直升機發明第 110 年，飛起來避開擁堵的嘗試隨著新技術再次開始 | 好奇心商業史

唐納德·特朗普作為美國總統的第一年不怎麼順利。就任之初的白宮幕僚走了大半、限制移民的總統令被多次駁回、稅改法案國會也進展緩慢。

但他二十多年前的一個創業夢想意外實現了：避開擁堵的車流，搭直升機從鬧市區去機場趕飛機。

1989 年特朗普買下了一家航空公司改名「特朗普航空」（Trump Shuttle），開始在紐約曼哈頓的商業區和拉瓜迪亞機場之間利用直升機提供短途航班服務，廣告語是「六分鐘從華爾街到機場」。

那年特朗普 43 歲，對政界表現出興趣剛剛兩年。不過他的航空生意沒有政治生涯遠，特朗普航空創辦 3 年後就經營不下去，讓未來的總統背負了 1.35 億美元債務。

直升機「通勤」在特朗普就任總統後變成了現實。

特朗普去華盛頓以外的城市都是在安德魯斯空軍基地搭乘「空軍一號」。他從白宮南草坪登上總統專用直升機「海軍陸戰隊一號」，只需要不到 10 分鐘就可以抵達機場。如果開車，哪怕有特勤局開道，這段路無論如何也要走 30 分鐘。

巧合的是，「特朗普航空」的直升機是西科斯基 S-61。27 年後，特朗普總統專機「海軍陸戰隊一號」就改裝自 S-61 的軍用版本 SH-3「海王」。

如今，距離法國人保羅·科爾尼 1907 年第一次試飛成功直升機已經過去了 110 年。

這 110 年裡，有多家商業公司像特朗普航空一樣試圖將直升機變成城市快速通勤的工具，但它們無一例外的失敗了。直升機出行依然是權貴的特權。

今天大部分直升飛機在軍隊或者消防隊、警隊等專業機構中服役。

現在隨著無人機和電動技術的成熟，新一批商業公司開始鼓吹新的飛行出行的未來：Uber 說以後打飛機會像坐出租一樣容易；空中客車說以後的無人機會和現在的遙控玩具差不離；中國公司吉利還買下了一架飛行汽車創業公司，宣稱 2020 年讓人坐上。

直升機和飛機的原理相似，誕生也依靠內燃機的發明

直升機使用與固定翼飛機相似的原理：直升機至少有兩片旋翼，這些旋翼具有與固定翼飛機相似的特殊造型，旋翼依靠轉軸圓周運動，就如同固定翼飛機在空氣中前進，從而提供升力，進一步升空。

人類從仿生學中模仿垂直飛行，比「仿生學」這門學科成型都要早，比如最早出現在中國晉朝葛洪所著的《抱朴子》中的「竹蜻蜓」：三片旋翼、木質轉軸、用牛皮環提供動力。

1480 年代，著名畫家、發明家達芬奇也曾經設計過想像中的垂直起降飛行器模型。在他的「飛行螺絲」畫作中，「直升飛機」沒有旋翼，由一個螺旋型的布制結構提供升力，他設想這個機器用螺旋彈簧提供動力，可以乘坐一個人升空。

1861 年，「直升機」這個詞是由法國發明家 Gustave de Ponton dAmécourt 提出，意思就是「螺旋的翼」。在那之前和之後，有眾多工程師試圖設計這種機器，但因為蒸汽機體積過大，內燃機還未成熟，沒有一架直升機離開過地面。

1878 年，義大利人 Enrico Forlanini 製造了一個用蒸汽機驅動的無人駕駛直升機，這架機器離開地面 12 米，懸停了 20 秒，飛機和地面之間有軟管連接，無人乘坐。

托馬斯·愛迪生也參與過直升飛機的發明，他曾參與設立了一個 1000 美元的發明基金，用來獎勵成功造出直升飛機的人。愛迪生自己設計的原型從未成起飛過，還曾在動力試驗中發生了事故，燒傷了一名工人。

1907 年，在萊特兄弟的「飛行者號」第一次動力飛行四年後，法國人保羅·科爾尼坐著讓自己設計製造的直升機，第一次穩定離開地面。這架機器被公認為直升飛機的誕生。

這架直升機有兩個 6 米直徑的旋翼，左右並排排列，朝不同的方向旋轉來抵消旋轉產生的力矩，在空中保持穩定。直升飛機安裝了一台法國 Antoinette 公司生產的 24 馬力的汽油內燃機提供動力，駕駛員就坐在發動機後面，位於兩個旋翼之間。

