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中国古代飞行器发展探秘
中国古代飞行器发展探秘

                                             —从风筝、木鸢到飞车

     

    自古以来,行走于地上的人类一直向往着能像鸟儿一样在天空翱翔,所以才有了“嫦娥奔月”的神话传说,同时人类也不懈地进行着飞天的探索与尝试。

 

   “草长莺飞二月天,拂堤杨柳醉春烟。儿童散学归来早,忙趁东风放纸鸢。”这首诗描绘了儿童放风筝的情景,纸鸢就是风筝。中国人放风筝的历史由来已久,有记载的历史可以远溯到汉代。

 

    历史上有关于两千年前韩信制作风筝的传说。此传说最早被宋代高承的《事物纪原》所记载,该书第八卷的风筝条目这样写道: “俗谓之风筝,古今相传云是韩信所作。高祖之征陈稀也,信谋从中起,故作纸鸢放之,以量未央宫远近,俗以穿地隧入宫中也。盖昔传如此,理或然矣。”

 

    关于风筝最有说服力的记载见于《南史·侯景传》:
      “平荡之事,期望援军,既而中外断绝,有羊车儿献计,作纸鸦,系以长绳,藏敕于中。简文出太极殿前,因西北风而放,冀得书达。群贼骇之,谓是压胜之术,又射下之,其危急如此。”
      纸鸦即纸鸢;简文,是梁朝简文帝萧纲。其时正值侯景叛乱攻打梁朝南京台城之际,时在梁武帝太清三年即公元549年。

    这段史实也见于司马光《资治通鉴》卷162:
      “武帝太清三年,有羊车献策作纸鸱。胡三省注:纸鸱即纸鸢也,今俗谓之纸鹞。”


      另有一段与风筝有关的史实见载于《北史》列传“彭城王勰”:
      “世哲从弟黄头,使与诸囚自金凤台各乘纸鸱以飞,黄头独能至紫陌乃附。”
      这里所记是北齐文宣帝滥杀元氏家族时诸元乘纸鸱逃命的情景,事在文宣帝天保十年即公元559年,距梁武帝太清三年事仅十年。从“诸囚”、“各乘”的词义来看,可知当时不只是一两具纸鸱,而飞行较远的只有“黄头”那一具。
       这些文献资料均见于翔实的正史,非传说可比,自是可以作为风筝的信史来看待。所以说,风筝见于史书记载的历史是从南北朝开始的。

 

    从这两件将风筝应用于战争的事件中我们可以看到,古人在危急之时想到风筝,并且无需反复试验研究即飞上天空,甚至用于载人逃生,说明风筝技术在当时已经比较成熟,只是没有推而广之,不为众人所知罢了。

    甚至有人认为,古人对于风筝飞行的空气动力学原理的理解和认识应该上溯到尧舜之时,依据是《史记》“五帝本纪”中的一段记载:

    “瞽叟尚复欲杀之,使舜上涂廪,瞽叟从下纵火焚廪。舜乃以两笠自扞而下,去,得不死。”

     舜在房屋被纵火焚烧的情况下,使用两个斗笠或是雨伞作为降落滑翔工具从屋顶跳下,得以成功逃生。这与北齐文宣帝时黄头乘纸鸢逃生何其相似。至于当时发明风筝与否,已经渺不可考,但从舜的身上可以看出当时古人的心智和对于空气力学的认知程度已经达到足以发明风筝的地步。

 

     总之,出现风筝的历史见载于南北朝,起源于何时不可知,但是风筝起源于中国逐渐传向世界则是世人皆知的不争事实。可惜中国人一直将它作为玩具对待,没有认真研究开发其科技价值。欣闻2009年广东汕头民间人士进行了风筝载人试验并取得成功,相信一定还会有起点更高的后来者投身风筝研究。

     风筝传入欧洲之后,人们像对中国竹蜻蜓一样痴迷着魔,揣摩探究不已,终于俄国人莫扎伊斯基早于中国制出世界上第一架发动机载人飞机,并很快组建空军用于战争。他们将中国发明的这一古老玩具玩出了很多新花样,如用于风筝冲浪、甚至用于代替风帆带动轮船行驶、用于高空风筝发电等。世界各国对于风筝的开发应用方兴未艾,作为风筝发源地的中国在这一领域似乎又已落于人后。

 

     春秋时期,中国古人已经制造出能够翱翔空中的飞机模型—木鸢或称竹鹊。

     据《墨子·鲁问》记载:

