翱翔在基蒂霍克

　　1903年月12月17日早上10时35分，叛国北卡罗莱纳州基蒂霍克，在威尔伯 莱特协助下，奥维尔 莱特操纵“飞行者”1号飞机飞离地面，人类重于空气飞行器的首次动力飞行纪录（12纱留空时间、36.58米飞行距离）就这样产生了。这个纪录改变了人类生活，改变了世界。

100年来，以各种方式仿制莱特兄弟飞机以期重现历史的不计其数，但由于仿制飞机都极不称定、难于控制而没有一架飞行成功。随着2003年的临近，许多国家的相关机构、组织、社团……都在思考为纪念飞行百年、重温人类这一伟大发明做些什么。人们的共识是：若能让历史壮举重演、而且让更多人都能重复这一壮举将是最鼓舞人心的！人们的种种努力、甚至由叛国机关机构向全世界的招标都没有得出令人满意的方案。终于，百年后的2002年4月1日，基蒂霍克迎来了一位中国青年人，他就是北京航空天大学飞机设计专业的第一位工程型工学博士、无人驾驶飞行器专家李晓阳。

百年前的历史性飞行

基蒂霍克是位于美国东海岸北卡罗莱纳州的一个南北走向狭长的海岛，临近诺福克美国海军基地，距著名的百幕大三角区不远。这里常年气候温和且风力不大，因此成为１００多年前试图实现飞行梦想的航空先驱们的理想试飞场。１９０３年，也就是法国科学家居里夫人因发现镤和镭这两种放射性元素，获得诺贝尔奖这一年，美国的莱特兄弟实现了人类第一次载人动力飞行。

１９０３年１２月１７日早晨，天气很冷。风速大约是每小时４３公里。在基蒂霍克一座名为“斩魔山”的荒坡上，莱特兄弟正在准备进行“飞行者”１号的试飞。他们周围没有兴致勃勃的观众，只有一个见证人和几个准备应急的年轻人。场面显得冷冷清清。事实上，两兄弟对今天能否成功也没有抱太大希望，因为刚过去的整整一个夏天，他们都未能让 “飞行者１号”飞起来。

“飞行者”１号有两个用一种名为“西部骄傲”的平纹细布做蒙皮的机翼，翼展１２．３米。机翼上１２０根芩木翼肋清晰可见。整架飞机看起来显得笨拙和脆弱。“飞行者”１号机翼后部有一对直径２．６米的螺旋桨，由一台重７５公斤、功率７～１２千瓦的发动机通过链条驱动。这架外形古怪的飞机既没有可供起飞和降落的机轮，也没有供驾驶员舒适操纵的座舱和座椅。飞机的升降舵位于机头，飞行员必须趴在下机翼中间，通过拉绳扭曲机翼来操纵。 包括驾驶员在内，“飞行者”１号全重只有３６０公斤。

经过投币，今天由弟弟奥维尔先飞。１０时３５分，奥维尔小心翼翼地趴到机翼中间。“飞行者”１号的两具螺旋桨向后鼓起强风，把细沙刮向远处。由于不时有侧风吹来，因此威尔伯手扶右翼尖跟着飞机向前疾跑，以帮助奥维尔保持平衡。“飞行者”１号在轨道上滑行得越来越快，威尔伯跑了一段后不得不放开了手。与此同时，他和其他几人几乎不敢相信眼前的场景：“飞行者”１号挣扎着，终于脱离了地球引力的束缚，摇摇晃晃地腾空而起。

人类就这样开始了航空世纪的第一天。尽管“飞行者”１号的首次成功飞行留空时间只有１２秒，飞行距离仅３６米多，但它毕竟是人类重于空气飞行器实现载人、可操纵动力飞行的第一次。

然而，美国新闻界当时对莱特兄弟的发明显得并不在意，反应冷淡。有人评论说，这不是因为人们对飞行不感兴趣，而是由于人类探索飞行的历史过于久远，又经历了太多的挫折，以致任何关于飞行的、那怕是振奋人心的消息，都不敢轻信。直到１９０８年，在惊愕的法国观众们面前，威尔伯驾机用１小时３１分飞了９０公里后，世界才公认了他们的成就。

此后的历史不必多说。时至今日，人们已难以想象没有飞机的世界将会怎样！

百年后重现壮举的“飞行者”

