浮力的奇迹（下）

王震元

法国国王观赏公鸡上天

1782年11月的某一天晚上，法国里昂的安诺内小镇上，有一位名叫约瑟夫·蒙特哥菲尔的造纸工人，面对壁炉忽发“奇想”：既然烟、火星能从烟囱中散发出去，那么能否利用这种气体让其他物体也升起来呢？于是，他做了一个丝质的球型口袋，在口袋底下点纸燃烧，热空气充到口袋里。一放手，口袋就飞上了天花板。约瑟夫立即与弟弟艾迪安在室外又做了一次实验，结果这个丝质口袋上升高度更是到了20米……

蒙特哥菲尔兄弟两人兴奋之余，决定公开表演。前文曾说到，早在半个多世纪以前，俄国的克拉库特诺就做过类似的实验，结果被村民当作“魔鬼”而差点丧命。但时代的进步，给这两位法国兄弟带来了好运。1783年6月4日清晨，镇上居民纷纷涌到广场上观看。兄弟俩首先请人在地下挖了个坑道，上面留一个出烟口，一个直径为10.6米的口袋罩在出烟口上。两个年轻人在坑道里点火，另外8个壮汉分别拉扶着口袋。口袋随着黑烟的不断涌入，逐渐膨胀，进而浮起。一声哨响后，固定大口袋的绳索被割断，大气球立即冲上天空，上升高度达1800米，并飞行了大约10分钟，降落地距升空地超过1500米。

蒙特哥菲尔兄弟向巴黎科学院报告了他们的成果后，很快被邀请到巴黎进行表演。1783年9月19日，凡尔赛宫前挤满了人，法国国王路易十六也率领满朝文武到场观看。

这次表演的热气球是一个高17米、直径12米的大家伙，形状像一只倒挂的大梨。球体的表面覆盖了轻质的纱，上面还糊了一层防止漏气的纸。气球下面吊挂着一只用柳条编的笼子，笼子里装着准备升空的3位“乘客”：一只公鸡、一只鸭子和一头山羊。

蒙特哥菲尔兄弟在气球下点燃发潮的布条和稻草，它们产生的热空气托着这只巨大的气球，连同3位“乘客”一起冉冉上升，飞到离地500米的空中。8分钟后，气球在3000米外降落。这3位“乘客”均安然无恙。

国王高兴地授予两兄弟圣米歇尔勋章。他们深受鼓舞，决定进一步做载人飞行试验。国王本打算让两个死囚当“试验品”，并承诺如果这次飞行成功，就特赦他们。但有一位叫德·路泽尔的公民，认为这种荣誉不能给予死囚。1783年10月15日，国王改变主意，由德· 路泽尔乘坐。这一次，热气球上升到26米的高度，停留了约4.5分钟。同年11月21日，他又与另一位乘客达朗德斯，成功乘坐热气球上升到900米高空，并飞行25分钟，飘过8.8千米后安全降落。于是， 1783年就以人类首次实现升空飞行而载入史册。

飞艇退出“空中舞臺”了么

但是，法国一位物理学家夏尔认为，从产生浮力的角度看，氢气比热空气更适合填充气球球囊，因为它比同体积的热空气“轻”得多。1783年12月1日，夏尔和氢气球制作者罗伯特一起，乘坐这种氢气气球从巴黎起飞，成功飞行了43千米。

后来，罗伯特觉得热气球也好，氢气球也好，不能控制飞行方向是一大缺陷。于是，他进行了改革，把气球做成一个长16米、直径10米的水滴形，气囊容积940立方米，载重数百千克。1784年7月6日，这种外观呈“鱼”形的气球第一次在巴黎近郊试飞。吊篮里共有7个人，他们用力划着木框上蒙着绸布的大桨，以此控制气球的航向。但是，在气球上升过程中，由于外边大气压减小，气球迅速膨胀，罗伯特当机立断用刀刺破气囊。气球终于有惊无险地着陆了。

到20世纪时，由于蒸汽机、电动机等动力机械的发明，以“飞鱼”揭开序幕的飞艇正式登上“空中舞台”。特别是1936年，德国制造的“兴登堡号”飞艇，堪称当时的奇迹。它长248.6米，下面的吊厢可载乘客和乘务人员110名，有单人和双人仓室，仓室里设有可供应冷热水的浴室，还有一个大餐厅和一个小客厅。在吊厢两侧的走廊中，乘客们可以像在海船的甲板上那样散步，隔着玻璃窗观看天上人间的美景。

可惜好景不长，1937年5月6日傍晚，“兴登堡号”停留在美国新泽西州莱克赫斯特海军航空总站上空时，其尾部突然起火。几秒钟之内，“兴登堡号”就变成了一团火球慢慢坠地。

