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2023-05-22 19:31
admin或许你对美国第一艘航空母舰“兰利号”有所耳闻，也经常从新闻中听到美国兰利空军基地和国家航空航天局兰利研究中心的大名，你是否有些疑惑，兰利究竟是何方神圣，为何诸多美国军事设施均以兰利命名呢？
兰利（网络图）
美国第一艘航空母舰“兰利号”（网络图）
仰望星空，好奇心成了最好的老师
1834年8月22日，塞缪尔・皮尔庞特・兰利（Samuel Pierpont Langley）出生在美国马萨诸塞州罗克斯布里一个普通的商人家庭。年幼的小兰利起初就读于波士顿拉丁文学校，小小的他对漫天的繁星广袤的银河总是充满好奇，经常抱着厚厚的天文学书籍翻来翻去。
为了纪念兰利对航空事业的卓越贡献，美国将他的头像印在了45美分的邮票上（网络图）
“太空中除了星星还有什么呢？月亮上面为什么有的地方暗有的地方亮呢？金星、水星和火星是不是也像地球一样有自己的月亮呢？……”小兰利经常拉着哥哥约翰，扑闪着大眼睛问个没完。为了满足弟弟的好奇心，让他能够更加直观地了解天河，约翰帮助小兰利制作了一架简易的天文观测仪器。在这架不起眼的仪器帮助下，小兰利利用它找到了金星的位置，看到了月亮上的陨坑和月海（注一），他还发现了木星的卫星和土星外侧美妙的行星环。天空中绚烂的景象让小兰利兴奋不已，也进一步激发了他小小的身体里求知的欲望。
从野小子到大教授
从波士顿英文高中毕业后，兰利由于经济原因而没有进入大学。尽管他很擅长制造和操作机械，但他更想从事天文学方面的工作，可对于一个高中毕业的人而言，找到这样一份工作无疑是十分困难的。后来，兰利来到了美国西部，在那里他试图从事建筑方面的工作，并向建筑师和设计师们学习了机械和绘图技巧。然而一心惦念着蓝天的兰利最终很快便厌倦了建筑工作，他毅然回到了马萨诸塞州，重新拿起了天文望远镜。始终对头顶充满未知的苍穹充满了向往的兰利，凭借顽强的毅力，通过自学获得了渊博的天文学、物理学和航空学知识。1865年，他终于获得了哈佛大学天文台的助教职位，随后调任美国海军军官学校教授。
1978年上映的讲述莱特兄弟传奇故事的电影《基蒂霍兄培克之风》，影片也同样赞扬了兰利的先驱性贡献（网络图）
两年后，兰利出任阿勒格尼（Allegheny）天文台首任台长，同时担任西孝升宾夕法尼亚大学（现匹兹堡大学）的天文学教授。在一位名叫威廉・肖的匹兹堡商人资助下，兰利得以对天文台的设备进行更新，并购置了新型望远镜。正是在这台望远镜的帮助下，他利用所观测的天文数据，设计出一套精确的时间标准，即著名的阿勒格尼时间系统（注二）。
阿勒格尼天文台是世界著名的天文观测机构之一，兰利在天文学上的成就多数都是在这里完成的（网络图）
要说兰利在物理学上的贡献，那就不得不提他发明的测辐射热计了。这种仪器是他为了精准测量微量的热而发明的，它的灵敏度达到十万分之一摄氏度。兰利用自己发明的仪器，对光谱可见波段和红外波段的太阳辐射强度进行了详细测定，并首次将人类对太阳光谱的认知延展到了远红外区。测辐射热计不仅为地球太阳能辐射量的测量奠定了基础，同时也可安装于高空气球上以避开大气的影响，从而进行天文观测。如今兰利早已成为了物理学中的单位，人们为了纪念他在辐射测量方面的杰出成就，将每平方厘米1卡路里的辐射单位称为1兰利。