斗转星移１００年，基蒂霍克不再是荒凉的海滩。从耸立在“斩魔山”顶上的莱特兄弟纪念碑向大海望去，鳞次栉比的小鹰镇（基蒂霍克意为“小鹰”）房屋沿海岸线排成一个巨大优美的弧形。莱特兄弟国家纪念公园草地上的四座里程碑，标示着当年 “飞行者”１号四次飞行的距离。百年后的基蒂霍克已成为全世界航空迷心目中的圣地和著名的观光旅游区。

２００２年４月１日，和１００年前相比，基蒂霍克的风稍微大了一点儿，阳光也显得更强烈。在莱特兄弟当年装配“飞行者”１号的库房旁，两个小女孩正以好奇的眼光紧盯着一位中国青年人手上那架形状奇特的小飞机。她们一个头上裹着伊斯兰教头巾，另一个则是金发碧眼的白人小女孩。人类共有的好奇心超越了信仰的距离。

中国青年人走向１００年前“飞行者”１号曾飞越的那片草地，在莱特兄弟首次成功飞行出发点的标志石碑旁停了下来。他的目光从小飞机的机翼扫向前端并略微停顿了一下，也许只有０．１秒，一个时刻凝固了：２００２年４月１日中午１２点，他果断地按下动力释放开关。小飞机的两具螺旋桨向后吹出一阵强风，迅速飞向前方，爬高、平飞……轻松地掠过草地上标示着莱特兄弟首次飞行纪录的１号里程碑，２３秒后在１００多米外平稳着陆。

来自世界各地的数百名游客目睹了这一飞行过程，毫不吝惜地报以惊呼和赞叹。这个以新的方式再现了百年前飞行壮举的中国青年人，就是北京航空航天大学飞机设计专业的第一位工程型工学博士李晓阳。观看的游客中有人问：“Ｊａｐａｎｅｓｅ？”，李晓阳迅速转过头来，礼貌而又坚定地回答：“Ｎｏ，Ｃｈｉｎｅｓｅ！”。

自莱特兄弟发明飞机后的１００年来 以各种方式费尽心思仿制莱特兄弟飞机、以期重现人类第一次动力飞行历史的人不计其数，但都没有成功。这似乎成了一个谜，一道难题。莱特兄弟的飞机没有保存下来（１９０３年１２月１７日，由威尔伯驾驶进行第四次飞行时坠毁）。如今在华盛顿美国国家航空航天博物馆天棚上悬挂着的，是用当年坠机后保存下来的部分残骸和从莱特兄弟的其它飞机上拆卸的部件，拼凑而成的复制品，已经不能飞行。此外，为了防止别人盗用自己的发明，莱特兄弟尽量少留资料。即使是１９０６年他们在俄亥俄州代顿关于“飞行机器”的８２１３９３号专利申请文件的附图，对人们试图复制莱特兄弟飞机也没有多大帮助。

要想以现代的航空技术重制最原始的、人类对空气动力学和飞行力学原理尚未明了时期的飞机，并使它飞起来，绝非易事。这令笔者想起有人复制指南车和候风地动仪的故事：由于中国古代工匠的精巧构思已经失传，后人冥思苦想始终不得其解，于是只造出徒有外形的摆设。最近又有人打算重铸司母戊大方鼎，但就算根据历史记载尽量遵循古老冶炼术铸造，也未必能达到至真至美的境界。

随着２００３年的临近，许多国家的相关机构、组织、社团……都在思考为纪念飞行百年、重温人类这一伟大发明做些什么。联合国有关机构甚至成立了专门委员会来举办各种纪念活动。人们的共识是：

若能让历史壮举重演，而且让更多人都能参与重复这一壮举将是最鼓舞人心的！这不仅是为了纪念莱特兄弟，更重要的是有助于了解人类认识和创造的历程，对人类的发展带来有益的启迪。然而，围绕着上述共识的种种努力、甚至由美国相关机构向全世界招标都没能得出令人满意的结果。

如今，李晓阳博士终于给出令世人惊喜的答案—— 与莱特兄弟“飞行者”１号几乎一模一样的橡筋动力飞行器！全称是“橡筋动力双桨推进‘飞行者’１号飞机仿真模型”，代号“ＷＦ－１”。这架机长约５２厘米、翼展５０厘米、起飞重量约１３０克的橡筋动力机既充分体现了１００年前人类第一架飞机的特征，又能达到“让更多人都能重复这一壮举”的目的。李晓阳在基蒂霍克放飞的ＷＦ－１，虽然采用了１００年前就有的材料制造，但却是对飞行原理和飞机演变深刻理解为基础的再创新。

