人类对翅膀和飞行的渴望
1884年，法国军事工程师夏尔·勒纳尔（Charles Renard，1847-1905）和他的同事亚瑟·克雷布斯（Arthur Krebs，1850-1935）在巴黎市西南郊的默东（Meudon）制造出一艘由电动机驱动的飞艇“法兰西号（La France）”。8月9日，“法兰西号”用时23分钟完成了8千米的往返飞行，成为人类历史上首次完全可操控的自由飞行。“法兰西号”的试飞成功使法国飞艇事业达到了新的巅峰，为了纪念这次伟大的壮举，巴黎铸币厂发行了一枚铜币，铜币正面描述的是：古希腊神话人物代达罗斯（Daedalus）坐在左侧，正为站在右侧的儿子伊卡洛斯（Icarus）安上用羽毛和蜡粘成的翅膀，并刻有拉丁文“LABOR IMPROBUS OMNIA VINCIT（努力工作必征服一切）”。铜币背面描述的是：航空女神坐在右侧，手指向飞艇，身旁放置着各种仪器，并刻有拉丁文“SIC ITUR AD ASTRA（飞向星辰的你）”。
纪念铜币正面
纪念铜币正面纪念铜币背面
这枚铜币取材于古希腊神话中代达罗斯（Daedalus）和伊卡洛斯（Icarus）父子的传说，他们象征着人类自古不灭的飞行梦想--拥有一对翅膀，自由自在地在天空翱翔。代达罗斯是一位伟大的艺术家，建筑师和雕刻家，他精湛的技艺让他声名远扬。可是，就像所有天才那样，代达罗斯也有他自己的弱点，他是一个极度爱慕虚荣，爱妒忌的人，这也决定了他的命运。代达罗斯有个外甥，名叫塔洛斯（Tarus）。塔洛斯仰慕代达罗斯的技艺，向他学习建筑和雕刻。塔洛斯从小具有艺术天分，并励志在雕刻领域有所成就。塔洛斯少年时代就已经发明了圆规、锯子等精巧的工具。跟随代达罗斯学艺后，更是一日千里，技艺进步神速。代达罗斯都看在眼里，十分妒忌外甥的天分和才能，担心塔洛斯会超过他，茶饭不思，惶惶不可终日。终于，在一个雷雨交加的夜晚，代达罗斯因为嫉妒而发狂，来到熟睡的塔洛斯的房间，用石块残酷地砸向了自己的外甥，可怜的天才塔洛斯，在睡梦中就送了性命。代达罗斯趁着夜色，带着儿子伊卡洛斯逃走了，来到了克里特岛。代达罗斯于是去拜访克里特岛的国王是米诺斯，米诺斯十分赏识代达罗斯精湛的雕刻技艺和艺术天分，他们成为了十分要好的朋友。代达罗斯虽然受到国王的尊重但而且他感觉到国王其实并不信任他。果然，米诺斯让代达罗斯设计建造一座迷宫，用来困住一只牛头人身的怪物米诺陶洛斯（Minotaur）。几年之后，迷宫建造完成，为了防止迷宫的秘密泄露，米诺斯将代达罗斯和伊卡洛斯父子也锁在了迷宫中。代达罗斯不愧为天才和能工巧匠，久经考虑后，他高兴地对儿子说，“米诺斯虽然在陆地上锁住了我们的去路，但在空中我们是畅通无阻的。说完后，他们开始收集迷宫中鸟类落下的羽毛，代达罗斯使用精湛的技艺把羽毛用麻线在捆在木板上，并在末端用腊封牢。最后，代达罗斯终于制作出了像鸟类一样可以飞翔的翅膀！
他给儿子也做了对翅膀，并教会他飞翔的技艺。第二天清晨，风和日丽，他们准备从空中逃离克里特岛。“你要当心，必须在半空中飞行。因为如果飞得太低，翅膀上的羽毛碰到海水会变得沉重，你就会掉到海里；如果飞得太高，翅膀上的蜡会因靠近太阳而融化。”代达罗斯一边说，一边把翅膀给儿子戴上。两个人挥动翅膀渐渐地升上了天空。代达罗斯飞在前面，伊卡洛斯紧随其后，小心地扇着翅膀。开始时一切都很顺利，不久他们就飞离了克里特岛，在广阔无垠的大海上空翱翔。伊卡洛斯感到飞行十分轻快，不由得开始骄傲起来。于是，他挥动着翅膀朝高空飞去。伊卡洛斯越飞越高，享受着飞行的快乐，早已忘了父亲之前的叮嘱，他万万没想到的是，强烈的阳光融化了翅膀上的封蜡，翅膀上的羽毛开始松动，纷纷掉落。可怜的的伊卡洛斯只得用两手在空中拼命地挥动翅膀，可怎么都漂浮不起来，他大声叫唤父亲，可是因距离太远，代达罗斯根本没有察觉到。很快，伊卡洛斯一头栽落下去，落到了大海中，海浪瞬间将他吞没了。这一切发生得很突然，当代达罗斯再次回过头来时，并没有看到儿子。“伊卡洛斯，伊卡洛斯！”他预感不妙，大声呼唤儿子，盘旋在海面上四处寻找。最后，他惊恐地发现海面上漂着许多羽毛。代达罗斯连忙降落在附近一座海岛上，张大眼睛，满怀希望地寻找着儿子。不一会，汹涌的海浪把伊卡洛斯的尸体推上了海岸。代达罗斯悲痛欲绝，将儿子埋葬在了海岛上。为纪念他的儿子，这座爱琴海背部的海岛被后人叫做伊卡利亚岛。
代达罗斯和伊卡洛斯的翅膀
风筝
