航空航天发展史.docx

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航空航天发展史

世界航空航天发展简史

序言

升空飞行是人类最古老、最美好的愿望之一。

千百年来，中国及其他国家和地区流传着许许多多有关飞行的美妙神话和传说，而家喻户晓、一直为人津津乐道的嫦娥奔月就是其中之一。

由于科学技术长期落后，飞行的探索直到近代一直处于盲目的冒险和无尽的幻想阶段。

在人们认识到简单模仿鸟类的扑翼飞行方式并不能使人升空之时，在近乎偶然的发现情况下，人们开始转向轻于空气的航空器的研究。

1783年，载人热气球和氢气球相继研制和试验成功，标志着人类在征服天空的漫长历程中迈出了历史性的伟大一步，实现了古老的升空飞行理想。

19世纪第二次工业革命出现了新型动力装置——内燃机。

与此同时，流体力学和空气动力学的理论、试验研究也初步进展。

这两方面的发展为重于空气航空器——飞机的诞生奠定了重要技术基础。

19世纪后期，欧洲和美国都有许多航空先驱者探索研究、试验滑翔机和动力飞机，并取得了一定进展。

综合前人的探索工作并依据自己的研制成果，美国的莱特兄弟于1903年12月17日试飞成功历史上第一架有动力、载人、可操纵的飞机，开创了现代航空新纪元。

20世纪头十几年是航空技术初步达到使用化、飞机逐步走向成熟的时期。

航空最重要的理论基础——空气动力学也在本世纪初建立起来。

升力理论、阻力理论和飞行力学理论成为指导飞行器设计、提高飞机性能的关键因素。

正因为如此，，美国、苏联、英国、法国相继组建了国家级的空气动力学和相关技术的专门研究机构。

从此，飞机的研制和试验从个人盲目实践行为变成有科学技术指导和严密组织的工业门类。

航空的发展走上了真正科学的道路。

在飞机诞生的同一年，齐奥尔科夫斯基建立了火箭和航天飞行理论。

此后，法国的埃斯诺—贝尔特利、美国的戈达徳、德国的奥伯特也阐明了利用火箭进行太空飞行的基本原理。

1926年，戈达徳研制发射成功历史上第一枚液体火箭。

经过徳、美、苏等国一大批火箭先驱者的努力，液体火箭技术逐步发展成熟。

1942年，德国研制成功实用的弹道导弹，为战后发展大型导弹和航天运载火箭奠定了基础。

战后在冷战的背景下，苏美两国大力发展弹道导弹。

1957年8月，苏联研制成功第一枚洲际弹道导弹。

1957年10月4日，苏联利用洲际导弹技术研制成的运载火箭发射成功第一颗人造地球卫星，人类终于跨入了航天时代。

航天技术发展之快是航天先驱者们未曾预料到的。

相关技术的成熟特别是航空领域的许多技术的直接应用加快了航天的发展。

同时冷战和太空竞赛客观上为航天的发展提供了极大的动力。

航天时代开始以来，仅过了4年，载人太空飞行便取得了成功，实现了古老的人类遨游太空的理想。

1969年7月，美国的阿姆斯特朗和奥尔德林乘“阿波罗”11号飞船登月成功，标志着人类征服太空取得了又一次历史性突破。

航空航天技术是新技术革命的重要组成部分。

航空航天技术又是典型的知识密集和技术密集的高技术学科。

它以众多科学技术学科为基础，集中应用了20世纪许多工程技术新成就。

同时，航空航天技术又为这些科学技术学科的发展提供了新手段，提出了新任务。

高度综合性的航空航天技术的发达程度日益成为衡量一个国家科学技术、国民经济和国防建设整体水平的重要标志。

第1章飞行器分类

一般把在地球大气层内或大气层之外的空间（太空）飞行的器械统称为飞行器。

通常飞行器可分为三大类：

航空器、航天器、火箭和导弹。

航空器是指在大气层内飞行的飞行器，航空器根据飞行原理分为空气静力飞行器（又称为轻于空气的航空器）和空气动力飞行器（又称为重于空气的航空器）。

空气静力飞行器依靠空气的静浮力升空飞行，包括气球和飞艇；空气动力飞行器依靠本身与空气相对运动产生的空气动力升空飞行，包括飞机、直升机、滑翔机、旋翼机和地效飞行器等。

