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现代飞艇 圆梦蓝天

2017-05-22 17:14:00

  2015年10月13日,我国首个军民通用新型临近空间飞艇“圆梦”号在内蒙古锡林浩特成功放飞。这是全球首次具备持续动力、可控飞行、重复使用能力的临近空间飞艇的成功飞行。“圆梦”号是一艘巨大的银色飞艇,体积达18000立方米,依靠氦气升空,靠太阳能提供动力,它的升空预示飞艇的魅力重现蓝天。回首一个多世纪以来飞艇业发展的曲折历程,人类对这种飞行器既爱又怕,是现代新技术的发展使飞艇获得了新生。

  飞艇的兴衰

  1937年5月6日是飞艇时代最具悲剧色彩的一天,德国巨型飞艇“兴登堡”号在美国新泽西州上空化成了一团耀目的火球,飞艇燃烧殆尽,36人不幸罹难。

  飞行中的“兴登堡”号看上去像一只遨游于天空的巨兽,它全长254米,最大直径41米,有4台1100马力的柴油发动机,每小时飞行121千米,可连续飞行8个昼夜。艇上设有豪华的卧室、餐厅、休息室和散步用的走廊。在飞行中享受如此近乎奢华的舒适,是此前的人们难以想象的。自1936年这艘飞艇问世以来,成功进行了63次商业飞行,37次飞越大西洋。

  在“兴登堡”号出事以前,一切仿佛都是完美无缺的。在那个时代,飞艇的圣地是德国南部傍依于康斯坦斯湖畔的腓特烈港。1900年7月2日,当地市民在湖岸边目睹了菲迪南德·冯·齐柏林放飞他的“齐柏林”号硬式飞艇的情景,那个庞然大物在人们的头顶上飞行了17分钟。

  硬式飞艇是飞艇技术的重大进步。早期的飞艇没有骨架,容易变形,而硬式飞艇则有了骨架,氢气充在数个气囊里,即便一两个气囊发生泄露,艇身也不会变形,而且可以照常飞行。第一艘齐柏林飞艇有129米长,直径11.6米,重7吨,有前后两个舱室,各装有一部16马力的发动机,最大飞行高度为2600米。1908年,齐伯林创办生产军用和商用飞艇的齐伯林公司。到1918年,这个公司共制造出113艘军用飞艇,它们在第一次世界大战中得到了广泛应用,德国曾用齐柏林飞艇轰炸了伦敦和巴黎。20世纪二三十年代,齐柏林飞艇的制造者们意识到了氢的危险性,他们计划使用惰性气体氦。假若这一想法得以实现,也许飞艇的历史就会大不一样。然而氦在当时很不容易得到,其主要产地在美国,而美国不愿意把这种重要资源提供给德国。1944年,盟军飞机轰炸腓特烈港,齐柏林飞艇厂被彻底摧毁。

  重返蓝天

  齐伯林飞艇的辉煌虽然已成往事,但人们并没有忘记它的存在。通过分析齐伯林公司的大量文件,专家们发现,一半的飞艇事故都肇因于操作系

  统。在着陆的时候,由于飞艇几乎失去了速度,就不能像飞机那样通过操纵升降舵和方向舵来控制飞行,因为这时飞艇尾翼控制面上已经没有足够的气流通过了。驾驶员要想方设法使飞艇飘向系留塔,然后由地勤人员将飞艇固定在系留塔上。假若风向、风力条件不好,着陆就很麻烦,容易出事故。

  通常情况下,像“兴登堡”号这样的大型飞艇需要不下200名地勤人员帮它着陆,这些人像对付一头巨兽一样将这个庞然大物拽到系留塔上。即使是小型飞艇,从事这种工作的地勤人员也需要15~20名。然而问题是,人拽往往靠不住,容易失去控制,飞艇常常被风吹走。

  新一代齐柏林飞艇诞生于2001年。那一年,德国开始重新制造飞艇,并逐渐恢复了飞艇的游览观光业务。新一代齐柏林飞艇采用全新材料制造,充以氦气,并安装了先进的发动机和卫星导航系统。2004年7月4日,新型齐柏林飞艇——“齐柏林NT”号从位于德国南部的飞艇生产基地出发,途经丹麦、瑞典、芬兰和俄罗斯抵达目的地日本东京,完成了长达1.1万千米的旅行。“齐柏林NT”为半硬式飞艇,全长75米,艇宽20米,可容纳12名乘客及两名机组人员。和老式飞艇相比,“齐柏林NT”并不大,但它有3个螺旋桨,分别装在艇身的两边和尾部,起飞时,它就不用像它的“前辈”那样抛弃压舱物,而是启动螺旋桨像一架直升飞机一样升上天空。当它着陆时,螺旋桨也可将它控制得非常平稳,吊绳准确地落在地勤人员的手里,他们很轻松地就将它系在系留塔上了。

  乘坐飞艇是一种美妙的体验。“齐柏林NT”研制者之一哈根罗切说:“你甚至没有意识到它在飞行,它是那样平稳和安静,完全不同于飞机。”