代达罗斯和伊卡洛斯父子的传说反映了古希腊人对翅膀和飞翔的渴望，而这种渴望在人类文明中屡见不鲜。在2000多年前的东方，中国人就开始尝试制作飞行器了。据记载，世界上第一个风筝是由古代科学家墨子制作的，没错，就是诸子百家中的墨子，《韩非子·外储说》载：“墨翟居鲁山，斫木为鹞，三年而成，飞一日而败。”也就是说墨子受到鸟类飞行的启发，花了三年时间终于用木头制成了一只木鸟，但只飞了一天就掉落下来了。墨子制造的这只“木鹞”就是最早的风筝。墨子把制作风筝的技巧传给了他的学生鲁班，也就是我们常说的木匠的祖师爷。《墨子·鲁问》中记载“公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。”也就是说，鲁班在墨子设计的“木鹞”的基础上进行了创新，用重量更轻的竹子做风筝。鲁班把竹片用火烤弯曲，做成了喜鹊的样子，称之为“木鹊”，能在空中飞翔3天都不掉下来。
春秋战国时期（公元前770年-公元前221年），风筝还只是像墨子和鲁班这样的能工巧匠的试验品，而到南北朝（公元420年-公元589年）时，风筝制作技术已经非常普及，制作的材料也从木头、竹片变成了牛皮、布料、纸等重量很轻的材料。因材料变轻，风筝的质量和飞行高度相比之前有了质的飞跃，慢慢开始演变成传递信息的工具。据南史卷八十《侯景传》记载，南朝的“侯景之乱”中就有风筝的应用，“侯景之乱”是指南北朝时期南朝梁国的将领侯景发动的武装叛乱事件。侯景本来是北朝东魏叛逃的将领，被梁武帝萧衍好心收留。但侯景对梁朝与东魏结盟十分不满，于是在公元548年以“清君侧”为名义在寿阳（安徽寿县）起兵叛乱，仅用一年的时间就攻打到梁朝的都城建康（江苏南京），梁武帝和太子简文被侯景的叛军围困在都城中，粮草断绝，情况十分危急。当时的信息沟通十分不畅，都城被围困的消息，援军并不知道，因此，谋士建议用风筝向外求救，走投无路的梁武帝采纳了这个计策，命令太子简文在刮西北风时候将系有皇帝密诏的风筝在太极殿外放飞，希望能飞到援军处通风报信，可这终究只是一根救命稻草，徒有希望而已。风筝很快被叛军发现，用弓箭射落下来。不久之后，缺少粮草和援军的都城建康城被攻陷，梁武帝也被活活饿死。风筝虽然并未将那条救命信息传递出去，但它在人类飞行历史上刚刚出场，就写下了浓墨重彩的一笔，为人类征服浩瀚星空埋下伏笔。
唐朝（公元618－907）建立以后，社会很快走向安定和繁荣，传统节日重新开始盛行，之前作为军事上传递信息的风筝，随着传统节日清明的兴起，开始有了新的用途。在唐朝的清明时节，民间盛行扫墓、踏青、蹴鞠等习俗，儿童也开始放风筝，不过那时的风筝有个充满诗意的名字--纸鸢，一个像鸟一样的名字。唐代诗人唐采在《纸鸢赋》中描述了儿童放风筝的有趣过程：“代有游童，乐事末工。饰素纸以成鸟，像飞鸢之戾空；翻兮将度振沙之鹭，杳兮空光渐陆之鸿，抑之则有限，纵之则无穷，动息乎丝纶之际，行藏乎掌挥之中……。”从五代十国（公元907－960）开始，人们在纸鸢上加哨子，纸鸢飞上天空，由于空气流动的缘故，纸鸢上的哨子也被风吹响，就像是古筝发出的美妙音乐，因此，人们把带哨子的古筝称为“风筝”。到了宋朝（公元960－1279），风筝的流传更加广泛。宋朝时代的中国，已是世界上第一大经济体，文化经济都十分繁荣，手工业也开始兴起。这一时期放风筝开始成为一种老少皆宜的文体活动，也成了文人墨客创作的题材。宋朝大诗人陆游就曾在《观村童戏溪上》一诗中描述儿童骑竹马，放风筝的情形：“竹马踉蹡冲淖去，纸鸢跋扈挟风鸣。”不仅仅是诗人，北宋画家张择端绘制的《清明上河图》和画家苏汉臣的《百子图》里都有放风筝的生动景象。从此，风筝开始真正从军事用途的工具转变成人们休闲娱乐的玩具。
但风筝不仅仅是玩具，它在科学史上还有一席之地。相传在公元前5世纪时，古希腊的阿尔克达斯就发明了风筝，可惜后来逐渐失传。直到公元13世纪，意大利旅行家马可·波罗（Marco Polo）从元朝时期的中国返回欧洲后，风筝才开始在西方传播开来。1254年，马可·波罗生于威尼斯一个商人家庭，他的父亲尼科洛和叔叔马泰奥都是威尼斯商人。17岁时，马可·波罗跟随父亲和叔叔从陆路前往中国，历时约四年，于1275年到达元朝的首都--元大都（也就是今天的北京），与元世祖忽必烈建立了深厚的友谊。他在中国游历了17年，曾访问当时中国的许多城市，到过西南部的云南和东南沿海城市。回到威尼斯之后，马可·波罗在一次威尼斯和热那亚之间的海战中被俘，在监狱里口述旅行经历给狱友鲁斯蒂谦（Rustichello da Pisa），鲁斯蒂谦写出了著名的《马可·波罗游记》（Il Milione）。《马可·波罗游记》记载了马可·波罗在东方最富有最神秘的国家—中国的所见所闻，后来在欧洲广为流传，激起了欧洲人对古老东方的热烈向往，对以后新航路的开辟和大航海时代的开启产生了巨大的影响。西方地理学家还根据书中的描述，绘制了早期的“世界地图”。
富兰克林的雷电试验