航天器是指主要在大气层之外的空间飞行的飞行器。

例如人造地球卫星、空间站、航天飞机和载人飞船等。

航天器在运载火箭的推动下获得必要的速度进入太空，然后在引力作用下完成类似于天体的轨道运动。

火箭是以火箭发动机为动力而升空，可以在大气层内或大气层外飞行的飞行器；导弹是一种弹体带有战斗部、依靠制导系统控制其飞行轨迹的飞行器。

导弹与火箭都属于一次性使用的飞行器，人们往往把它们归为一类。

1.1航空器

航空器可以根据不同的原则来分类，有的根据飞行器的活动范围、使用条件分类，也有的根据飞行器的外形特征、产生升力的原理以及用途来分类。

按照产生升力的原理，可将航空器分为如下两类。

（1）空气静力飞行器

空气静力飞行器也叫做轻于空气的航空器，包括气球和飞艇。

其主体是一个气囊，其中充以密度小于外界空气密度的气体（如氢气、氦气或热空气）。

由于气球所排开的空气重量大于气球本身的重量，故能够漂浮在空气之中，就像软木塞漂在水里一样。

由于空气密度随着高度的增加而降低，所以这种航空器在上升时，其升力（浮力）也随着高度的增加而降低，到达一定高度时就停止。

气球没有动力装置，升空后只能随风飘动或被系留在固定位置上。

飞艇装有发动机、螺旋桨、安定面和操纵面，飞行路线可以控制。

（2）空气动力飞行器

空气动力飞行器也叫做重于空气的航空器，是靠自身与空气相对运动所产生的升力升空飞行的。

这种航空器主要有固定翼航空器和旋翼航空器。

固定翼航空器包括飞机和滑翔机，由固定的机翼产生升力。

旋翼航空器包括直升机和旋翼机，由旋转的机翼产生升力。

此外还有一种模拟鸟类飞行的扑翼机，很早就被航空先驱们所探索，但至今尚未取得载人飞行的成功。

飞机是最主要，应用范围最广的航空器，其特点是装有提供拉力或推力的动力装置、产生升力的固定翼和控制飞行姿态的操纵面。

飞机按用途可分为军用飞机和民用飞机两大类。

军用飞机是按各种军事用途设计的飞机，主要包括歼击机（战斗机）、截击机、歼击轰炸机、强击机（攻击机）、反潜机、侦察机、预警机、电子干扰机、军用运输机、空中加油机和舰载飞机等。

民用飞机泛指一切非军事用途的飞机，包括旅客机、货机、公务机、农业机、体育运动机、救护机和试验研究机等。

1.2航天器

航天器是指在稠密大气层外环绕地球，或在行星际空间、恒星际空间，基本上按照天体力学规律运行的各种飞行器，又称空间飞行器。

航天器可以分为无人航天器与载人航天器。

无人航天器按是否绕地球飞行又可分为人造地球卫星和空间探测器。

载人航天器又可分为载人飞船、航天站（又称空间站）和航天飞机。

载人航天器与无人航天器的主要区别是载人航天器具有生命保障系统。

（1）卫星

人造地球卫星是一个人造天体，它遵循开普勒行星运动三定律围绕地球运行。

人造地球卫星是数量最多的航天器。

人造地球卫星与其他飞行器相比，有以下优点：

无需动力就能在大气层外长时间运转；活动范围大，高度从几百千米到几万千米；能不受限制的飞越地球上绝大部分地区，甚至全部地区上空。

由于具有上诉优点，卫星能在很短时间内从一定高度上对广大区域或空间进行探测，随着科学技术的发展，卫星的用途越来越广泛，既能用于科学研究（如空间探索），又能为国民经济服务（如通信、导航、气象、资源勘探、大地测量等），还能为军事服务（如侦察、预警等）。

卫星按其用途可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。

科学卫星用于科学探测和研究，主要包括空间探测卫星和天文卫星等，如中国的实践二号科学探测卫星。

应用卫星直接为国民经济、军事和文化教育服务，主要有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星和侦察卫星等，还有专门用于军事的截击卫星，部分卫星还具有多种功能。

应用卫星如中国的东方红三号通信卫星、风云二号气象卫星等。

技术试验卫星主要用于各种在轨试验，如中国的实践一号试验卫星。

（2）空间探测器

空间探测器是指对月球、其他天体和空间进行探测的无人探测器，也称深空探测器。

探测器的基本结构和人造地球卫星差不多，只不过探测器携带有用于观测天体的各种先进观测仪器。

空间探测器按探测对象分为：

月球探测器、金星探测器、火星探测器、土星探测器、木星探测器、哈雷彗星探测器、太阳探测器和宇宙探测器。

例如，携带地球各种信息的先驱者号宇宙探测器，目前已经飞出太阳系，试图寻找地球外智能生命。

（3）载人飞船

载人飞船是载乘宇航员的航天器，又称宇宙飞船。

宇宙飞船是三种载人航天器中最小、最简单、最先使用的一种，可分为卫星式、登月式和行星际式三种。

前两种已在20世纪发射成功，后一种有望在21世纪问世，并且很有可能是载人火星飞船。

宇宙飞船只能使用一次，一般可单独飞行数天到十几天，也能作为往返于地球和空间站之间或地球和月球之间及地球和其他行星之间的太空“渡船”；还可与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。

