航空航天基本知识

航空航天基本知识
航空航天基本知识
我们知道，⼈类的家园是地球，⽽地球的外⾯覆盖着⼀层⼤⽓，如果没有⽔和⼤⽓以及适宜的温度和环境，⽣物是很难⽣存的。

通常，在⼈们的眼中，“天”很⾼，要想冲出厚厚的⼤⽓层，进⼊太空⾮常⾮常困难。

其实，与地球相⽐，⼤⽓层是很稀薄的。

⼈们知道，地球的直径⼤约为12700千⽶，⽽⼤⽓层的厚度只有100 -800千⽶。

如果将地球⽐作⼀个苹果的话，那么，我们可以把⼤⽓层看成是苹果的⽪，可这层“苹果⽪”本⾝却是变化多端的。

⽐如最贴近地球表⾯的⼀层，叫作对流层，其⾼度从海平⾯起⼀直到⼤约11000⽶⽌，其顶界是随纬度、季节等情况⽽变化的，在⾚道地区为17000⽶，在中纬度地区（如北京、天津地区）为11000⽶，在地球两极地区则为7000-8000⽶。

对流层的主要特点是，空⽓温度随着⾼度的增加⽽降低，因⽽⼜称为变温层，平均⽽⾔⾼度每上升1000⽶，⽓温约下降
6.5℃。

与此同时，⽓压也随⾼度的增加⽽降低。

由于地球引⼒的作⽤，在5500⽶的⾼度范围内，包含了⼤⽓总量的⼀半，⽽整个对流层，⼤约占了全部⼤⽓质量的四分之三。

由于⼏乎所有的⽔蒸⽓都集中在这⼀层⼤⽓内，再加上⼤量的微粒，因⽽，这⾥也是风云变幻最为剧烈的⼀层。

从⼤约11000⽶的⾼度起，直到30500⽶左右，其⼤⽓温度基本不变，平均保持在-56.5℃上下，因此被称为同温层（实际情况是：在25000⽶以下，⽓温随⾼度的升⾼⽽上升。

在同温层顶，⽓温约升⾄-43⾄-33℃）。

同温层的⽓温之所以具有这样的特点，是因为该层⼤⽓离地球表⾯较远，受地⾯温度的影响较⼩，并且其顶部存在着臭氧，能够直接吸收太阳的辐射热等。

同温层所包含的空⽓质量⼤约占整个⼤⽓的四分之⼀弱。

在这⼀层⼤⽓内，没有上下对流，只有⽔平⽅向的风，所以⼜叫作平流层。

另外，该层⼤⽓⼏乎不存在⽔蒸⽓，基本上没有云、雾、⾬、雹等⽓象变化的现象，这对飞⾏器的平稳飞⾏是⾮常有利的。

不过，由于空⽓密度很⼩，飞机在这⼀⾼度层上⼜不适宜机动飞⾏。

⼈类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。

为了保证飞机和发动机的⼯作效率，飞机飞⾏的⾼度⼀般不超过30千⽶的界限。

从30千⽶到80-100千⽶的⾼度范围，被称为中间层。

这⼀层空⽓的特点是：以45千⽶为界，温度先升后降。

由于⼤量的臭氧存在，其⽓温先由同温层顶的-33℃提⾼到17⾄40℃左右；从45千⽶起，随着⾼度的升⾼，⽓温⼜开始下降，⼀直降低到-65.5℃⾄-113℃。

中间层的空⽓已经很稀薄了，其空⽓质量约只占整个⼤⽓层的1/3000。

在80千⽶⾼度上，空⽓的密度只有地⾯的五万分之⼀；⽽在100千⽶⾼度上，空⽓的密度仅为地⾯的⼀千万分之⼋。

由于空⽓⾮常稀薄，并且⽓体开始呈现电离现象，因此，⼈们⼀般把飞⾏⾼度达到80—100千⽶的飞⾏器，看成是不依靠⼤⽓飞⾏的航天器。

1967年10⽉，美国试飞员约瑟夫·沃尔克驾驶X-15A⽕箭飞机飞出了7297千⽶/⼩时的惊⼈速度，创造了有⼈驾驶飞机速度的世界纪录。

⽽且，他还曾多次飞到了80千⽶以上的⾼空，成为美国第⼀个“驾驶飞机
的宇航员”。

按照美国航空航天局规定：飞⾏⾼度超过80千⽶的飞⾏员即可称为宇航员.
在中间层之上直⾄800千⽶⾼空的范围，称作电离层。

其特点是：含有⼤量的带正电或负电的离⼦，空⽓具有导电性。

并且，其温度随⾼度的增⼤⽽迅速升⾼，在200千⽶⾼度时，⽓温可达400℃。

所以，这⾥⼜被⼈们叫作“暖层”。

在电离层顶端之外，便是⼤⽓的最外层——“散逸层”了。

由于地球引⼒的减弱，⽓体分⼦和等离⼦体与地球已若即若离。

电离层和散逸层的空⽓密度极低，对太空飞⾏器的影响已很⼩，因此，⼈类⼤部分的航天活动都是在它们之内（或之外）进⾏的。

航空与航天的区别:
航空与航天是⼈们经常接触的两个技术名词，两者虽然仅⼀字之差，却被称为两⼤技术门类，这是为什么呢？
您稍加注意即可发现，航空技术主要是研制军⽤飞机、民⽤飞机及吸⽓发动机，航天技术主要是研制⽆⼈航天器、载⼈航天器、运载⽕箭和导弹武器，最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。