1752年6月的一天，在波士顿的一个小农场上空，阴云密布电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）和他的儿子威廉一起带着一个装有金属杆的风筝来到了空旷地带。富兰克林高举起风筝，威廉则拉着风筝快速跑起来。由于风很大，风筝很快飞上了天空。突然，雷电交加，倾盆大雨落了下来。富兰克林和儿子一起用丝绸手帕拉着风筝线，两人交集地等待着。不一会，刚好一道闪电落到了风筝上，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，感到一阵恐怖的麻木感。他不禁陷入了狂喜，大声欢呼：“威廉，我们成功了！捉住闪电了！”随后，富兰克林立即将风筝上的电引入了用来储存电荷的莱顿瓶中。回到家后，富兰克林马不停蹄的进行了各种电学实验来研究闪电的性质，证明了闪电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质，弄清了神秘闪电的实质。富兰克林进一步研究，利用得到的电学知识制作了避雷针，他把几米长的铁杆固定在屋顶，铁杆上链接着一根导线，一直通到地面。当暴风雨天气来临，雷电袭击房子的时候，它就沿着铁杆通过导线到达地面，保证房屋建筑完好无损。尽管在今天看来，避雷针没有任何科技感，甚至给人一种古老的感觉，但它是人类在科学和技术这两个方面取得的来之不易的成就。同样，我们更不能低估它在人类与自然的斗争中的象征意义——它代表人类在哲学上可能取得的进步，以及胜利的天平正在向人类倾斜。
富兰克林风筝实验
风筝实验让富兰克林声名远扬，哲学家伊曼纽尔·康德把富兰克林称为“现代的普罗米修斯”，赞扬他为科学献身的精神。除了研究闪电，富兰克林同时也是出版商、印刷商、记者、作家、慈善家，更是杰出的外交家和发明家。他是美国独立战争时重要的领导人之一，参与了《独立宣言》，《1783年巴黎条约》，和《美国宪法》的起草和签署，并曾出任美国驻法国大使，通过游说成功获得法国支持，为美国独立立下汗马功劳。本杰明·富兰克林是一个在各个领域均有出色成就的奇才，他还发明了双焦点眼镜，新式火炉和新型路灯，而且是美国首位邮政局长。法国经济学家杜尔哥评价富兰克林：“他从苍天那里取得了雷电，从暴君那里取得了民权。”富兰克林去世后，人们为了纪念他对科学和人民的贡献，把他的头像印在最大面值的百元钞票上。
100美元
万万没想到的是，风筝这个2000多年前古老东方的发明物，居然穿越了漫长历史，在距离2万公里的美洲，帮助一个殖民地科学家了解了闪电的奥秘，成为了电学发展史中的里程碑之一，不得不再次让人惊叹技术神秘的发展轨迹，飞行技术的发展史同样体现了蜂鸟效应。
达芬奇手稿
18世纪末，佛罗伦萨是欧洲最著名的艺术中心和文艺复兴运动的发祥地，以美术工艺品和纺织品驰名整个欧洲。佛罗伦萨当时的统治者是美第奇家族，家族成员都是阿伟拉多骑士的后裔，传说这位英勇的骑士杀死了威胁四邻的巨人，他的壮举给查理曼大帝留下了深刻的印象，为了表彰他的功绩，查理曼大帝下令可以把他的盾牌作为他的个人勋章，也就是美第奇家族著名的徽章。
美第奇家族徽章
美第奇家族依靠货币交换和放高利贷在产生资本主义萌芽的佛罗伦萨迅速崛起，美第奇银行几乎掌握着欧洲最大的银行网络。银行家这个富有的角色并没有让美第奇家族不受任何的约束，与佛罗伦萨众多其他民众一样，美第奇家族的成员也是非常虔诚的基督徒，他们受到教会律法的约束。不过，家族的放贷行为却与基督教教义背道而驰。《圣经》上记载，放高利贷是有罪的，人类需通过劳动来赎罪，但是美第奇家族通过利息获利，没有创造出任何东西，所以当他们通过放贷获取的财富越多，他们的罪孽也就越深，十分害怕自己将来会下地狱。但丁在《神曲》中曾经描述过地狱第七层的放贷者们，他们所受的惩罚是手不在停地抖动，以偿还生前放高利贷的罪恶。
那么，如何在放贷与教义之间取得平衡呢？美第奇家族在漫长的岁月中找到了一条通往天堂之路——艺术。“资助艺术可以拯救灵魂”，这句话深深地烙刻在美第奇家族每一任族长的脑海里。它既成全了美第奇家族作为放贷者的赎罪之心，也成全了欧洲文艺复兴的繁荣与昌盛。
美第奇家族非凡的经历始于乔凡尼·美第奇，他出身贫穷，却是个十分精明的商人，在他的带领下家族渐渐变得富裕起来。1397年，乔凡尼在佛罗伦萨开办了第一家美第奇银行，随着时间的推移，他的家族银行分行开始遍布整个意大利。乔凡尼一生最大的赌注是压在了一个海盗身上——资助他竞选教皇。这名海盗就是巴尔瑟萨·科撒，最后成功坐上了教皇的宝座，也就是教皇约翰二十三世，乔凡尼成功了。有了教皇这个后盾，美第奇家族才真正意义上在佛罗伦萨崭露头角，乔凡尼的努力使得美第奇家族成为欧洲最富有的家族之一。1401年，美第奇家族终于找到了和艺术相关联的契机。这一年，佛罗伦萨圣母百花教堂西面的洗礼堂需要铸造一扇青铜大门，旨在弘扬上帝的荣光。此时的乔凡尼身为美第奇家族的族长是当时参与评选青铜门设计方案的委员会成员之一，评选结果是委任一名叫做洛伦佐-吉贝尔蒂（Lorenzo Ghiberti）的艺术家完成这一伟大的杰作。这座“天堂之门”的完成让乔凡尼大开眼界，他终于发现了艺术的伟大，并决定用自己财富支持文化和艺术的发展，希望能减轻自己的放贷的罪孽。