     公输子削竹木以为鹊,成而飞之,三日不下。公输子自以为至巧。子墨子谓公输子曰:“子之为鹊也,不如匠之为车辖,须臾斫三寸之木,而任五十石之重。故所为巧,利于人谓之巧,不利于人谓之拙。”

    《韩非子·外储说左上》也载有类似的一段话:

     墨子为木鸢,三年而成,蜚一日而败。弟子曰: “先生之巧,至能使木鸢飞。”墨子曰:“吾不如为车輗者巧也,用咫尺之木,不费一朝之事,而引三十石之任致远,力多,久于岁数。今我为鸢,三年成,蜚一日而败。”惠子闻之曰:“墨子大巧,巧为輗,拙为鸢。”

    唐代段成式《酉阳杂俎》引《朝野佥载》:“公输般亦为木鸢以窥宋城。”
    据《太平御览·工艺部九》引《文士传》中一段记载说:以制造地动仪闻名于世的汉代科学家张衡“尝作木鸟,假以羽翮,腹中施机,能飞数里。”

 

     这些资料记录了中国最早的飞行器——木鸢。有些研究者将木鸢理解为“纸鸢”也即风筝,认定木鸢是风筝的起源。持此说的人不在少数,但是此说确有值得商榷之处:古人要制作借助风力飘扬的风筝,尽可选择那些比较轻的帛、羽或者动物的内膜、皮革,为何选择比前者沉重得多的木料呢?古人选择制作材料时会如此愚笨地弃优而取劣吗?如果木鸢只是一种结构简单的风筝,那么具有杰出制作技术的墨子又怎么需要“三年而成”呢?解释只有一个:木鸢装有动力驱动装置、扑翼运动装置,如齿轮、曲轴、连杆等,非木料不能制造;复杂精妙的机械构件非多年的设计制作不能完成。

     风筝与木鸢虽然同属于飞行器,但二者分别属于飞行原理和制作结构绝然不同的两个种类:风筝属于依靠地面线牵引的“定翼飞行器”,通过倾斜的筝面与气流接触产生升力,实际上是利用自然风力维持飞行;而木鸢则通过扇动翅膀向下后方拍打空气从而获得向前向上的反作用力来飞行,属于“扑翼飞行器”,正如张衡在他的《应闲》篇中所写“木雕犹能独飞,已垂翅而还故栖”,即不用线牵而能独飞,翅膀既能鼓翼而飞数里,也能垂翅而还故栖。这两种飞行器有质的区别。因此木鸢不是风筝的前身,而是“腹中施机”的动力飞机模型。

    可能木鸢的飞行是以定翼滑翔为主,辅以间歇性周期性的扑翼动作,以维持其滑翔高度,不然,以古人的能量储存手段无法做到“能飞数里”,甚至“一日而败”。

   对比欧洲,十七世纪时还在为刚从中国传过去的竹蜻蜓而痴迷不已。可见,3000多年前中国航空模型的发展水平已经居于当时世界的前列。

    目前世界对扑翼机的研究进展不大,研究古代木鸢,或许可以得到一些有益的启示。目前有些国家已经准备把一种靠电流驱动的人造肌肉(通电可以产生极强收缩力的塑料)用在扑翼机的开发研究上,预计不久可能就会取得突破性成功。而中国好像还没有从这方面着手。

 

   从古籍记载看,除了像木鸢之类的航空模型外,中国古代载人飞行器也同样走在世界前列。

 

    远在三千五百年前的商汤时期,古人就已经发明制造了借助风力飞行的载人飞行器—奇肱飞车。

   《山海经·海外西经》“奇肱之国”条下郭璞注:“其人善为机巧,以取百禽。能作飞车,从风远行。汤时得之于豫州界中,即坏之,不以示人。后十年,西风至,复作谴之。”

    类似的文字也见于晋张华(232—300)《博物志·外国》中:“奇肱民善为拭扛,以杀百禽。能为飞车,从风远行。汤时西风至,吹其车至豫州。汤破其车,不以视民。十年,东风至,乃复作车遣返,而其国去玉门关四万里。”

    郭璞和张华的资料来源出自何典,奇肱飞车的构造如何,其借助风力飞行的装置是风帆还是螺旋桨,现在已经无从考证不得而知了。但是它的出现不仅远在黄帝的指南车之后,而且还有“善为机巧,以取百禽”的当时机械制作技术作为背景,所以它的出现应该是没有违背科学发展逻辑的。

    我小时候在家乡曾经见到过一只断线的风筝从天际远远飞来,经头顶横空而过时,发现它拖拽着的风筝线上悬挂着一段竹枝,因为竹枝起到的控制作用,风筝一直吃风飞行。这也许就是奇肱飞车的飞行原理吧。