但法國工程師保羅·科爾尼的這架直升機僅僅是離開地面懸停過而已，它並不能真的受控飛行。

1907 年 11 月 13 日，保羅·科爾尼駕駛這架直升機離開地面 2 米左右，維持了不到一分鐘的飛行。後來的研究證明，這架直升機實際上缺少必要的控制設備，它沒有辦法轉向或是朝著某個方向前進。

在 1907 年試飛成功之後，保羅·科爾尼也放棄了這個設計，之後也沒有在直升機上有什麼突破，主要靠自行車製造維持生計。

在真正的直升機之前，旋翼機被更早的投入使用：

旋翼機和直升機的區別在於旋翼機的旋翼並沒有發動機驅動旋轉，這種飛機還有另一個螺旋槳提供向前的動力，旋翼會在飛機向前運動時被空氣吹動旋轉，同時提供升力。

旋翼機結構比直升機簡單，不能垂直起降，但是能提供比固定翼飛機更好的低速性能。

世界上第一種具有成熟功能和可控制性能的直升機，1936 年誕生的德國福克-沃爾夫 Fw 61，就是基於 Cierva C.30 旋翼機的原理設計的。

從外形上看，福克-沃爾夫 Fw 61 和現在常見的直升飛機區別有點大，它有兩個三葉旋翼，左右布置，機身就是另一種固定翼飛機 Fw44 改裝，機頭上還有一個固定翼飛機那樣的螺旋槳。

但實際上，這架飛機的主要動力和控制都是由旋翼提供，機頭上的螺旋槳主要作為低速和懸停時為發動機降溫，提供的前進力量佔比很小。

福克-沃爾夫 Fw 61 優秀的性能受到了德國軍方的好評。它可以垂直起降，最高時速 112 公里每小時，續航里程 230 公里，升限 3400 米。但在隨後的第二次世界大戰里，剛剛誕生的直升機被認為缺乏實戰能力，不管是福克-沃爾夫 Fw 61 還是更先進的 FA 223，都僅用來偵查、運輸和醫療，沒有大規模列裝。

現代直升機的樣子 1940 年代已經確定，最大的挑戰是操縱

總統特朗普的專機「海軍陸戰隊一號」基於西科斯基「海王」直升飛機改裝。

西科斯基公司是世界上最重要的直升機製造商之一，它的創始人伊戈爾·西科斯基也是現代直升機的發明者。

1889 年，伊戈爾·伊萬諾維奇·西科斯基出生在俄羅斯帝國境內，也就是今天的烏克蘭基輔。大學教育之後，他在 1914 年開始的第一次世界大戰期間，作為工程師就開始參與固定翼飛機的設計。

1917 年，西科斯基在俄國布爾什維克革命中被迫害，後逃往法國繼續從事飛機製造工作。但 1919 年一次大戰結束，沒有政府繼續資助飛機工業，他移民前往美國。

在美國，他投入了美國軍方的訂單中：第一架實用性軍用直升機。

西科斯基的 VS-300 直升機開創了「單旋翼-尾槳」結構，這種結構沿用至今，是目前應用最廣泛的直升機結構。

所謂「單旋翼-尾槳」，這種直升機具有一個流線型的機艙，頂部安置一個大尺寸的旋翼，葉片數量不定；旋翼由一個發動機驅動，1950 年代以前多為內燃活塞發動機，之後的主流是渦輪軸發動機；發動機同時通過傳動機構驅動一個位於飛機尾部，垂直安置的小型螺旋槳，叫做「尾槳」。

尾槳是一個重要的發明，因為只要是由旋翼驅動的直升機，隨著旋翼的轉動，飛機會自然產生一個令機身旋轉的扭矩，如果沒有抵消的結構，機身就會轉個不停。尾槳可以抵消它。

但單旋翼加上尾槳的結構更為簡單。從 VS-300 開始，幾乎所有的直升飛機都使用類似的機構進行控制：飛行員兩腿之間的周期變距操縱桿（Cyclic Control），軍用名為迴旋操縱桿控制主旋翼平面朝任意方向傾斜，就像打傘一樣，此時直升機會保持機頭方向不變，同時向操作桿移動的方向傾斜並前進。

駕駛員座位旁有一個像汽車手剎一樣的總距操縱桿（Collective Pitch Control），軍用名為集體操作桿，可以控制發動機的轉速以及旋翼的傾角，以便讓旋翼產生不等的升力，控制飛機上升和下降。