1881年兰利发表论文公布了他所发明的测辐射热计，这幅图便是该篇著名论文中给出的测辐射热计结构图（来源于兰利的论文）
年过半百投身航空，无人飞机初获成功
兰利凭借天文学上的成就而声名鹊起，先后获得了多个天体物理学奖项，但在五十多岁时他却决然地选择了投身航空。曾有人不解地问他：“兰利先生，您是从什么时候开始对飞行感兴趣的呢？”“从我记事的那一刻起。”兰利举目天宇，斩钉截铁地回答道。他先后开展了一系列以不同速度在空气中运动时飞机升力和阻力的试验，对空气动力学原理进行了深入研究，第一次解释了鸟类在空气中滑翔的原理。兰利还总结了倾斜平板的升力规律，提出了至今仍被学界沿用的升力计算公式。
1887年，兰利建造了一个旋转臂用于模拟风洞，并研制出更为庞羡慎唯大的飞机模型，这种飞机模型采用了微型蒸汽机进行驱动。他将一个1磅（约0.45千克）重的铜片通过弹簧固定在旋转臂上，他发现当铜片在空中保持悬浮时，弹簧的伸长量不足1盎司（约36微米），这使他意识到持续的动力飞行是可行的。几年后，兰利总结了数年间的研究成果，写成了《空气动力学试验》一书，这本书随后成为了重要的航空基础理论著作。
如今匹兹堡大学的展厅里依旧陈列着兰利的6号无人机模型（网络图）
从天文学转向航空事业的兰利，靠着勤奋钻研的精神和顽强不懈的努力，在很短时间内便取得了同样丰硕的成果，然而这些成果都还停留在对飞行理论进行探讨的层面。兰利显然并不满足，他并不仅仅想知道人类能不能飞，他迫切地想解决人类如何飞的问题。他立刻马不停蹄地着手建造飞机，他的目标只有一个：让人可以像鸟儿一样自由地翱翔天际。经过不断的试验和改进，1896年5月6日，兰利终于在华盛顿附近的波托马克河上迎来了成功。他的5号无人飞机模型从船上弹射起飞，在空中飞行了约1200米。这次的成功飞行将以往重于空气的飞行器的飞行距离提高了十倍以上，证明了重于空气的飞行器是可以获得足够的升力并实现持续稳定的飞行的，被认为是航空史上重于空气的飞行器进行的第一次持续动力飞行。半年后，兰利的6号无人模型机更是进一步将飞行距离提高到了1500米。
1896年5月6日，兰利在波托马克河上试飞的5号无人飞机模型（网络图)
暮年折戟，终留遗憾
两年后，美国和西班牙为争夺殖民地而发起战争，美国陆军部和史密松协会开始对兰利进行资助，以期能够研制出载人飞机。最初兰利和助手查尔斯・马修・曼利（Charles Matthews Manly）只进行飞机的总体设计和建造，而内燃机部分则委托给了制造商。然而当制造商将产品交到兰利手上时，兰利却皱起眉直摇头，他略感失望地对一旁的曼利说：“这根本无法满足飞机对动力和重量的要求！”作为一名优秀的机械师，曼利自信地告诉兰利：“兰利先生，我想我可以试试。”最终，曼利果然不负所望，成功解决了内燃机的设计与制造问题。曼利所设计的内燃机功率（约36.8kW）远大于莱特兄弟首架飞机所用的内燃机功率（约8.8kW），这让兰利大为欣慰。这一动力装置性能的提升也为其后航空史上动力持续飞行的发展做出了巨大贡献。
曼利（左）和兰利（右）（网络图）
