持續(xù)保持飛行狀態(tài)。

其實(shí)，在人類早期的飛行嘗試中，魯班制造的木鳥、達(dá)·芬奇的撲翼飛機(jī)都企圖模仿鳥兒的飛行狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)升空的目的，但他們的飛行計(jì)劃均以失敗告終，原因就在于缺乏對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)原理的認(rèn)知，盲目模仿鳥類翅膀的幾何外形和撲動(dòng)形式。

當(dāng)人們開始了解空氣動(dòng)力學(xué)原理并研制出像風(fēng)箏一樣的固定翼飛行器時(shí)，成功飛天的現(xiàn)代交通工具—飛機(jī)得以誕生。飛機(jī)和風(fēng)箏的飛行原理相同，都是通過機(jī)翼上下表面的氣流速度不同，制造空氣壓差，進(jìn)而獲得升力。

總而言之，不管是鳥類、風(fēng)箏、噴氣式飛機(jī)，還是直升機(jī)，都是通過制造氣壓差的方法飛行的；只不過，它們獲得上升條件的形式不一樣。

向下噴射物質(zhì)

假如我們飛天的目標(biāo)是沖出地球，那么，前兩種方法也許就不太適用了。因?yàn)樘罩惺且粋€(gè)失重環(huán)境，基本沒有空氣，也制造不了氣壓差。所以，需要借助其他力量實(shí)現(xiàn)飛行。

對(duì)于火箭來說，由于其內(nèi)部不僅攜帶了燃料，也攜帶了氧化劑，因此發(fā)動(dòng)機(jī)不需要空氣的助力也可以正常工作。

燃料和氧化劑在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室里燃燒，產(chǎn)生大量高壓氣體，這些氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)噴管高速噴出，火箭因此獲得一個(gè)與氣體噴射方向相反的作用力，得以升空飛行。

其實(shí)，早在17世紀(jì)，對(duì)于這種向下噴射物質(zhì)實(shí)現(xiàn)飛行的方法，牛頓就進(jìn)行了很清晰的描述：“如果以一定速度向后拋出一定質(zhì)量，就會(huì)受到一個(gè)反作用力的推動(dòng)，向前加速?！?/p>

在現(xiàn)代航空航天器的設(shè)計(jì)過程中，為了實(shí)現(xiàn)更高的飛行目標(biāo)，設(shè)計(jì)師們并不單純地使用這三種飛天方法中的某一種來構(gòu)建飛行器，而是將它們綜合起來應(yīng)用。如超聲速飛機(jī)為了獲得更快的飛行速度，還會(huì)采用向后噴射物質(zhì)的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

雖然目前人類已經(jīng)掌握的飛行方式無外乎上面提到的這三種，但在不遠(yuǎn)的未來，或許會(huì)出現(xiàn)更多切實(shí)可行的飛上天的辦法。

天似穹廬，籠蓋四野。我們的活動(dòng)版圖里不應(yīng)缺少天空。對(duì)于人類來說，天上有太多未知的事物，當(dāng)我們努力消除這些未知時(shí)，人類的文明將得到極大的發(fā)展。