从航空器与航天器的重⼤区别上即可看出两个技术领域的显著差异。

第⼀，飞⾏环境不同。

所有航空器都是在稠密⼤⽓层中飞⾏的，其⼯作⾼度有限。

现代飞机最⼤飞⾏⾼度也就是距离地⾯30多千⽶。

即使以后飞机上升⾼度提⾼，它也离不开稠密⼤⽓层。

⽽航天器冲出稠密⼤⽓层后，要在近于真空的宇宙空间以类似⾃然天体的运动规律飞⾏，其运⾏轨道的近地点⾼度⾄少也在100千⽶以上。

对在运⾏中的航天器来讲，还要研究太空飞⾏环境。

第⼆，动⼒装置不同。

航空器都应⽤吸⽓发动机提供推⼒，吸收空⽓中的氧⽓作氧化剂，本⾝只携带燃烧剂。

⽽航天器其发射
和运⾏都应⽤⽕箭发动机提供推⼒，既带燃烧剂⼜带氧化剂。

吸⽓发动机离开空⽓就⽆法⼯作，⽽⽕箭发动机离开空⽓则阻⼒减⼩有效推⼒更⼤。

吸⽓发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使⽤，⽽发射航天器的运载⽕箭都是⼀次性使⽤。

虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使⽤20次，其轨道器液体⽕箭发动机可以重复使⽤50次，但与航空器使⽤的吸⽓发动机⽐较起来，使⽤次数仍然是很少的。

