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手机不能弯曲,平衡车不倒:详解你应了解的科技秘密

2019-08-18 11:11 来源:北青网焦点新闻

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  升级后2018款全系将均搭载动力系统。

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外埠

C919国产大飞机起飞成功,让中国人扬眉吐气,标志着中国从此成为世界上能够制造大飞机的少数国家之一。

大飞机的成功当然是喜事,但一个好朋友却向我提出了一个问题:中国从上世纪60年代起就造出了“两弹一星”(原子弹、导弹和人造卫星),载人航天也在本世纪之初取得了巨大成就,就连国产航母也已经在上个月下水了。这些都是高精尖的大科学工程,可为什么偏偏大飞机却直到今天才搞成功呢?

这是一个极好的问题!要回答这个问题,就必须回到历史的深处,深入了解历史。首先普及一下航空与航天的区别。国际上一般按照大气层来区分,航空是大气层内,航天是大气层外;简单来说,航空生产飞机,航天生产火箭(导弹)。中国是航天大国、强国,航空业却比较薄弱。

2019-08-18上午,中国商飞国产大飞机C919的原型机,在上海浦东国际机场4号跑道进行了首次高速滑行测试,测试顺利。 澎湃新闻记者 赵昀 图

旧中国的“航空救国”梦

中国人的现代航空工业梦想,可以追溯到20世纪初。1909年前后,冯如在美国奥克兰市郊制造并试飞了中国人的第一架飞机。而世界上的第一架飞机,也不过是在早几年(1903年)被美国人莱特兄弟发明出来。就此而言,中国人研制飞机的最初实践并不落后于世界太多。然而,处于列强瓜分下的中国,注定难成大事。20世纪前40年,西方世界飞机制造技术突飞猛进,飞机开始广泛应用、服务于军事需要,民用航空市场也逐渐成型。而这一时期的中国,军阀割据,外敌入侵,研制高精尖的飞机,根本无从谈起。

中国人开始认真考虑研制飞机这件大事,是在抗日战争时期。侵华日军凭借其强大的空中力量,不仅在攻城略地中肆无忌惮地用飞机轰炸中国军队,而且还大肆轰炸中国的城镇和无辜百姓,其目的在于试图摧毁中国人的抗战意志。历史证明,日本帝国主义错了。面对侵华日军的暴行,中国人没有被吓倒。有识之士开始思考克敌良方,“航空救国”思潮便在这种反思中萌发并最终成为国民政府的战略决策。

一方面,国民政府大量买进美国军用飞机,在盟国的帮助下,组建中国人自己的空中武装力量,甚至还邀请美国空军直接来华参加对日作战,著名的“飞虎队”和“驼峰航线”就在中国抗日战争史上留下了深刻的印记。另一方面,国民政府也为制造飞机做准备,成立航空委员会和航空研究院,建造飞机制造及修理厂,大学里开设航空工程相关专业与课程以培养人才。比如,著名科学家钱学森就是在上海交通大学读书期间,受“航空救国”思想影响,毅然改变原本修读的机械工程学业方向,转而主攻航空工程并以此作为赴美深造之专业。钱学森选修了外籍教师开设的航空工程课程,在图书馆阅读有关飞艇、飞机和航空理论的书籍。对此,他回忆说:“那时交大图书馆在校门右侧的红楼,是我每天必去的地方。一是读报,二是看书……讲飞艇、飞机和航空理论的书都读。讲美国火箭创始人戈达德的书也借来看。我记得还借过一本英国格洛尔写的专讲飞机机翼气动力学理论的书来读;当时虽没完全读懂,但总算入了空气动力学理论的门,这是我后来从事的一个主要专业。”

火箭专家钱学森是学飞机出身的

钱学森对日后新中国的国家安全战略产生了极其深远的影响,因此有必要在此多花一些笔墨。1934年夏,钱学森从上海交通大学毕业,当年就考取了庚款留美生,次年赴美国麻省理工学院攻读飞机机械工程的硕士。出国之前,三位飞机专家为钱学森做出国前的辅导,他们是钱昌祚、王助、王士倬。

钱昌祚于1924年获麻省理工学院硕士,回国后任国民党中央航空学校教育长等。钱昌祚安排钱学森到南京、杭州、南昌等飞机制造厂和修理厂实习,使钱学森眼界大开。

王助则于1909年被选中赴英国留学,1915年转往麻省理工学院学习航空工程,获硕士学位;1917年聘为波音公司第一任总工程师,1918年回国。1931年,出任中国航空公司总工程师。王助教导钱学森务必重视工程技术实践和制造工艺问题。这对钱学森产生深刻影响,是影响钱学森一生的17人之一。

