ประวัติของอากาศยาน
มนุษย์ได้เอาใจใส่ในเรื่องการบินมานานก่อนพุทธกาล ดังปรากฏในการแต่งหนังสือของชาติ ที่เจริญรุ่งเรืองในโบราณสมัย มีชาติจีน กรีก และโรมัน ได้เรียบเรียงเป็นนิยายเหาะเหินเดินอากาศไว้มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งพระเอกหรือผู้สำเร็จวิชาการ ต้องเดินอากาศได้เสมอ
รูปสเกตช์ของลีโอนาร์โด ดา วินซี
ในบางแห่งมีการใส่ปีกมนุษย์ เพื่อบินได้อย่างนก ดังปรากฏที่หลุมฝังศพ ของกษัตริย์อียิปต์โบราณองค์หนึ่ง มีรูปแกะสลักเป็นหลักฐานแสดงว่า เมื่อ ๑,๑๐๐ ปีก่อนคริสต์กาล มาถึงสมัยต้นพุทธกาล ก็มีผู้เริ่มทดลองทำปีกยึดเข้ากับแขนจริงๆ แล้วพยายามกระโดดจากที่สูง ตั้งใจจะบินหรือร่อนลงมา แต่ขาดความรู้ในหลักเกณฑ์ และทฤษฎีการบิน ในที่สุดปีกไม่ใหญ่ หรือดีพอจะช่วยยกน้ำหนักของตัวเองไว้ได้ ก็ตกดิ่งลงมาตาย
ราวๆ พุทธศักราช ๓๐๐ ปรากฏในพงศาวดารว่า จีนคิดสร้างว่าวขึ้นใช้ในการสื่อสารของทหารสำเร็จ ต่อมา ชาวอินเดียได้เอามาใช้บ้าง จนถึงกับชาวยุโรปนำเอาเข้าไปแพร่หลายในบ้านเมืองของตน แต่หามีผู้เอาใจใส่ส่งเสริมให้ว่าวเจริญขึ้นกว่าเดิมไม่ จนถึงสมัย พ.ศ. ๒๐๐๐ เศษๆ มีจิตรกรและนักประดิษฐ์ชาวอิตาเลียนชื่อ ลีโอนาร์โด ดา วินซี (Leonardo da Vinci) แถลงว่า การที่จะใช้ปีกช่วยบินให้สำเร็จ ก็ต่อเมื่อได้ศึกษาซาบซึ้ง ถึงอาการที่อากาศไหลผ่านส่วนโค้งของปีกนกเสียก่อน เพื่อจับหลักสมภาคของกำลังต่างๆ ที่จะบินไปนั้น วินซียังได้คิดแบบร่มชูชีพ และเฮลิคอปเตอร์ มีภาพเขียนไว้ในสมุดบันทึกรูปจำลองต่างๆ คงได้ทำขึ้น แต่ไม่มีประวัติการทดลอง
เครื่องบินจำลองของสตริงเฟลโลว์ ใช้กลจักรไอน้ำเป็นกำลังฉูดให้บินได้สำเร็จ แต่ไม่สามารถบรรทุกนักบินหรือผู้โดยสารใดๆ ไปได้
ในปี พ.ศ. ๒๓๙๑ ชาวอังกฤษชื่อ สตริงเฟลโลว์ (Stringfellow) ได้คิดสร้างเครื่องบินจำลอง ปีกชั้นเดียว ปีกเสี้ยมเรียวเล็กลงไปที่ปลาย ส่วนบนโค้งนิดหน่อยที่ชายปีกไหวตัวได้หางยาวเป็น ส่วนพอดี ใช้ใบพัดสี่กลีบสองข้าง ใช้ไอน้ำเป็นบ่อเกิดแห่งกำลังฉุด เครื่องบินจำลองนี้แขวนไว้ที่ลวด เมื่อแล่นตามแนวลวดไปตัวเครื่องบินก็เริ่มยกขึ้นเอง เมื่อถึงปลายลวด เครื่องจะสลัดตัวหลุดออก แล้วบินไปโดยลำพัง ในการทดลองคราวนี้ บินไปได้ ๔๐ เมตร ชนกับผ้าใบที่ขึงกั้นเอาไว้ เลยตกลงมา นับว่า เป็นการบินครั้งแรก ที่ทำได้ปลอดภัย ด้วยอากาศยานที่หนักกว่าอากาศ แต่ไม่มีคนขับขี่ ชาวอังกฤษผู้นี้หยุดการทดลองเสีย หาได้ทำให้ความสำเร็จนี้ใหญ่โตพอที่คนจะบินได้ไม่
