實現飛行的夢想

【景鴻鑫教授／國立成功大學航空太空研究所】

飛行是潛藏於人類心底最深處、最久遠的渴望之一。世界各民族的傳統文化中，無不充滿各式關於飛行的神話與傳說。雖說人類自古渴望飛行，卻始終不瞭解要如何才能飛，也不知道神仙如何飛。所以古老神話中會飛的神仙很多，但他們如何飛或藉著什麼來飛，人類完全不瞭解，於是憑空想像、自行創造，造就了各國神話中各種神奇又令人歎為觀止的飛行方法。例如：《封神榜》中哪吒腳踏風火輪^註1、《西遊記》中孫悟空駕觔斗雲、嫦娥奔月中嫦娥偷吃仙丹、阿拉伯《一千零一夜》中的飛毯、《聖經》中長了翅膀的天使與童話故事中巫婆最常使用的掃帚等。可見人類對飛行的崇拜、渴望與嚮往，在古往今來各民族的文化經典中表露無遺！

 

一、掌握飛行關鍵

西方歷史正式記載第一次試圖製造航空器的，是十五世紀的達文西（Leonardo da Vinci），他參考鳥類與蝙蝠的翅膀設計過數種航空器。十八世紀，法國人Joseph ＆ Etienne Montgolfier則製造出一具熱氣球，並進行乘載飛行測試。到了十九世紀，人類飛上青天的夢想展露曙光，英國航空之父喬治卡萊（George Cayley）在一八○四年開始設計滑翔機模型。卡萊發現鳥類在翅膀揮動時，能同時發揮升力、推進與控制的功能。但這樣的複雜機制，人類至今仍無法仿造，這也是為什麼人類觀察鳥類飛行數千年，卻一無進展的原因。因此在觀念上指出，人類無法模仿鳥類拍翼動作，僅能模仿滑翔，而將升力、推進與控制分開。認為飛行即用一傾斜平面，以抵抗阻力的方式來提供升力，與風箏飛行的道理完全相同，進而達到飛行目的。

（一）第一位會飛的人類：一八九一年號稱第一位會飛的人類──德國工程師Otto Lilienthal，在研究多年鳥類翅膀構造與飛行原理後，開始測試所設計的一系列滑翔翼。Lilienthal總共設計十八種不同的滑翔翼，進行兩千次的飛行。由於所設計的滑翔翼缺乏控制功能，最後造成他死於一次飛行的失控墜毀。但其飛行經驗卻為後人鋪下康莊大道。

（二）飛行夢想的實現：一八七八年，美國一位萊特先生送了一個竹蜻蜓玩具給自己的兩個小孩──萊特兄弟（Orvile and Wilbur Wright），從此激發兩兄弟對飛行的狂熱，並促成他們在實現人類飛行夢想上的不朽貢獻。

1.英雄不怕出身低：萊特兄弟是修理腳踏車的黑手出身，父親是傳教士，母親則是大學數學系畢業，兄弟兩人卻連高中都沒畢業，卻憑著廣泛的興趣與堅強的意志，實現對夢想的堅持。

2.邁向飛行路：一八九六年，Lilienthal的死訊讓萊特兄弟正式踏入實現飛行夢想的路。他們根據Lilienthal的空氣動力數據，自行設計滑翔機。為了加強對滑翔機的控制，他們依據鳥類的飛行姿態而將機翼扭曲，使飛行控制成為可能。在經過多次試飛失敗後，他們認定Lilienthal的數據可能有問題，而決定自己建立基本空氣動力數據。

3.實現飛行夢：一九○一年，萊特兄弟自行設計建造風洞，測試了兩百種不同的機翼，在使用新數據後，試飛變得相當成功。新的三軸控制滑翔機進行過上千次的飛行後，萊特兄弟基本上已掌握飛行關鍵，並於一九○三年十二月十七日實現人類數千年來的飛行夢想！自萊特兄弟實現人類飛行夢想後，航空科技快速擴散；一九○六年歐洲也首次完成重於空氣的載人飛行；一九○九年，法國人Louis Bleriot駕著單翼機從法國起飛，寫下首次橫越英法海峽的紀錄。

 

二、飛行的拓展與突破

（一） 作為軍事用途：一九一四年第一次世界大戰爆發，剛開始只將飛機作為偵察之用，但很快的，飛機即被作為兵器使用。也將戰爭型態從平面轉為立體，使得戰爭防線不再那麼清晰，前後方的分野也變得模糊，高山大河不再是可依賴的屏障。尤其是在一九一五年德國將機槍與飛機作了完美的結合之後，飛機更成為戰場上最致命的武器。這種情況至今未變，飛機依然是戰場上最主要的打擊力量，誰掌握制空權，誰就掌握主動。

