張唯誠

2015年10月13日，我國首個(gè)軍民通用新型臨近空間飛艇“圓夢(mèng)”號(hào)在內(nèi)蒙古錫林浩特成功放飛。這是全球首次具備持續(xù)動(dòng)力、可控飛行、重復(fù)使用能力的臨近空間飛艇的成功飛行。“圓夢(mèng)”號(hào)是一艘巨大的銀色飛艇，體積達(dá)18000立方米，依靠氦氣升空，靠太陽能提供動(dòng)力，它的升空預(yù)示飛艇的魅力重現(xiàn)藍(lán)天?；厥滓粋€(gè)多世紀(jì)以來飛艇業(yè)發(fā)展的曲折歷程，人類對(duì)這種飛行器既愛又怕，是現(xiàn)代新技術(shù)的發(fā)展使飛艇獲得了新生。

飛艇的興衰

1937年5月6日是飛艇時(shí)代最具悲劇色彩的一天，德國巨型飛艇“興登堡”號(hào)在美國新澤西州上空化成了一團(tuán)耀目的火球，飛艇燃燒殆盡，36人不幸罹難。

“興登堡”號(hào)飛艇

飛行中的“興登堡”號(hào)看上去像一只遨游于天空的巨獸，它全長(zhǎng)254米，最大直徑41米，有4臺(tái)1100馬力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，每小時(shí)飛行121千米，可連續(xù)飛行8個(gè)晝夜。艇上設(shè)有豪華的臥室、餐廳、休息室和散步用的走廊。在飛行中享受如此近乎奢華的舒適，是此前的人們難以想象的。自1936年這艘飛艇問世以來，成功進(jìn)行了63次商業(yè)飛行，37次飛越大西洋。

在“興登堡”號(hào)出事以前，一切仿佛都是完美無缺的。在那個(gè)時(shí)代，飛艇的圣地是德國南部傍依于康斯坦斯湖畔的腓特烈港。1900年7月2日，當(dāng)?shù)厥忻裨诤哆吥慷昧朔频夏系隆ゑT·齊柏林放飛他的“齊柏林”號(hào)硬式飛艇的情景，那個(gè)龐然大物在人們的頭頂上飛行了17分鐘。

硬式飛艇是飛艇技術(shù)的重大進(jìn)步。早期的飛艇沒有骨架，容易變形，而硬式飛艇則有了骨架，氫氣充在數(shù)個(gè)氣囊里，即便一兩個(gè)氣囊發(fā)生泄露，艇身也不會(huì)變形，而且可以照常飛行。第一艘齊柏林飛艇有129米長(zhǎng)，直徑11.6米，重7噸，有前后兩個(gè)艙室，各裝有一部16馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)，最大飛行高度為2600米。1908年，齊伯林創(chuàng)辦生產(chǎn)軍用和商用飛艇的齊伯林公司。到1918年，這個(gè)公司共制造出113艘軍用飛艇，它們?cè)诘谝淮问澜绱髴?zhàn)中得到了廣泛應(yīng)用，德國曾用齊柏林飛艇轟炸了倫敦和巴黎。20世紀(jì)二三十年代，齊柏林飛艇的制造者們意識(shí)到了氫的危險(xiǎn)性，他們計(jì)劃使用惰性氣體氦。假若這一想法得以實(shí)現(xiàn)，也許飛艇的歷史就會(huì)大不一樣。然而氦在當(dāng)時(shí)很不容易得到，其主要產(chǎn)地在美國，而美國不愿意把這種重要資源提供給德國。1944年，盟軍飛機(jī)轟炸腓特烈港，齊柏林飛艇廠被徹底摧毀。

重返藍(lán)天

齊伯林飛艇的輝煌雖然已成往事，但人們并沒有忘記它的存在。通過分析齊伯林公司的大量文件，專家們發(fā)現(xiàn)，一半的飛艇事故都肇因于操作系統(tǒng)。在著陸的時(shí)候，由于飛艇幾乎失去了速度，就不能像飛機(jī)那樣通過操縱升降舵和方向舵來控制飛行，因?yàn)檫@時(shí)飛艇尾翼控制面上已經(jīng)沒有足夠的氣流通過了。駕駛員要想方設(shè)法使飛艇飄向系留塔，然后由地勤人員將飛艇固定在系留塔上。假若風(fēng)向、風(fēng)力條件不好，著陸就很麻煩，容易出事故。

