1903年,美國萊特兄弟駕駛飛機飛行成功,標誌著人類征服了天空。萊特兄弟的功績是偉大的,然而我們不能忘記美國另一位航空先驅者的貢獻。他對航空學的研究,他製造的能載人的飛機以及著名的試飛,都推動了萊特兄弟的成功,而且在航空發展史上譜寫了光輝的篇章。他就是美國著名的天文學家和航空學家塞繆爾·皮爾龐特·蘭利(Samuel Pierpont Langley,1834-1906年)。
蘭利1834年8月22月出生於美國馬薩諸塞州的羅克斯伯里,1851年高中畢業後,有14年主要在中西部從事市政工程和建築業,是有名的建築設計師和土木工程師。蘭利自幼喜歡天文,曾自製過望遠鏡,在工作期間,一直是一名業餘天文學家。1864年他30歲時,決定放棄本行工作,改做職業天文學家。為此,他還遠航到歐洲,花了一年時間去訪問科學學會、天文臺以及物理學研究中心。
1865年,蘭利回國後擔任了哈佛天文臺助理。兩年後應聘到安納波利斯海軍學院擔任數學講師,後來成為該院的天文臺臺長。1868年,蘭利到匹茲堡大學任天文學及物理學講師,並任該校的阿勒格尼天文臺主任。
阿勒格尼天文臺沒有新穎的天文儀器,無法更好地進行天文研究。為丁籌款添置設備,蘭利便設法解決一些實用問題。他看到美國大地上正在形成巨大的鐵路網,但卻沒有一種規定鐵路時間的標準方法,於是他設計了一種系統,可以自動及同時把根據天文測算而得的準確時間通知各線,每天兩次,賓夕法尼亞鐵路公司購用了他的辦法。很多年內,該公司屬下各火車站都遵循著這種劃一的、準確的時間。
在以後16年中,蘭利主要從事純科學問題的研究,因而在研究太陽的問題上取得了很大的成就。
蘭利探究了日斑(太陽黑子)的本質問題。當時關於日斑的本質有種種不同的解釋。蘭利不同意這些解釋。他用肉眼觀察日斑,研究日斑結構。後來他又用有限的設備進行觀察。他看出,日斑是太陽表面上一些很大的、向內轉動的漩渦。他認為,日斑是圓形的口子或極大的漩渦,在旋轉時發生的機械作用把太陽赤氣層的氣體吸收下去。後來的研究成果證明,蘭利的這種看法完全正確。
蘭利研究了太陽光譜問題。為了測量太陽輻射的熱量,蘭利進行了一年多的研究,於1880年製成一種測熱計:電阻測輻射熱計。1881年,他發表了論文《電阻測輻射熱計與輻射能》,此文至今仍是科學著作中的經典文獻。蘭利利用電阻測輻射熱計來研究整個光譜,發現了以前從未有人研究過的紅外線光譜中的一段光譜。
蘭利還試圖測定太陽熱在剛要進入地球大氣層時的總熱量,即太陽輻射的不變定量。蘭利經過反復測算,對太陽輻射的不變定量作了一些新的判斷。
蘭利在理論科學方面作了如此多的重要貢獻,因此在國內和國際上都被推崇為第一流的科學家。1878年,他擔任了史密遜博物院的副院長;1887年擔任院長,直到1906年。在擔任院長的19年中,蘭利主要是從事航空學的研究工作。
1886年,蘭利參加美國科學促進會年會時,聽到一篇有關鳥類飛行的論文報告,立即重新燃起他昔日對飛行所產生的興趣。他想起兒時常常躺在田野里,仰望鳥兒伸張若似乎完全不動的雙翼飛掠而過的情景。他覺得奇怪:為什麼體重比周圍空氣重幾百倍的鳥類,竟能浮在大氣的海洋上?
