1907年11月23日 光绪三十三年 法国《画刊 L’Illustration》编号3378
法国“飞人”Henri Farman 亨利法尔曼在杜特生·阿芝迪肯一公里飞行奖(Deutsch-Archdeacon Prize)飞行场地现场
法国飞行家亨利·法尔曼今天在塞纳河畔的伊席城练兵场展现欧洲首次的圆圈飞行。他以一架瓦赞推进式双翼飞机成功地绕飞了1公里,获得奖金2000英镑。这架双翼飞机由法尔曼与其弟莫里斯共同改良设计而成,具有50马力。平均时速约38.6公里。
1903年12月17日,美国莱特兄弟的第一架动力飞机——“飞行者-1号”试飞成功,震撼了世界。此后,美国、法国、英国、德国、意大利和中国相继掀起了飞行热,其中值得记住的有许多人。一位是思维活跃且胆量超群的法国人——亨利·法尔曼。他是首位驾驶飞机的欧洲人,最终成为飞行家和飞机设计师。在早期的飞行活动中,亨利·法尔曼多次创造了飞行速度、高度和距离的世界纪录,令世人瞠目结舌,从而闻名世界。
1908年的一天,一位名叫西奧多·冯·卡门的小伙子亲眼目睹了亨利·法尔曼又一次打破了飞行纪录。当飞行结束后,西奥多·冯·卡门从人群中挤过去,与亨利·法尔曼留下一段精彩的对话:“我是研究科学的教授。你知道,一位伟大的科学家用他的定律证明:比空气重的东西是绝对飞不上天的。为什么飞机会飞上天?你是怎么飞上天的?”
法尔曼幽默地回答:“哦,你是指那个研究苹果落地的人吗?我幸好没有读过他的书,不然,今天就不会得到这次飞行的奖金了。我只是个画家、赛车手,现在又成了飞行员。至于飞机为什么会飞上天,不关我的事。你作为教授,应该研究它。祝你成功,再见!”
在回家的路上,西奥多·冯·卡门坐在车内久久地沉思:为什么飞机能够飞上天?是飞机外型、空气、动力和速度造成的?他对身旁的一位记者说:“伟人的话看来也不一定都对。现在,我知道往后余生应该研究什么了。”随后,西奥多·冯·卡门拉住记者的手,一起伸出车窗外:“你看哪!一阵风立刻吹过手背,凉凉的,嗖嗖响,具有速度感。这里蕴藏有多少科学秘密啊?我要不惜一切,努力去研究空气、研究风,以及空中飞行的全部奥秘。我总有一天会向亨利·法尔曼解释清楚,为什么飞机能上天的道理。”这次参观对西奥多·冯·卡门影响深远,让他走上了毕生从事研究空气动力学的道路。
西奥多·冯·卡门(匈牙利人,美国物理学家)被公认为是“世界超音速之父”,他主要研究空气动力学,尤其对应用于航空航天领域的超音速和高超音速气流等科学的贡献巨大。他运用数学原理研究流体力学和空气动力学,指导实际设计,为世界航空航天领域的发展作出了伟大的贡献,是20世纪最伟大的科学家之一。1960年,美国宇航局喷气推进实验室主任威廉姆·皮克林博士曾评价道:“如果没有西奥多·冯·卡门,那么我们就不会有航空航天科学。”
分界线之争
自古以来就不存在天空与太空的分界线,但科学家需要确定天空的终点或太空的起点。这不但是一个科学和标准问题,而且还关系到领空、国家主权和法律等国家利益。关于天空与太空的争论由来已久,主要分为“高度论”、“空气论”和“功能论”3个派别。
高度论的支持者认为,应以空间的某种高度来划分领空和外层空间的界限,以确定适用天空和太空两种不同法律制度的范围。其中,有人认为以航空器向上飞行的最高高度为限,即离地面30~40千米为天空和领空的分界线,也有人认为以航天器距离地面的最低高度220千米为太空的最低界限。
而空气论的支持者认为,应以不同的空气构成为依据来划分空间界限。其中,有人认为,凡是发现有空气的地方均为天空,应属领空范围。由于从地球表面至数万千米高度都存在空气,因而出现以几十、几百、几千、上万千米为界的不同主张,这么一来反而没有了标准。
功能论的支持者认为,应根据飞行器的功能来确定其所适用的法律。如果是航天器,其活动为航天活动,那么应适用太空法。如果是航空器,其活动为航空活动,那么应适用航空法。整个空间是一个整体,没有划分领空和外层空间的必要。
那么,应该怎样科学地解决天空与太空的分界线呢?科学的一大功能是定量和定性。只要能定量和定性,那么,绝大多数疑难问题就能迎刃而解了。
太空的起点
那么,哪里是天空,哪里又是太空呢?西奥多·冯·卡门灵机一动,想出了一个金点子。他从空气动力学的角度定义了天空的概念,首先解决了海拔高度计算,他认为“如果航空器进入100千米高度的空间,地球大气层的空气变得太稀薄,没有任何航空器能在此高度上从大气中获得空气来提高自身气动升力,获得足够的动力和能力进行高速飞行。此外,此处大气温度和太阳辐射的突然增减和互动,也令航空器无法实现飞行。”之后,西奥多·冯·卡门又从太空动力学的角度,即从轨道速度、轨道高度及物理关系来定义太空的概念。