王士倬是麻省理工学院航空工程专业的硕士,主持设计、建造了中国第一座风洞,中国航空事业先驱之一。1955年10月底钱学森回国抵上海,他在欢迎会上说:“我突然想到我的一位导师对我的教导,我在这里重复一遍,作为我们的共勉吧。这位导师是王士倬教授,他在出国前曾对我说:‘一个有责任感的科学家,必须对社会做出更加实际的贡献;一个出色的科学家必然是改变社会现象的有力因素’”。

正因为在国内已有扎实的基础,钱学森赴麻省理工学院后,仅用了一年时间就获得了飞机机械工程硕士学位。后转学加州理工学院,师从“航空航天时代的科学奇才”冯·卡门教授,从事航空理论研究,专攻空气动力学,于1939年获博士学位。钱学森的博士论文有两个重大成果:“热障”理论和“冯·卡门-钱近似”公式。“热障”理论是指“飞机在高速飞行时,其表面气流温度很高,会使金属外层强度降低,甚至熔化。因此在设计高速飞机时,必须对飞机表面采取有效的防热或冷却的措施。”“冯·卡门-钱近似”公式是“一种计算高速飞行着的飞机机翼表面压力分布情况的科学公式,后来被世界各国广泛应用于超音速飞机设计与制造。”

笔者之所以在此不厌其烦地陈述钱学森的学习经历和他那艰涩难懂的学术成就,是想特别强调:搞飞机研制和航空理论才是钱学森的老本行,搞火箭那是后来的事(笔者将另文介绍,本文不再详述)。因此,后来钱学森力主新中国优先搞导弹而不是飞机,是有着深厚学养支撑的,绝非不懂行。在中国航天界,钱老享有崇高的地位和威望,无人能出其右。但是,在中国航空界,不少人对钱老偏爱“火箭”而“冷落”飞机颇有微词。这其实是因为对历史的不了解造成的。为什么这么说呢?

为什么没有优先研制大飞机?

1949年新中国的成立,开创了中国历史的新纪元。出于国防和军队建设的需要,制造飞机必然成为新中国领导人的战略选择。不过,那时领导人考虑的主要是制造战斗机以充实空军力量加强国防,民用飞机难以顾及。即便是制造战斗机,也主要是在老大哥苏联的帮助下进行的,后来中国自己制造的比较有名的“歼击机”系列和“歼教机”系列,都有很深的苏制飞机烙印。更重要的是,即便是空军所需的战斗机,也主要是向苏联购买,大规模的研制飞机并没有成为建国初期国防战略的重点,而原子弹、导弹才是中国战略武器发展的重点。

2019-08-18,回国不到半年的钱学森向周恩来提交了《建立我国国防航空工业的意见书》。这个意见书要解决的是一个战略问题:中国到底是要优先搞导弹还是要优先搞飞机? 3月14日,周恩来总理主持召开军委扩大会议,钱学森与新中国的将帅们展开了讨论,中心议题就是为什么中国要优先选择发展导弹而不是战斗机?既精通飞机制造技术又精通火箭研制而且了解中国国情的钱学森,给出了令人信服的回答。

首先看发展战斗机的问题:一代战斗机的研制周期,发达国家是十年,形成武器列装到部队,要15年。发达国家尚且如此,那么我国呢?我国工业薄弱,能设计却不能生产,有能力制造,但大量的仪器仪表、电子元器件和配套的雷达等,都难以保证。15年的周期肯定不够!即使解决了这些,以我国的经济实力,大批量生产也不现实。

再看导弹的比较优势:飞机有人驾驶并需要反复使用,各部件都必须过关才能保证安全。导弹就不同了,它是自动寻找目标,而且是一次性使用,即使我们工业落后,不能确保每个部件是最好的,但根据系统工程原理,把一般的部件组合起来,同样能达到很好的效果。

最后,通过上述两点的比较,可以得出优先发展导弹的高性价比:导弹的投入主要集中在科研、试验上,一旦研制成功,国家再穷,生产一部分应该不是问题。即使从战争角度看,导弹不仅对地面,也可以对空中、海上来犯之敌进行有效打击,在目前我国空军、海军还很弱的情况下,选择从导弹上突破,不失为一条捷径。