天堂之门
当美第奇家族的家族事业传至洛伦佐·美第奇时，无论是家族在佛罗伦萨地的影响力，还是文艺复兴的文化艺术都已经进入了全盛期。洛伦佐·美第奇成为了家族第二位著名的艺术赞助人，人们称他为“伟大的洛伦佐”（Lorenzo the Magnificent）。洛伦佐出众的鉴赏力得益于他受到的良好的贵族教育。相比于他的父亲的谨小慎微，洛伦佐·美第奇对艺术家的赞助和文艺复兴的发展贡献十分巨大，对他而言，生命最重要的意义就是创造艺术和美感。洛伦佐的伟大梦想就是重现古代艺术品的美丽与神秘，他长期资助培养年轻的艺术家们，希望借他们的手来实现梦想。在这些年轻的艺术家中，列奥纳多·迪·皮耶罗·达·芬奇（Leonardo di ser Piero da Vinci）无疑是最突出的一位。
1452年，达·芬奇出生在佛罗伦萨共和国的一个小城镇。他是欧洲文艺复兴时期著名的天才科学家、发明家、画家和生物学家。现代学者称他为“文艺复兴时期最完美的代表”和“人类历史上绝无仅有的全才”。达·芬奇少年时已显露艺术天赋，15岁左右到佛罗伦萨拜师学艺，师从佛罗伦萨著名金匠和雕刻家韦罗基奥，使他的艺术才华得到充分发掘和展现。他既多才多艺，又勤奋多产，最大的成就是绘画，杰作《蒙娜丽莎》、《最后的晚餐》、《岩间圣母》等作品，体现了其精湛的艺术造诣。1482-1513年期间，是达·芬奇艺术和科学研究生涯最辉煌的时期，在佛罗伦萨创作了举世瞩目的《蒙娜丽莎》，似笑非笑的《蒙娜丽莎》运用了透视法等多种绘画方法，十分神秘。同时，进行了大量科学研究，对人体解剖学，机器人，水下呼吸装置，军事机械，自动变速箱，密码筒提出了很多奇思妙想，并详细地画了草图，创作了13000多页的笔记和绘画手稿。
达·芬奇晚年被法兰西国王弗朗索瓦一世（François I）邀入法国，弗朗索瓦一世给予了他最高的礼遇，将其安置于昂布瓦斯城堡中的克鲁克斯庄园，并时不时地去请教艺术和哲学问题。1519年5月2日，年事已高的达·芬奇因病逝世，据说他是在赶来的弗朗索瓦一世怀中咽下了最后一口气。达·芬奇最钟爱的学生弗朗西斯科·梅尔兹说：“达·芬奇的死，对每一个人都是损失，造物主已经无力再造出一个像他这样的天才了。”达·芬奇临终前将大量的绘画作品和手稿都托付给了学生弗朗西斯科·梅尔兹，直到今天，保存下来的手稿大约有6000页。达·芬奇几乎全部的科研成果都保存在手稿中，爱因斯坦认为，达·芬奇的科研成果如果在当时就发表的话，科学技术革命能够提前30-50年爆发，达·芬奇的影响力可见一斑。
著名的达·芬奇手稿中，有几页十分不起眼，但却具有划时代的意义，它们的存在证明了科学巨匠达·芬奇对人类飞行发展史的巨大贡献。达芬奇手稿上记录着达·芬奇对鸟类飞行的研究，以及扑翼机和直升机的设计构想。即便是今天看来，也十分令人震惊。达·芬奇认为可以把鸟看做是一架按数学原理工作的机器，人有能力仿制这种机器，并模拟它的全部运动。
为了观察鸟的飞行，达·芬奇长时间待在野外观察，十分痴迷，也发现了许多有趣现象。例如，关于鸟翅膀的搧动方式，他注意到，鸟在空气中飞行运用翅膀和尾巴的方式，和游泳的人在水中运用双臂和双腿的运动方式十分相似。鸟改变飞行方向时，采取收缩一边翅膀长度的方法，鸟的尾巴有调整飞行高度的作用。实际上，现代飞机的水平尾翼（升降舵）和垂直尾翼（方向舵）就是仿照鸟类的翅膀和尾巴构造设计的。达·芬奇对鸟的双腿在飞行中的作用研究也极为细致。他发现，鸟在高速飞行时，双腿收拢，这是为了减少阻力；而在慢速飞行或降落时，双腿垂下，这样可以增大阻力，起到减速作用。现代飞机的起落架和减速板，几乎就是就是鸟的双腿的翻版。
达芬奇设计的扑翼机
