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能夠將宇航員帶回地球的滑翔傘已經成功,NASA卻為何沒有使用?

能夠將宇航員帶回地球的滑翔傘已經成功,NASA卻為何沒有使用?

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▲Francis Rogallo(上圖,1959年在位於弗吉尼亞州漢普頓的NASA蘭利研究中心)和他的妻子Gertrude一道,共同上世紀四十年代中期構思了一種滑翔傘,旨在幫助飛行員以更可行且更經濟的方式實現飛行。

Francis Rogallo的指尖小心翼翼地握住他頭頂上方的一隻銀色菱形滑翔傘。這時正值1959年春末,美國宇航局(NASA)的航空工程師們即將發射他設計的降落傘式滑翔機微縮模型。事實上,他本人此前已經進行過上千次嘗試,這一回滑翔傘上同樣掛有通過幾條細線固定的載荷。在模型的飛行過程中,用於製造傘面的全新聚酯薄膜材料發出輕微的噼啪聲響。

載荷受到的策略很快與滑翔傘提供的升力實現了平衡,傘翼順利展開,模型在美國宇航局位於弗吉尼亞州漢普頓市蘭利研究中心的會議室當中緩緩飛行。由於飛行路線被房間的白色石膏牆所限制,滑翔傘很快撞上了天花板並嘎嘎作響。接下來,剛剛還在空中的模型瞬間變成了散落在地板上的聚酯薄膜和雜亂的繩索。

Rogallo之前就曾經向人們展示過這隻活動翼滑翔傘的巨大潛力,但在這一天,他成功把在當時那場全球矚目的太空競賽當中最為知名亦最具影響力的人們拉攏成了自己的支持者,其中就包括著名火箭工程師Wernher von Braun。Von Braun立刻抓住了利用活動翼設計實現火箭助推器引擎再利用的靈感,並邀請Rogallo前往位於阿拉巴馬州的亨茨維爾再做一次演示。這就是所謂歷史性的一刻,在接下來很短的時間之內,Rogallo翼這種可能徹底改寫航天重返與引擎再利用歷史的創新技術就成了眾多科學探索與媒體報道的主題——沒錯,它,已經成為太空競賽中的新寵兒。

能夠將宇航員帶回地球的滑翔傘已經成功,NASA卻為何沒有使用?

▲如今被稱為「懸掛式滑翔運動之父」的Francis Rogallo開發出一種活動翼滑翔傘,並在短時間內在改變宇航員重返地球的方式層面引起巨大反響。(Rogallo基金會)

Rogallo翼滑翔傘的的一大應用,正是在1960年至1963年根據與美國宇航局簽訂的合同所開發而成。其將被作為雙子座與阿波羅計劃的首選著陸裝置,並承諾宇航員在從太空順利返回地球表面之後,能夠自主操控這部載具。

雙子座滑翔傘在外觀上相當抓人眼球,滿滿的二十世紀六十年代未來派工程創意。位於弗吉尼亞州尚蒂伊史密森尼國家航空航天博物館的安德瓦-海茲(Udvar-Hazy)中心將其納入「人類太空飛行」展覽的一部分,但僅作為過時的老物件懸掛在天花板上。史密森尼博物館的這隻雙子座滑翔傘擁有著巨大的風箏狀翼,其尺寸遠遠大於常見的輪式太空艙。滑翔傘採用充氣式前緣與龍骨,旨在提高滑翔效率。有五條線纜將傘翼連接至艙上,這使得宇航員能夠自由控制飛行路徑。史密森尼博物館高級策展人Michael Neufeld表示,「滑翔傘是解決太空艙回收難題的一種有趣解決方案。但事實證明,具體實現在技術層面的難度要遠遠高於工程師們最初的想像。」

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▲Gertrude與Francis Rogallo獲得批准,有權將自己的發明自行製作成實體;1951年,這對夫婦因此獲得了「靈活風箏」技術專利。(谷歌專利)

時至今日,幾乎沒人能夠記得,這一如科學幻想般的設計確實能夠飛在空中,並使得返回的航天器有機會降落在跑道之上。到1964年12月,該滑翔傘在經過完美的飛行過程之後,成功登陸地面。然而,歷史提醒我們,所有雙子座與阿波羅計劃中的飛行器都是通過降落傘回收的,而太空艙則降落在海洋中並由海軍艦艇負責回收。那麼,Rogallo的滑翔傘為什麼沒能排上用場

