航空航天的基本概念

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1、100510233 于博文 航空航天的基本概念 人类为了扩大社会生产，必然要开拓新的活动空间。从陆地到海洋，从海 洋到大气层 ，再到宇宙空间就是这样 一个人类逐渐扩展活动范围的过程。航 空航天是人类拓展大气层和宇宙空间的产物。 经过近百年来的快速发展，航空 航天已经成为21世纪最活跃和最有影响的科学技术领域，该领域取得的重大成 就标志着人类文明的高度发展，也表征着一个国家科学技术的先进水平。 航 空 航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层中的航行活动。航空必须具备空 气介质和克服航空器自身重力的升力，大部分航空器还要有产生相对于空气运 动所需的推力。 翱翔天空是人类很久以来的梦想，但直到 1

2、8世纪后期热气球在欧洲成功升空， 这一愿望才得以实现。 20世纪初期飞机的出现，开创了现代航空的新篇章。 空气动力学是航空技术的科学基础，航空技术的每一项成就都离不开空气动力 学的进展。 航空按其使用方向有军用航空和民用航空之分。 军用航空泛指用于军事目的的一切航空活动，主要包括作战、侦察、运输、警 戒、训练和联络救生等。在现代高技术战争中，夺取制空权是取得战争胜利的 重要手段，也是军用航空的主要活动。军用航空活动主要由军用飞机来完成， 军用飞机可分为作战飞机和作战支援飞机两大类。典型的作战飞机有战斗机(又称歼击机 )、攻击机 (又称强击机 )、战斗轰炸机、反潜机、战术和战略 轰炸机等。作战支

3、援飞机包括军用运输机、预警指挥机、电子战飞机、空中加 油机、侦察机、通讯联络机和军用教练机等。除固定翼飞机外，直升机在对地 攻击、侦察、运输、通信联络、搜索救援以及反潜等方面也发挥着巨大的作用，100510233 于博文 已成为现代军队，特别是陆军的重要武器装备。 民用航空泛指利用各类航空器为国民经济服务的非军事性飞行活动。根据不同 的飞行目的，民用航空分为商业航空和通用航空两大类。商业航空指在国内和 国际航线上的商业性客、货 (邮 )运输；这类运输服务主要由国内和国际干线 客机、货机或客货两用机以及国内支线运输机完成。通用航空指用于公务、工 业、农林牧副渔业、地质勘探、遥感遥测、公安、气象、

4、环保、救护、通勤、 体育和观光游览等方面的飞行活动；通用飞机主要有公务机、农业机、林业机、 轻型多用途飞机、巡逻救护机、体育运动机和私人飞机等。直升机在近海石油 勘探、海陆紧急救援、短 途交通运输和空中起吊作业中也发挥着独特的作用。航 天 航天是指载人或不载人的航天器在地球大气层之外的航行活动，又称空间飞行 或宇宙航行。航天的实现必须使航天器克服或摆脱地球的引力，如想飞出太阳 系，还要摆脱太阳引力。从地球表面发射的飞行器，环绕地球，脱离地球和飞 出太阳系所需要的最小速度，分别称为第一、第二和第三宇宙速度，是航天所 需的三个特征速度。我国著名科学家钱学森认为人类飞行 活动可以分为三个阶 段，即航

5、空、航天和航宇。他认为航空是在大气层中活动，航天是飞出地球大 气层在太阳系内活动，而航宇则是飞出太阳系到广袤无垠的宇宙中去航行。 遨游宇宙是人类在征服自然的过程中产生的愿望。 20世纪 40年代初期，大型 液体火箭的成功发射奠定了现代航天技术的基础。约二十年后，苏联航天员加 加林乘“东方” 1号飞船进入太空，人类终于实现了遨游太空的伟大理想。火 箭推进技术是航天技术的核心。 航天实际上也有军用和民用之分，但世界各国在宣传自己的航天工业时都主要 强调其商业或民用潜力。 100510233 于博文 占领和控制近地宇宙空间已经成为西方军事大国争夺军事优势的新焦点。在美 国、俄罗斯等国已发射的航天器中