   只是商汤时期的奇肱飞车过于简陋,只能从风远行,乘坐者不能自主控制方向,以至“西风至,吹其车至豫州”。

 

    随着机械技术的进一步发展,魏晋时期人们利用空气的反作用力原理制成“登峻涉险远行不极之道”的飞行器具,使之发展成为一种较为便利具有实用价值的飞行交通工具了。葛洪(284—363)在《抱朴子》中说:“敢问登峻涉险远行不极之道?…或用枣心木为飞车,以牛革结环剑,以引其机。或存念作五蛇六龙三牛,交罡而乘之,上升四十里,名为太清。太清之中,其气甚罡,能胜人也。师言鸢飞转高,则但直舒两翅,了不复扇摇之而自进者,渐乘罡气故也。”

     如果说《山海经》《博物志》上所载商汤时期的“奇肱飞车”语焉不详,不足采信,那么晋代葛洪《抱朴子》所载飞车就不得不令人信服了,因为书中不仅言之凿凿地记载了飞车的结构分为用枣心木制成的飞行装置和用牛革制成的动力装置—“环剑”两个部分,而且还记载了“太清之中,其气甚罡”的空气动力学知识(所谓罡风或罡气就是高空中强烈的风或气流),并且古代儿童的竹蜻蜓玩具可以作为古人能够制作螺旋桨飞行装置的旁证。按照《抱朴子》所载飞车结构,用古代已有的机械技术完全可以复制出一部载人飞行器。具体做法容后另文再述。包括近人王振铎在内的不少人都认为葛洪所述飞车只不过是一种称作“竹蜻蜓”的古代儿童玩具,如此理解,则与《抱朴子》中将飞车作为“登峻涉险远行不极之道”的交通工具的原意显然不符,所以此说不通。

 

    元明清以降,民间能工巧匠制造飞行器的就更多了。

    据清代著名学者、官居浙江候补盐大使毛祥麟撰《墨余录》卷之九《巧匠》篇记载;元顺帝至正年间 (1341—1367),平江漆工王某,有巧思,能造奇器,曾制造一架“飞车”,两旁有翼,内设机轮,转动则升降自如,上面装置一袋,随风所向,启口吸之,使风力自后而前,鼓翼如挂帆,度山越岭,轻若飞燕,一时可行四百里,愈高飞速愈快。实令观者为之惊叹“真奇制也”。

   这种带有风袋的飞机,利用自后而前的风力实现飞行,应该也是如同奇肱飞车一般从风远行,可能还不能实现自由驾驶。

 

     另据明代著名文学家、“娄东三风”之一、官居浙江右参政陆容 (1436—1494)著《菽园杂记》记载:明代成化二十二年(1486) 8月12日正午天宇澄霁,皎无纤云。松江城廓之人,见空中一飞舟,从东向西飞行,转而折向东去,最后徐徐盘旋,降落在一座楼上。当时引起一片欢腾,观者塞道。更奇特的这“飞舟”的材料是“茭草所结”,十分轻盈,内部结构,无人知晓。驾驭“飞舟”为何许人,不得而知,观者为之传为奇闻,轰动松江城。

    这架飞机能逆向转折,徐徐盘旋,已能实现自由驾驶飞翔,具有较高的实用价值。可惜记载过于简略,无从推测知晓其结构、机理。作者陆容官居浙江右参政,其《菽园杂记》所言,应该不是虚构。

 

    又据《吴县志》·《香山小志》记载:清初(1644—1661)吴县能工巧匠徐正明,从少年时就“性敏,志专一”,他设计、制造的车辆,灵巧牢固,在乡里颇有声誉。吴县是江南鱼米之乡,地处太湖之滨,河湖港汊,纵横交错,交通不便。有一天,徐正明偶读古代典籍《山海经》,得知商汤时期有“奇肱飞车”,受到启迪,立志制造一架“飞车”飞越湖渠港汊,方便交通。徐正明潜心钻研“飞车”,经过一年苦思冥想,完成了“飞车”的设计草图。接着,他便“按图操斫,有不合者削之,虽百易不悔”。但由于“家故贫,无担石储”,他只好边打短工,边造“飞车”,经过十年锲而不舍的苦心钻研,终于制造出一架“栲栲椅式”的“飞车”。其构思精绝,“下有机关,齿牙错合,人坐椅中,以两足击板上下之,机转风旋,疾驰而去”,“离地尺余,飞渡港汊”,令乡人为之叹绝。徐正明制造的“飞车”试飞成功后,决心进一步改进,提高飞行高度。但是徐家贫困日甚,“妻、子啼号”,孤身无援,徐正明在贫病交加、生活重压下“不幸早殁”。更为遗憾的是,徐妻因丈夫将毕业心血花在“飞车”的研制上,落得个“饿填沟壑”的悲剧,不禁伤心落泪,竟将它“斧斫火燎”化为灰烬了。