达·芬奇在鸟类飞行研究的基础上，动手设计了扑翼机，1487年在手稿上画出了设计草图。他认为，人的臂力不足以搧动机翼，便让人俯卧，加上大腿的力量来驱动机翼。这样仍嫌力量不够，他又研究了采用机械动力的办法。扑翼机设计得相当精巧，翅膀由几根弯曲的金属杆连接的骨架，通过一套轮子和连杆，使每一根都产生多种弯度，从而达到模仿鸟的扑翼动作的目的。525年后，也就是2012年，达·芬奇的扑翼机梦想变为现实。加拿大科学家研制出首架由人力驱动、通过扑动机翼实现连续飞行的航空器--“雪鸟”。多伦多大学宇航研究院动力学博士托德·里克特驾驶雪鸟在加拿大安大略省的五大湖滑翔俱乐部成功完成首次处女航。雪鸟以平均25.6公里的时速在空中飞行了19.3秒，飞行距离达到了145米。雪鸟长32米的翼展接近一架波音737大型客机，但其重量只有42.6公斤。雪鸟扑翼机由飞行员在驾驶舱里蹬车轮提供动力，跟车轮连在一起的滑轮和绳索会带动机翼上下扑腾，产生向上向前的动力，这和达·芬奇设计的扑翼机原理十分相似。历史上有无数的梦想家都希望依靠自身的动力像鸟类一样在空中自由翱翔，雪鸟的发明意味着人类希望像鸟类一样飞翔的梦想初步变成了现实。从另一个角度来说也验证了达·芬奇设计的可行性，我们无法得知达·芬奇是否有将扑翼机制造出来，并试飞成功。但达·芬奇对飞行的奇思妙想，鼓舞了一大批为实现飞行梦想而奋斗的能人志士。
风筝和扑翼机都是人类为实现飞行梦想做出的伟大尝试，但要实现载人飞行梦想则还有一定的距离，直到1903年12月。这是一个再普通不过得冬天，对美国北卡罗来纳州小鹰镇的居民来说并没有什么特别，他们早已做好了迎接寒冷冬天的准备。没有人会注意到，此时此刻，在镇上一个杂乱的自行车修理铺里正站立着一对兄弟。他们互相看着对方，没有说话。兄弟中的一人把手中的硬币抛了出去，正面代表哥哥，反面代表弟弟。兄弟两个人死死地盯着那枚在空中翻滚着的，决定命运的硬币，他们心里十分清楚，如果被选中，等待他们的很可能是受伤，瘫痪，甚至死亡。之所以选择抛硬币的方式，他们不是不想冒险，而是不希望对方冒险。
硬币是正面，哥哥平静地朝着一架看起来十分古怪的鸟型机器走去，和弟弟一起将机器运到了空旷的田野上。伴随着震耳欲聋的轰鸣声，哥哥驾驶机器在加速后飞离了地面，还没来得及欢呼，机器却又重重摔落到地面上。万幸的是，哥哥并没有受伤，只是机器摔坏了。经过了一个多月的调试和维修，兄弟二人又一次站在了旷野上，身旁就是那台奇怪的机器，这次负责驾驶机器的是弟弟。这一天晴空万里，弟弟熟练地驾驶机器不断加速，终于成功了！这一次飞行持续了59秒，飞行距离为260米。59秒和260米，这两个十分不起眼，但就因为这两个数字，历史学家要把人类航空史分为两段来写——这是人类历史上第一次实现重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行。这一天是1903年12月17日，这对兄弟的名字如今已是家喻户晓：著名的莱特兄弟——哥哥名叫维尔伯·莱特（Wilbur Wright），弟弟名叫奥维尔·莱特（Orville Wright），他们驾驶那架十分古怪的机器就是大名鼎鼎的人工动力固定翼飞机——“飞行者一号”。
莱特兄弟
首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行——这是一句十分拗口的表达，但也恰恰说明莱特兄弟的伟大。像鸟儿一样挣脱重力飞向天空，一直以来都是人类的梦想。在莱特兄弟之前，人类第一次载人热气球飞行早在1783年就已经实现了。得益于化学工业的长足进步，氦气、氢气等低密度气体的批量制造成为可能，又诞生了比热气球更具优势的飞行器——飞艇。这类航空器都是轻于空气的，依靠的是浮力，所以又被称为“浮空器”。在热气球和飞艇蓬勃发展的时候，就有科学家宣称：重于空气的飞行根本不可能实现。然而，在一些航空先驱者眼中，“漂浮”从来不是理想的飞行，他们向往的是像鸟儿一样自由自在地翱翔蓝天。
重于空气的飞行器的研制一直以来面临两个瓶颈：一个是动力问题，另一个是飞行控制问题。对早期的飞行研究者来说，动力问题是一个无法解决的问题。由于技术的限制，能供他们使用的只有蒸汽机，但蒸汽机能量利用效率极低，而且非常笨重，根本不可能作为飞行器的发动机。任何事物的出现都有它相应得的时代背景，我们不能用上帝视角来看待技术的演变，而应该结合当时的历史背景，才会有清晰的结论。对于早期的飞行器研究者而言，想要飞行却没有动力，只能采用和风筝原理类似的滑翔机进行飞行试验。相较于动力问题，飞行控制问题就显得更为重要了，因为它关乎生死——不受控制的飞行和自杀没有区别。早期的滑翔机没有着陆架，必须降落在水上，因为降落在陆地上，往往会机毁人亡，每一次飞行试验，都是对驾驶员的生死考验。
在诸多航空飞行先驱中，德国人奥托·利林塔尔（Otto Lilienthal）是极具代表性的一位。他耗费数年时间仔细研究各种鸟类的翅膀结构和飞翔方法，尤其是注意到鸟翼面积与升力之间的关系。为此，他专门归纳了一个公式，用来计算鸟类飞行、滞空以及滑翔时所付出体力的大小。在这期间，李林塔尔受到风筝飞行的启发，制造了许多不同型号的滑翔机，在7年中共制造了18种型号。李林塔尔操纵这些外形颇像蝙蝠的滑翔机，从屋顶和山顶一次又一次试飞，虽然一再失败，却百折不挠，积累了丰富的操纵和滑翔经验。1889年，李林塔尔41岁时，潜心研究鸟类飞行和进行滑翔实验已有20多来年，他将自己多年来的研究和试验写成一本书《鸟类飞行——航空的基础》，将飞行和空气动力学联系起来。1896年8月9日，在一次滑翔试验中他从空中跌落，造成脊椎断裂，并于翌日去世。他的临终遗言是：“做一些牺牲是必须的。”