这次重大事故，不仅造成了36人死亡，更使人们对“飞艇”这种交通工具持完全否定的态度。因为那时飞艇充的都是氢气，氢气易燃易爆，遇到雷电风暴极易起火爆炸。在“兴登堡号”失事之前，就已经发生了多次类似事故。

从20世纪80年代开始，飞艇“东山再起”。这要归功于高强度材料的出现，以及飞艇中的氢气被氦气代替了。氦气虽比氢气略“重”，但仍比空气“轻”得多，特别是氦气既不会自燃也不能助燃，是一种惰性气体，因而飞艇焕发出新的生命力。而且，与飞机相比，由于飞艇是依靠气囊的浮力升空的，艇上装的发动机只提供向前飞行的动力，因而在与飞机载重量相同的情况下，飞艇所用的动力仅为飞机的1/20。至于飞艇可以连续飞行数天乃至数十天，这更是飞机望尘莫及的。

现代飞艇可以在许多领域大显身手，例如重达数百吨的大型机器设备就可以用飞艇来运载，既不必修路，也不用架桥……

“双鹰Ⅱ号”横渡大西洋

从1783年开始的近百年来，人类共进行过17次载人气球飞越大西洋的实验，但都以失败告终，其中有7人还为此献出了生命。失败的原因当然是多方面的，但很重要的一点是，在高空飞行过程中，由于昼夜的温差太大，气球随之剧烈地热胀冷缩，因而很难确保安全。

1978年，美国的48岁的本·阿布鲁佐、44岁的马克西·安德森和31岁的拉里·纽曼三位飞行家，在充分吸取了前人失败的教训的基础上，精心设计制造了一只名叫“双鹰Ⅱ号”的气球。“双鹰Ⅱ号”高30米、直径为20米，球体是由尼龙和轻质人造橡胶制成，里面充满了氦气。根据阿基米德定律，气球越大，填充的氦气越多，所能携带物品的重量就越大。在这次横渡大西洋的计划中，吊舱中除了3个人，还有食物、饮料和必需的仪器设备，以及重达2000千克的压舱砂囊和铅块。根据测算，“双鹰Ⅱ号”球体内的氦气达5000立方米之多。

3位飞行家还为“双鹰Ⅱ号”精心设计了球体的色彩：球体上半部分呈银白色，在白天可以反射太阳的热量，以免把氦气晒热，导致浮力过大，气球升得太高；下半部分呈黑色，由于夜晚海水的温度比气温要高，气球可以从海水中吸收这些热量，避免浮力急剧减少。气球的吊舱是一个5.2米长、 2米宽、 18米高的长方形盒子。吊舱底部做成双船身的形状——万一坠海失事，它也能在海面漂浮，避免倾覆。

在听取了气象学家的建议后，“双鹰Ⅱ号”选择在当年8月11日，从美国东海岸缅因州的普雷斯克岛市起飞。之所以选择在此时此地，是因为可以遇到一股吹往欧洲的高空气流，它将以每小时30～40千米的速度，推动气球御风飞驰。

同年8月11日，“双鹰Ⅱ号”在暮色苍茫中告别了美洲大陆，开始了充满冒险的航程。气球没有发动机，只能随风飘荡。风大，它就飘得快；风小，它就飘得慢。海洋上空的气候是多变的，上升的气流能把气球带上几千米，甚至几万米的高空，那里空气稀薄，缺乏氧气，气温极低，人难以忍受，这时飞行家们就打开阀门，放掉一部分氦气，减小浮力，降低飞艇高度；而当下降的气流把气球压向海面时，他们就抛掉一些压舱的砂囊和铅块，减轻吊舱的重量，使气球上升。他们就是这样通过改变气球的高度，来寻找自西向东的气流。然而当时天气预报的能力，只能提供72小时的天气状况，因此“双鹰Ⅱ号”吉凶难料。

果然，大约飞行到全程的一半时遇到了第一次重大考验。猛烈的上升气流把气球推上7000米的高空，3位飞行家不得不戴上氧气面罩。可是第二天，气球由于高空严寒而导致表面结冰，重量加大，又突然降到1000米以下。值得庆幸的是，中午出现的阳光将冰融化，气球重新上升，他们所幸避免了葬身鱼腹的厄运。

“双鹰Ⅱ号”在接近西欧海岸时，3位飞行家已经精疲力竭。为了保持高度，他们几乎抛光了所有的压舱重物，甚至将导航用仪器和通讯设备也丢入了大海。尽管如此，这只气球还是未能到达它的理想目的地——巴黎近郊的布尔歇机场，而是在距其100千米之外的麦田里提前着陆了。但是，8月17日，当3位飞行家经过6个昼夜的飞行，终于从红黄相间、色彩鲜艳的吊舱中走出时，仍迎来了久候在那里的大批“粉丝”的热烈欢呼！这是由于他们不仅实现了载人气球横渡大西洋的壮举，而且创造了飞行距离最远和留空时间最长的2项世界纪录！