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《如何离开地球表面》

6月5日,神舟十四号在酒泉卫星发射中心成功发射,这是我国空间站建造阶段的第3次载人飞行任务。飞船入轨后,3名航天员将进驻天和核心舱,开启为期6个月的在轨驻留,配合地面继续完成空间站组装建设工作。

近年来,中国的航天事业硕果累累——天问一号探测器、祝融号火星车、神舟十三号顺利升空,天和号核心舱和空间站正式运行……不仅仅是中国,国外在航空航天事业上也取得丰硕成果,不知不觉,人类社会的太空时代2.0已然到来!

那么,人类为何要不惜一切代价离开地球表面,到宇宙去?

当远古人类第一次抬头仰望星空,当张若虚站在江畔思考月亮与人的关系,当伽利略第一次将望远镜对向浩瀚的苍穹,人类对宇宙的探索就从未停止。

如何摆脱地球引力,似乎是人类与生俱来的梦想。知乎荣誉答主、航空动力工程师——卢西在《如何离开地球表面》一书中为我们解答了这个困惑。

书籍简介

有没有哪一刻,你觉得航空航天改变了生活?

还记得前几天观看的神州十四号发射直播吗?其中涉及的许多专业知识——如运载火箭、固体火箭、指令舱、逃逸塔——我们到底听懂了多少?如何弄懂飞机、火箭的原理?在飞机和火箭的技术史上,又有多少至关重要的技术变迁和前赴后继的前辈?民航走过了怎样的曲折路程,才得以让我们更舒适、安全地到达?未来的民航机、真实的星际旅行又是什么样的?

《如何离开地球表面》这本书没有让人望而生畏的数学公式与复杂的图表,把专业的技术解读和有趣的故事结合起来,普及了航空和航天的基本原理和必要知识。

本书分为航空和航天两个部分,对人类航空航天小史进行了梳理,从古代的鸟类崇拜、各国的飞行试验讲到人类如何能登上月亮、开启星际旅行……将科普内容严谨而有趣地呈现出来的同时,也激发更多人对航空航天的兴趣。

作者简介

西

本名张博深,知乎航空航天类荣誉答主,亚琛工业大学航空航天系动力专业硕士,曾在美国乔治亚理工大学动力实验室访学。毕业后在德国某飞机制造商担任发动机工程师,参与过保时捷勒芒赛车开发项目,在《航空知识》等期刊上发表多篇文章。

人类的飞行梦

古罗马人对鸟类格外崇拜,认为鸟的行为可以体现出神的意志,甚至专门为此设立了“观鸟占卜师”的职位来观察鸟的种类、飞行路线和叫声,通过这种种征兆来占卜、预测未来。包括恺撒在内,很多著名罗马政治家都曾担任此职。

古罗马的观鸟占卜师(关山/绘)

对鸟类的崇拜,并非罗马人所独有。古埃及神话的主神之一——太阳神“拉”,就是一个“鹰首人”的形象。传说中,因为有拉神顶着太阳每天在海上自东向西航行,人间才有了日夜之别。古埃及神话中,九柱神中的婚育与生命女神——伊西斯,同样长着一副“人鸟混合”的外貌。张开翅膀的伊西斯的形象,经常出现在古埃及墓葬壁画中,象征子孙繁衍与权力。

古埃及的拉神(左)和伊西斯女神(右)

古典世界中对飞行的崇拜表现最多和最富细节的,还是希腊神话。胜利女神尼姬凭借一双翅膀拥有惊人的速度;小爱神厄洛斯挥动翅膀射着箭,带给人们爱情与憎恶;奥林匹斯神之一的赫尔墨斯本身没有长出翅膀,却穿了一双带翅膀的凉鞋,走街串巷“送快递”。

然而,人类对飞行的渴望怎会止步于神话传说?现实中的人类从未停止尝试飞行,历史上,有无数的航空前辈在离开地球表面的道路上前赴后继。

几乎所有的航空业先驱,最初都是在模仿鸟类。但因那时的人不具备任何科学理论基础,因此基本以失败告终。直到11世纪,英国修道士艾尔默用木头和布制作了飞翼及尾翼,成功飞出了米,在人类航空史上留下了自己的大名。

