读书笔记：历史的问题，从来不只属于历史

本文来自微信公众号： 余晟以为 ，作者：余晟

我最近在看《Digital Apollo》，讲的是上世纪美国“阿波罗”飞船登月的电脑系统设计的故事。具体问题的讲解当然也很有趣，但我觉得最有趣，也是对当下参考价值最大的，是书的前半部分，关于飞机、飞行控制的系统和思想发展的介绍。所以，我做了一些摘录和介绍，希望对读者有用。

0.“把人送上去，并带回来”

许多人都记得肯尼迪总统（JFK）的豪言壮语：

First,I believe that this nation should commit itself to achieving the goal,before this decade is out,of landing a man on the moon and returning him safely to the earth（美国要在这个十年内把人送上月球，并把他带回来）。

肯尼迪说的是“把人送上月球并带回来”。这句话今天常被讨论的是“man”这个词是否包含性别偏见，但更值得注意的是另一个细节：这个“人”，在句子里是一个被动的对象——他是被送上去的，也是被带回来的。

这与飞行早期的观念形成了鲜明对比，“人”是怎样从主体变成客体的，这个过程值得仔细探究。

1.飞行员与烈马

1903年莱特兄弟发明飞机时，情况与1960年代截然不同。莱特兄弟不只是发明了飞机，他们也定义了“飞行”，定义了怎样开飞机——飞机“必须要有人开”，才能飞起来。人完全是主体，飞机完全是客体，飞行员驾驶飞机，应当像老练的骑手去驯服烈马一样自然。

可是，从莱特兄弟首飞到肯尼迪的演讲，前后不过六十来年，“人”和“飞行器”的角色却发生了根本性的对调，这一切是如何发生的？

回到莱特兄弟的年代，飞行带有明显“牛仔式”的冒险精神，所以在那个时代，各种各样的人勇敢投身飞行，无论出身背景，都无所谓，是彻底的“英雄不问出处”。那个时代的飞机，也是出了名的难以操纵，据统计，一战中英国在训练中损失的飞行员比战场上还多。尽管如此，仍然有许多人热爱飞行，因为他们可以随心所欲地操纵飞机，自由自在地释放个性。至于那些驾驶起来“四平八稳”的飞机，一般都是被飞行员看不起的。

随着技术的发展，越来越多的仪器设备被装进了飞机。准确的高度计取代了模糊的气压表，精密的陀螺仪取代了简陋的指南针，在肉眼看不到地平线时，人工地平仪可以仍然让飞行员知道哪里是天哪里是地。所以，飞行员们不得不改变自己的传统，学会识别驾驶舱内的各种仪表，但飞行员其实是非常抗拒的。1930年，一位飞行员曾说：刚开始，我们对科学一窍不通，我们没有机会，也没有必要去接触技术文化。

2.相信自己，还是相信仪表

这时候，推动“仪表进座舱”的关键人物出现了，他就是杜立特（James "Jimmy" Doolittle），也就是在珍珠港事件后带领编队轰炸东京而闻名全世界的那位。杜立特很早就意识到，“工程师认为飞行员都是玩飞机的疯子，而飞行员觉得工程师只会摆弄各种死板的规则，捣鼓一堆不中用的蹩脚货，所以，应当想办法填补这条鸿沟”。

1925年，杜立特在麻省理工学院获得了航空学（Aeronautics）的博士学位，这也是这个领域的第一批博士，之后他进入美国陆军航空队（当时美国空军还没有独立成军），主管试飞。为了让飞行员接受仪表、相信仪表，杜立特在1929年做了一次“全盲飞行”——把座舱用帆布遮住，完全靠仪表和无线电辅助，执行从起飞到降落的完整飞行。杜立特的冒险成功了，很明显，仪表并不比人差。

在杜立特大力提倡“仪表进座舱”之前，关于飞机的“工程学”只有两大领域：空气动力、引擎。所有人重点关注的是飞机造型如何，发动机有多强。在杜立特的带领下，一种新的工程文化诞生了，飞机必须装备足够多足够准确的仪表。伴随而来的，是涌现出的一大批仪表设备的制造商，在后来的阿波罗计划中，许多制造商都做了很大贡献。

随着仪表的不断增加，工程师想到的下一步，自然就是“仪表能不能不只是给飞行员提供信息，而是直接介入到飞行控制中？”这种“闭环系统”的思想在二战中迅猛发展，而且在其它领域取得了丰硕成果——在军舰上，雷达确定了敌舰方位之后可以联动舰炮自动开火，大大提升了战斗力。