（二） 休閒娛樂工具：大戰結束後，飛機的商業價值逐漸彰顯。早期只作郵務運送或遊樂性質的載人飛行。

1.冒險狂熱風潮出現：有些狂熱份子熱中飛行冒險活動，進行人類超越時空的努力。他們喜歡進行各種飛行冒險，較值得一提的是不著陸橫跨大西洋的飛行。如一九二七年，為成為第一位不著陸從巴黎直飛紐約（或從紐約直飛巴黎）的人，歐美各路航空英雄好漢競相投入。獲勝者可得兩萬五千美金，但錢並不重要，爭做第一才是原動力。第一組人馬，由當時法國一次世界大戰空戰英雄Rene Fonck率隊攻關，不幸機上四人全部罹難。第二組人馬，還未成行即墜毀。第三組人馬則在練習時墜毀，第四組人馬由另一位法國空戰英雄Charles Nungesser帶隊，由法國出發，從此再也沒有人見過他們二人。

2.首位奪標英雄──林白：最後，由林白（Charles Lindbergh）奪得首位不著陸從紐約直飛巴黎的殊榮。在林白之前，到底有多少人喪生，雖無正式記錄，但已知至少有六人。在此次完成壯舉的聖路易精神號的座艙中，林白所能掌握有關導航的唯一依靠只有羅盤，其餘皆是飛機本身的儀表，如高度計、空速表、姿態儀、引擎轉速表、空壓計與油壓計等，在沒有任何其他導航儀器的輔助下，要飛行五千八百零九公里。起初林白計畫載一位領航員同行，卻為了要多帶一點油料而作罷。在海上飛行沒有任何路標可以依賴，只能依靠一個時鐘及方向與速度的計算來導航。林白在飛行第二天清晨看到海上有幾艘船，得大聲問船上的人：愛爾蘭怎麼走？足見此壯舉完成歷程的艱辛困難。

（三） 獲取商業利益：一九一九年，英國成立第一家航空公司經營倫敦至巴黎間的載客業務。所用的飛機是由一次世界大戰的轟炸機改裝而成，將機槍手位置拆除，放上兩個面對面的座位，可搭載兩位旅客；雖然異常簡陋，卻開啟至今蓬勃不已的民用航空事業。現在的廣體客機可載五百人，在數萬公里高空以接近音速的速度飛行。這是人類經過幾千年的努力，終於可在二十世紀大放異彩。航空科技五花八門、多彩多姿、令人目不暇給，從飛行翼、拖弋傘與滑翔機等運動器材到波音、空中巴士等大型客機；從經國號輕型戰鬥機到B-2隱密轟炸機；從響尾蛇飛彈到巡弋飛彈；從中學生玩的實驗火箭到巨型太空梭。透過航空科技，人類的足跡早已超越地球的限制，而到達另一個天體。人造飛行器也早已跨越太陽系，航空科技徹底改變人類文明的面貌。

 

三、無可限量的前景

人類航空科技發展至今，回顧其歷史足跡，可謂艱辛但成績斐然。進入二十一世紀後，航空科技將會有何面貌呢？地球上有百分之三十的陸地，人類首先利用馬匹、車輛突破陸地的限制。接下來藉由船隻與航海相關技術踏遍百分之七十的海洋。至於佔地球表面積百分之百的天空，則到廿世紀人類才能遨翔其中。進入二十一世紀後，航空科技將要克服的障礙是什麼？將要超越的又是什麼？

        從物理學的觀點來看，目前航空科技所掌握的技術，不論是飛機、火箭、太空船，基本上仍不出牛頓力學的範疇，也就是牛頓三大定律支配了所有目前人類航空器的運作。但牛頓力學僅適用於人類能夠經驗到的時空，除此之外，物理學還有另外兩大支柱，那就是相對力學與量子力學。相對力學適用於無窮大（相對於人類而言）的時空，也就是俗稱的大宇宙，充滿著各類銀河與星系的無窮宇宙。而量子力學則適用於無窮小的時空，也就是俗稱的小宇宙，充滿著各種詭異現象的原子、核子的世界。

藉著牛頓力學之助，在二十世紀算是初步突破人類經驗範圍內的時空限制，在二十一世紀，航空科技應努力的下一步，必然是應用相對力學與量子力學，朝無窮大與無窮小的時空邁進。想像有一天，我們駕著一架顯微飛機，只有細菌一般大，能深入人體，與細菌、病毒作戰；或深入腦部，瞭解人類思想與智慧的祕密；或改變細胞新陳代謝的速度，以延緩老化；或創造一架用質子、中子與電子，甚至基本粒子建造而成的飛行器，穿梭在基因的雙螺旋里，追尋長生不死的答案。另一方面，或許人類可以駕著一架時空飛機，不論是藉著蟲洞，或將時空扭曲，在浩瀚的宇宙中遨翔；或在時間的洪流中，自由的來去，徹底突破時空的限制，那將多麼令人嚮往！中國在人類超越時空的潛意識驅使下，早期曾作出相當大的貢獻。期望未來，在超越無窮小與無窮大的時空方面，能再度留下難以磨滅的足跡！

 

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註1：在目前人類所知的飛行神話中，毫無疑問是最傑出的創作！雖是老套的幻想，卻與新的航空科技有著令人讚歎不已的相似點，如果從正在運作中的噴射引擎噴嘴裡望進去的話，我們將會瞧見中間噴著熊熊烈火，周圍繞著高速旋轉、充滿輻射狀葉片的渦輪或壓縮機，捲起高速吹襲的風。高速吹襲的風，熊熊燃燒的火，加上高速旋轉的輪，這不正是一幅現代風火輪嗎？

 

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