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飞机第一次飞上战场，始于1911年的意大利-土耳其战争
侦察机的出现自然而然地催生了反侦察的需求。如何把天空中来自敌方的飞机赶走，成为了一个令各国军人倍感困扰的问题。一开始，将军们将这一问题交给手下的飞行员们自行解决，而飞行员们想出的办法五花八门：手枪、砖头、手榴弹都成为了飞行员们互相攻击的武器，还有的飞行员发明了一种类似武侠小说中的“飞爪”武器，在空中掷向敌人。这一时期的空战与其说是战斗，不如说是骑士间彬彬有礼的对决：飞行员彼此间拼斗的是飞机的性能和个人飞行技巧，只要对方侦察机逃走，自己便算胜利完成任务。驱逐机的问世使得各国军人们意识到，要想保护自己的侦察机，就需要有专门的飞机来对付敌人的驱逐机。这种专门对付驱逐机的飞机，便被称为“战斗机”。飞行员们在实践中发现，要想更准确地击中对方，最科学的方式是让机枪射击方向与飞机飞行方向一致——英国人将这样安装的机枪称为“向量机枪”——并由飞行员自己操作射击，取消后座机枪手。飞行员们的建议很快被采纳了。
这样的温情局面并没有持续太久。最早参与解决这一问题的不是飞机设计师，而是勃朗宁、刘易斯、马克沁、哈齐开斯等枪械设计大师。为了更多出售自己的产品，枪械设计师们开始鼓动各国军人们将机枪安装到各国飞机上，成为航空机枪。一个有趣的现象是，在一战之初，同盟国和协约国双方的航空机枪，几乎是清一色的“美国制造”。比如著名的德国施潘道机枪就是马克沁机枪在柏林拿到生产许可证后改的名字。
安装在德国战机上的斯潘道机枪
当时的侦察机都是双座式，前座坐着飞行员要操作飞机，很自然地，枪械师们便将航空机枪装在了后座的位置上，由坐在后座的侦察员兼任机枪手。然而，在实战中，人们发现，航空机枪看上去颇为威猛，但效果却差强人意。理论上，机枪发挥作用，其最好的位置是射击方向与飞机飞行的方向一致，这样只要飞行员向着敌机飞，可以击中对方。但装在后座上的机枪，向飞行方向开枪肯定先打到飞行员。就算将飞行员座位后移，机枪手开枪还是容易打到自家的螺旋桨。
由于射击的问题难以解决，机枪手在空中开枪时很难瞄准，只能乱打一气，能否击中敌机基本上都要靠运气。但好在只要不断开枪，总能吓走没有武装的侦察机。所以这种装备了航空机枪的战斗机，在当时被称为驱逐机。
1914年10月，一架法国飞机的航空机枪手，在空战中击落了一架德国的侦察机。创造这一“战绩”的机枪是哈齐开斯机枪，这也是人类历史上第一次真正意义上的空战。
在射击协调器出现之前，像这样将机枪安装在机翼上方也是一种解决射击指向问题的方法
1915年4月1日，法国飞行员罗兰 · 加洛斯驾驶莫拉纳 · 索尼埃L型飞机击落了一架德国侦察机，取得了战斗机空战的第一次胜利。法国人取胜的“秘密武器”是安装在螺旋桨上的一小条钢制枪弹偏导片。这个小小的装置可以确保机枪弹不会击中螺旋桨，从而让飞行员可专心驾驶飞机并进行射击，同时也无须额外配置机枪手。至此，单座、安装了由飞行员操作的向量机枪战斗机问世了。
法国著名飞行员罗兰·加洛斯
法国人的“秘密武器”很快被敌人发现了。荷兰人福克在得到了法国人装置的48小时之内，便提出了更好的方案：在螺旋桨的位置装上了一个电动射击协调装置，从而让机枪的射击更有效率也更准确。安装了这一装置的福克系列战斗机在1915夏季到1916年初之间，一度创造了著名的“福克灾难”。
德国人的成功立刻吸引了协约国的关注。很快，英国人和法国人都掌握了射击协调系统的技术，并进行了改进。英国人推出了“哈维兰”和“小狗”，法国人推出了纽波特11，斯帕德S VII。面对对手的奋起直追，德国人又推出了一战中最為经典的德国战机“信天翁”。这型战斗机在长达9个月的时间内统治者一战战场的上空。著名的“红男爵”里希特霍芬的“座驾”便是“信天翁”D3。
“信天翁”的问世可以视为一战战斗机发展的一个分水岭。在此之前，一战的天空，总体而言是平和的，偶有战斗，不过是小打小闹的“驱逐”行动，和“绞肉机”一般的地面战场无法相比。然而，在“信天翁”出现后，空中的战场，变得和地面一样血腥起来。
德国人在福克E飞机上安装射击协调系统
仅凭射击协调器技术无法取得制空权，德国人开始了对战斗机编队和空战战术的研究。1916年秋天，德国人将战斗机集中起来，组成了空战史上第一个专门用于夺取制空权的战斗机中队，以马克斯 · 殷迈曼和奥斯瓦尔德 · 波爾克为代表的德国飞行员，开始从事对空战的专门研究。他们也是一战和二战中德国空军战斗机作战思想的奠基人。紧跟德国人之后，英国人和法国人也开始组建了专门的战斗机中队，以爱德华 · 曼诺克等人为代表的英国飞行员开始学习德国人的作战思想，并加以改进和丰富。双方的努力都卓有成效，1917年初，一战的天空便迎来了著名的“血腥四月”：在由英国人发动的阿拉斯战役中，英国皇家空军损失了316名飞行员，加拿大损失了114名。德国人自己也损失了四十多名飞行员。在整个1917年，英国皇家空军新兵飞行员的平均战场生存时间只有18个小时。到了1918年战争结束时，战死、受伤或者失踪的英国皇家空军飞行员总数达到16500人。
奥斯瓦尔德·波尔克的签名照片。他是全球空战战术理论的先驱，被誉为“空战之父”
德国“信天翁”DIII战斗机，“红男爵”的大多数战绩是驾驶这种飞机取得的
第一次世界大战是战斗机发展史上极为重要的历史阶段。就是在这场战争中，飞机完成了轰炸机、战斗机和侦察机的分化，战场的天空中从此出现了不同的角色;也是在这场战斗中，战斗机，从仅仅起辅助作用的驱逐机，成长为左右战场制空权归属的“空战之神”，人类的空战也从此结束了“骑士对决”的温情脉脉时代，变得和地面战场一样血腥并充满危险。惨烈的较量推动着航空技术和空战战术的不断发展，并改变着之后的空战形态。