其实，问题在这时候已经发生了变化：飞行不再只是“人如何操控机器”，而是“人是否愿意相信机器”。

但是，许多飞行员对于“仪表直接介入飞行”，仍然是很介意的。

3.司机，还是飞人

长期以来，对于“飞行的本质是什么”这个问题，有两大对立的流派：chauffeurs（司机派）和airmen（飞人派）。

前一派认为，飞机应该像汽车一样稳定，飞行员不操作时也应自动保持状态。后一派的观点则是，飞行本质上是不稳定的，必须依赖飞行员持续控制。

粗看起来，后者有点不可思议，“能不用人管的事情为什么要人去管？谁愿意无时不刻盯着飞机？”其实，这样的活动在生活中并不罕见。比如骑自行车就是，自行车自己是无法保持平衡的，全赖骑车人随时随地调整重心，否则就会摔跤。既然大家骑自行车并不觉得累，那么，开飞机也应当是同样的道理。

不过即便如此，迫于一项现实的压力，飞行员也愿意“有限度”接受仪表干预：军用飞机在二战中迅猛发展，无论是战略轰炸还是夺取制空权，飞行员经常都需要执行长时间的任务，而这很容易疲劳。如果有仪表能让飞行员不那么疲劳，起码他们是愿意接受的，尽管他们坚持认为，最复杂、最有挑战性的场合，还是最能体现飞行员技巧的时刻，尤其是考虑到当时的仪表设备都很原始，尺寸和重量都不乐观，可靠性也不那么高，飞行员是有充分自信的。

所以，尽管杜立特推动了座舱的仪表化，工程师和飞行员之间仍然存在着鸿沟。双方都认为对方完全是在用另一种模式工作，而只有自己认定的方向才是对的。飞行员认为只靠数学和物理是没法设计出好飞机的，他们更看重的仍然是马力更大、操控更好的飞机——“你们造能稳定飞行的飞机没错，但别太稳定了”。

“太稳定”是什么意思？在那个年代，这几乎是一个无法被表达的问题。

4.把感觉变成指标

怎么解决“不要太稳定”问题？工程师冥思苦想，找到了问题的核心，就是如何定义“好飞机”的“好”。它不能用模糊的形容词来描绘，而应当用量化的指标来衡量。

于是，NASA（美国航空航天局）的前身NACA（美国航空咨询委员会National Advisory Committee on Aeronautics，请注意这个词是按字母念的，不像NASA可以按单词读）的一群人在工程师Robert Gilruth的带领下成立了一个专门小组，希望清晰定义“飞行质量（Flying Qualities）”，搞明白什么是“（飞行员说的）好飞机”。

经过长期的工作，他们弄清楚了许多关键点，比如飞行员评价“好不好”的时候，更在意的是操纵杆的反馈力度，而不是操纵杆的位置。换句话说，飞行员精确感知的不是操纵杆“朝哪个方向偏离了中心位置”，而是“现在哪个方向感知到多大的阻力”。基于此，Gilruth定义了一个著名的指标Stick force per g（每克驾驶杆力）。

顺着这条路走下去，Gilruth带领的小组确立了一系列指标，终于让“飞行质量”变得可以量化。实际上，他们的工作是把“飞行员的感觉”，转译成工程系统可以理解和实现的接口。有了定义“好和坏”的共同标准作为基础，工程师和飞行员之间的合作才可能进行下去。

也恰恰因为有了“飞行质量”的定义，飞行才能顺利从螺旋桨时代进入喷气时代。因为喷气式飞机的驾驶感受和操控习惯迥异于螺旋桨飞机，用飞行员的话说，“喷气机飞行员和螺旋桨飞机飞行员，就像两代人”。

那么，如何评价新的飞机，如何面对之前的惯例和经验，如何建立新的惯例和经验，就成了非常重要的问题。恰恰因为之前定义了不依赖具体飞机、个人感受的“飞行质量”的标准，这种过渡才不至于成为断裂。

5.试飞员的觉醒

除了“飞行质量”的标准，还有一个飞行员的群体，也顺利完成了这个过渡，那就是试飞员。

长期以来，试飞员一直是“精英中的精英”。在飞行的草莽年代，他们既有高超的技巧，也有冷静的头脑，加上过人的胆识，绝对是飞行员中的佼佼者。无论是面对仪表进入驾驶舱的趋势，还是喷气式飞机大量涌现的潮流，他们勇于尝试新事物，成为联结飞行技巧与工程设计两个领域的关键因素。

实际上，试飞员内部也一直在经历蜕变和更新。在美国研制高空高速火箭动力试验机X-15的过程中，这种现象就很明显了。

X-15可以飞到宇宙高度（3万1千米，实际上多次飞到了8万米高度），速度可以达到6.86马赫（约7274千米/小时），所以，它没有传统飞机那样宽敞的机身、硕大的机翼，而是更像装备了弹翼的火箭。