ศาสตราจารย์ชาวอเมริกันชื่อ ซามูแอล พี แลงลีย์ (Samuel P. Langley) ได้ทำการทดลอง กฎการรับน้ำหนักของแพนอากาศ ซึ่งเป็นแผ่นพื้นที่ราบบางเคลื่อนที่ในอากาศด้วยความเร็ว และมุมปะทะต่างๆ โดยใช้โต๊ะหมุนรอบๆ ตัวด้วยมุมชันขึ้นทีละขั้นๆ ยิ่งกว่านั้น ยังได้สร้างเครื่องบินจำลองปีกสองชั้น มีหาง มีเครื่องบังคับแบบอัตโนมัติ ในการทดลองสามารถบินวนอยู่ได้กว่า ๓ รอบ คิดเป็นระยะทางกว่า ๑,๐๐๐ เมตร รัฐบาลอเมริกันมองเห็นประโยชน์จึงอนุมัติเงินให้สร้างขนาด ใหญ่ต่อมาอีก ๕ ปี ก็สร้างสำเร็จ เป็นรูปเครื่องบินสองปีกเรียงตามกัน ใช้เครื่องยนต์ ๓๐ แรงม้า ฉุดใบพัดทั้งสอง การทดลองได้ปล่อยเครื่องบินจากเรือนแพในน้ำ เสาค้ำปีกหน้าเกาะติดอยู่กับรถ ซึ่งใช้เป็นลานบิน ช่างเครื่องปลดเสานี้ให้หลุดออกจากรถนั้นช้าไป จึงเป็นเหตุให้หัวเครื่องบิน เงยขึ้นไม่สำเร็จ ในที่สุดก็ตกน้ำห่างออกไปราวๆ ๑๐ เมตร การทดลองครั้งที่สองเมื่อได้นำมาซ่อม แล้วปรากฏว่า เสาค้ำปีกหลังไม่ยก แต่ลากไป ทำให้ปีกหลัง และหางชำรุด เป็นอันว่าการบินนี้ไม่สำเร็จ การทดลองได้ล้มเลิกไปเพราะท่านศาสตราจารย์แลงลีย์ตาย
นอกจากการทดลองด้วยเครื่องบินจำลองแล้ว ยังมีพวกนักร่อนซึ่งฝึกใช้ปีกพยุงตัวเองลงมาจากที่สูง เพื่อหาความชำนาญ และความรู้ เกี่ยวกับการบิน ชาวเยอรมันชื่อ ออตโต ลิเลียนธาล (Otto Lilienthal) เป็นผู้นำคนแรกที่ทำการร่อนได้สำเร็จจำนวนมากครั้งที่สุด รูปร่างเครื่องร่อนคล้ายนก ซึ่งมีแต่ปีกและนักร่อนแขวนตัวเองไว้กึ่งกลาง ขยับตัวเองให้เลื่อนไปมา เพื่อใช้น้ำหนักถ่วงเครื่องร่อน ให้ทรงตัวอยู่ในลักษณะอาการที่ต้องการ ในการร่อนครั้งต่อๆ มาจึงคิดใช้หางเสือขึ้นลง มีเชือกล่ามติดเข้ากับศรีษะ ผงกลงข้างหน้า หรือแหงนกลับหลัง เพื่อบังคับเครื่องร่อนลง หรือ แฉลบขึ้น ในลมซึ่งมีความเร็ว ๓๒ กิโลเมตรต่อหนึ่งชั่วโมง ลิเลียนธาลสามารถร่อนไปได้ตรงๆ และระดับในโอกาสที่ลมแรงมากๆ เขาก็ปล่อยให้ลมยกตัวขึ้นโดยไม่วิ่งไปข้างหน้าเสียเลย และหลายครั้งที่ปรากฏว่า ตัวลอยขึ้นสูงกว่ายอดเขา แต่ตามปกติมักจะเสียความสูงไปราวๆ หนึ่งในสาม ของระยะทางที่ร่อนได้ เพื่อทดลองเครื่องบังคับหางเสือขึ้นลง ลิเลียนธาลร่อนเข้าไปในอากาศมวล เครื่องร่อนเสียอาการทรงตัวมากจนแก้ไม่ทัน หัวปักลงมาชนพื้นดิน ต่อมาอีก ๒-๓ ชั่วโมงก็เสียชีวิต เมื่อ พ.