幾百年來,人們以為鳥類撲動翅翼,所以才能飛行。最初有人打算建造飛行機,就是以這種原理為根據的。那麼,這種公認的鳥類飛行原理對不對呢?蘭利重新作了一番思考,並且開始了這項研究。國立科學院也從巴赫基金中撥款資助他。
1887年,蘭利進行了一系列的實驗來斷定比空氣重的機器通過大氣層飛行時的法則。1891年,他發表《空氣動力學實驗》,論證了重於空氣的飛行器飛行的可能性。1893年,他又出版《風的內部活動》一書,對鳥類的飛行原理作了明確合理的解釋。接著,他又自行建造了小的模型飛機,測驗牠們飛行的性能。這些模型飛機是用小型汽油發動機推進的,以大約40英尺的直徑兜圈子凌空飛翔。
1896年,蘭利又建造出新的模型飛機,這種飛機的兩翼伸展達12英尺,機身長15英尺,採用蒸汽發動機。蘭利從一艘停泊在波托馬克河中的住家船上將這架26磅的模型機發射到空中,望著它飛行了半英里路,在發動機停止後平安地降落下來。這以後不到半年,蘭利又造了一架更大的模型機,叫作「飛行機6號」。1896年11月28日,這架飛行機飛行了34英里,飛行速度達到每小時30英里。
蘭利製造的重於空氣的、不載人的、採用蒸汽機推進的飛行機試飛成功,這是他對航空事業的一大貢獻。此時,他這樣寫道:「我已經把看來是專屬於我份內的這部分工作——表演給人們看:機器飛行是可以實現的—告一段落,下一個應走的步驟是依靠商業和實用的需要而發展這個觀念,大概應該由別人進行了。」
蘭利確實盼望別人進一步發展航空學。當時美國的軍事人員們聽說外國政府都認為飛行機器可能成為戰爭的新武器,便對航空學產生興趣。1898年,美西戰爭爆發。美國由陸海軍軍官組成的一個委員會馬上著手研究蘭利的工作,並提出報告,認為製造一架比空氣重的飛行機器來進行空中偵察,是很可行的。於是國防部撥了5萬美元作進一步研究、製造並試驗這種機器之用。蘭利受邀負責這項工作。史密遜博物院也增撥2萬美元協助這項試驗。
這樣,蘭利馬上動手設計並製造大到足以容納一位駕駛員的飛行機。到1903年,飛行機終於製成了。它長55英尺,寬48英尺,翼展面積達1040平方英尺,以汽油發動機為動力。蘭利帶人將飛行機抬到特製的船頂上,然後將船和飛行機一起拖到距華盛頓約40英里的波托馬克河上一處地方,等待試飛。
第一次試飛是在1903年10月7日,控制這駕飛行機的是蘭利的工程師曼利。結果飛行機的前部被夾在發射車上,連人帶機都掉進河裡,幾乎造成一場大慘劇。兩個月後,即在1903年12月8日,進行第二次試飛。結果由於發射設備發生故障,那架修好的飛行機和駕駛員再度跌入河中。當時美國各報向全國報道了飛行機試飛失敗的消息,而且還用難聽的字眼批評了蘭利。年近70的蘭利,受到沉重的打擊。他回到了史密遜博物院,恢復他的太陽輻射研究工作。國防部也不再撥款讓他繼續進行飛行機研究了。
就在蘭利的飛行機試飛出事後9天,即在1903年12月17日,萊特兄弟駕駛的飛行機在北卡羅來納的基蒂霍克飛行成功,人類終於征服了天空。蘭利自己雖然失敗了,但是對同胞取得的這種重大勝利感到欣喜異常。當然,萊特兄弟也沒有忘卻蘭利的成就對他們的鼓舞,他們感激蘭利。
1906年5月22日,萊特兄弟獲得製造飛機的專利權。在這之前3個月,即1906年2月27日,蘭利因患中風,在南卡羅來納的艾肯去世。蘭利的友人們曾設法為他爭取榮譽,他們認為是蘭利造成了第一架能載人的飛行機。如果蘭利在世,他不會同意朋友們去爭論誰先發明飛機的問題,更不會讓朋友們去
為他爭取榮譽。蘭利一生審慎誠懇,避免爭辯,冷靜沉默,終身未娶,過著相當僻靜的生活。他極力傳播科學知識。他是美國科學促進會的主席,美國哲學會副主席,國立科學院評議會評議員。
蘭利在研究製造飛機方面做出了重大貢獻。為了紀念他的功績,1922年下水的美國第一艘航空母艦,是採用他的名字,弗吉尼亞州諾福克附近的機場,也被命名為蘭利機場。