6、，具有军事用途的超过 70。用于军事目的 的航天器可分为三类：军用卫星系统、反卫星系统和军事载人航天系统。军用 卫星主要分通讯卫星、气象卫星和侦察 (间谍 )卫星三种。反卫星系统包括反 卫星卫星、定向能武器和动能武器。激光武器、粒子束武器和射频武器等属于 定向能武器；动能导弹、电磁炮和电热弹等属于动能武器的范畴。军事载人航 天系统分为空间站、飞船和航天飞机、空天飞机等，空间站可用作空间侦察与 监视平台、空间武器试验基地、天基国家指挥所、未来天军作战基地等。 20 世纪 80年代美国提出的所谓“星球大战”计划就是以永久性载人空间站为空 间基地而部署的。 航天的民用潜力也是非常巨大的。空间物理探测

7、、空间天文探测、卫星气象观 测、卫星海洋观测、卫星广播通讯、卫星导航、遥感考古、太空旅游和地外生 命探索等都是航天的重要应用领域；微重力环境下完成的各种化学、物理和生 物实验成果是航天为人类文明与进步所做的直接贡献。 航空与航天的联系 航天不同于航空，航天器是在极高的真空宇宙空间以类似于自然天体的运动规 律飞行。但航天器的发射和回收都要经过大气层，这就使航空航天之间产生了 必然的联系。尤其是水平降落的航天飞机和研究中的水平起降的空天飞机，它 们的起飞和着陆过程和飞机非常相似，兼有航空与航天的特点。航空航天一词， 既蕴藏了进行航空航天活动必需的科学，又包含了研制航空航天飞行器所涉及 的各种技术。

8、从科学技术的角度看，航空与航天之间是紧密联系的。 航空航天技术是高度综合的现代科学技术。力学、热力学和材料学是航空航天 的科学基础；电子技术、自动控制技术、计算机技术、喷气推进技术和制造工 艺技术对航空航天的进步发挥了重要作用；医学、真空技术和低温技术的发展100510233 于博文 促进了航天的发展。上述科学技术在航空和航天的应用中相互交叉和渗透，产 生了一些新的学科，使航空和航天科学技术形成了完整的体系。 航空航天的发展都与其军事应用密切相关，人类在该领域取得的巨大进展也对 国民经济和社会生活都产生了重大影响，甚至改变了世界的面貌。航空航天科 学技术已成为牵动其他高新技术发展的动力之一，航

9、空航天工业仍然是国民经 济建设和发展中的阳光产业，航空航天产品是附加值很高的高新技术产品。 火 箭 火箭是靠火箭发动机提供推进力的飞行器。火箭发动机自身携带全部推进剂， 不依赖空气或其他工作介质产生推力。根据使用的能源不同，火箭可分为化学 火箭、核火箭和电火箭。化学火箭又分为固体火箭、液体火箭和混合火箭。火 箭按照用途可分为无控火箭、探空火箭和运载火箭。火箭的基本组成部分有推 进系统、箭体结构和有效载荷。 推进系统是火箭飞行的动力源；箭体结构的作用是装载火箭的所有部件，使之 成为一个整体；有效载荷是火箭所要运送的物体，军用火箭的有效载荷是战斗 部，科学研究火箭的有效载荷是各种仪器，运载火箭的有

10、效载荷则是各种航天 器。如图 1-14所示为我国的“长征” 2号 E运载火箭成功发射澳大利亚的澳 普图斯 -B1卫星。导弹 导弹是一种飞行武器，它依靠制导系统来控制其飞行轨迹，目的是把高爆弹头 或核弹头送到打击目标附近引爆，并摧毁目标。导弹的种类繁多，分类方法各 异。根据作战使命可分为战略导弹和战术导弹，按照发射点和目标的相对位置， 导弹可分为地地导弹、地空导弹、空空导弹和空地导弹四类，其中地地导弹的 内涵比较丰富，包括了从地面，地下、水面和水下发射的导弹，攻击目标也有 地面，水面和水下之分。根据弹道特征还可分为弹道导弹和巡航导弹，根据弹100510233 于博文 道特征导弹还可分为弹道导弹和

11、巡航导弹，如图 1 15所示为我国的“鹰击”2号 (C 802)反舰巡航导弹。一般把射程超过 8000km的导弹称为洲际导弹。人造地球卫星 人造地球卫星是数量最多的航天器。人造地球卫星一般由有效载荷和平台组成， 有效载荷是指卫星上用于直接实现卫星的应用目的或科研任务的仪器设备，平 台则是为保证有效载荷正常工作而为其服务的所有保障系统。卫星的有效载荷 可以根据卫星的任务变化加以更换，平台一般保持不变。 按照卫星的用途，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，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星等。直接为国民经济、 军事和文化教育服务的人造地球卫星称为应用卫星，主要有通