ศ. ๒๔๓๙ แต่สถิติการทดลองต่างๆ เกี่ยวกับรูปร่าง ลักษณะ และส่วนโค้งของปีก ฯลฯ เหล่านี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับช่วยให้คิดสร้างเครื่องบินสำเร็จในกาลต่อมา
เครื่องบินปีกสองชั้น ของ ซามูเอล พี แลงลีย์ กำลังทดลองบินขึ้นจากแพ แต่ไม่สำเร็จ
สองพี่น้องชาวอเมริกันสกุลไรท์ (Wright) เมื่อยังเด็กได้ประกอบภารกิจในโรงพิมพ์ส่วนตัว ต่อมา จึงเปลี่ยนโรงพิมพ์เป็นโรงสร้างจักรยาน ซึ่งให้บทเรียนในเรื่องจักรกลมาก ทั้งสองคนเอาใจใส่ในวิชาการร่อนของลิเลียนธาล เป็นพิเศษ และลงแรงลงทุนศึกษาสถิติ ที่นักร่อนผู้มีชื่อได้ทำไว้ ยิ่งกว่านั้นยังได้หาหนังสือของนักร่อน หรือหนังสือ ที่เกี่ยวกับวิชาการบินต่างๆ มาศึกษา และเริ่มงานโดยการค้นหาวิธีที่จะอยู่ในอากาศให้ได้นานพอ หาความคุ้นเคย และการเรียนรู้สภาพของการบินได้
ออดโต ลิเลียนธาล กำลังทดลองร่อนลงมาจากที่สูง
จากตารางแสดงความกดของอากาศบนปีกปรากฏว่า พื้นที่ปีกประมาณ ๑๘ ตารางเมตร จะทรงตัวอยู่ในอากาศได้ ภายใต้ความเร็วของลม ๒๓ กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งมีอยู่ตามชายทะเลตลอดเวลา ไรท์ลงมือสร้างเครื่องร่อนเครื่องแรก ปีกสองชั้นหางเสือขึ้นลงติดอยู่ข้างหน้า เพื่อช่วยให้ศูนย์ถ่วง บนปีกคงที่ ข้างหลังมีแพนหางคล้ายเครื่องบินปัจจุบัน การทรงตัวทางข้างและการบังคับให้ปีกเอียงนั้น เขาคิดทำปลายปีกให้ดัดงอขึ้น หรืองุ้มลงได้ หรืออีกนัยหนึ่งก็คือ ทำให้มุมปะทะที่ปลายปีกทั้งสองต่างกันได้ในทางตรงกันข้ามนั่นเอง ตัวนักร่อนจะต้องนอนบังคับเครื่อง เพื่อลดความต้านทานของอากาศลงให้เหลือน้อยที่สุด
การพัฒนาเครื่องร่อนทั้ง ๓ ระยะ
ของพี่น้องสกุลไรท์