奥托·利林塔尔进行滑翔机试验
比起莱特兄弟，以奥托·利林塔尔为代表的很多航空飞行先驱的名字，并不为人所熟知，人们只记得第一次实现载人飞行的那个名字。然而，人类历史上任何伟大的创新，都不只是最后那个耳熟能详的名字就能完成的，牛顿、爱迪生、爱因斯坦……无不是站在前人工作的基础上才做出了最后的突破。我们应该庆幸，在人类族群中始终有这样一批人，他们孜孜不倦地追求真理，甚至不惜牺牲生命。他们中好多人的名字已经无从知晓，但是他们所创造的文明成果，将与世长存。
莱特兄弟是十分幸运的，在他们所处的时代，制造轻便的发动机已经成为现实，前人也已经在飞行试验中积累了大量的数据与经验。莱特兄弟天才的一面在于在具有同等的工业条件与知识储备的情况下，是他们完成了飞机飞行最后的突破。他们的贡献主要有两个：率先利用风洞实验进行空气动力学研究，以及解决了飞行控制问题。在莱特兄弟之前，人们要获得机翼的空气动力学数据，就必须进行一次滑翔机的飞行，代价和风险都十分巨大，极易发生机毁人亡的事故。莱特兄弟最开始也是如此，不过他们很快发现前人总结的飞行数据并不全部可靠。为了获得较为精确的飞行数据，他们想到了风洞实验。事实上，风洞并不是莱特兄弟最先发明的——世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆(E.Mariotte)在1869-1871年建成，目的是测量物体与空气相对运动时受到的阻力。风洞的的发明也受到了风筝的启发：放风筝时，要想风筝飞起来，就必须拽着风筝线不停地奔跑，而有风的时候就简单多了，可以站在原地，风筝自然而然地乘风飞起来。显然，不论是奔跑还是起风，想要让风筝飞起来就必须让风筝和空气产生相对运动。韦纳姆就是根据相对运动的原理，发明了世界上第一个风洞，他制作的风洞构造十分简单，在一个“筒”后面装一个风扇，当风扇运转起来时，把空气源源不断地吸进“管子”中形成一个风场。风扇之所以要将空气吸进来，是为了保证风向和风力大小的可控性，如果用风扇把风吹进风洞，吹进的空气会被风扇扰动成为了“乱流”，就不可控了，无法起到试验效果。
韦纳姆制造的风洞示意图
不同于为了获得飞行升力数据，一次次冒着生命危险进行滑翔机飞行试验的先辈们，莱特兄弟突发奇想，把机翼固定起来，给它吹风也能起到同样的效果。于是，他们制造了一个简单的风洞来进行飞行试验，这是历史上首次利用风洞进行飞行试验。虽然风洞构造十分简单，但作用却非常巨大。有风洞，莱特兄弟就能以极小的成本利用飞机模型进行上千次飞行实验，不断修正飞行器机翼的形状和角度，积累丰富的飞行升力数据，最终获得最理想的飞行器设计方案。
莱特兄弟进行飞行试验的模拟图
通过风洞解决了飞机的飞行动力学问题后，莱特兄弟开始着力攻克飞机的飞行控制问题。早期的滑翔机是靠飞行员扭动身体移动重心来控制飞行方向，这种设计是十分粗糙的，对驾驶滑翔机的飞行员身体素质和飞行经验要求极高，稍不注意，就无法平安降落。莱特兄弟通过总结前人进行滑翔机试验的经验，敏锐地意识到要想控制飞行的方向，就必须像鸟一样调节翅膀，以产生不对称的升力。1899年，莱特兄弟率先想到了用翘曲机翼的方法来实现飞行控制。翘曲机翼，也就是通过驾驶杆带动拉线扭转机翼，机翼的变形会改变飞机的姿态和产生不平衡升力。为了验证翘曲机翼的可行性，莱特兄弟先通过制作双翼风筝的方式，来熟悉控制效果。2000多年前诞生于古老东方的风筝，又一次在人类飞行历史中起到了至关重要的作用，不得不令人感叹科技演变的神奇！风筝试验证明了莱特兄弟的猜想，翘曲机翼是完全可行的，通过拉线改变双翼风筝的形状，可以控制风筝飞行的方向。风筝试验成功之后，他们又制造了多架装备有翘曲机翼的滑翔机，进行了两年左右的风洞飞行试验和超过1000次试飞后，莱特兄弟打造了第一架安装有翘曲机翼的飞机，并创造性地发明了三轴姿态控制技术。他们在飞机上设计了几个舵面，这几个舵面都通过拉线与驾驶舱中的驾驶杆相连。所谓三轴姿态控制，就是通过飞行员操纵驾驶杆带动拉线，使飞机机翼和尾翼上的舵面发生偏转，通过改变机翼的形状来实现控制飞行方向的功能，用机翼翘曲控制侧倾，前置升降舵控制俯仰，尾舵控制偏航。三轴姿态控制让飞机的飞行真正变得可以人为操控，具有划时代的意义。直到100多年后，欧洲空中客车公司于1996年4月研制生产的四引擎、555座级超大型远程宽体客机，航程15200千米，具有空中巨无霸之称的飞机--空中客车A380（Airbus A380），其飞行控制的基本原理仍旧是基于莱特兄弟百年前提出来的三轴姿态控制技术。
