飞艇复兴:打造同温层上的“飞行堡垒”

100年以前,硕大无朋的飞艇曾是空中战场的主角。但是随着飞机性能的提升,以及飞艇自身可靠性的欠缺,飞艇先后在军事和民航领域淡出了航空舞台。进入20世纪末,材料技术和航空理论的不断进步,让飞艇拥有了复兴的可能性。从军事侦察到远程空运,飞艇在未来军队中,将有越来越广阔的应用前景。
  从叱咤风云到销声匿迹
  早在18世纪末,人类就已经乘坐热气球飞上了蓝天。但热气球和随后出现的氢气球都难以在天空中控制方向,只能“随波逐流”。直到引入机械,人们才看到了发明飞艇的曙光。1852年,法国人亨利·吉法尔使用一台2.2千瓦的蒸汽机驱动螺旋桨,使一艘原始的飞艇获得了大约10千米/时的速度。到1884年,更为轻便和高效的电动机和蓄电池被用作飞艇的动力,第一艘可以在起飞之后回到出发点着陆的飞艇,由此在法国诞生。

飞艇是人类拥有的第一种可以控制飞行方向的航空器(摄影/苗若玖)

  1914年第一次世界大战爆发之后,飞艇与飞机一起被广泛用于军事。相比于刚刚发明不久、技术尚不完善的飞机,飞艇在运载能力和飞行高度上都有着显著的优势,飞行速度也和飞机相差不多,因此,被德国选作轰炸敌人后方的平台。在战争初期,德军飞艇曾经频繁跨海出击,飞抵英国执行轰炸任务,试图制造恐慌。但事实上,受制于飞艇必须在高空飞行方能躲避炮火的弱点,以及当年并不精确的轰炸瞄准技术,这些轰炸行动的战果都极为有限。

第一次世界大战期间,军用飞艇曾大行其道,这是法国军用飞艇使用的武装吊舱(摄影/苗若玖)

  到1916年,英国找到了有效反制飞艇的方法。战争促进了飞机性能的迅速提高,使飞机与飞艇在飞行高度上的差距已经不大,这使英军战斗机有可能在德军飞艇升到安全高度之前,用穿甲弹、曳光弹和燃烧弹等特种弹药组合射击,先在飞艇的气囊上“钻孔”,使氢气泄漏,再以其他弹药引燃。氢气爆燃引发的大火,会烧毁飞艇的气囊,并融化铝制骨架,从而彻底摧毁飞艇。英军的截击和海上恶劣天气带来的损失,使德军最终放弃了以飞艇轰炸迫使英国乞和的策略。
  尽管如此,在第一次世界大战之后,飞艇仍在一些发达国家迎来了短暂的“黄金时代”。在军事领域,巨大且飘浮在空中的飞艇被一些人认为具有“空中流动机场”的潜质,可以搭载若干架小型飞机执行警戒任务;而在民用领域,由于飞机受制于航程而需要多次经停,这使飞艇能够在远程航线上找到用武之地,并凭借其强大的运载能力,为旅客提供豪华的乘坐体验。
  然而,发生在1937年6月5日的兴登堡号火灾事故,彻底宣告了飞艇的衰落。在雷雨天气里,这艘往来于大西洋两岸的巨型客运飞艇试图着陆时,其气囊中的氢气被静电火花引爆,导致飞艇仅仅半分钟就被完全烧毁。这起事件令飞艇的安全性广受质疑。此后,随着第二次世界大战期间,飞机性能的又一次飞跃,飞艇终于不再是天空的主角。

两次世界大战期间,飞艇曾被广泛用于海军侦察任务,这是法国海军使用的飞艇模型(摄影/苗若玖)

  飞机的短板与飞艇的优势
  飞艇强大的运载能力使不少科幻作家着迷。19世纪的法国著名科幻画师阿尔伯特·罗比达就留下了大量关于飞艇的科幻画作,预言了飞艇在未来城市中的种种有趣应用,从交通工具到“空中宫殿”,不一而足。
  而在20世纪初的中国,一些早期的科幻作者也相信,未来的战争会以空中力量决定胜负。而飞艇作为空中打击平台,可以让中国在军事方面“曲线超车”。一些在今天看来科学性并不严谨,但对未来中国军事实力充满奇想的“科幻怪谭”式作品,就在这样的思想指引下诞生了。比如,叶劲风在1923年写成的《十年后的中国》,就畅想一位中国发明家基于X射线进行研究,研制出了射线武器“W光器”,并将其装在巨型飞艇上,以此威胁中国的主要敌国“哪啊哒”臣服于中国。
  尽管巨型飞艇暂时淡出了历史舞台,很多飞艇也被拆解,重新变成了铝材等工业原料,但人们并没有忘记飞艇。并且随着飞机进入喷气时代,人们也逐渐认识到了飞机的短板,或者说重于空气的飞行器的能力极限。
  相较于其他一些主流的运输方式,比如铁路、公路和海运,飞机的一大优势在于速度,但与高速度相伴的,则是低运量和高成本。到目前为止,世界上唯一可以同时适应战略、战术任务,或者说既具有远程运输能力,又能适应野战短跑道等恶劣起降条件的运输机,是美国的C-17“环球霸王Ⅲ”。它的最大载重量为77吨,在战场上,这对应着102名伞兵或是一台M1A2主战坦克,这样的运载能力已经相当的惊人,但是也不到飞机最大起飞重量的1/3。不仅如此,所有的固定翼飞机受制于其原理,都必须保持一定的速度来实现持续飞行,为此,消耗的燃油量也颇为可观。