駕駛員腳下還有兩個腳蹬（Anti-torque Pedals），軍用名為尾舵，主要控制尾槳的出力大小，讓直升機自然產生的轉矩控制機身旋轉，從而控制機頭的朝向。

總而言之，直升機駕駛員需要兩隻手、兩隻腳一起工作，才能令直升機平穩飛行。在現代直升機上，部分操作由計算機自動控制，減輕了直升機飛行員操作的複雜性，但原理不變。

相比之下，固定翼飛機飛行員就簡單一些，他們雖然也需要手腳並用，但絕大部分固定翼飛機只要飛在空中，就處在一個自然穩定的狀態。就像在高速路上開車一樣，飛行員只需要握住操縱桿，保持航向就可以。而直升機飛行員控制的機器則是一個隨時會朝著意想不到的方向運動的不穩定物體，就像騎一輛自行車，需要時刻保持操縱才行。

之後的直升機有許多改進，但安全和學習成本限制了它的使用

今天的直升機已經擁有不錯的性能，目前，全世界飛得最快的直升機是韋斯特蘭 WG.13 山貓，1986 年創下了 400.86 公里每小時的直升飛機飛行速度紀錄。

大部分直升飛機的巡航速度都在 300 公里每小時上下，比如著名的西科斯基 UH-60「黑鷹」直升機，巡航速度為 301 公里每小時，而使用原理類似的渦輪螺旋槳發動機的飛機，巡航速度至少 500 公里每小時。

對於不受道路影響、直線飛行的直升機，300 公里的時速可以在城市裡甩開任何汽車。

直升機還有一種結構變體，這種結構變化大到美國聯邦航空局已經不認為它是「直升機」，而是「短距/垂直起降飛機」：波音-貝爾 V-22「魚鷹」傾轉旋翼飛機。

這種飛機安裝兩台左右並列的渦輪軸發動機，和兩幅相對較小的三葉旋翼。在起飛階段旋翼向上，飛機以直升機的姿態起飛；兩台發動機可以同步旋轉，在起飛過程中逐漸轉向朝前的方向，飛機也逐漸轉變成傳統飛機的姿態，升力也主要由機翼部分提供。

V-22 具有其他直升機不具備的性能，他能攜帶最多 9 噸載荷，以超過 440 公里每小時的速度巡航，航程 1600 公里以上，這是普通直升機完全不具備的性能優勢。

從最初的西科斯基 VS-300 到今天的魚鷹，直升機基本原理沒變，但技術水平已經提升了很多。

今天的直升機雖然還需要踏板、操縱桿一起操作，但已經變成了計算機輔助控制。以 V-22 魚鷹來舉例，當駕駛員操作兩腿之間的迴旋操縱桿時，雖然飛機依然會隨著控制桿改變飛行方向和姿態，但這個過程是計算機協調了方向舵、發動機升力以及旋翼迎角一起輸出的操作。

但有一件事情沒有變，就是直升機的安全性。

相對於固定翼飛機，直升機最大的優勢在於垂直起降。這個特性允許這種飛機只要有一片空地就可以起降，可以在固定翼飛機不具備條件的地方工作。比如在目標上空以任意高度懸停，在山頂起降，甚至倒退，從而完成救援、人員和裝備投送、定點觀察等工作。

與此同時，直升機因為更靠近地面，比固定翼飛機更容易面臨危險。作為民用用途，容易碰到樹木、大樓和電線等障礙物；作為軍用，直升機執行的任務以低空飛行為主，遇險時成員根本沒有條件展開降落傘。同時，靠近地面的飛行意味著空氣動力條件更為複雜，會出現例如地面效應、渦環、葉片失速、尾槳失效等問題，這個時候直升機難以控制，只能墜地。

突襲本拉登住所時，美國特種部隊的一架直升機墜毀，並不是因為遭遇抵抗，而是因為懸停時高溫和高牆影響了旋翼產生的氣流。儘管它的飛行員身經百戰，但直升機還是失控迫降。

軍隊可以承受事故和人員傷亡。但民用領域不一樣，一次惡性事故就可以毀掉一個生意。

1950 年代開始的直升機通勤服務，毀於三次惡性事故

1956 年，紐約有一家名為「紐約航空」的公司，嘗試推出了直升飛機通勤服務，從曼哈頓直達紐約肯尼迪機場的定期航班。

紐約的兩座機場離市區較遠，這種服務的對象是那些需要快速從紐約鬧市區前往機場的人。這種「飛行公交車」一天飛行數班，全程僅需要 10 分鐘，票價相當便宜，僅相當於今天的 40 美元。