双翼风筝的设计图
飞机的升降舵和方向舵
莱特兄弟为他们的飞行控制技术申请了专利，为了保障商业利益，他们甚至要求有意向购买的对象都必须先签约，才有机会一睹莱特飞行器飞行的英姿。后来他们便常常把同行告上法庭，常年的专利诉讼客观上对飞机的早期发展产生了不利影响，但他们并不缺乏挑战者，发明家、航空爱好者格伦·寇蒂斯就是其中最著名的一位，他同样是经营自行车铺为生，和莱特兄弟有着非常相似的人生经历。寇蒂斯是一个非常酷的人，有许多非常酷的发明，甚至可以称他为19世纪的“乔布斯”和“马斯克”。热爱改装机器的寇蒂斯，给自行车装上了当时十分流行的内燃机，制造了八缸摩托车，骑起来非常拉风，关注度相当于现在的特斯拉电动跑车。八缸摩托车的速度可达103km/h的，而当时最快的奔驰Simplex 60hp汽车的时速为117km/h。仅仅数年之后，寇蒂斯凭借高超的内燃机制造技术，将八缸摩托车的速度记录提高到219km/h，远超当时最快的汽车速度。
寇蒂斯发明的八缸摩托车
当得知莱特兄弟的飞行者一号试飞成功后，寇蒂斯还曾致电兄弟俩，表示自能提供更好的发动机技术。但莱特兄弟拒绝了寇蒂斯的好意，同时加紧了飞行专利的申请。几个星期后，也就是1906年5月22日，莱特兄弟获批了美国专利号821393，专利内容为：在飞行中控制飞机的创新机制。寇蒂斯被拒绝后，并没有气馁，他另辟蹊径，受电话之父贝尔的邀约，加入到当时如日中天的空中实验协会AEA。虽然寇蒂斯有着高超的内燃机制造技术，但当时的飞机更为重要的是飞行控制系统。而这项技术，被莱特兄弟申请了专利，牢牢控制。寇蒂斯想要制造新式飞机，只能想别的办法了。
莱特兄弟申请专利证明
莱特兄弟关于翘曲机翼的天才设计具有划时代的意义，但并不是完美无缺。机翼的制作材料只能使用具有弹性的木材，种类非常少，而且飞机的控制效率也不高，导致飞机的性能和尺寸都受到了很大限制。寇蒂斯经过长时间的摸索，发明了一个既能避开莱特兄弟专利，又更加先进的飞行控制方式——副翼。副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一小块可动的翼面，为飞机的主操作舵面。通过改变主翼上的副翼角度，同样可以让升力改变，从而使飞机随意转向，这一设计比莱特兄弟的翘曲机翼更可靠，也更简便了，飞机副翼的设计也一直沿用到今天。1908年7月4日，寇蒂斯驾驶自行研制的“六月甲虫号”以每小时64千米的速度，成功飞行了1分42秒，共计1.81千米成的惊人距离，大大超越莱特兄弟创下的记录，这一成就使寇蒂斯获得了美国航空俱乐部设立的1908年度“科学美国人奖”。在场超过1000名观众，包括政府官员、记者，以及许多航空爱好者，都共同见证了人类历史上的伟大飞跃。
装有副翼的六月甲虫号
寇蒂斯的后来居上让莱特兄弟十分气恼，他们给寇蒂斯写信，表明寇蒂斯侵犯了飞行控制专利权，必须立即停止飞行或销售这种飞行控制方式的飞机。寇蒂斯拒绝支付专利费，还将自己研制的装有副翼的飞机以莱特兄弟五分之一的价格卖给了美国航空协会。莱特兄弟十分恼怒，开始起诉寇蒂斯和其他侵权的飞机厂商，当时有人嘲笑莱特兄弟：“只要有人跳到空中挥挥手臂，莱特兄弟就会把他告上法庭”。1914年，莱特兄弟赢得了专利官司，也让寇蒂斯的飞机公司几乎破产。法院判决在美国生产的所有飞机都需要向莱特兄弟支付售价高达20%的专利费用。莱特兄弟和寇蒂斯的专利之争也是波及到了美国整个飞机制造业。在第一次世界大战爆发时，德国后来居上研发生产出十分先进的军用飞机，而美国军方只能生产采用莱特兄弟专利生产的飞机，甚至还得还向协约国购买更先进的战机，莱特兄弟对技术的封锁可见一斑。出于国家安全考虑，美国政府开始干预这场专利之争，并推出了战时法律。政府督促所有的飞机公司整合为一个飞机制造协会，并在协会内共享飞行专利，开创了共享专利的先河。一百年后，特斯拉CEO埃隆·马斯克发布了一封公开信，宣布将免费公开特斯拉电动车公司的所有专利。马斯克在信中写道：“特斯拉曾经觉得有必要保护电动车专利，担心大公司剽窃技术，并以其强大的实力来打压特斯拉。但这种做法大错特错。事实恰恰相反，大公司的电动汽车项目规模都很小，电动汽车销量占总体销量的比例不到1％。相信特斯拉、其他电动汽车制造商以及整个世界都将受益于一个共同而快速发展的技术平台。”