在座舱里，飞行员既看不到机头，也看不到机翼，他完全被加压飞行服包裹着，没有多少行动自由，甚至都闻不到周围的味道——因为他吸的是纯氧。

此外，X-15也不考虑自己起飞，而是通过轰炸机携带到高空，脱离之后加速冲出大气层，再进入大气层。

除此之外，还有许多设计之初考虑不到的问题，也凸显了模拟器的重要性。

在X-15的首次试飞中，就暴露出一个全新的问题：PIO（飞行员诱发震荡Pilot Induced Oscillation）。

X-15装备了大量的新设备，形成了完整的”系统“。在系统中，各子系统的作用模式大概是可以通过观察和分析，提前预见的，但飞行员的行为是很难完全预见的。如果飞行员的认知行为模式和系统不匹配，那么他努力让飞机稳定的操作反而会帮倒忙，引发飞机的不稳定，结果之一就是“飞行员诱发震荡”。

解决的办法就是把飞行员纳入“系统”，先在飞行模拟器中反复打磨，实现“人机合一”的配合。

那还是20世纪50年代，“电子计算机”是新鲜玩意，模拟器使用的都是模拟计算机。打个简单比方，计算一个任务，电子计算机只输入重量、温度、风向等等一系列数据就可以了，而模拟计算机则需要靠砝码、加热器、电风扇等等才能完成同样的任务。如果使用电子计算机，X-15的模拟器大概是一个包含五百多个变量的程序，但是使用模拟计算机，必须实打实地连上几百条线缆。

按照规范，试飞员必须在这样的模拟器上训练15到20小时，才能换来8到10分钟的真实飞行。翻来覆去地训练无疑是枯燥的，老一代的试飞员，尽管经验丰富，对待模拟器训练的态度是很敷衍的，他们更愿意相信自己的感觉，在实际飞行中积累切身经验。

相反，新一代的试飞员则采取了截然不同的态度，因为他们懂得“系统”，也接受“系统”，理解“系统”是各种元素协同作用、互相影响的结果。也就是说，试飞员应当而且必须成为“系统”一部分，飞行中重要不再是“扳动操纵杆”，还包括理解复杂关系、设定目标、确立标准、分析反馈……

新一代试飞员中的表现突出者，就是Neil Armstrong——后来他成为“登月第一人”，不是没有原因的。

6.意料之外的问题，与意料之外的答案

新一代的试飞员已经理解，“人如何飞行”这个问题，已经被重新定义为“人如何在系统中工作”。正因为如此，当美国政府开始考虑挑战更大的目标，比如更快的超音速飞行甚至太空任务时，他们首先想到的人群就是试飞员，或者说，试飞员中的精英。据此，SETP（Society of Experimental Test Pilots，试验试飞员协会）成立了。

1957年10月4日，在SETP的周年宴会上，主讲人Richard Horner讲解了试飞员最关注的问题。之前准备主讲话题时，他曾经问过一名试飞员“你们最关心的问题是什么？”。得到“生存（Survival）”的答案之后，他在演讲中详细列举了各种逃生设备，比如弹射座椅、加压飞行服、头盔等等。

Horner本来以为，他认真回应了听众的关切，演讲应当有不错的反响。但是讲着讲着，他从观众的表情上发现，自己似乎偏离了目标。后来他才意识到，试飞员谈到“生存”时，担心的并不是试飞时出现的意外事故，而是“泰坦”、“波马克”、“斗牛士”等等名字。这些名字，都来自美国空军正在研制的导弹。虽然形状各异，有些更像火箭，有些更像飞机，但它们有一个共性：不需要人来驾驶。

试飞员们真正担心的，不是如何活下来，而是在一个不再需要飞行员的世界里，他们是否还会被需要。问题不再是“如何生存”，而是“是否还有存在的必要”。

意识到这一点之后，Horner做了最大的努力安抚听众，强调试飞员的重要性，一再告诉他们“在目前和可以预知的未来，人在飞行中的地位都是不可取代的”。Horner不知道，他的努力效果如何。他更没有想到的是，马上就会有石破天惊的事件，代他做出更有力的回答。

就在宴会之后不到24小时，苏联发射了人类历史上第一颗人造卫星“斯普突尼克1号”。苏联人一举领先了，只不过，实现这一切的，不是人，而是一台不需要人的飞行器。

后记

谈到飞行时，我们常常感叹飞行器的迅速发展，但更重要的，或许是人类对于“飞行”的认知模型的转变。

从必须依赖飞行员的机器，到可以完全脱离人的系统，“飞行”本身已经不再需要“人”来参与。而人也从最初的控制者，逐渐成为系统的一部分。

当试飞员开始担心的，不再是“如何生存”，而是“是否还有存在的必要”时，这种转变其实已经完成了。

历史的问题，从来不只属于历史。