12、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，还有专门军 事 用途的截击卫星，部分卫星还具有多种功能。技术试验卫星是对航天领域中的 各种新原理、新技术、新系统、新设备以及新材料等进行在轨试验的卫星。多 数情况下，科学卫星也兼有技术试验功能，如我国于 1981年 9月 20日用一 箭三星技术发射成功的“实践” 2号甲卫星，就是一颗空间物理探测兼新技术 试验卫星 隐形飞机 隐身飞机出现于 20世纪 80年代，第一个实用型号是美国的 F 117战斗轰 炸机。随着隐身技术的成熟，美国的如图 1 30所示的 B 2隐身轰炸机 和 F 22隐身战斗机在 20世纪 90年代研制成功

13、。伴随着推重比 10一级的 涡扇发动机和先进综合航空电子系统的应用，使具有隐身能力、超声速巡航、 过失速机动和超视距攻击能力的 F 22战斗机成为现在惟一的第四代战斗机。100510233 于博文 喷气式战斗机 喷气式战斗机 (我国习惯称歼击机 )的更新换代代表了航空技术的发展历程。 以米格 15、 F 100和米格 19为代表的第一代战斗机，主要特征为高亚 声速或低超声速、后掠翼、装涡喷发动机、带航炮和空空火箭，后期装备第一 代空空导弹和机载雷达。第二代战斗机于 20世纪 60年代装备部队，代表机型 有 F 4、米格 21和幻影 III等，采用小展弦比薄机翼和带加力的涡喷发 动机，飞行速度达

14、到 2倍声速，用第二代空空导弹取代了空空火箭和第一代空 空导弹，配装有晶体管雷达的火控系统。 20世纪中期出现了以 F 15、 F16、米格 29、苏 27和幻影 2000等为代表机型的第三代战斗机，它们 一般采用边条翼、前缘襟翼、翼身融合等先进气动布局以及电传操纵和主动控 制技术，装涡轮风扇发动机，具有高的亚声速机动性，配备多管速射航炮和先 进的中距和近距格斗导弹，一般装有脉冲多普勒雷达和全天候火控系统，具有 多目标跟踪和攻击能力，平视显示器和多功能显示器为主要的座舱仪表。第三 代战斗机在突出中、低空机动性的同时，可靠性、维修性和战斗生存性得到很 大改善。作为第四代战斗机的代表， F 22是

15、洛克希德马丁公司研制的空 中优势战斗机，它以 F 15、 F 16和 F 117为基础，综合使用了隐身、 航电、材料、发动机和气动设计方面的最新技术成果发展而成，是一种全面先 进的战术战斗机。 中国航天航空事业的成就 中国航天事业取得的成就经过51年的发展，我国航天事业已经形成了六个能力进入空间的能力、 卫星研制能力、载人航天能力、深空探测能力、航天基础与保障能力，以及卫 星应用能力。100510233 于博文1、进入空间的能力中国长征运载火箭具备了9.5吨的近地轨道、5.6吨的同步转移轨道的运 载能力，能够发射世界上绝大多数商业卫星。1996年10月以来，长征火箭已 经连续60次发射成功。至

16、今，长征火箭进行了102次飞行，将87颗国产卫星和6艘飞船、28颗 国外商用卫星送入预定轨道。前50次发射用了28年，后50次仅用了9年并且 全部发射成功。未来我们将迎来新一轮高密度发射。2、卫星研制与运行能力目前我国已经拥有通讯、遥感、资源、导航定位、气象、科学实验、海洋 七个卫星系列。 在通信卫星方面：1984年，中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星东方红二号 发射成功，此后我们先后发射了东方红二号甲实用通信卫星、东方红三号中等 通信容量的广播卫星。今年，我们用东方红四号（DFH-4）大型静止轨道卫星平 台，为尼日利亚成功研制并在发射了大容量通信卫星。东方红四号平台设计寿 命15 年，输出功率10.5 KW，适用于大容量通信广播、电视直播卫星等。它的 成功研制，标志着中国卫星研制达到了新的高度。在遥感卫星方面：20世纪80年代至今，我们已经形成了气象卫星、资源 卫星、海洋卫星等三个遥感卫星