飛行的秘密

張茜

我曾經做過一項問卷調查——如果你有一項新技能，你會選擇什么？85%的人告訴我選擇會飛。越神秘越向往，那么“飛”的背后究竟有什么奧秘呢。

其實我們從古至今從來不缺乏對飛行的想象。在中國古老的大地上，也出現了很多的飛行傳說，比如敦煌壁畫、嫦娥奔月、精衛填海、萬戶飛天、天馬行空。還有我們小時候看過動畫片，從腳底安裝噴氣噴射引擎就能一飛沖天的鐵臂阿童木，到騎著掃把就能航空送快遞的魔女宅急便，再到用氫氣球就能環游世界的飛屋，我們從小就看了太多的飛行物和飛行模式，其中美國科幻電影里的超人也成了一代人心目中的偶像。他的飛行姿勢也是讓人過目不忘。超人在起飛的時候，自身獨具反重力的內臟器官為其提供動力，因為在起飛到升空過程中不需要大幅度轉向，所以他可以伸直一只手臂并握拳像方向舵一樣調整前進方向，而另一只手則握拳置于腰間以保持完美的流線形態。還有的場景是超人兩只手都握拳放在身體兩側，或展開一定的角度，再配合伸展的紅色斗篷，使其身體呈現“前面尖、身體寬、雙腳窄”的流線型“機身”，巧妙地減少了飛行的阻力，可以有利于平飛、上升、下滑這一類平穩運動。超人要想隨心所欲地轉向，就會將兩只握拳的雙臂同時伸向前方，像極了機身的左右副翼。比如使其左副翼向上，右副翼向下，那么左側升力相比右側較小，從而完成整體向左傾斜。

類似的飛行不勝枚舉，而這一類在大氣層內或者大氣層外空間飛行的器械，就是所謂的“飛行器”。飛行器主要包括航空器，例如氣球、飛艇、飛機等，航天器，例如載人飛船、人造地球衛星、空間探測器等，以及火箭和導彈共四類。首先介紹大國重器——導彈。導彈是一種攜帶戰斗部，依靠自身動力裝置推進，由制導系統導引控制飛行航跡的飛行器。其中戰斗部用于毀傷目標，動力裝置是推進導彈飛行的各類發動機，制導系統則控制導彈的飛行方向、姿態、高度，使導彈穩定準確地飛向目標。制導系統非常復雜，但是它的作用過程和一款游戲特別相似，就是“憤怒的小鳥”。小鳥相當于憤怒的導彈，往后拉彈弓的遠近程度，可調節發射力的大小，上下移動鼠標則調節發射的角度，松開將發射小鳥。它們以自己的身體為武器，就像導彈一樣去攻擊敵人的堡壘，準確地打擊毀傷。這種攻擊策略就是制導方式。如果方法不合理，就會出現打不中甚至造成自身損傷的情況。

很多人分不清導彈和火箭，其實它們是傳說中的“父子關系”。火箭是依靠火箭發動機產生的反作用力推進的飛行器。以前火箭還未成年，導彈和火箭是一家人，導彈無非就是制導復雜的火箭而已。但是后來任務復雜化，區分就相對明顯了。把導彈分成戰斗部和運載器兩個重要部分來看的話，戰斗部里可以裝炸藥，也可以裝煙花，而運載器是用來把戰斗部送向目標的飛行器，可以是火箭，也可以是其它類型的飛行器。的確，從一般意義上來講，既然運載火箭能發射衛星，那也就能發射導彈，因為相關技術是相通的。但是，運載火箭和導彈有一個最為顯著的區別，那就是一個往天上轟，一個往地上打，根本任務是不同的。

說到飛行器，不得不提航空航天，其中關鍵在于是否有“空氣”。首先要區別大氣層內和大氣層外。雖然我們每天都被空氣包圍著，但因為太習慣它的存在，而常常忘記它的特點。航空總是借助空氣的力量，即在大氣層內，比如飛機利用機翼來穿過空氣產生升力實現飛行，氣球借助空氣產生浮力從而漂浮在空中。而航天飛行在大氣層外，也就是沒有空氣的空間里，因此這些飛行器不但不能借助空氣進行飛行，還比較討厭沖出大氣層過程中空氣帶來的各種問題，比如空氣產生的阻力。從這個差異展開，航空利用能吸入空氣的發動機作為動力，航天自帶產生動力的燃料和所需氧化劑。

現在市場上有很多飛行模擬軟件，包含眾多的機型，有輕型的私人飛機、重型的商業客機、軍用的戰斗機、運輸機以及各種類型的直升機，而且幾乎涵蓋了全球的地景。讓喜愛飛行的人可以以第一視角感受飛行。但如果操作不當的話，模擬的視頻中會出現完全褐色和紅色的現象，這就是飛行中發生黑視和紅視的危險狀況。飛行員向后拉桿，飛機向上方轉彎時，飛行員承受的是正過載；向前推桿，飛機機頭向下轉時，飛行員承受的是負過載。當飛行員承受的正向過載太大時，人體的血液會向下流，眼部則缺血，看不見東西，即為黑視。黑視也是暈厥的先兆，對飛行安全危害較大。如果負過載太大，血液往頭部涌，眼睛充血，則會產生紅視。飛行中要盡量避免此類危險操作。

縱觀人類的飛行史，我們對飛行的最原始想象是來自鳥類的自由翱翔，大自然總是源源不斷地帶給我們啟示。而自然界和科技又驚人的異曲同工，于是現在有了仿生學的全新思維，技術人員在設計新型飛機時，可以從自然界獲得更多的靈感。飛機的機翼在飛行時與鳥類更相似，就像鳥類展開羽毛一樣。鳥類可以通過改變翅關節的角度以變換飛行特征，新型飛機也可以做到，其適應能力和滑行姿態都比傳統飛機更好。而自然生物似乎更勝一籌，在不斷的演化中，鳥類的大腦演變為一個高速的控制系統，相當于一個可以實現復雜運算的機載電腦，可以不斷地進行快速調整，改變翅膀的形狀和角度，因此，鳥類擁有驚人的反應速度。科學家利用風洞研究鳥類飛行的特點，不斷調整翼翅的組合效果，以及進行不計其數的飛行試驗，也許這正是仿生的樂趣所在吧，不再墨守成規，而是跳躍到新穎奇特的創新思維中，尋找更佳的飛行效果，完成自然選擇的又一項創新。