解决了最为关键的动力问题后，在兰利和曼利的反复尝试之下，他们终于制造出了载人飞机。这架飞机具有前后串置的两对机翼，并拥有可以实现俯仰和偏航控制的尾翼，通过调整机翼间的二面角，使飞机基本保持水平飞行。纵然如此，这架飞机却有着致命的缺陷，它只能在没有大风的环境下飞行，而且需要弹射器辅助其起飞。更为糟糕的是，由于没有起落架，在飞行结束后飞机只能降落在波托马克河中，这就使得飞行员的安全难以得到保证，而每完成一次飞行试验后都要对飞机进行大规模的维修。1903年，在经历了两次严重的坠机事故后，日渐年迈的兰利不得不终止了自己研制载人飞机的计划。此后的波托马克河边，人们再也看不到那个怀揣着飞行梦想的垂垂老者了，黄昏下的河水拍打着堤岸，似乎在怀念曾经不时响起的轰鸣声。
1903年的波托马克河上，兰利设计的载人飞机安装在船上的发射架上等待发射（网络图）
1903年10月7日，兰利的载人飞机刚一发射便一头栽入河中（网络图）
当得知政府花费巨资支持的项目无果而终时，批评的声浪纷至沓来。美国著名的天文学家、数学家西蒙・纽科姆（Simon Newcomb）曾说：“靠比空气重的机械飞行，即使并非绝对不可能，至少也是不现实的。”当时《纽约时报》的一篇文章对兰利的讥讽则更为尖刻，其中这样写道：“我们不希望兰利教授再耗费时间和金钱了，飞机的试验，是个伪科学。”在指责兰利将公众的钱白白扔到河里的同时，这篇文章还叫嚣，即使再过一千年，人类也飞不起来。然而讽刺的是，在这篇文章发表仅9天之后，莱特兄弟便第一次实现了载人飞行，而他们所依据的正是兰利的飞行理论。那一刻的兰利，或许也有“雪满山城鸦去尽，独留老鹤守残梅”的喟叹吧。
1914年柯蒂斯对兰利的最后一架载人飞机进行了改进，并成功飞上蓝天（网络图）
三年后兰利在南卡罗来纳州去世，他终生未娶，将宝贵的一生都奉献给了人类认知苍穹和追寻飞行的征程上。尽管兰利并未实现载人飞行的夙愿，但他提出的飞行理论是毋庸置疑的，他在飞机设计方面的探索也给后来者提供了宝贵的经验和启迪。失败者同样获得了人们的尊敬，如今兰利的名字依旧在美国国家航空航天局兰利研究中心大放异彩！
美国国家航空航天局兰利研究中心外景（来源于兰利研究中心官网）
人物小档案：
塞缪尔・皮尔庞特・兰利（1834.08.22 - 1906.02.27），美国著名天文学家、物理学家和航空领域先驱。毕业于波士顿英文高中，凭借自学获得渊博的天文学、物理学和航空学知识，先后在哈佛大学天文台、美国海军军官学校和西宾夕法尼亚大学任教。设计了著名的阿勒格尼时间系统，并发明了测辐射热计，对天体物理学做出了突出贡献。晚年投身于航空事业，第一次解释了鸟类在空气中滑翔的原理，总结了倾斜平板的升力规律，为后来人类实现动力飞行奠定了重要的理论基础。
注一：
月海，即用肉眼遥望月球时所看到的黑暗色斑块，其实是月球表面比较低洼的平原，并不含水。目前人类已经确定的月海共有22个，其中绝大多数分布在月球正对地球的一面
注二：
阿勒格尼时间系统（Allegheny Time System），兰利根据天文观测结果提出的一套精确的时间标准。这套时间标准采用了时区的概念，1868年开始由阿勒格尼天文台进行播报，最初仅在阿勒格尼城的商业和宾夕法尼亚州的铁路业试用，后来被美国和加拿大的所有铁路业采用。在此之前，北美的每条铁路都有独自的计时方式，并无统一的计时标准，在时间管理上较为混乱。
参考资料详目：
1. 《空天飞行导论》，（美）John D. Anderson著，国防工业出版社2014年版
2. 《威尔逊讲大科学家：世界著名科学家的生活和发明》，（美）Grove Wilson著，新世界出版社2011年版