“飞行者”１号当年所采用的鸭式布局，已成为当今先进的飞行器所采用的气动布局之一。而李晓阳用现代化的构思制作出最原始的飞机，并不是简单的重复和模仿。１００年间，人类飞行器的发展画了一个上升的大圈。

让壮举重现的中国博士

人类发明飞机１００年纪念活动不仅是航空航天领域的盛事，在工业发达国家进口商的眼中，也是百年一遇的商机。

２００１年１月一个寒冷的早上，李晓阳依约出席在西雅图举行的一个会议。会议在邻近软件巨头微软公司和游戏机巨头任天堂公司的ＡＧＩ总部举行。这是每年定时召开的行业性商务例会。当着其他同行的面，主持会议的ＡＧＩ跨国公司日裔总裁川田先生拿出一叠文件递给李晓阳。这是一份关于美国以及世界各地拟在２００３年举办人类发明飞机１００年纪念活动的商业可行性调查报告。川田先生特别提到：以ＡＧＩ为首的美国主要飞行玩具采购商们从２０００年起，就在全世界范围内招标研制和生产莱特兄弟“飞行者”１号飞机的飞行模型。这家２６年前从制造纸飞机模型起步，今天已发展成为集钢铁生产业、大型建筑业、精密机械制造业和国际商贸于一体的跨国集团公司，十分清楚在２００３年之前获得莱特兄弟“飞行者”１号飞行模型的商业意义。

ＡＧＩ等公司最初把希望寄托在欧美和日本等国的设计师们身上。但一年过去了，如今摆在会议桌上的样品没有一件能符合要求，其中包括一位有“５０年世界权威”之称日籍设计大师的作品。川田郑重地对李晓阳说：“我们和你，这辈子有幸遇到这样的机会，期待有最好的作品来配合人类发明飞机１００年的纪念活动。我们与贵公司愉快地合作了四年，相信由你来设计最有把握”。而此前，世界各国市场现有商品化的莱特兄弟“飞行者”１号模型，都是用金属或者塑料制造的、供静态观赏的实体模型，不能飞行。而稍对航空和飞行有所了解的人都知道：能飞与不能飞，两者之间相距何止十万八千里！

然而，美国进口商们给理想中的“飞行者”１号 飞行模型定的条件十分苛刻：

必须用１００年前可以获得的材料作为动力源；

要有与莱特兄弟“飞行者”１号飞机几乎完全一样的外形和气动布局（双翼、鸭式布局、双螺旋桨推进）；

所有组件必须预制成型，在组装时无需任何工具或者粘胶，一般人用十余分钟时间即能组装好；

动力飞行距离和留空时间不能少于莱特兄弟“飞行者”１号飞机首次飞行的记录（３６米，１２秒）。

最难的是，出于销售量和市场的需要，每架这种模型飞机在亚洲任一港口的离岸价不能超过７． ５美金。

苛刻的条件和眼前的这些不如意的作品，使得美国进口商们的愿望变得非常渺茫。时间越来越紧迫，他们最后的希望落在了李晓阳身上。

李晓阳自１９９２年取得他的第一项发明专利以来，１０年间在世界各地已获得了１００多项科技专利，涉及航空航天、机械电子、科普模型和飞行玩具等多个领域。这位中国博士认为自己不过是普通的航空迷而已，之所以与飞行结下不解之缘，是由于他小时候像大多数的男孩一样，对蓝天和飞行充满了好奇和向往。

１９９６年，李晓阳把“第三象限玩具”概念引入航空模型，提出航空模型玩具化的理论和工程化方法。他的目的是要将对很多人来说是“阳春白雪”的航空模型变成“下里巴人”，使之成为丰富人们文化生活、开展休闲活动和亲子活动的一种普通玩具。李晓阳发明了结构精巧简单却具有现代飞机各项特征的利昂爱克系列仿真飞机模型和飞行玩具。他这项获得美国专利的发明被欧美进口商形象地称为飞行玩具领域的“麦当劳快餐”。

李晓阳的“科技以人为本、消费者欢迎的产品才是好产品”的理念使得利昂爱克系列仿真飞机模型和飞行玩具如今在欧美国家的模型店、机场纪念品店、航空博物馆、超市连锁店、航空书店等随处可见。