为太空画一条起跑线!西奥多·冯·卡门认为:海拔100千米的高度是航空器飞行的最高高度,也是航天器飞行的最低限度。太空,应以海拔100千米为起点和标准。科学家经过计算后,大都对100千米为太空起点表示赞同,并希望作为正式的划界标准。事实上,100千米又是一个很容易记忆的数字,为未来的分界线指定方向。
位于日内瓦的国际航空联合会支持西奥多·冯·卡门的科学论证:以海拔100千米的高度为分界线,作为天空的终点线和太空的起点线。后来,国际航空联合会以西奥多·冯·卡门的名字命名了这条看不见的分界线——卡门线。卡门线,科学定义了天空与太空的概念,解析了许多航空航天领域的复杂疑问,受到全世界大多数国家和科学家的认同。
不过,随着科技的进步和航天器的不断更新迭代,卡门线的定义受到了挑战。20世纪50年代,美国空军的多名飞行员多次驾驶“X-15”火箭飞机,突破卡门线,进入100多千米以上的太空。美国宇航局为飞行员们授予宇航员证书。20世纪80年代,美国国防侦察局的“锁眼-11号”照相侦察卫星多次从240千米的高度,俯冲到90多千米的高度进行侦察。卡门线的界限开始模糊了,但它仍然是太空的起点,航天器的起跑线。
自1957年,苏联将世界上第一颗人造卫星送入环地轨道以来,人类已经向浩瀚的宇宙中发射了大量的航天器,其中发射数量最多、用途最广的航天器就是人造地球卫星了。据统计,目前世界各国总共发射的卫星数量已经多达上千颗。截至2019年1月,光美国就差不多累计发射了593颗人造卫星,占全球卫星数量的40%以上。
赛峰集团旗下各子公司都有着悠久的历史。在赛峰飞机发动机公司创建之初,塞甘(Seguin)兄弟造就了20世纪最伟大的工业传奇。我们的这一系列文章会重点介绍在赛峰集团历史上留下过浓墨重彩一笔的先驱发明家们。请跟随我们一起来更好地了解他们。
Safran
在法国工业发展过程中,一批工程师发挥着举足轻重的作用,其中就有路易.塞甘(Louis Seguin)和洛朗.塞甘(Laurent Seguin)两兄弟。他们的祖父马克.塞甘(Marc Seguin)曾负责建设法国第一条铁路线,为蒸汽动力机车实验提供了基础。
二十世纪初期,塞甘兄弟两人从巴黎中央理工大学(Ecole Centrale de Paris)毕业后,开始投入工业应用使用的发动机制造。1905年,他们成立了尼奥姆发动机公司(La Société des Moteurs Gnome),并给自己设定了一大挑战:制造第一台运作良好的飞机发动机。当时,实际情况是,大多数工程师都试图改良汽车发动机,将其用于航空航天领域,但徒劳无果。塞甘兄弟果断摆脱了这些思维的束缚,他们决定从头开始,专门为飞机研发轻质稳定而且动力十足的发动机。
Safran第一台运作良好的飞机发动机
1907年,他们启动了一个项目,即为飞机研制转子发动机:Omega型号发动机 。该发动机在构造方面实现了创新,其气缸采用从中心曲轴箱向外发散的设计,是工程制造上的一大创举。为了使其能正常工作,塞甘兄弟甚至自己设计了能够抵抗离心力的钢材。
从发布的那刻起,Omega发动机便广受市场欢迎。1911年,法国空军使用了尼奥姆发动机。1912年,第一批发动机制造许可证被售往国外。1914 年,塞甘兄弟公司获得全球三分之一的飞机发动机市场份额,Omega发动机则获得了法国60%的飞机发动机市场份额。
当时的单价为13,000法国法郎,按如今的货币计算,相当于40,000欧元。
打破 30 多条记录!
除了在商业上获得了巨大成功之外,尼奥姆公司的发动机还协助航空届的重量级人物,打破若干引人注目的记录。
1909年:亨利.法尔曼(Henry Farman) 驾驶着飞机打破了世界飞行距离与时间纪录,180公里仅使用了3小时5分钟,而这架由Voisin生产的飞机正是由Omega发动机驱动的。1910年:亨利.法尔曼(Henri Fabre)驾驶着世界上第一架由Omega发动机驱动的水上飞机,从Étang de Berre一跃飞入天空。1910年:列昂.莫朗(Léon Morane)成为第一个以飞翔时速达100公里的飞行员,他驾驶的Blériot单翼飞机也是由Omega发动机驱动的。
Omega发动机共打破了30多条记录!
1915年,尼奥姆发动机公司与主要竞争对手罗讷公司(Le Rhône)合并,成立尼奥姆罗讷公司(Gnome & Rhône)。1945年,该公司进行国有化,更名为斯奈克玛公司(Snecma)。2005年,斯奈克玛公司和萨基姆公司(Sagem)合并,赛峰集团(Safran)应运而生。集团继承了长期以来的科研传统,不断为航空运输业的高效发展作出贡献。最新一代 LEAP®发动机*一定程度上可以看作是Omega发动机的近代继承者。