ในฤดูร้อนปี พ.ศ. ๒๔๔๓ ก็ได้ทดลองจริง และพบสถิติใหม่ๆ ซึ่งต่างไปกว่าเก่า ส่วนการบังคับเครื่องตามที่คิดขึ้นนั้น เป็นผลดีเกินคาด ในปีต่อมา จึงสร้างเครื่องร่อนเครื่องที่สอง มีพื้นที่ปีกโตกว้างกว่าที่ทำมาแล้ว แต่ใช้สถิติของการทดลองครั้งก่อนเป็นหลัก เช่น ทำปีกให้โค้งมาก เมื่อร่อนขึ้นจริงปรากฏว่า ใช้หางเสือขึ้นลงลำบาก จึงลดส่วนโค้งลงให้พอดี การร่อนคราวต่อๆ มา ก็ได้ส่วนสัมพันธ์ของแรงยก การเซแรงต้าน และความกดของอากาศบนส่วนโค้งของปีกด้วยมุมปะทะต่างๆ จึงนำมาใช้สร้างเครื่องที่สามในปีต่อมา ซึ่งมีขนาดเท่าเดิม แต่เบากว่ามาก รวมน้ำหนักทั้งนักบินด้วย หนักเพียง ๑๒๐ กิโลกรัมเท่านั้น มีหางเสือเลี้ยวเพิ่มขึ้น สองพี่น้องทำการร่อนถึง ๑,๐๐๐ ครั้ง เพื่อทดลองความแข็งแรง อาการทรงตัว การตอบการบังคับ และความ สามารถในการขึ้นลงด้วยความเร็วสูงในลมแรง ผลเป็นที่พอใจอย่างยิ่ง สองพี่น้องสกุลไรท์ได้คิด สร้างเครื่องยนต์ขนาดเล็กกำลัง ๑๖ แรงม้า นำไปติดให้แน่นอยู่บนปีกชั้นล่างของเครื่องบิน ใช้โซ่เชื่อมต่อกับแกนของใบพัด ซึ่งติดอยู่ที่กึ่งกลางปีกทั้งสอง ใบพัดซ้ายหมุนขวา แต่ใบพัดขวาหมุน ซ้าย เพื่อให้เกิดแรงฉุดตรงๆ เครื่องบินนี้มีพื้นที่ปีกเพียง ๔๖ ตารางเมตร มีหางเสือเลี้ยวสองอัน และสร้างในลักษณะ ซึ่งเมื่อบังคับให้ปีกงุ้มแล้ว หางเสือนี้จะบิดไปในทางที่จะทำให้เครื่องบินเลี้ยวเข้าวงพอดี นักบินนอนบนปีกล่าง เพื่อลดความต้านทาน และบังคับปีกให้งอนหรืองุ้มโดยการเคลื่อนตัวไปมาทางข้าง ส่วนหางเสือขึ้นลงนั้นมีลวดโยงมายังคันบังคับ เครื่องมีน้ำหนักไม่ถึงครึ่งตัน สองพี่น้อยคำนวณว่า จะสามารถทำการบินไปได้ด้วยความเร็วประมาณ ๕๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง
เครื่องบินนี้ไม่มีล้อ มีแต่โครงโลหะเป็นฐาน เมื่อจะขึ้นก็วางเครื่องบินลงบนรถสองล้อ ซึ่งแล่นไปบนรางไม้เดี่ยว เพื่อให้ได้ความเร็วต้นโดยเร็ว สองพี่น้องเชื่อมั่นในความสำเร็จ จึงออกบัตรเชิญมหาชนมาชมการบิน ในวันที่ ๑๗ ธันวาคม พ.ศ. ๒๔๔๖ เวลาเช้าอากาศค่อนข้างหนาว ลมเหนือพัดมาแรงราวๆ ๓๐-๔๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง จึงมีชาวบ้านออกมาชมเพียงห้าคนเท่านั้น วิลเบอร์ (Wilbur) พี่ชาย ติดเครื่องยนต์ ออร์วิลล์ (Orville) น้องชายนอนบังคับอยู่กึ่งกลางปีกล่าง เร่งเครื่องยนต์ ปล่อยเครื่องบินให้วิ่งทวนลมไปตามรางเดี่ยว ที่หาดชายฝั่งทะเล ตำบลคิตตีฮอว์ค (Kitty Hawk) มลรัฐแคโรไลนาเหนือ ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวิ่งไปบนรางได้ระยะทาง ๑๒ เมตร เครื่องบินยกตัวเองขึ้นจากรถ ไต่ขึ้นตามการบังคับของนักบิน จนถึงระยะสูงประมาณ ๓ เมตร ออร์วิลล์จึงบังคับให้บินด้วยความเร็วพื้นประมาณ ๑๖ กิโลเมตรต่อชั่วโมง ในเมื่อความเร็วอากาศ ประมาณ ๕๐ กิโลเมตรต่อชั่วโมง เพราะมีลมต้านด้วยความเร็ว ๓๔ กิโลเมตร ความสูงเพียง ๓ เมตรนี้ สองพี่น้องเลือกไว้บินในครั้งแรกใกล้ๆ พื้น เพื่อความปลอดภัย แต่ระยะสูงเพียงนี้ ไม่พอที่จะลองเลี้ยว หรือเอียงปีกดูความคล่องแคล่ว ของเครื่องบิน ในลมแรงๆ เพราะนักบินเอง ก็ยังไม่ทราบถึงลักษณะอาการของเครื่องบินนี้มาก่อน จึงทำการบินอยู่เพียง ๑๒ วินาทีเท่านั้น ในการทดลองครั้งต่อๆ มา วิลเบอร์ได้ทำการบินเองบ้าง ครั้งที่สองที่สามก็ค่อยๆ บินนานขึ้นทุกที จนครั้งที่สี่บินอยู่นานถึง ๕๙ วินาที ได้ระยะทางบนพื้น ๒๖๐ เมตร ความจริงนักบินยังไม่อยากจะลง แต่เมื่อผ่านกองทรายไปแล้ว ก็พยายามกดหัวเครื่องบิน เพื่อบินต่ำๆ แต่เพราะใช้หางเสือขึ้นลงมากไป หัวเครื่องบินดำลงโดยเร็ว วิลเบอร์แก้ไขไม่ทัน เครื่องบินเลยกระทบพื้น และขณะที่จอดนิ่งอยู่นั้น พายุพัดมาอย่างแรง ทำให้ชำรุดทำการทดลองต่อไปอีกไม่ได้
เครื่องบินสองเครื่องยนต์ ปีกสองชั้น ของพี่น้องสกุลไรท์ได้ทำการบินสำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก ที่ตำบลคิตตีฮอว์ค มลรัฐแคโรไลนาเหนือ ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อ ๑๗ ธันวาคม พ.ศ. ๒๔๔๖
เป็นอันว่า สองพี่น้อง ออร์วิลล์และวิลเบอร์ ไรท์ ได้รับเกียรติให้เป็นผู้คิดสร้างเครื่องบิน ซึ่งขึ้นสู่อากาศจากพื้นระดับ ด้วยกำลังฉุดของตัวเอง บินไปได้ตามความต้องการของผู้ขับขี่ เครื่องบินนี้มีกำลังพอยกตัวเองได้ และแข็งแรงพอจะทนการกระแทกในการลง และสามารถบินในอากาศที่มีลมพัดแรงๆ ได้ แม้ว่าเครื่องจะชำรุด แต่การทดลองเท่าที่ทำมาแล้ว ได้ผลเป็นที่พอใจอย่างยิ่ง
บอลลูนบรรจุควันไฟของมองต์โกลฟิเยร์ ซึ่งเป็นอากาศยานประเภทเบากว่าอากาศ ที่นำมนุษย์เหาะได้เป็นครั้งแรกของโลก เมื่อ ๑๕ ตุลาคม พ.ศ. ๒๓๒๖