“齊柏林NT”號(hào)飛艇

通常情況下，像“興登堡”號(hào)這樣的大型飛艇需要不下200名地勤人員幫它著陸，這些人像對(duì)付一頭巨獸一樣將這個(gè)龐然大物拽到系留塔上。即使是小型飛艇，從事這種工作的地勤人員也需要15～20名。然而問題是，人拽往往靠不住，容易失去控制，飛艇常常被風(fēng)吹走。

新一代齊柏林飛艇誕生于2001年。那一年，德國開始重新制造飛艇，并逐漸恢復(fù)了飛艇的游覽觀光業(yè)務(wù)。新一代齊柏林飛艇采用全新材料制造，充以氦氣，并安裝了先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2004年7月4日，新型齊柏林飛艇——“齊柏林NT”號(hào)從位于德國南部的飛艇生產(chǎn)基地出發(fā)，途經(jīng)丹麥、瑞典、芬蘭和俄羅斯抵達(dá)目的地日本東京，完成了長(zhǎng)達(dá)1.1萬千米的旅行。“齊柏林NT”為半硬式飛艇，全長(zhǎng)75米，艇寬20米，可容納12名乘客及兩名機(jī)組人員。和老式飛艇相比，“齊柏林NT”并不大，但它有3個(gè)螺旋槳，分別裝在艇身的兩邊和尾部，起飛時(shí)，它就不用像它的“前輩”那樣拋棄壓艙物，而是啟動(dòng)螺旋槳像一架直升飛機(jī)一樣升上天空。當(dāng)它著陸時(shí)，螺旋槳也可將它控制得非常平穩(wěn)，吊繩準(zhǔn)確地落在地勤人員的手里，他們很輕松地就將它系在系留塔上了。

乘坐飛艇是一種美妙的體驗(yàn)。“齊柏林NT”研制者之一哈根羅切說：“你甚至沒有意識(shí)到它在飛行，它是那樣平穩(wěn)和安靜，完全不同于飛機(jī)?！?/p>

空中堡壘

不過，飛艇的魅力并不僅僅體現(xiàn)在舒適性上，現(xiàn)代飛艇的設(shè)計(jì)者們更看重它的力量，它可以設(shè)計(jì)得很大，其載重能力不亞于當(dāng)今的大型運(yùn)輸機(jī)。英國飛艇設(shè)計(jì)師羅克·曼克設(shè)計(jì)了一種名為“空中大貓”的大型飛艇。根據(jù)他的設(shè)計(jì)，這種飛艇有900多米長(zhǎng)，高度相當(dāng)于一幢40層樓房，載重量可達(dá)1000噸，擁有漂亮的弧形和一對(duì)翅膀。“空中大貓”吸收了氣墊船的原理，當(dāng)它著陸時(shí)，艇身兩側(cè)巨大的風(fēng)機(jī)會(huì)將氣流吹進(jìn)飛艇底部的纖維氣墊裙里讓飛艇慢慢地落在兩個(gè)氣墊上。待飛艇落穩(wěn)后，風(fēng)機(jī)還可以反轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生吸力將飛艇牢固地附著在地面上。在初始階段，“空中大貓”將以小型化的“空中小貓”面目出現(xiàn)，但仍然相當(dāng)于一架大型客機(jī)，長(zhǎng)約76米，載重量150噸，既可載客又可運(yùn)輸。

一家德國公司的設(shè)計(jì)人員則在為一種半硬式飛艇CL160的誕生而忙碌著。CL160長(zhǎng)約260米、直徑65米、載重量160噸。它的特長(zhǎng)是載重，能將整部機(jī)器一次性地運(yùn)到目的地，并用一個(gè)纜繩連接的載貨臺(tái)將機(jī)器從空中直接放到它要安裝的地面上，這樣，人們便省去了將機(jī)器拆成散件，多次運(yùn)輸，重新組裝的諸多麻煩。

DARPA的“海象”飛艇設(shè)計(jì)圖

毫無疑問，飛艇的載重能力也將被運(yùn)用于軍事上。美國國防先進(jìn)計(jì)劃研究局（DARPA）推出了研制“海象”重型飛艇的方案。“海象”由艇身、推進(jìn)系統(tǒng)、穩(wěn)定操縱舵和飛行吊艙等部分組成，它是一種軟式飛艇與飛機(jī)的混合物，能夠在惡劣的著陸地點(diǎn)如草地上起降。

依照DARPA的設(shè)想，終極版的“海象”將能夠一次性運(yùn)載500～1000噸軍事物資，在4天內(nèi)飛行1萬千米，能夠在未做預(yù)處理的陸地和水面上著陸。