作為一種最初構想於上世紀四十年代中期,旨在為航空事業帶來更簡單、更實用也更經濟的返回方式的重要發明,滑翔傘這個名稱源自降落傘與滑翔機兩個詞的組合。Rogallo對此有話要說,「大家想像一下,如果您可以開著車前往城郊,從行李箱里拿出滑翔傘,然後駕著它飛過鄉村,豈不美哉?」

為了實現這個偉大的夢想,Rogallo和他的妻子Gertrude在自己的家中建立起小型風洞,用於測試自己的各種設計。到1948年,Rogallo夫婦已經開發出第一架飛行原型:其擁有全可動翼設計,由Gertrude利用廚房的窗帘布縫製而成。

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▲從1962年到1964年,美國宇航局利用Paresev為雙子座雙人太空船開發出登陸技術,旨在替代以往的海面降落方案。這項技術被納入水星計劃當中。宇航員將展開以Francis Rogallo設想為基礎的充氣式滑翔翼,從而順利降落在遺產或者乾涸的湖床上。(NASM)

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▲在對Rogallo的滑翔傘進行測試之後(此滑翔傘目前在史密森尼博物館中展覽),美國宇航局決定在後續的美國載人太空任務當中繼續使用降落傘加水面降落這一傳統方案。(NASM)

作為曾在NACA(NASA的前身)工作的公務人員,Rogallo構思出的任何成果都將歸屬於政府。因此,他把自己的發明帶給了自己的頂頭上司,希望他們考慮在設計起步階段就將其納入飛行計劃。然而,滑翔傘並沒能給NACA的工程師們留下深刻的印象。NACA當時明確表示,他們認為這種發明「沒有任何實際用途」,但Gertrude與Francis Rogallo獲得批准,有權將自己的發明自行製作成實體;1951年,這對夫婦因此獲得了「靈活風箏」技術專利。

從一開始,Rogallo夫婦就意識到這項發明中蘊藏的巨大可能性,甚至設想到了足以載人的巨大滑翔傘方案。Rogallo在1949年就曾表示,「光是想想就讓人激動不已。我們可以將這樣的傘翼帶到山頂並滑入下面的山谷。」但遺憾的是,Rogallo夫婦的成果並沒能引起任何專業航空機構的興趣。這項設計僅僅被視為一種兒童級別的玩具與面向業餘愛好者的發明,這讓他們的熱情大受打擊。不過很快,情況就發生了轉變,因為俄羅斯成功發射人造衛星的消息震驚了全世界。

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▲Francis Rogallo於1974年開始試飛滑翔傘,已經62歲的他正站在著名的外灘群島的沙丘上。萊特兄弟就是在這裡進行了自己的首次試飛。(Rogallo基金會)

幾乎在一夜之間,人們對於非傳統可動翼設計的興趣急速飆升。陸軍、海軍以及作為NACA繼任者的NASA都希望將其投入實際應用。Rogallo與他的活動翼滑翔傘終於得到了同事們的認真對待。政府的關注不僅證明了Rogallo設計方案的正確性,同時也構成了潛在的專利侵權。然而,Rogallo夫婦慷慨地允許政府以免費方式使用他們的專利。好在他們仍然拿到了3萬5千美元的資金,這是美國宇航局當時頒發的最高資金數額。

美國宇航局的載人航天計劃很快為可動翼滑翔傘提供了最具想像力且最為雄心勃勃的施展平台。滑翔傘能夠幫助太空艙不再需要利用降落傘快速砸向海面,而能夠被存放在太空船上並在重返大氣層時進行部署,從而讓那個時代最出色的試飛宇航員們操控太空艙進行飛行,並最終控制其滑翔至著陸機場。

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▲Rogallo翼滑翔傘的的一大應用,正是在1960年至1963年根據與美國宇航局簽訂的合同所開發而成。其承諾宇航員在從太空順利返回地球表面之後,能夠自主操控這部載具。(Rogallo基金會)

這一設計思路擁有許多支持者,其中就包括雙子座計劃負責人James A. Chamberlin。但雙子座滑翔傘的開發面臨著極為緊張的截止日期。雙子座計劃實際上是水星計劃與阿波羅計劃之間的一個過渡階段,當時肯尼迪總統已經在1961年提出明確目標,要求在「這個十年之內」讓美國人登上月球並成功將其帶回家。這項計劃的所有階段,都設有嚴格的時間表。滑翔傘首先面臨著空氣動力學的揚湯止沸,,但頗具諷刺意味的是,計劃最初實際上是將降落傘視為一種備用方案。

