人類飛上天的三種方式

肖君柏

“想飛上天，和太陽肩并肩……”飛天，一直是深藏在人類心中的一個夢想。因為這個夢想，我們逐漸有了紙鳶，有了氫氣球，有了現代飛行器。

不論你相信與否，截至目前，人類飛上天的方法其實只有三種。

變得比空氣更輕

在標準狀況下，空氣的平均相對分子質量為29，只要物體的分子量比空氣更小，它就能在空中飄起來。如果某個物體足夠輕，甚至能把人帶飛，如氫氣球、氦氣球等。

在人類的飛行器發明史中，有很多這方面的實例。

中國第一個氫氣球由晚清軍工專家華蘅芳制造。在今天的人們看來，華蘅芳當時所采用的氫氣球制造方法十分簡陋，即利用強酸和金屬反應產生氫氣，再將氫氣充入氣球內。

我們熟悉的熱氣球則利用熱空氣代替比空氣更輕的氫氣或氦氣。由于氣體的密度與絕對溫度成反比，因此，可以通過升高氣溫來減小氣體的密度和質量，達到比空氣輕的目的。古老的孔明燈采用的就是這種原理，它也是最早出現的熱氣球。

氫氣球也好，熱氣球也罷，二者雖然都能飛起來，卻有一個致命缺點，那就是人們難以控制其飛行方向。為了更好地控制空中姿態和飛行方向，同樣基于“變得更輕”的思想，人們設計、制造了飛艇。

人們把比空氣更輕的氣體（一般使用安全性更好的氦氣）充入飛艇內部，用以提供升力；然后，在飛艇上安裝發動機，為其水平移動提供推行動力，并借此控制飛行姿態。

制造空氣壓差

當物體在空中飛行時，使上表面空氣流速大于下表面的空氣流速，形成空氣壓差，也是實現飛行的一種方法。

當上下表面存在空氣壓差時，物體就可以獲得一個升力；如果這個升力大到足夠克服地球引力，物體就可以離開地面。

鳥類就是利用空氣壓差來飛行的。鳥類天生具有適合飛行的身體條件：巧妙運用空氣動力學的翅膀、由堅硬輕細的中空骨骼構成的骨架結構、發達的胸肌、獨特的呼吸系統以及輕而柔滑的羽毛等。

鳥類能夠飛行的主要原因是它們掌握了制造空氣壓差的飛行技巧。當鳥兒在空中滑翔時，空氣在翅膀上、下部間形成壓強差，產生一個向上的升力，從而可以把鳥兒托在空中，而不至于使它們往下掉。

除此之外，鳥類會采用積極主動的撲翼飛行來產生一定的氣動升力。鳥類的翅膀在撲動時，相當于飛機的螺旋槳或噴氣推進裝置，使自身可以持續保持飛行狀態。

其實，在人類早期的飛行嘗試中，魯班制造的木鳥、達·芬奇的撲翼飛機都企圖模仿鳥兒的飛行狀態來實現升空的目的，但他們的飛行計劃均以失敗告終，原因就在于缺乏對空氣動力學原理的認知，盲目模仿鳥類翅膀的幾何外形和撲動形式。

當人們開始了解空氣動力學原理并研制出像風箏一樣的固定翼飛行器時，成功飛天的現代交通工具—飛機得以誕生。飛機和風箏的飛行原理相同，都是通過機翼上下表面的氣流速度不同，制造空氣壓差，進而獲得升力。

總而言之，不管是鳥類、風箏、噴氣式飛機，還是直升機，都是通過制造氣壓差的方法飛行的；只不過，它們獲得上升條件的形式不一樣。

向下噴射物質

假如我們飛天的目標是沖出地球，那么，前兩種方法也許就不太適用了。因為太空中是一個失重環境，基本沒有空氣，也制造不了氣壓差。所以，需要借助其他力量實現飛行。

對于火箭來說，由于其內部不僅攜帶了燃料，也攜帶了氧化劑，因此發動機不需要空氣的助力也可以正常工作。

燃料和氧化劑在發動機燃燒室里燃燒，產生大量高壓氣體，這些氣體從發動機噴管高速噴出，火箭因此獲得一個與氣體噴射方向相反的作用力，得以升空飛行。

其實，早在17世紀，對于這種向下噴射物質實現飛行的方法，牛頓就進行了很清晰的描述：“如果以一定速度向后拋出一定質量，就會受到一個反作用力的推動，向前加速。”

在現代航空航天器的設計過程中，為了實現更高的飛行目標，設計師們并不單純地使用這三種飛天方法中的某一種來構建飛行器，而是將它們綜合起來應用。如超聲速飛機為了獲得更快的飛行速度，還會采用向后噴射物質的沖壓發動機。

雖然目前人類已經掌握的飛行方式無外乎上面提到的這三種，但在不遠的未來，或許會出現更多切實可行的飛上天的辦法。

天似穹廬，籠蓋四野。我們的活動版圖里不應缺少天空。對于人類來說，天上有太多未知的事物，當我們努力消除這些未知時，人類的文明將得到極大的發展。