必须深刻认识到,当时的中央决策层和钱学森是务实的、清醒的、完全正确的。仅凭中国当时的经济实力、工业水平和制造能力,短时间内大批量造出飞机并入列部队用于实战,是不可能做到的事情。于是,为维护国家安全,新中国做出了优先研制“两弹”(原子弹、导弹)的战略决策。事实证明,这个决策是对的,“两弹”全面成功,壮我国威,立我军威,影响深远。但是,也不是说这一决策就没有一点负面影响。由于飞机研制没有享受到“两弹一星”那样的战略地位和扶持(尽管飞机的研制也没有停步),发展层级受到严重制约,因而其发展水平无法在根本上提升,大大落后于世界。军用飞机的命运尚且如此,民用大飞机的研制就更加没有影子了。正是看到了问题所在,所以,进入新世纪,中国领导人痛下决心,研制大飞机。

“运10”大飞机的曲折历程

中国的飞机事业,尤其是大飞机事业的转折,发生在1970年。那年夏天,毛泽东在上海视察,指示上海工业基础好,要造飞机。毛泽东所说的飞机,就是我们现在所说的大型运输机。在最高指示下,史上被称为“708”工程的研制大飞机专项任务很快上马,大型客机“运10”的研制任务在极其艰难的状况下,快马加鞭,竟真的接近成功了。

必须承认,“运10”在当时是一个奇迹。在不到10年的时间里,中国航空人用汗水和生命制造出了一架真正意义上的“运10”大飞机!“运10”不仅试飞了,而且在中国大地上进行了长时间大规模地试飞,据说几乎飞遍了中国的东西南北,比如:北京、合肥、哈尔滨、乌鲁木齐、广州、昆明、成都,甚至飞到了世界屋脊西藏拉萨。按说,有了这么好的基础,假以时日,中国大飞机的辉煌应该指日可待。然而,就是这样一架中国人自己独立自主研制出来的真正意义上的大飞机,却于1980年代悄然下马了。至今,除了少量航空史爱好者和老一辈航空业内人士,大部分国人并不知道中国曾经拥有自己自主制造出来的大飞机。大部分中国人的意识里,似乎是中国没有能力研制出大飞机。这不能不说是一个很大的遗憾。

“运10”大飞机下马后,1980年代以来,中国与麦道、波音(1996年麦道被波音兼并)的合作一次次令人沮丧地失败。直到2007年3月,国家正式宣布立项民用大飞机项目。而近30年却是世界航空业深刻变革的30年。大飞机在现代社会的重要性日渐突出,且不说军事上的重大战略意义,单是庞大的世界民航市场的大飞机需求,全部被美国的波音和欧洲的空客两家公司瓜分了,中国每年要支付巨额资金高价购买波音和空客的大飞机。而空客的起步,只比中国“运10”大飞机的起步早3年!历史不能假设,但我们也不妨遐想一下,如果“运10”继续搞下去,世界航空市场会不会早就是美、欧、中三分天下呢?

故事还有另一半。虽说新中国成立之初,选择了优先发展导弹而不是飞机的国家安全战略,中国的飞机事业发展不尽如人意,但这并不意味着中国的军用飞机发展水平很落后。事实上,中国在军用大型运输机和轰炸机的研制上,颇有亮点。2013年初试飞成功的“运20”就是军用运输机的代表,最新的“轰6K”就是轰炸机、战斗机的代表。据说,“轰6K”不仅可以携带巡航导弹,其打击能力甚至可达美国夏威夷。世人常说,中国的军机都有苏制飞机的影子,毕竟新中国航空工业的底子是在1950年代中期苏联对华援助期间打下的。但是,在“运20”大型军用运输机和“轰6K”战斗机上,人们已经看不出苏制飞机的影子了,中国的军用大型运输机和战斗机水平已经脱胎换骨。究其原因,就在于改革开放后,尤其是九十年代之后,中国不断加大对军用运输机和战斗机研发的支持力度,充分发挥集中力量办大事的历史经验和优势,逐渐突破并掌握了相关核心技术。

今天,我们回顾中国人的航空工业梦想,总结中国航空事业发展的曲折历史,就是要汲取历史教训和经验,让未来的路走得更好。历史的教训和经验给予我们的最大的启示就是,在事关国计民生的重大核心科学技术上,绝不能指望别人,绝不能偷懒,必须立足依靠我们自己,老老实实走自力更生的道路。

(本文作者系上海交通大学科学史与科学文化研究院副研究员)

参考文献

1.上海飞机制造有限公司:《上飞六十年》[M].上海大学出版社,2011.

2.张现民:《钱学森年谱(上、下)》[M].中央文献出版社,2015.

来源:澎湃新闻

责任编辑:曹洋



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