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人類首度完成動力飛行120週年

人類首度完成動力飛行120週年

人類首度完成動力飛行120週年

自古以來人類即夢想能翱翔天際,中國古籍記載將人繫於風箏飛上天空、達文西繪製了數種飛行機器,但這些都是未能付諸實現的空想。即使到了十八世紀末,人們終於可以乘坐熱氣球升上高空,甚至往來兩地之間,但要像鳥兒般自由飛翔仍是遙不可及的夢想。1903年的今天(12月17日),美國的萊特兄弟終於證明這個夢想是可以實現的,也開啟了人類翱翔天空的新時代。

左:奧維爾,右:威爾伯;兩人攝於1905年。圖片來源:Wikipedia

萊特兄弟中的兄長威爾伯(Wilbur Wright)出生於1867年,排行老三,弟弟奧維爾(Orville Wrigh)和他相差四歲;兩人都只有念到高中,但都沒拿到文憑。他們先於1989年開設印刷廠,三年後見到腳踏車開始風行,便轉而投入腳踏車的販賣與維修,到了1896年進一步包辦設計與製造,打造自己的品牌。

就在1896這一年,發生了與飛行實驗相關的三件大事。首先是五月時,史密森尼學會(Smithsonian Institution)的秘書長蘭利(Samuel Langley)設計的無人飛機模型(翼長3米7、重11公斤、配備一馬力的小蒸汽機),從船上彈射起飛後,最遠飛行了1公里,被認為是首度證明比重大於空氣的飛行器可以穩定地持續飛行。

接著是於六、七月時,法裔美國人夏努特(Octave Chanute)根據德國的滑翔機先驅李林塔爾(Otto Lilienthal)的設計,增加更多機翼以獲得升力,讓人駕著多翼的滑翔機成功從密西根湖畔的沙丘滑翔落地。

夏努特設計的一款滑翔機有多達12片機翼。圖片來源:Wikipedia

不過八月傳來一件噩耗,自1891年起就不斷親自試飛、改良滑翔機的李林塔爾,竟在試圖挑戰自己的250公尺滑翔紀錄時,不幸自15公尺高的空中墜落地面,一天半後傷重不治。據說他臨終前留下遺言:「犧牲是必須的!」,這句話便被刻在他的墓碑上。

這三起事件深深影響了萊特兄弟,尤其李林塔爾之死更是他們決定投身飛行實驗的轉捩點。他們向史密森尼學會借閱各項飛行文獻,深入了解前人的研究與實驗,最後決定在進行動力飛行實驗前,先解決控制轉向的問題;李林塔爾就是因為只能透過扭轉身體來操控滑翔機才失敗身亡。萊特兄弟雖然看出若能像鳥兒一樣改變翅膀末端的角度,就能左右轉向,但要如何扭轉單翼的平面又不至於扯裂?

有一天,哥哥威爾伯在店裡要更換腳踏車內胎,他將新的內胎從長盒中拿出來,一邊與客戶交談時,突然發現自己雙手握著長盒子的兩端,正不自覺地一手往內一手往外地反方向扭轉盒子。他驀然茅塞頓開,何不像這樣設計成互相連結的雙翼結構?!

萊特兄弟於1899年設計的雙翼風箏。圖片來源:Wikipedia

1899年,他們先製作了一個雙翼風箏來模擬飛機的機翼,用兩根繩子分別扭撓翼尖以測試是否能控制轉向,確認效果不錯後,再打造全尺寸的滑翔機。他們詢問氣象局何處有強勁且穩定的風勢,氣象局建議的地點是北卡羅萊納州一名為小鷹(Kitty Hawk)小漁村。於是他們於1900年從家鄉俄亥俄州的德頓(Dayton)花了一個星期來到小鷹,以繩控方式進行滑翔機的飛行實驗。

不料經過多次的試飛與修改總得不到預期的升力,他們只好在1901年自己建造小型風洞,測試超過60種的模型截面,接著在1902年做了七百多次的滑翔測試後,他們決定是賦予它動力的時候了。

不過現有能產生足夠動力的發動機本身都太重了,於是他們的腳踏車技工泰勒(Charlie Taylor)用鋁銅合金打造出輕量的引擎,不用汽油幫浦,而是直接靠重力讓汽油進到化油器。經由風洞測試,他們設計出效率超過70%的螺旋槳,只比現代的設計少10%。

1903年12月17日這一天,他們的「萊特飛行者號」(Wright Flyer) 從3米高的沙丘上起飛,第一次只在空中停留了12秒,飛行37公尺,但第四次飛行了59秒,260公尺遠,成功完成人類史上首度動力飛行的里程碑。

萊特兄弟隨即成立航空公司,製造飛機,但他們事業並未如預期般順利,因為專利訴訟隨之而來,而在官司尚未落幕之前,威爾伯即於1912年因傷寒病逝。哥哥過世後,奧維爾也失去對航空的熱忱,於1915年將公司賣掉。

如今飛機的高度與距離已遠遠超乎萊特兄弟所能預料,他們更絕不會想到相隔不到66年,人類就已經能踏上月球。為了紀念他們的貢獻,阿波羅11號的登月小艇以他們的試飛地點命名為「小鷹號」,順利讓阿姆斯壯與艾德林成為首度踏上月球的人類,阿姆斯壯還特地將萊特飛行者號的碎布與木片帶上月球。

阿姆斯壯攜帶上月球再帶回來的萊特飛行號木片與碎布。圖片來源:美國國家航太博物館

另外,NASA於2021年送上火星的小型無人直升機機智號(Ingenuity),至今已成功執行67趟飛行任務,它的太陽能板下也掛著一片萊特飛行者號的碎布,而它的試飛場域便稱為「萊特兄弟場域」(Wright Brothers Field)。

未來人類或許還會前往宇宙更深處,而一切的起點,可說是120年前的今天萊特兄弟試飛成功。

參考資料:

  1. Wright brothers – Wikipedia
  2. The Wright Brothers | National Air and Space Museum (si.edu)

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