“海象”雖采用空氣動(dòng)力學(xué)外形，但已不拘泥于雪茄形狀了。它的飛行和起落既依靠重力和浮力也依靠產(chǎn)生空氣動(dòng)力的引擎。它的尾部也有一個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)，為飛艇提供了更快的速度?！昂Ｏ蟆边€可能采用離子推進(jìn)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)僅在航天器的推進(jìn)系統(tǒng)中應(yīng)用過?！昂Ｏ蟆庇锌赡軒в型七M(jìn)翼，它可以很靈活地為艇身提供推進(jìn)力和升力。在需要的時(shí)候，一部分推進(jìn)翼呈水平方向提供向前的推力，另一部分推進(jìn)翼呈豎直方向提供向上的升力;在巡航飛行階段，豎直方向的推進(jìn)翼又可以旋轉(zhuǎn)成水平方向以提供更多的向前的推力。

雖然像CL160 、“海象”這種大型飛艇的問世還要克服很多困難，但它們的概念已經(jīng)勾勒出了大型飛艇的美好前景。

占領(lǐng)平流層

CL160和“海象”只能在低空飛行，例如CL160的設(shè)計(jì)飛行高度為4000米。臨近空間是指距地球表面20～100千米之間的區(qū)域，一般航空器和航天器都無法在這一區(qū)域內(nèi)飛行。而“圓夢(mèng)”號(hào)則可飄浮于距地面20千米的地方，那里是平流層，在云層上方，陽光強(qiáng)烈，溫度極低。在那個(gè)地方，飛艇能起到與通信衛(wèi)星同樣的作用，而且比通信衛(wèi)星更為廉價(jià)和方便，因?yàn)轱w艇可以重復(fù)使用，可以方便地收回進(jìn)行檢修，而它們?cè)谔焐贤Ａ舻臅r(shí)間也不亞于人造衛(wèi)星。

假若將這種飛艇懸浮在一個(gè)城市的上空，它就可以成為一個(gè)高空通訊天線。在工業(yè)化國家，它可以成為現(xiàn)代電話網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，而在發(fā)展中國家，它所起到的作用將更加重要，一艘這樣的飛艇和無數(shù)便攜式電話便可以使整座城市的通訊暢通無阻。這種飛艇可大可小，一般最寬處的平均直徑大約與一個(gè)足球場(chǎng)的寬度相當(dāng)，長(zhǎng)度接近足球場(chǎng)的兩倍，重量約10噸，其覆蓋地面范圍約1.9萬平方千米。

工作于平流層的高空飛艇還可以成為一個(gè)良好的監(jiān)視平臺(tái)。事實(shí)上，美國軍方也在研制這樣的飛艇。2009年，洛克希德·馬丁公司開始為美國軍方建造一種高空飛艇監(jiān)視平臺(tái)。這種平臺(tái)攜帶功能強(qiáng)大的雷達(dá)，負(fù)責(zé)從高空監(jiān)視地面，它使用太陽能，可在高空工作數(shù)年，且機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可以在10日內(nèi)重新定位于世界任何地方，而地面系統(tǒng)則設(shè)在美國本土。

用于通訊和監(jiān)視的高空飛艇必須在平流層上保持穩(wěn)定，如果飛艇被高空氣流吹走，地面上的人就無法用它轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)了。這無疑是一個(gè)難題，但并非無法解決，因?yàn)槠搅鲗拥娘L(fēng)不受地面條件，如森林或高山等的影響，只與地球的轉(zhuǎn)動(dòng)和太陽的輻射有關(guān)，所以是有規(guī)律和可預(yù)見的。歐洲空間局的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種頂部覆蓋薄膜太陽能電池的高空飛艇，它的尾部有一個(gè)直徑達(dá)30多米的巨大螺旋槳，這個(gè)螺旋槳是一個(gè)穩(wěn)定裝置，它在工作的時(shí)候能通過調(diào)整方向始終穩(wěn)定住飛艇。

此外，飛艇還能承擔(dān)地球勘探和天文研究等方面的工作?？茖W(xué)家認(rèn)為，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們會(huì)逐漸克服以往飛艇的一些缺點(diǎn)，而它的優(yōu)點(diǎn)則會(huì)越來越明顯，各種新型的現(xiàn)代飛艇很有可能在人類的未來生活中起到越來越重要的作用，而“圓夢(mèng)”號(hào)已經(jīng)邁出了重要的一步。

【責(zé)任編輯】龐 云