航空航天发展史

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小编: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

  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。 1 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 2 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 3 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、 4 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)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 5 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、 6 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 7 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 8 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” 9 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“线.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、 10 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。 11 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。 12

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