     徐正明的这架“栲栲椅式”的“飞车”,被《香山小志》详细地记载下来:“下有机关,齿牙错合,人坐椅中,以两足击板上下之,机转风旋,疾驰而去”。从中可以了解到这架飞车是依靠人力驱动连杆、齿轮、进而带动“机转”,产生“风旋”。这很有可能是一架人力旋翼机。

 

     再据清光绪十五年(1889)夏五月刊本《湘潭县图志十二篇》、《湘潭县志》卷八之五记载;清嘉庆、道光年间(1796— 1851),当地有个年轻人叫石甘四,“有技勇举三百斤,能巧思造奇器,尝读《蜀志》,见木牛流马法,曰:‘此易耳’。遂为木人,执器左右;供使令”。继后,“又以鹅毛作床如乌翅,坐则腾上二十丈,横行五里许”。其时“西夷轻气学未传,甘四以重力升之”,实在可与《天方夜潭》中神奇魔毯相媲美,可悲的是,那时正是清王朝血腥镇压白莲教后不久。相传白莲教是能造纸人纸马的“旁门左道”。于是乡里中顽固派就乘机污蔑石甘四制造木机器人与“飞床”是属于白莲教“邪术”。石甘四为免受无妄之灾,遵母命“乃毁诸器”。石甘四的智慧与创新就这样被封建势力无情地扼杀了。

    石甘四的“飞床”使用鹅毛制成机翼,重量轻,能有效扇动空气,也有其合理性。

    一般都认为俄国人莫扎伊斯基于1882 年发明了世界上第一架载人飞行器。其实,欧洲制造出的第一架载人飞行器,比葛洪《抱扑子》所载飞车晚一千五百多年,比我国平江漆工王某发明的“两旁有翼,内设机轮”的载人飞行器要晚六百年,比徐正明发明的“机转风旋,疾驰而去”的载人飞车晚两百多年。

    当今世界现代飞机基本上都是继承莱特兄弟的飞机发展而来,技术上的路子差不多。中国古代飞车的原理或可为我们现在的航空研究另辟蹊径提供一些借鉴,比如研究其借风飞行、扑翼飞行的技术,以开辟新的航空能源、提高飞机的能源利用效率,在当今世界能源紧缺的形势下或许不无必要。

    从风筝、木鸢到飞车的发明表现了中华民族先辈的杰出智慧。事实上,我国古代科学技术水平长期以来远远领先于世界各国。且不说中国古代的“四大发明”如何惠及世界泽被后世,单单在机械上的成就,如利用齿轮传动的指南车、记里鼓车,以连杆驱动机械的脚踏纺织机、鼓风水排、诸葛连弩,巧妙利用杠杆的抛石机,利用了空气动力学原理的竹蜻蜓、走马灯、孔明灯,就无一不令西方世界对古老的中国不断地发生新的惊异和敬仰。只是由于封建王朝制度及传统社会意识的局限等种种原因,人们未能重视这些科技上的发明与创新,致使一些伟大的发明未能在本国得到很好的传承和进一步发展。比如毕升发明的活版“其印为予群从所得,至今宝藏”,沦为私人收藏品;科技奇书《天工开物》竟然流传于日本却失传于中国;指南车、诸葛连弩也曾失传;诸葛亮发明的木牛流马,至今仍是一个未能圆满揭开的谜。由于国人的不重视,导致很多发明盟胚芽于中国,却结硕果于欧美,如鼓风水排被玩出了蒸汽机、风筝竹蜻蜓被玩成了现代飞机、孔明灯被玩成了载人热气球、八卦图被玩成了计算机的二进制数....

    从上述飞车事例我们可以发现,这些古代发明往往是凭一己之力呕心沥血所完成,即使是同一类发明,在相互之间也没有什么关联,即并没有前后之间的继承性。就是同一件发明,比如指南车,也曾屡次失传,又屡次被重新发明出来。如果这些发明能得到人们的重视,能代有传人,能推而广之,那么曾经遥遥领先于世界文明的古老中国,在科技的诸多领域就不会如现在一般,亦步亦趋地步欧美后尘。

    中国古代飞行器的发明不仅给人类留下了宝贵的科学财富,也给我们国人留下了太多沉重而苦涩的思考。

    谨以此文纪念中华民族勤劳智慧的先圣先贤!

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