目前发射最多、用途最广的飞船是卫星式飞船。

卫星式飞船实质上就是更大的人造地球卫星，不过它能载人，因此它要比人造卫星大得多，要有专门的防辐射的增压舱及生命保障系统、应急救生系统和回收系统等。

中国第一艘载人飞船“神舟五号”就是一艘卫星式飞船，它由轨道舱、返回舱和推进舱组成。

轨道舱是宇航员生活和工作的地方；返回舱是飞船的指挥控制中心，航天员乘坐它上天和返回地面；推进舱为飞船的飞行和返回提供能源和动力。

（4）空间站

空间站是宇航员在太空轨道上生活和工作的基地，又称轨道站或航天站。

空间站实际上是巨大的载人飞船，一般设有工作舱、服务舱、对接舱，并有巨大的太阳能电池板，空间站上进行的科学研究及实验主要是考察长期失重的影响和失重下的一些科学实验。

美国有天空实验室，前苏联有礼炮号空间站、和平号空间站。

国际空间站是人类历史上最庞大的航天工程，共有16个国家参与研制和运行。

国际空间站结构复杂、规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱、对接过渡舱和太阳能电池板等部件组成。

（5）航天飞机

航天飞机是世界上一种可重复使用的航天运载器，也是一种多用途的航天器。

载人飞船、空间站都是一次性使用，耗资很大，因此需要发展一种可以重复使用的运载工具，降低成本，这就是航天飞机。

航天飞机集火箭、卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入太空，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。

航天飞机由一个轨道器、两个固体助推器和一个大型外挂油箱组成。

世界上到目前为止共有7架航天飞机轨道器，它们是“企业”号（试验机）、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现者”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号以及俄罗斯的“暴风雪”号。

由于前苏联社会动荡和解体，“暴风雪”号始终未能投入使用，其继承者俄罗斯由于经济原因取消了“暴风雪”号航天飞机计划。

目前，一种无需助推器和外储油箱、具有航空器和航天器两者特性的“空天飞机”正在研制试验中，如美国的“冒险星”计划。

“空天飞机”将填补传统的航空器和航天器飞行范围之间的“真空地带”。

1.3火箭和导弹

1.火箭

火箭有时指火箭发动机，有时又指以火箭发动机为动力的飞行器。

作为完整飞行器应为后一种说法，即火箭是以火箭发动机为动力的飞行器。

火箭发动机按使用的能源分为化学火箭、核火箭和电火箭。

化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和混合推进剂火箭。

以火箭为动力的飞行器按用途可分为无控火箭、探空火箭和运载火箭三类。

其中，运载火箭的有效载荷既可以是战斗部，也可以是各种航天器。

无控火箭弹（炮）为近程无控单级火箭，带有弹头。

通常设计简单，无制导系统，命中精度较差，但可多发齐射，覆盖面大，弥补了精度之不足。

可车载或机载发射，机动性较好，比火炮使用方便，破坏威力也较大。

例如，第二次世界大战时期前苏联著名的柯秋莎火箭弹，其巨大威力曾让德国法西斯吃尽了苦头。

探空火箭是在近地空间进行探测和科学试验的火箭。

探空火箭一般为无控火箭，具有结构简单、成本低廉、发射方便等优点。

利用探空火箭可以在高度方向探测大气层结构成分和参数，研究电离层、宇宙射线、太阳紫外线和x射线、陨尘等多种日-地物理现象。

探空火箭比探空气球飞得高，比低轨道运行的人造地球卫星飞得低，是30—200km高空的有效探测工具。

2.导弹

导弹是一种武器系统，因此完整的应叫做导弹系统，它应包括导弹及其地面设备。

导弹本身一般由战斗部、动力系统、制导系统及弹体四大部分组成。

导弹按发射位置和目标可分为：

地地导弹、地空导弹；空地、空空、空舰导弹；舰舰、舰地、舰空导弹；岸舰导弹；潜地、潜舰导弹。

导弹按攻击目标分为：

反飞机、反舰、反潜艇、反坦克、反雷达、反辐射和反弹道导弹等。

其中，反雷达导弹是指利用敌方雷达的电磁辐射进行引导，摧毁敌方雷达及其载体的导弹，又叫反辐射导弹。

在电子对抗中，它是对雷达硬杀伤最有效的武器。

导弹按作战使命可分为战术导弹和战略导弹。

战术导弹是指用于打击常规目标的导弹。

战略导弹是指用于打击战略目标的导弹，通常携带核弹头，用于打击政治和经济中心、军事和工业基地、核武器库、交通枢纽等目标，以及拦截来袭战略弹道导弹。

战略导弹按射程分为中程、远程和洲际导弹。

导弹按弹道及结构特点可以分为弹道式导弹与有翼式导弹。

弹道式导弹是指在火箭发动机推力作用下按预定程序飞行（称为主动段），关机后按自由抛体轨迹飞行（称为被动段）的导弹。

有翼导弹又分为巡航导弹和可作高机动飞行的导弹（一般为十字形翼面）。

巡航导弹是指依靠喷气发动机的推力和弹翼的气动升力，主要以巡航状态在稠密大气层内飞行的导弹。