1960 年代，隨著紐約曼哈頓島上建立了新的直升飛機機場，紐約航空的直升飛機直接降落在東碼頭的直升飛機機場，這裡距離曼哈頓下城和華爾街只有一步之遙。1964 年，從紐約市的肯尼迪機場到紐瓦克機場之間每天有 32 班直升飛機航班，返回市區有 33 班直升飛機航班。

但好景不長。

1963 年 10 月 14 日，一架紐約航空的波音 BV 107-II Vertol 雙旋翼直升飛機從肯尼迪機場經華爾街飛往紐瓦克機場途中發生機械故障墜毀，6 人喪生。

1977 年 5 月 16 日，紐約航空一架西科斯基 S-61L 直升飛機正在曼哈頓島中城的泛美大廈樓頂機場停靠時發生側翻，轉動的旋翼當場殺死四人，掉落的葉片還砸死了大廈樓下一名行人。事故發生之後，泛美大廈樓頂的直升機停機坪永久停業。

1979 年 4 月 18 日，紐約航空一架西科斯基 S-61L 直升飛機從紐瓦克機場起飛時尾槳斷裂，飛機從 45 米空中墜落地面，3 人死亡，13 人重傷。

這次事故之後一個月，紐約航空申請破產。

後來，特朗普航空試圖重啟這個業務。1989 年，特朗普航空開始用三架西科斯基 S61 直升飛機與兩架波音 234 雙旋翼直升飛機，在紐約拉瓜迪亞機場和華爾街之間提供定期航班，每天 9 班，票價 199 美元。

但是特朗普趕上了 1990 年海灣戰爭帶來的油價飛漲，航空煤油同樣來自石油，1992 年，特朗普航空因業績不佳被收購更名，航班停飛。

隨著無人駕駛和電動車的到來，一批公司重新構想城市裡的飛行通勤

2016 年，Uber 宣布了一個名為「Uber Elevate」 的飛行車計劃，計劃在鬧市區和郊區之間提供「飛行計程車」的服務。2016 年 4 月，Uber 宣布它的飛行車將在 2020 年之前進入迪拜和美國達拉斯兩座城市，2017 年 11 月，Uber 又宣布將進入美國洛杉磯，還計劃和 NASA 一起，開發一個「空中計程車」的管理系統。

Uber 飛行車到底什麼樣子，其實現在還完全沒有頭緒。不過從目前做著同類研究的公司來看，它得是無人電動直升機。

航空巨頭空中客車去年發布了一份「無人駕駛空中計程車」的計劃「Vahana」，還公布了概念圖。這架飛機將具有八具電動螺旋槳發動機，並且安裝在兩組「傾轉旋翼」上。飛機可以搭載一個人垂直起飛，升空之後發動機轉向朝前，飛機平飛，之後可以垂直降落。在遇到危險情況時，飛機會彈出一個降落傘帶走乘客。

德國初創公司 Volocopter 走得更遠些。9 月份，他們在迪拜舉行了一場試飛，一架看上去就像是放大版遙控玩具的飛機，裝有 18 片旋翼，可以以每小時 30 英里的速度飛行 30 分鐘。

為了應對飛行故障，飛機還配有備用電池，即使遇到最糟糕的情況，飛機上還有為乘客準備的降落傘。這家公司目前已經獲得 2500 萬歐元的投資。

中國公司在這個方面也有動作。7 月份，吉利宣布要買一家美國飛行汽車公司 Terrafugia，上周兩家公司正式簽了收購協議，協議沒有公布交易的價格，但是公布了新公司的人員任命和產品計劃。吉利表示，將全力支持 Terrafugia 的飛行汽車計劃。

吉利購買的 Terrafugia 公司。他們在 2014 年推出了一款飛行汽車，這種車看上去就像是短粗版的小型私人飛機，只不過機翼可以摺疊，車身可以縮小到允許在路上行駛的程度。

這種飛行汽車還需要滑行才能起飛，換句話說，它其實只是一架體積較小的電動飛機。Terrafugia 的願景是在未來幾年內推出和 Uber、空中客車非常類似的垂直起降飛行汽車。在官方網站上，羅列了這種計劃中的飛行汽車各種參數，但最關鍵的動力部分依然是語焉不詳。