开源和共享专利表面上是让竞争对手占了便宜，然而竞争对手在使用特斯拉专利同时，也无形中提高了特斯拉技术的普适性，使得特斯拉在未来电动车行业技术标准制定中抢占了有利地位，在IT和互联网界也有许多这样的例子：80年代，IBM采取了开放电脑技术标准的策略，使得大量的PC兼容机厂商蓬勃兴起，这些PC兼容机厂商事实上也就成为了IBM的联盟，大量符合IBM电脑技术标准的软件相继被开发出来，而竞争对手王安电脑公司却因为不与IBM标准兼容而被淘汰。1991年10月，Linux操作系统的作者林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）把Linux操作系统上传到互联网，让所有人免费共享，连微软前首席执行官史蒂夫·鲍尔默(Steve Ballmer)也承认，Windows在网络服务器市场上败给了Linux；而后，谷歌以Linux为内核开发出Android操作系统，将Android系统免费提供给所有手机制造商，使得Android成为全球用户最多的手机操作系统。距离飞机专利共享过去了100年，但自由、平等、开放、分享的精神并未消散，而是得到了传承和发展。
美国政府的介入，结束了这场旷日持久的专利纷争，到19世纪20年代后期，美国飞机制造工业才再度腾飞，并在二战爆发时赶上了同盟国的水平。这场专利战对莱特兄弟的消极影响也是十分巨大的。1911年，哥哥威尔伯·莱特因专利官司积劳成疾，年仅45岁就英年早逝。同时，莱特兄弟由于忙着打官司，再也无心钻研飞机制造技术，导致飞机制造水平停滞不前。在1910到1911年期间，就有11人死于莱特兄弟制造的飞机失事。也正是这段时间，寇蒂斯的飞机制造技术也超越了莱特兄弟。1910年3月，寇蒂斯法国人查利·法布尔的启发开始研制水上飞机，他在飞机的起落架上安装船形浮筒，并进行是水上试飞。令人吃惊的是，寇蒂斯制造的飞机居然催生了舰载机航空母舰的诞生。
1910年11月14日，冬季的天空十分阴沉，下着雨夹雪，这一个是航空母舰发展史上极为重要的一天。在美国弗吉尼亚州的水道上，由两艘驱逐舰护卫下的“伯明翰”号巡洋舰缓缓驶入了切萨皮克湾。这次，“伯明翰”号一改往日形象，在舰首安装了一个长达25.3米、宽7.2米的木质平台，平台上十分醒目地地停放着一架寇蒂斯制造的双翼飞机。下午3点左右，天气逐渐晴朗，“伯明翰”号巡洋舰起锚开始逆风行驶，美国飞行员尤金·伊利（Eugene Ely）驾驶这家双翼机摇摇晃晃地飞离了舰上的木质飞行平台，飞行了4千米后降落在海滩上，抢在了德国人之前完成了舰载飞机的首次试飞――开创了舰载飞机弹射起飞的历史，航空母舰的雏形就这样诞生了。飞机和航空母舰就好像是开花植物和蜂鸟，相互成就，一起共同进化。正如我们在第一章中所讨论的，原始民族对太阳图腾的崇拜，促进了轮子的产生，改变了人类的交通方式。技术演变的蜂鸟效应无处不在，它就像是一个催生婆，帮助新的生命和新的技术破土而出。
此后，美国海军开始向寇蒂斯购买改装后的水陆两用飞机，这也成为美国海军的第一批飞机，海军航空兵从此诞生。1913年，寇蒂斯相继推出了A-2、A-3、A-4等型号的水上飞机。在当年的6月13日，寇蒂斯的A-3型机创造了美国水上飞机飞行高度1890米的纪录。当时恰逢第一次世界大战，寇蒂斯备受美国军方信任，在政府的支持下建造了当时世界上最大的飞机制造厂，为一战中协约国的胜利奠定了坚实的基础。直到现在，美国海军航空司令部大厅的天花板上仍然悬挂着寇蒂斯A-1型水上飞机的模型，来纪念寇蒂斯在人类飞行历史上不可磨灭的功勋。
寇蒂斯A-1型水上飞机
反观莱特兄弟，因在飞行技术上故步自封，导致大量飞机失事，在1915年后，他们就没卖出过一架飞机了。莱特兄弟的专利内容不仅在于“翘曲机翼”，还包括所有通过调整机翼角度和形状产生升力的方法。专利内容太过于宽泛，会扼杀创新和竞争，导致技术停滞不前。正如科技思想家凯文·凯利在《科技想要什么》一书中表达的观点：作为整体，科技不是由线路和金属构成的一团乱麻，而是有生命力的自然形成的系统，它的起源完全可以回溯到生命的初始时期。正如生物进化具有一定的趋势和方向，科技的进步和发展也有规律可循。对科技的封锁只能带来短期的利益，却失去了科技发展的多样性和科技进步的长期效应。而开放、共享和多样性才是科技这个系统生命体不断自我革新，不断进化的原动力。当然，人无完人，莱特莱特虽然造成了一定的技术封锁，但他们创造的历史功绩，是再多的专利费都无法衡量的，可以这么说，他们让人类真正开始征服天空，完成飞天梦想，开创了一个飞行者的时代。莱特兄弟俩都终身未婚，将一生都投入到了伟大的飞行事业中，他们常常自嘲，“没有同时应付一位妻子和一架飞机的时间”。
未完待续
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