李晓阳还曾担任航空科研项目的主要负责人和试飞员，开创了我国超轻型飞机在资源调查上应用试验的先例。为了取得科研数据，他曾两次从失事坠毁的飞机中死里逃生；曾驾机参加北京航空航天大学超轻型机万里飞行，进行不同地理、气象条件的航空试验；１９９４年研制成功了我国第一架可以无系留飞行的无人驾驶微小型共轴双旋翼飞行平台验证机；１９９５年和导师赵庸教授共同研制成功了我国第一架无人驾驶太阳能飞机工程验证机“翱翔者”号……尽管如此，要以１００年前的动力源和在上述苛刻的条件下，创造１００年前最古老飞机的仿真飞行模型，并且用工业化手段大批复制，难度也是很大的。这正是始终无人能做到的原因。对于设计过６００余个品种航空模型和飞机玩具、生产出大量产品并且持续销往１００多个国家和地区的李晓阳来说，要完成好这个特殊项目并非易事。

“９．１１”事件后，美国航空制造和运输业面临着前所未有的低潮。人们努力寻找机会试图打破被动局面，重振美国航空业雄风。飞行百年的到来给美国人新的希望。因为籍飞行百年的宣传和庆祝活动，纪念一个世纪前的伟大发明，可焕发人们的信心。因此，从李晓阳决定进行“ＷＦ－１”的研制后，美国方面隔三差五就发来电子邮件，十分关注工程进展。

现今美国进口商们终于如释重负。一家进口商在基蒂霍克拍摄的广告中以毋庸置疑的口气说：１００年前，人类的第一架飞机在这里飞行了３６米和１２秒，今天您只要花２０美元，就可以与莱特兄弟一起分享实现飞行美梦的喜悦！广告模特手举着的，正是李晓阳的橡筋动力双桨推进“飞行者１号”飞机仿真模型ＷＦ－１。它已成为人类发明飞机１００年世界各国纪念活动的首选器材和纪念品。

航空专家们认为，这是以现代航空理论与技术对“飞行者”１号的再现，是一项了不起的创新。２００２年８月８日，在我国台北市举行的军事迷博览会上，在众多热情观众的注视下，ＷＦ－１平稳地飞行了１２０多米。台湾中视新闻给予高度评价。电视周刊杂志则热情洋溢地称赞道：这是对莱特兄弟“飞行者”１号的第二次发明！ ＷＦ－１诞生的意义，已经远远超出了最初只是作为模型飞机和飞行玩具研制的范围，它将会给许多人带来欢乐。

先进技术支撑的飞行平台

人们也许还能记起２００１年元旦中央电视台播放的“新世纪科技论坛”特别节目。在这个节目中，李晓阳操纵他研制的微小型共轴双旋翼飞行平台验证机为观众们做了精彩的飞行表演。这种飞行平台的核心技术，就是他获得国家发明专利的电磁式光机电一体化航向控制系统和自适差速系统；亦是共轴双旋翼无人驾驶飞行器研制的关键技术之一。

这种飞行平台第一次露面，是１９９４年李晓阳在北京航空航天大学逸夫科学馆的博士论文答辩暨专家评审会上。笔者当时采访了这个由我国直升机专家王适存教授、弹道火箭专家何庆芝教授等８位一流专家担任委员的评审会。当李晓阳宣读完他的《无人驾驶共轴双旋翼飞行平台设计与研究》工程设计报告后，评审会请他结合工程设计报告，现场演示其研制的共轴双旋翼飞行平台验证机。在答辩会场里，这架飞行平台上下翻飞，时而掠过人们的头顶，时而在人们面前纹丝不动地悬停……在评审会结束后的《评审报告》中，专家们一致认为：“李晓阳所完成的是一项优秀的设计工程，具有很高的学术水平和实用价值，对我国无人化、微小型化垂直起落自主飞行器的研制和发展将会起到很大推动作用，是对我国国防事业的一项重大贡献”。

我国终于有了自己培养的第一位飞机设计专业工程型工学博士。

无人驾驶共轴双旋翼飞行平台，是近年来世界上工业发达国家竞相研制的特种飞行器，如美国、加拿大、英国、法国、德国、以色列、日本和韩国等国都正在开展型号研制。这种飞行器因其体积小，悬停效益高，能在狭小的空间垂直起降，机动灵活，而在国防和国民经济建设中有重要的用途。然而，由于这种飞行器涉及多项尖端科学技术，研制难度很大，上述各国的研制工作都还在深入进行中。

李晓阳在无人驾驶共轴双旋翼飞行平台设计工程中发明并验证的、用光机电一体化技术解决航向控制难点的“电磁航向控制”方案和“升降电子协调方案”，与现在仍在沿用的各类共轴直升机相应的控制方法相比，具有十分显著的新颖性、先进性和实用性。这一创造性成果，在国际上被认为是共轴直升机控制方面的重大变革，对微小型无人化垂直起落自主飞行器的研制和发展将产生深远影响。