  空中堡垒

  不过,飞艇的魅力并不仅仅体现在舒适性上,现代飞艇的设计者们更看重它的力量,它可以设计得很大,其载重能力不亚于当今的大型运输机。英国飞艇设计师罗克·曼克设计了一种名为“空中大猫”的大型飞艇。根据他的设计,这种飞艇有900多米长,高度相当于一幢40层楼房,载重量可达1000吨,拥有漂亮的弧形和一对翅膀。“空中大猫”吸收了气垫船的原理,当它着陆时,艇身两侧巨大的风机会将气流吹进飞艇底部的纤维气垫裙里让飞艇慢慢地落在两个气垫上。待飞艇落稳后,风机还可以反转,由此产生吸力将飞艇牢固地附着在地面上。在初始阶段,“空中大猫”将以小型化的“空中小猫”面目出现,但仍然相当于一架大型客机,长约76米,载重量150吨,既可载客又可运输。

  一家德国公司的设计人员则在为一种半硬式飞艇CL160的诞生而忙碌着。CL160长约260米、直径65米、载重量160吨。它的特长是载重,能将整部机器一次性地运到目的地,并用一个缆绳连接的载货台将机器从空中直接放到它要安装的地面上,这样,人们便省去了将机器拆成散件,多次运输,重新组装的诸多麻烦。

  毫无疑问,飞艇的载重能力也将被运用于军事上。美国国防先进计划研究局(DARPA)推出了研制“海象”重型飞艇的方案。“海象”由艇身、推进系统、稳定操纵舵和飞行吊舱等部分组成,它是一种软式飞艇与飞机的混合物,能够在恶劣的着陆地点如草地上起降。

  依照DARPA的设想,终极版的“海象”将能够一次性运载500~1000吨军事物资,在4天内飞行1万千米,能够在未做预处理的陆地和水面上着陆。

  “海象”虽采用空气动力学外形,但已不拘泥于雪茄形状了。它的飞行和起落既依靠重力和浮力也依靠产生空气动力的引擎。它的尾部也有一个推进系统,为飞艇提供了更快的速度。“海象”还可能采用离子推进技术,这项技术仅在航天器的推进系统中应用过。“海象”有可能带有推进翼,它可以很灵活地为艇身提供推进力和升力。在需要的时候,一部分推进翼呈水平方向提供向前的推力,另一部分推进翼呈竖直方向提供向上的升力;在巡航飞行阶段,竖直方向的推进翼又可以旋转成水平方向以提供更多的向前的推力。

  虽然像CL160 、“海象”这种大型飞艇的问世还要克服很多困难,但它们的概念已经勾勒出了大型飞艇的美好前景。

  占领平流层

  CL160和“海象”只能在低空飞行,例如CL160的设计飞行高度为4000米。临近空间是指距地球表面20~100千米之间的区域,一般航空器和航天器都无法在这一区域内飞行。而“圆梦”号则可飘浮于距地面20千米的地方,那里是平流层,在云层上方,阳光强烈,温度极低。在那个地方,飞艇能起到与通信卫星同样的作用,而且比通信卫星更为廉价和方便,因为飞艇可以重复使用,可以方便地收回进行检修,而它们在天上停留的时间也不亚于人造卫星。

  假若将这种飞艇悬浮在一个城市的上空,它就可以成为一个高空通讯天线。在工业化国家,它可以成为现代电话网络的重要补充,而在发展中国家,它所起到的作用将更加重要,一艘这样的飞艇和无数便携式电话便可以使整座城市的通讯畅通无阻。这种飞艇可大可小,一般最宽处的平均直径大约与一个足球场的宽度相当,长度接近足球场的两倍,重量约10吨,其覆盖地面范围约1.9万平方千米。

  工作于平流层的高空飞艇还可以成为一个良好的监视平台。事实上,美国军方也在研制这样的飞艇。2009年,洛克希德·马丁公司开始为美国军方建造一种高空飞艇监视平台。这种平台携带功能强大的雷达,负责从高空监视地面,它使用太阳能,可在高空工作数年,且机动性强,可以在10日内重新定位于世界任何地方,而地面系统则设在美国本土。

  用于通讯和监视的高空飞艇必须在平流层上保持稳定,如果飞艇被高空气流吹走,地面上的人就无法用它转发微波信号了。这无疑是一个难题,但并非无法解决,因为平流层的风不受地面条件,如森林或高山等的影响,只与地球的转动和太阳的辐射有关,所以是有规律和可预见的。欧洲空间局的科学家们设计了一种顶部覆盖薄膜太阳能电池的高空飞艇,它的尾部有一个直径达30多米的巨大螺旋桨,这个螺旋桨是一个稳定装置,它在工作的时候能通过调整方向始终稳定住飞艇。

  此外,飞艇还能承担地球勘探和天文研究等方面的工作。科学家认为,随着科学技术的不断进步,人们会逐渐克服以往飞艇的一些缺点,而它的优点则会越来越明显,各种新型的现代飞艇很有可能在人类的未来生活中起到越来越重要的作用,而“圆梦”号已经迈出了重要的一步。

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