认识飞机
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01 飞天梦

飞天梦的起源

鸟类能在天空中自由自在地翱翔,鹰的飞行高度甚至可达9千米,比世界上最高的山峰——珠穆朗玛峰还要高,这不仅在古代,即使在当今也令人类羡慕不已。

“要是人也能飞上天空,该有多好啊!”受了鸟类飞行的启发,人类开始有了飞天梦,并试图借助风筝、土火箭和气球之类的器具实现这一目的。众所周知的中国古代神话故事“嫦娥奔月”、古希腊神话里带翅膀的女神,都反映了人类想要在天空翱翔的美好梦想。如今,人类经过千百年的努力,已经将这一梦想变为现实,不仅能上天,而且还能登月。

鹰飞行的雄姿

嫦娥奔月

古希腊神话里带翅膀的女神

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世界上飞得最高、最快和最远的是什么鸟?

1.据科学资料记载,目前世界上飞得最高的鸟是大雁,平均飞行高度为1万米。而我国西北部高山湖泊地区的夏候鸟——斑头雁,又是大雁中的佼佼者,飞行高度可达17680米左右。

2.世界上短距离飞得最快的鸟是军舰鸟(右边喉囊红色的为雄性),它们凭着高超的飞行技能,从空中截夺其他鸟捕的鱼。俯冲下来追捕猎物时,速度能达到418千米每小时。它们胸肌发达,善于飞翔,在12级的狂风中也毫不畏惧,素有“飞行冠军”之称,虽然体重仅1.5千克左右,但翅展可达2.3米。

3.世界上飞得最远的鸟是北极燕鸥。它们每年经历两个夏季,从其北极的繁殖区南迁至南极洲附近的海洋,之后再北迁回繁殖区,行程约40000千米。

大雁

军舰鸟

北极燕鸥

最早的飞行践行者

中国人是最早的飞行践行者,数百年前,就从对蜻蜓飞翔的观察中受到启示,制成了会飞的竹蜻蜓,令儿童爱不释手。18世纪传到欧洲后,对空气螺旋桨乃至后来直升机的设计产生了重要的推动作用。

相传在2400多年前的春秋战国时期,墨子就制造了木鸢(yuān,老鹰)。不过,“墨子为木鸢,三年而成”,但“一日而败”。

后来,鲁班用竹子替代木材加以改良制成了风筝。在南北朝(420年—589年)时期,风筝已经开始成为传递信息的工具。到了隋唐时期,由于我国的四大发明之一——造纸术的发展,人们有了更好的材料,开始用纸来裱糊风筝。唐代晚期,有人在风筝上加了琴弦,风一吹,就发出像古筝那样的声音,故名风筝。

竹蜻蜓

墨子

木鸢

鲁班用竹子等制成的风筝

隋唐时期用纸裱糊的风筝

由于风筝能飞得很高,形状、颜色方面具有很高的辨识度,又有一定的载重量,故可以作为测量距离、传递信息、跨越天险的神奇工具。

后来,隋唐时期,我国发明了火药,并用它制成鞭炮和火箭。明朝时还用火药制成了多种火箭武器。

鞭炮

明朝火箭武器“火龙出水”

风筝的影响

中国科学院外籍院士、英国科学史学家李约瑟在《中国科学技术史》一书中,汇编了从公元1世纪到18世纪,先后传到欧洲的中国发明有26项,其中第13项就是风筝。

13世纪时,意大利的旅行家马可·波罗自中国返回欧洲后,便将风筝制作技术带到当地,并广为传播,后来成为欧洲滑翔机的前身,奠定了人类航空梦想的第一步。

美国国家航空航天博物馆的大厅里挂着一只中国的风筝,在它边上写着“人类最早的飞行器是中国的风筝和火箭”。美国国家航空航天博物馆的第一批藏品就是中国风筝。2000多年前中国人发明的风筝,虽然不能载人到天空飞翔,但把它称为飞机的鼻祖却当之无愧。

中国的风筝不仅奠定了人类实现航空梦想的基石,而且为富兰克林研究雷电提供了可能。没想到风筝的影响竟然这么大!

富兰克林用风筝捕捉雷电(油画)

最早利用火箭飞天的人

14世纪末期,明朝有位被称为万户的士大夫,试图借助土火箭的推力和风筝的升力飞上天空。他在椅子的背后绑上47枚土火箭,两只手各握一个大风筝的把手,然后命仆人点燃土火箭,成为人类飞天的第一位真正实践者。尽管这次试验是一次失败的悲剧,但万户被公认是“世界上第一个想利用火箭飞行的人”,为了纪念他,20世纪70年代,国际天文联合会决定以他的名字命名月球上的一座环形山。

万户试图借助土火箭和风筝飞行(画)

热气球和飞艇

热气球的原理是将密度小于空气的气体充入球囊,利用其产生的浮力升空。这种气体最初是热空气,后来是氢气,更为理想的是氦气。

热气球的球囊底部有加热冷空气用的燃烧器和吊篮。升空后,通过控制热空气量的多少来操纵上升或下降。由于热空气的密度仅比空气稍低,因此,上升的高度不能很高。

1783年,法国一位造纸商的儿子蒙特哥菲尔兄弟,制作了一个很大的热气球,容积约1700立方米。球囊底部用铁链吊挂着火盆,用稻草投入燃烧器加热空气,然后热气球载人飞上了950米的高空,在巴黎上空翱翔约25分钟。

蒙特哥菲尔兄弟制作的热气球

随着时代的不断发展,技术也在逐渐进步。1766年,法裔科学家卡文迪许在英国发现了氢气,这是到那时为止已知的、密度最小的气体,也比较容易制得。14年后,法国化学家布拉克把氢气灌入猪的膀胱中,制成了世界上第一个氢气球。又过15年后,莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯,发现了不可燃且同样很轻的气体,即元素周期表里排在第2位的氦。虽然氦很难获得,工业上产量极低,价格极其昂贵,但是非常安全。

在发明了热气球后,人们马上就想方设法推进和驾驶热气球。1784年,法国罗伯特兄弟制造了一艘飞艇,长15.6米,最大直径9.6米,充氢气后可产生约10000牛顿的升力。后来几经改进,在气囊上设置了放气阀门和脚踏式螺旋桨,制成了人力飞艇。

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热气球对大气层科学研究的贡献

热气球不仅可用于旅游观光,而且还有科学研究价值。1933年9月30日,苏联首次进行同温层飞行科学探险活动。巨大的“苏联一号”同温层气球搭载三位科学家顺利升空,考察宇宙射线、大气层的导电性,并证实了不同高度上的空气成分是相同的,创下了当时飞行高度海拔18950米的新世界纪录,并安全返回地面。1935年,美国的“探险者2号”平流层气球上升到22066米,记录了各个方向的射线强度和太阳光谱等科学数据。20世纪30年代以来,用气球作为动力的无线电探空仪、无线电经纬仪和测风雷达等,对高空气象探测也起到很大的作用。