人类飞上天的三种方式

肖君柏

“想飞上天，和太阳肩并肩……”飞天，一直是深藏在人类心中的一个梦想。因为这个梦想，我们逐渐有了纸鸢，有了氢气球，有了现代飞行器。

不论你相信与否，截至目前，人类飞上天的方法其实只有三种。

变得比空气更轻

在标准状况下，空气的平均相对分子质量为29，只要物体的分子量比空气更小，它就能在空中飘起来。如果某个物体足够轻，甚至能把人带飞，如氢气球、氦气球等。

在人类的飞行器发明史中，有很多这方面的实例。

中国第一个氢气球由晚清军工专家华蘅芳制造。在今天的人们看来，华蘅芳当时所采用的氢气球制造方法十分简陋，即利用强酸和金属反应产生氢气，再将氢气充入气球内。

我们熟悉的热气球则利用热空气代替比空气更轻的氢气或氦气。由于气体的密度与绝对温度成反比，因此，可以通过升高气温来减小气体的密度和质量，达到比空气轻的目的。古老的孔明灯采用的就是这种原理，它也是最早出现的热气球。

氢气球也好，热气球也罢，二者虽然都能飞起来，却有一个致命缺点，那就是人们难以控制其飞行方向。为了更好地控制空中姿态和飞行方向，同样基于“变得更轻”的思想，人们设计、制造了飞艇。

人们把比空气更轻的气体（一般使用安全性更好的氦气）充入飞艇内部，用以提供升力；然后，在飞艇上安装发动机，为其水平移动提供推行动力，并借此控制飞行姿态。

制造空气压差

当物体在空中飞行时，使上表面空气流速大于下表面的空气流速，形成空气压差，也是实现飞行的一种方法。

当上下表面存在空气压差时，物体就可以获得一个升力；如果这个升力大到足够克服地球引力，物体就可以离开地面。

鸟类就是利用空气压差来飞行的。鸟类天生具有适合飞行的身体条件：巧妙运用空气动力学的翅膀、由坚硬轻细的中空骨骼构成的骨架结构、发达的胸肌、独特的呼吸系统以及轻而柔滑的羽毛等。

鸟类能够飞行的主要原因是它们掌握了制造空气压差的飞行技巧。当鸟儿在空中滑翔时，空气在翅膀上、下部间形成压强差，产生一个向上的升力，从而可以把鸟儿托在空中，而不至于使它们往下掉。

除此之外，鸟类会采用积极主动的扑翼飞行来产生一定的氣动升力。鸟类的翅膀在扑动时，相当于飞机的螺旋桨或喷气推进装置，使自身可以持续保持飞行状态。

其实，在人类早期的飞行尝试中，鲁班制造的木鸟、达·芬奇的扑翼飞机都企图模仿鸟儿的飞行状态来实现升空的目的，但他们的飞行计划均以失败告终，原因就在于缺乏对空气动力学原理的认知，盲目模仿鸟类翅膀的几何外形和扑动形式。

当人们开始了解空气动力学原理并研制出像风筝一样的固定翼飞行器时，成功飞天的现代交通工具—飞机得以诞生。飞机和风筝的飞行原理相同，都是通过机翼上下表面的气流速度不同，制造空气压差，进而获得升力。

总而言之，不管是鸟类、风筝、喷气式飞机，还是直升机，都是通过制造气压差的方法飞行的；只不过，它们获得上升条件的形式不一样。

向下喷射物质

假如我们飞天的目标是冲出地球，那么，前两种方法也许就不太适用了。因为太空中是一个失重环境，基本没有空气，也制造不了气压差。所以，需要借助其他力量实现飞行。

对于火箭来说，由于其内部不仅携带了燃料，也携带了氧化剂，因此发动机不需要空气的助力也可以正常工作。

燃料和氧化剂在发动机燃烧室里燃烧，产生大量高压气体，这些气体从发动机喷管高速喷出，火箭因此获得一个与气体喷射方向相反的作用力，得以升空飞行。

其实，早在17世纪，对于这种向下喷射物质实现飞行的方法，牛顿就进行了很清晰的描述：“如果以一定速度向后抛出一定质量，就会受到一个反作用力的推动，向前加速。”

在现代航空航天器的设计过程中，为了实现更高的飞行目标，设计师们并不单纯地使用这三种飞天方法中的某一种来构建飞行器，而是将它们综合起来应用。如超声速飞机为了获得更快的飞行速度，还会采用向后喷射物质的冲压发动机。

虽然目前人类已经掌握的飞行方式无外乎上面提到的这三种，但在不远的未来，或许会出现更多切实可行的飞上天的办法。

天似穹庐，笼盖四野。我们的活动版图里不应缺少天空。对于人类来说，天上有太多未知的事物，当我们努力消除这些未知时，人类的文明将得到极大的发展。