２００２年１１月１１～１３日，李晓阳应美国国际直升机协会（ＡＨＳ）和日本直升机协会等机构的邀请，前往日本枥木宇都宫市参加在那里举行的国际会议。在这个各国一流航空航天专家云集的学术会议上，李晓阳发表了关于“电磁式光机电一体化航向控制系统”的论文演讲，并进行了无人驾驶微小型共轴双旋翼飞行器飞行演示。他首创的电磁式航向控制发明被列为国际先进技术之一。

阳光托起“绿色先锋”

ＷＦ－１并非只是一个模型那么简单。在当今世界各国研制新概念飞行器前，首先试飞的，无一例外是新概念飞行器的缩比模型。更重要的是：通过航模的制作与放飞，青少年们不仅能够初步了解和掌握空气动力学、飞行力学、材料与结构科学、发动机原理、能源科学等许多基础知识，而且还可为将来的发展打下坚实的基础。

前面谈到的“翱翔者”号太阳能无人驾驶勘测飞机验证机，就是一架“五脏俱全”的飞机缩比模型。机翼上布满蓝幽幽的高能重比太阳能电池板，机体内安装有微小型的光电转化、蓄能装置和飞行控制装置。１９９４年８月１９日，“翱翔者”号在我国华北北部首次试飞成功。李晓阳和专家们选择了华北北部不同光照、不同海拔高度的地区对“翱翔者”号进行了各个科目的科学试验。在研制全尺寸飞机之前，通过验证机制造和飞行试验验证设计方案的技术问题，是避免大投入、缩短试验周期、使试验结果尽可能达到目的的好方法。这就是目前受到重视并发展的模型工程学基本原理。

太阳能在无人驾驶飞机上的应用研究，之所以成为研究热点和新世纪世界航空工业重点发展的一个新兴领域，主要是由于随着生产力发展和社会的不断进步，人类对能源的需求也越来越大。但地球上千百万年积存下来的矿物能源藏量有限，这种非再生资源终有一天会被消耗殆尽。于是，从地球以外的环境获取能源便成为人类能够继续生存与发展的重要条件。太阳能的利用，便是人类从地球以外环境获取能源的主要方法之一。除此之外，人类对飞行器飞行高度、续航能力等条件要求越来越高，也是促使太阳能无人机研究受到重视的另一个原因。现有实用的各类飞机大多使用吸气式发动机作为动力，由于高空稀薄的空气使得发动机功率下降和飞机爬升到高空需耗费大量燃料等原因，使得现有一般飞机的飞行高度和续航能力很难进一步提高。而以太阳辐射能为动力的无人飞机，则可以弥补现有飞机的上述不足。

笔者全程参加了“翱翔者”号太阳能无人驾驶勘测飞机验证机在华北北部的试飞。还在该机试飞之前，一些朋友就询问过它的用途是什么。主要研制者之一、北京航空航天大学的赵庸教授就此做了相当宏观的解答：验证机试飞是否成功，关系到设计方案能否实现。至于用途，太阳能无人机由于能够在高高空长航时飞行而有着十分广阔的应用前景，可应用于资源调查和环境监测、国界巡逻、交通管理监测；在发生地震、洪灾或者森林火灾时，可以替代中断的通信，保持受灾地区与外界的联络；太阳能无人机还可以预警台风，在台风上空飞行，跟踪和监测暴风雨；由于太阳能无人机没有吸气式发动机，因此适合穿越腐蚀性很强的火山灰飞扬空域，或者到核爆现场有大量放射性物质污染的大气中采样等等。此外，太阳能无人机在军事方面也有重要的应用前景。它可在指定空域长时间盘旋侦察敌情，校炮或者为战机指引攻击目标；还可以作为预警以及攻击平台。赵庸教授还意味深长地说，我国国土辽阔，有取之不尽用之不竭的太阳能，能利用的能源不仅有平面上的，也有空间的，这是另一种争夺制空权的竞争。

８年后的今天，李晓阳对太阳能动力飞机的研制已迈出了新的步伐。在刚结束的珠海第四届中国国际航空航天博览会上，作为项目的总设计师，李晓阳在新闻发布会上向中外媒体介绍了启动“绿色先锋”太阳能无人机探索研究计划的重要意义、研制单位的组成、飞机的结构布局、项目的实施进展和步骤等，引起了很大的反响。

一个朝气勃勃的青年人，一项阳光扑面的项目，可以预料，其结果一定是灿烂的。

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