吸⽓发动机所⽤的燃烧剂仅为航空汽油和航空煤油，⽽⽕箭发动机所⽤的推进剂却是多种多样的，既有液体的，也有固体的，还有固液型的。

第三，飞⾏速度不同。

现代飞机最快速度也就是⾳速的三倍多，且是军⽤飞机。

⾄于⽬前正在使⽤的客机，都是以亚⾳速飞⾏的。

⽽航天器为了不致坠地，都是以⾮常⾼的速度在太空运⾏的。

如在距地⾯600千⽶⾼的圆形轨道上运⾏的航天器，其速度是⾳速的22倍。

所有航天器正常运⾏时都处于失重状态，若长期载⼈会使⼈产⽣失重⽣理效应，并影响健康。

正因如此，航天员与飞机驾驶员⽐较起来，其选拔和训练要严格得多。

⼀般⼈买票即可坐飞机，⽽花重⾦到太空遨游的⼈还必须通过专门培训。

第四，⼯作时限不同。

⽆论是军⽤还是民⽤飞机，最⼤航程计约2万千⽶，最长飞⾏时间不超过⼀昼夜。

其活动范围和⼯作时间都很有限，主要⽤于军事和交通运输。

虽然通⽤轻型飞机应⽤⼴泛，但每次活动范围相对更⼩。

⽽航天器在轨道上可持续⼯作⾮常长时间，如⽬前仍在使⽤的联盟TM号载⼈飞船，可与空间站对接后在太空运⾏数⽉之久。

再如航天飞机，能在轨道上飞⾏7-30天，约1.5⼩时即可围绕地球飞⾏
⼀周。

载⼈航天器运⾏时间最长的当属和平号空间站，它在太空飞⾏了整整15个年头。

⾄于⽆⼈航天器，如各种应⽤卫星，⼀般都在绕地轨道上⼯作多年。

有的深空探测器，如先驱者10号，已在太空飞⾏了32年，正在飞出太阳系向银河系遨游。

航空器的优点是能多次重复使⽤，⽽航天器除航天飞机外，只能⼀次性使⽤，载⼈宇宙飞船也不例外。

第五，升降⽅式不同。

飞机的升空是从起飞线开始滑跑到离开地⾯，加速爬升到安全⾼度为⽌的运动过程。

它返回地⾯降落时只要经过下滑和着陆即可。

只有个别飞机如英国的“鹞”型战⽃机采⽤发动机喷⼝转向的⽅式使飞机能够垂直起落，但机⾝并未竖起，仍处于⽔平位置。

⽽⾄今为⽌的航天器发射，包括地⾯和海上的发射，顶部装着航天器的运载⽕箭都是垂直腾空的。

在完成发射过程中，运载⽕箭要按程序掉头转向和逐级脱离，最终将航天器送⼊预定轨道运⾏。

有的航天器发射，中间还要经过多次变轨，情况更为复杂。

航天飞机虽然也能施放航天器，但它本⾝亦是垂直发射升空的。

⾄于返回式航天器，其回归地⾯必须经历离轨、过渡、再⼊和着陆四个阶段，远⽐飞机降落困难。

航空器的起飞、飞⾏和降落与航天器的发射、运⾏和返回，虽然都离不开地⾯中⼼的指挥，但两者的地⾯设施和保障系统及其⼯作性能与内容也是⼤有区别的。

世界航空航天⼤事件:
风筝起源古代中国，约14世纪传到欧洲
公元前500－400年中国⼈就开始制作⽊鸟并试验原始飞⾏器
1909年世界第⼀架轻型飞机在法国诞⽣
1903年12⽉14⽇⾄17⽇,由莱特兄弟设计制造的“飞⾏者”1号飞机，在⼈类航空史上⾸次实现了⾃主操纵飞⾏.这次试飞成功成为⼀个划时代的事件，⼈类航空史从此进⼊新的纪元
1947年10⽉14⽇美国著名试飞员查尔斯·耶格尔驾驶X—1飞机实现了突破⾳障飞⾏
1969年7⽉20⽇22时56分20秒，阿姆斯特迈出⼀⼩步成为全体地球⼈类的⼀⼤步
1957年10⽉4⽇
前苏联发射世界第⼀颗⼈造地球卫星。

半年后，美国的⼈造卫星上天
1959年9⽉12⽇
前苏联发射“⽉球”2号探测器，为世界上第⼀个撞击⽉球表⾯的航天器
1961年4⽉12⽇
前苏联宇航员加加林成为世界第⼀位飞⼊太空的⼈
19６9年7⽉20⽇
美国宇航员阿姆斯特朗乘坐“阿波罗”11号飞船，成为⼈类踏上⽉球的第⼀⼈
1970年12⽉15⽇
前苏联“⾦星”7号探测器⾸次在⾦星上着陆
1971年4⽉9⽇
前苏联“礼炮”1号空间站成为⼈类进⼊太空的第⼀个空间站。

两年后，美国将“天空实验室”空间站送⼊太空
1971年12⽉2⽇
前苏联“⽕星”３号探测器在⽕星表⾯着陆。

5年后，美国的“海盗”⽕星探测器登陆⽕星
1981年4⽉12⽇
世界第⼀架航天飞机---美国“哥伦⽐亚”号航天飞机发射成功
1986年1⽉28⽇
美国航天飞机“挑战者”号在升空7３秒后爆炸
1986年2⽉20⽇
前苏联发射“和平”号空间站，服役已经超期８年，⾄今仍在运⾏，是⽬前最成功的⼈类空间站
1993年11⽉1⽇
美、俄签署协议，决定在“和平”号空间站的基础上，建造⼀座国际空间站，命名为阿尔法国际空间站
我国航空航天⼤事件:
1956年10⽉8⽇，我国第⼀个⽕箭导弹研究机构———国防部第五研究院成⽴。

1970年4⽉24⽇，长征⼀号运载⽕箭在酒泉卫星发射中⼼成功地发射了东⽅红⼀号卫星，我国成为世界上第三个独⽴研制和发射卫星的国家。

1975年11⽉26⽇，长征⼆号运载⽕箭在酒泉卫星发射中⼼成功地发射了我国第⼀颗返
回式科学试验卫星，并于3天后成功回收。

1984年4⽉8⽇，长征三号运载⽕箭在西昌卫星发射中⼼成功地发射了我国第⼀颗地球同步轨道卫星———东⽅红⼆号试验通信卫星。

1990年4⽉7⽇，中国⽤⾃⾏研制的长征三号运载⽕箭在西昌卫星发射中⼼成功地发射了亚洲⼀号通信卫星，这是中国长征系列运载⽕箭⾸次发射国外卫星，使我国在世界航天商业发射服务领域占有了⼀席之地。

1999年10⽉，我国和巴西联合研制的第⼀颗地球资源卫星顺利升空，并正常运⾏，这是我国⾸次在空间技术领域进⾏的全⾯国际合作。

2003年10⽉15⽇，“神⾈”五号飞船成功发射，并于2003年10⽉16⽇圆满回收，使我国成为世界上第三个独⽴掌握载⼈航天技术的国家。

2003年12⽉和2004年7⽉，我国与欧洲空间局联合研制并发射了“探测⼀号”和“探测⼆号”科学卫星，“地球空间双星探测计
划”取得圆满成功。

2004年1⽉23⽇，我国绕⽉探测⼯程正式由国务院批准⽴项。

2005年10⽉12⽇,神六成功发射.。