模擬太空艙著陸測試的成本相當高,但在滑翔傘測試開始之前,必須首先證明作為備用方案的降落傘回收系統切實有效。重複的降落傘測試失敗浪費了數個月的寶貴時間,直到1962年年中,滑翔傘已經被推遲至雙子座計劃的第三次飛行試驗,接下來項目中又出現了更多延誤。直到1964年4月,整個飛行順序才得到證明,但相關證據仍然非常零散。其中一次飛行證明了滑翔傘的部署順序,但由於傘翼發生問題,太空艙最終仍然依靠傳統的降落傘完成了回收。好在第二次飛行將已經部署完成的滑翔傘拉升到了正確的海拔高度,並成功飛到了跑道上的預設著陸點。

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▲Rogallo最初為解決複雜航天回收難題設計的精妙創造,最終在經過簡化之後成為一項廣受熱愛的極限運動——滑翔傘。(Billy Vaughn)

完善整個飛行序列的所有操作程序帶來了極為複雜的挑戰——包括從部署到滑翔飛行,再到「觸地得分」。但正如Neufeld所指出的那樣,「資金並不是滑翔傘項目的最大難題,因為雙子座計劃中的大部分階段都耗資巨大。最大的問題是,當時的時間太過緊張。」

滑翔傘開發計劃在起步時就已經滯後了。1961年夏天,北美航空公司的工程師們憑藉著一部分工作成果拿下了數額相對較小的滑翔傘合同。但不久之後,阿波羅計劃與他們簽署了價值數十億美元的新合同。最出色的工程人才被轉移到了阿波羅計劃,Rogallo的滑翔傘項目自然遭到了擱置。

到這個時候,情況已經基本確定下來:作為一名堅定的滑翔傘支持者,Chamberlin被任命為雙子座計劃的主管;而雖然北美航空公司當時即將完成三輪相當成功的試飛,但一切都已經太遲了。美國宇航局的宇宙飛船已經確定將利用降落傘降落在海洋之上,這一方式直到太空梭的誕生才有所轉變。

雖然雙子座滑翔傘項目未能成功入選載人太空計劃,但Rogallo最終仍然實現了低難度、低成本飛行的夢想。滑翔傘與可動翼設計在二十世紀六十年代初已經得到廣泛認可,全世界眾多專業與來作的航空工程師們都開始為此付出努力。

根據雜誌上發表的設計圖片並配合竹子加塑料薄膜等現代材料的組合,早期的懸掛式滑翔傘飛行員造出了「Rogallo之翼」並從加利福尼亞州的丘陵上飛掠而過。與此同時,澳大利亞的滑水船也拖著設計更為複雜的另一種滑翔傘把人們放飛到空中。歷史就是這麼有趣,當阿姆斯特朗踏上月球之時,也正是現代懸掛式滑翔運動在地球上大行其道之日。

由於美國宇航局對於可動翼滑翔傘已經不再支持,研發資金也逐漸枯竭,Francis Rogallo於1980年提前退休。他搬到了北卡羅來納州的基蒂霍克,並在這裡繼續自己的個人研究工作。我(原作者)的家人也在同一年搬到了這裡,並在著名的外灘群島沙丘上(萊特兄弟的首次長距離飛行也在這裡進行)見證了懸掛式滑翔運動的蓬勃發展。我也看到了Rogallo這位退休的前美國宇航局工程師駕乘著自己的發明沿著柔軟的沙地滑翔。我本人的第一次滑翔經歷是在1984年,我很幸運見過Rogallo幾面,甚至與他共度了他的75歲生日。我很感謝他的貢獻。他的發明讓我意識到了生活的意義,從小小的沙丘到加利福尼亞州塞拉山脈上方數千英尺的高處,我體驗到了飛翔在空中那無與倫比的快樂、自由與興奮——感謝Francis Rogallo早在上世紀四十年代末,就構想出了如此精妙絕倫的設計與體驗。

Rogallo最初為解決複雜航天回收難題設計的精妙創造,最終在經過簡化之後成為成本最低的個人飛行載體。當被問及柔性翼形的未來發展時,Rogallo曾表示,「這個嘛,我認為發展會永遠持續下去。畢竟一旦人們學會像魚那樣游泳,就再也無法自拔了。現在他們學會了如何像鳥兒一樣飛翔,我認為這同樣會讓人們無法自拔。」就個人而言,我打算在未來的很多年裡保持這種讓人「無法自拔」的愛好。

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