畅想飞艇应用前景的法国科幻画(摄影/苗若玖 作者/阿尔伯特·罗比达)

飞机的这些短板,正是飞艇的优势。飞艇能够实现飞行,是凭借气囊中轻于空气的气体,它们不必耗费燃料就能维持浮在空中的状态,因而可以长时间飞行,并提供更大的运载量。一艘运载能力和C-17相同的飞艇,最大起飞重量可能不到100吨,可以说运载效率相当高。虽然飞艇的速度远低于喷气式运输机,但如果执行不太追求速度的运输任务,比如军队换防,那么它们的运载量优势就可以发挥出来了。
  美国军队曾经进行研发的“海象”运输飞艇(目前受制于经费和技术储备暂时搁置),以及其他一些类似的设计,就是为这种大运量的远程运输任务做准备。与20世纪初或更早一些时候出现的飞艇的设计思路相比,这些构想中的现代运输飞艇有些会使用扁平的气囊结构,让这样的气囊部分扮演机翼的角色,以获得更大的升力。而材料技术和航空发动机等领域的进展,也使这些飞艇有可能拥有更高的时速,甚至达到200千米/时,也就是与高铁列车的时速相当。在这样的情况下,传统运输机扣除降落、加油、维护和再起飞的时间,其相对于飞艇的速度优势会进一步缩小。
  战争中,在缺乏跑道或者跑道被破坏的情况下,垂直起降能力会成为维持军事运输的重要保障。飞艇在可以实现垂直起降的飞行器中,拥有最大的运载量。到目前为止,运载能力最强的直升机是俄罗斯的米-26光轮,最大载重量为20吨,而同样具有垂直起降能力的飞艇,却可轻易突破这一数值。

第一次世界大战时的德国飞艇和轻巡洋舰(计算机制作的3D图像)

  同温层里打造“飞行堡垒”
  飞艇的飞行原理还意味着它可以成为军事侦察平台,用来填补战略高空侦察机和侦察卫星之间的空当。
  我们知道,地球大气从低到高被划分为5层,分别是对流层、平流层(同温层)、中间层、热层和散逸层,越向高空,则大气越稀薄。受制于航空发动机的工作原理,绝大部分飞机都只能在对流层或平流层的下部飞行,例如绰号“同温层堡垒”的美国B-52轰炸机,其升限也只有1.5万米,刚刚够得到平流层的底部;除了极少数特殊设计的试验飞机,曾经真正服役过的有人驾驶且飞行高度能够突破3万米的军用飞机,仅有美国的SR-71高空侦察机和苏联的米格-25截击机。
  但是,飞艇凭借气囊提供的浮力,可以轻易飞得更高,因此有时,甚至能够替代一部分侦察卫星的作用,成为理想的侦察平台。当然,这样的平台也可兼做民用,利用平流层空气稀薄的特点,开展多种科学研究,比如在飞艇上架设一架天文望远镜,其成本要比发射同样口径的太空望远镜低得多,但观测效果仅略有差距。
  中国科幻作家郑军的长篇小说《决战同温层》,就展望了飞艇在军事和民用两方面的广阔前景。在这部小说里,中国建造了一艘由多个气囊组合而成的巨型飞艇,停留在3万米的高空作为科研平台,供世界各地的科学家开展各项研究,特别是气象学领域的前沿课题。但一个自称“科学先知”的极端组织劫持了这艘飞艇,并试图依托这个平台制造臭氧层空洞,来迫使世界各国政府交权。当被劫持的飞艇朝上海冲去的时候,人们一时对它束手无策,因为解放军的主力战斗机歼-11的实用升限也不到2万米,使机载武器难以对飞艇构成威胁。最后,一名曾登上这艘飞艇考察的技术军官挺身而出,冒险搭乘了一个和飞艇所用型号相同的气囊升空,成功爬升到巨型飞艇的上方,并以机枪击破若干个气囊,导致飞艇操纵失灵并暂时降低高度,这才为空军飞行员接下来的进攻提供了机会。在小说结尾,这艘巨型飞艇最终被击落,但小说中描述的艰苦战斗过程,也恰恰说明了飞艇在现实生活中的军事应用前景。
  2005年上映的美国科幻电影《绝密飞行》,则展示了飞艇在军事领域的另一种可能性,即作为空中加油平台。目前,世界上绝大多数的空中加油机都是由大型运输机或者轰炸机改装而成,在运载燃料升空的同时,这些飞机本身也会消耗燃料。但是,如果让一艘巨型飞艇携带大量的燃料升空,并悬浮在某一处,那么它就几乎无需消耗燃料来维持飞行,最多只需要进行简单的姿态调整。不过,这样的设计也面临新的问题,那就是接受加油的飞机必须具有垂直起落(悬停)的能力。尽管从目前的技术水平来看,喷气式飞机为实现垂直起落消耗的燃油是相当惊人的,但随着未来航空发动机技术的发展,以及质量较轻的无人战机的出现,或许有助于解决这一难题。
  相比于这些较为长远的设想,飞艇目前在战场侦察和巡逻方面已经有了一定的用武之地。由于飞艇气囊中没有什么金属,加之飞艇发动机的噪声通常比飞机要小,因此飞艇有着“全方位”的“隐身”性能。在清剿恐怖分子和游击队等不对称战争中,以及搜寻贩毒网络这样的警用领域,飞艇的隐蔽能力都具有优势。在英国不久前试飞的Airlander 10飞艇上,我们已经能看到这样的应用趋势。
飞艇复兴:打造同温层上的“飞行堡垒”
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