世界上第一个利用火箭飞天的是中国明代的一个叫陶成道(又称“万户”)的人。他自制了47支火箭,固定在一把椅子上,用来将自己发射上天,然后手持两个风筝,打算在火药燃尽后,靠风筝滑翔降落。但遗憾的是,点燃的火箭爆炸了,直接夺走了万户的生命。为纪念世界航天始祖万户,世界科学家将月球上的一座环形火山命名为“万户山”,陶成道被称为“世界航天第一人”。

万户与他的自制火箭飞行器假想图(关山/绘)

年,法国人让·皮埃尔·布朗夏尔在氢气球上安装了鸟状尾巴,成功飞越了英吉利海峡。

布朗夏尔飞跃英吉利海峡的插画

直到文艺复兴初期,人类才开始用科学的眼光观察世界,对鸟类飞行也有了理性的看法。但是,经过几百年的努力,仍然没有出现一个成功的案例。

但是,前人的努力也并非瞎折腾,在模仿鸟类制作各种扑翼飞行器和滑翔机的过程中,人们对于升力的理解更加到位,逐渐接近摆脱重力、一跃而起的神奇时刻。

飞向梦想之旅

鸟翅膀(左)滑翔翼(右)

千百年来,我们由最初的赋予想象中的神以翅膀,到研究鸟类姿态、模仿鸟制作扑翼,再到通过科学理性的研究设计机械翅膀、制造热气球……

为了离开地球表面,我们绞尽脑汁,但始终只能短暂飘浮或者滑翔。

直到年,莱特兄弟解决了飞机上天的三大难题,人类上千年的飞行梦才得以实现。尽管飞机的飞行速度还没有人用双腿跑得快,但这是人类第一次真正的动力飞行,人类从此正式进入了航空时代。接下来,航空业极速发展,速度之快恐怕超过了莱特兄弟所有大胆的狂想。

莱特兄弟年的飞机设计(重绘图)

在接下来的几十年里,我们让自己成为一种“超音速飞行动物”,甚至能离开地球,遨游太空。

看整个20世纪,从马车到汽车,从没有飞机到惬意的洲际飞行,再到互联网的发明和普及,人类的生活经历了翻天覆地的变化。但是载人飞船登月,无疑是20世纪乃至整个人类历史上最杰出的成就之一——我们把脚印踩到了另一颗星球上!

而这并不是我们探索之旅的终点,这只是我们离开地球表面以后,探索太空的新开端!

接下来几十年间,载人火箭、人造卫星、太空空间站、外星探测器和月球车、火星车等尖端技术不断涌现。这些科技在千年前甚至百年前,听起来都像是天方夜谭,如今,他们不仅成为现实,还切切实实影响并改变了我们每个人的生活。

国际轨道空间站(左)好奇号火星车(右)

航空航天就像驱动人类科技的一台发动机,推动了各种先进技术,带动了整个人类科技的发展。如今我们的日常生活已经离不开航天技术。

我们每次使用导航软件,都需要几颗卫星的共同工作。高度自动化的农机和SMAP卫星,为提高土地产出所做的贡献,远远超过无数人更加辛勤的体力耕作。每年都有几千项技术从太空项目进入日常生活——生命检测系统、先进通信设备、数码相机、记忆棉等这些都来自航天。

值此苦旅以抵群星

躺在郊外的草地上,望向晴朗的夜空,点点星光经过数年、数万年甚至数百万年才进入我们的视野。来自宇宙不同角落的光线,汇聚于我们眼中,形成这漫天星海。像几千年前的祖先一样,我们看到了这些星辰,但不同的是,通过航天工程,我们已经逐渐揭开了宇宙神秘的面纱。

人类是充满好奇心的物种。无论是精神还是物质世界,一代代人就像有着使命感一般不停探索。发现新大陆,登陆南极,探访马里亚纳海沟,打开太空的大门……我们进入太空,继续探索。当拜访过太阳系所有行星以后,下一站,又将是哪里呢?

我们将探索不息

而那探索的尽头

将是抵达出发之地

——T.S.艾略特《四首四重奏·小吉丁》

//陆渡街道//

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