ความสนใจของผู้คิดค้นในเรื่องการเดินทางไปในอากาศ แต่แรกนั้น เป็นไปในด้านอากาศยาน ประเภทเบากว่าอากาศก่อน ดังจะเห็นได้ว่า ประมาณ ๑๐๐ ปี ก่อนที่ออตโต ลิเลียนธาล จะประสบ อุบัติเหตุเสียชีวิตในการทดลองเครื่องร่อนของเขา คือเมื่อ พ.ศ. ๒๓๒๕ นายช่างทำกระดาษชาว ฝรั่งเศส ชื่อมองต์โกลฟิเยร์ นำกระดาษมาทำเป็นถุงใส่ควันเข้า แล้วปล่อยไว้ภายในห้องนั่งเล่นของเขา ปรากฏว่าลอยได้ ต่อมาเขาได้ทดลองลอยถุงผ้าบรรจุอากาศร้อนหรือควันไฟนี้อีกหลายครั้ง จนในที่สุดสามารถแสดงการลอยบอลลูนให้ประชาชนดูเมื่อ พ.ศ. ๒๓๒๖ ลูกบอลลูนขนาด ๒,๒๓๐ ลูกบาศก์เมตร ทำด้วยผ้าลินินตัดเป็นชิ้นๆ ติดต่อกันด้วยกระดุมให้เป็นลูกกลม มีกระดาษ รองซับในเพื่อกันรั่ว เมื่อบรรจุก๊าซร้อนเข้าไปเต็มที่แล้วปล่อย ลูกบอลลูนขึ้นได้สูงถึง ๒,๐๐๐ เมตร และเคลื่อนที่ไปตกห่างจากจุดปล่อยประมาณ ๒,๐๐๐ เมตรเช่นกัน ในปีเดียวกันนั้นต่อหน้าพระที่ นั่งพระเจ้าหลุยส์ ที่พระราชวังแวร์ซายส์ (Versailles) มองต์โกลฟิเยร์ ได้ทดลองปล่อยลูกบอลลูน พร้อมทั้งแกะ ไก่ และเป็ดอย่างละหนึ่งตัว ขึ้นไปอยู่ในอากาศได้ถึง ๘ นาที จึงลงมาห่างออกไปจากจุดปล่อยสองกิโลเมตร โดยสัตว์ทั้งหมดปลอดภัย อีกหนึ่งเดือนต่อมาเขาสามารถทดลอง ปล่อยบอลลูนที่มีผู้โดยสารไปด้วยถึงสองคนได้เป็นผลสำเร็จ
อากาศยานที่ทำด้วยก๊าซร้อนนี้ มีกำลังยกประมาณ ๑ ลูกบาศก์เมตรต่อ ๑.๒๗๗ กิโลกรัม และสามารถอยู่ในอากาศได้เท่าที่ก๊าซยังคงร้อนอยู่ ดังนั้นจึงไม่สะดวกที่จะเป็นพาหนะจริงๆ เมื่อมองต์โกลฟิเยร์ทดลองครั้งแรกๆ นั้น ก็มีการทดลองทำบอลลูนใช้ก๊าซไฮโดรเจนด้วยเหมือนกัน
เมื่อวันที่ ๑ ธันวาคม พ.ศ. ๒๓๒๖ นั้น ชารลส์ (Charles) และโรแบร์ต (Robert) ได้สร้างลูกบอลลูนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ๙ เมตร บรรจุอุปกรณ์เครื่องวัดอากาศพร้อม เช่น เครื่องวัด ความกด เครื่องวัดความชื้น เครื่องวัดอุณหภูมิ ฯลฯ มีลิ้นสำหรับระบายก๊าซที่ส่วนบน มีกระเช้าผู้โดยสารโยงลงมา และอื่นๆ ที่จำเป็น
ชารลส์และโรแบร์ต ใช้ก๊าซไฮโดรเจนใส่บอลลูน ซึ่งทดลองปล่อยให้ลอยอยู่ในอากาศได้ถึง ๒ ชั่วโมง
เมื่อ ๑ ธันวาคม พ.ศ. ๒๓๒๖
บอลลูนนี้ถูกนำออกไปปล่อยให้ลอยอยู่ในอากาศถึงสองชั่วโมง เดินทางไประยะไกล ๔๓ กิโลเมตร จึงลงสู่พื้นดิน จัดว่า มีการประดิษฐ์อากาศยานชนิดใหม่ขึ้นได้แล้วอย่างแน่นอน เพราะในจำนวน ๑,๐๐๐ คนแรกที่ได้ทำการทดลองต่อๆ มาเป็นอันตรายถึงเสียชีวิตเพียง ๘ คน จึงนับว่า เป็นอากาศยานที่ปลอดภัยพอใช้ได้ตั้งแต่นั้นมา