商業公司捲土重來是因為新技術。首先是電動化。

過去，絕大部分直升機使用渦輪軸發動機，這種發動機性能強勁同時效率也不錯，但噪音巨大，而且需要專業人員頻繁維護。但 Uber 和空中客車等公司提出的未來「空中汽車」概念，使用電動機的設計可以改善這個問題。

電動機的體積、重量和噪音都比渦輪軸發動機小得多，他們之間的區別就像大疆遙控無人機和噴氣式客機那樣明顯，一台電動無人機能發出的最大噪音，就是旋翼拍動空氣發出的聲音。

因為電動機體積更小，未來的「飛行汽車」可以比現在的直升機體積更小，結構更簡單，同時安裝更多的旋翼和發動機。過去，一台直升機最多兩個旋翼，基於渦輪軸發動機的傳動結構，旋翼越多結構越複雜。但電動機沒有這個問題，可以每一個旋翼就是一台單獨的電動機，目前展出的原型機已經有很多 4 旋翼、8 旋翼甚至更多。

這樣一來，直升飛機的安全問題可以解決一部分：當旋翼數量足夠多的時候，一台發動機失效就不再是「黑鷹墜落」那樣的災難性事故，飛機依然可以安全著陸。

同時，自動駕駛技術的發展抹除了直升機駕駛員培訓的問題。

過去，一架直升機至少需要一位駕駛員，在直升機駕駛員稀缺的情況下這本身就是問題，而且在建築密集的城市中飛行，人類的感官也許是不夠適應複雜的飛行條件的。但計算機技術的發展可以讓未來的電動直升機完全無人駕駛，乘客只要輸入地址就行。

但是，「空中汽車」依然不會在短時間內出現在你的生活里

最根本的是電池問題。現階段，電動汽車的電池問題還遠遠沒有解決，大部分電動汽車選擇了 300 公里這樣一個折衷的續航里程，來平衡充電時間與電池重量。少數電動汽車，比如特斯拉，選擇裝上大容量電池來保證續航。

但在飛機上，「堆電池」是完全不可行的。汽車上裝更多的電池，電動機僅僅在加速時才會為拖著電池走付出更多電力。但在飛行中，電池重量的影響更大。

目前沒有一個公司拿出關於續航的保證。飛行中可能遇到天氣問題、冬天電池性能也會受影響。在北京這樣的大城市，航程如果低於 150 公里，基本飛去機場就不能保證回來了。而大容量電池充電是很慢的。如果載兩人飛一次就得充電，它一天也就飛不了幾次，直接導致成本的上升。

此外泛美大廈頂上的事故證明，城市裡的飛行交通工具責任格外重大，因為任何事故可能都會殃及行人和建築。

雖然 Uber 等公司說明，未來的飛行交通工具都會具有螺旋槳，可以安全降落，但一旦出事故這些飛車最終都需要落地，而垂直起降的飛機容錯空間很小，在建築密集的城市中發生意外將是災難。

另一個問題是成本。

1990 年代「特朗普」航空的失敗，證明了一件事：時間沒那麼值錢。即使在紐約曼哈頓這樣的城市，華爾街的銀行家們也不大需要為前往機場節省一個小時的時間。

現在就更不需要了。在人人聯網、飛機都在普及 WiFi 的現在，人們對通勤時間的要求更低了。

但直升機的電動化有機會讓目前已經在用直升機的一些行業受益。

執法部門說不定可以依靠電動直升機改變反應速度。今天每個城市都有特警隊，全副武裝解決暴力犯罪。但受限於路況，他們很難即時趕到現場。目前更多是碰運氣一樣開車在城市中巡邏。

少數城市，比如面對恐怖襲擊威脅的倫敦，現在直接用 V-22 魚鷹運輸陸軍特種部隊反制恐怖襲擊。但這成本相當高昂，平均飛一小時要花 8.3 萬美元。他們不會因為一般的暴力事件出動，哪怕生命受到威脅。

免去駕駛員和高昂維護費用之後，類似《少數派報告》里警察從天而降，像蝙蝠俠那樣總能即時趕到現場成為可能。

過去，民用直升機做醫療運輸是主要功能之一。在未來，廉價的電動直升機因為可以節省飛行員和維護人員，從而價格更低，普及到更多醫院。

現在，也許只有心臟移植的病人才願意花很多錢「享受」直升機醫療服務。未來，也許城市中嚴重車禍的傷者也可以被快速送往醫院保住性命。

這些都是可以承受較高成本來換取時間的機構。

避開交通通勤這事，在電池技術有什麼突破之前是指望不上了。

題圖/美國空軍

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