航天(Spaceflight):又称空间飞行、太空飞行、宇宙航行或航天飞行。系指航天器在太空的航行活动。航天活动的目的是探索、开发和利用太空与天体,为人类服务。航天的基本条件是航天器必须达到足够的速度,摆脱地球或太阳的引力。第一、第二、第三宇宙速度是航天所需的特征速度。

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    1简介

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    航天(Spaceflight)又称空间飞行或宇宙航行,泛指航天器在地球大气层以外的航行活动,分为载人航天和不载人航天两大类。

    2历史发展

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    人类很早就有遨游太空、征服宇宙的理想。宇宙的星球对人类一直充满着吸引力和神秘感,许多美丽的神话和传说,反映了人类对宇宙的向往和探索空间奥秘的心情。人类为了实现腾空飞行的理想,经历了一段相当艰难曲折的过程。在中国的西汉时期、欧洲的中世纪都有人模拟鸟类进行过飞行活动的尝试。然而,真正航天飞行的历史是从火箭技术的历史开始的,没有火箭也就没有航天飞行。追溯源头,中国是最早发明火箭的国家。“火箭”这个词在三国时代(公元 220-228年)就出现了。不过那时的火箭只是在箭杆前端绑有易燃物,点燃后由弩弓射出,故亦称为“燃烧箭”。随着中国古代四大发明之一的火药出现,火药便取代了易燃物,使火箭迅速应用到军事中。真正靠火药喷气推进而非弩弓射出的火箭的外形被记载于明代茅元仪编著的《武备志》中,这种原始火箭虽然没有现代火箭那样复杂,但已经具有了战斗部、推进系统、稳定系统和箭体结构,完全可以认为是现代火箭的雏形。

    世界上第一个试图乘坐火箭上天的“航天员”也出现在中国。相传在14世纪末期,中国有位称为“万户”的人,两手各持一大风筝,请他人把自己绑在一把特制的座椅上,座椅背后装有47支当时最大的火箭。他试图借助火箭的推力和风筝的气动升力来实现“升空”的理想。“万户”的勇敢尝试虽遭失败并献出了生命,但他仍是世界上第一个想利用火箭的力量进行飞行的人。今天,为了纪念这位传奇式的人物,国际上将月球表面东方海附近的一个环形山以“万户”命名。13-14世纪,中国的火箭技术与其他火药兵器一同传到阿拉伯国家和印度,后又传入欧洲。至18世纪后期,印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中就曾大量使用火药火箭并取得了成功结果,由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格里夫(WilliamCongreve)在19世纪初对印度火箭作了改进,他确定了黑火药的多种配方,改善了制造方法并使火箭系列化,最大射程可达3km。19世纪70年代以后,火炮技术在使用性能方面有了新的突破,火箭终于被准确度很高的火炮所代替。虽然如此,这些初期火箭的原理都成为了近代火箭技术的最初基础。

    3系统组成

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    1957年10月,世界上第一颗人造地球卫星Sputnik 1在前苏联发射成功,开创了人类航天新纪元,宇宙空间开始成为人类活动的新疆域,并且将这一年定为第一个国际空间年。近半个世纪以来,航天技术已经在世界范围内取得了巨大的进展,航天技术已经广泛应用于科学活动、军事活动、国民经济和社会生活的许多部门,产生了极其重大而深远的影响。

    航天是指进入、探索、开发和利用太空以及地球以外天体各种活动的总称。航天活动包括航天技术,空间应用和空间科学三大部分。航天技术是指为航天活动提供技术手段和保障条件的综合性工程技术。空间应用是指利用航天技术及其开发的空间资源在科学研究、国民经济、国防建设、文化教育等领域的各种应用技术的总称。空间资源系指地球大气层以外的可为人类开发和利用的各种环境、能源与物质资源,入空间高远位置、高真空、超低温、强辐射、微重力环境、太阳能以及地球以外天体的物质资源等。航天系统是指由航天测控网、应用系统组成的完成特定航天任务的工程系统。其中应用系统指航天器的用户系统,一般是地面应用系统。 航天系统按是否可载人可分为无人航天系统、载人航天系统;按用途可分为民用航天系统和军事航天系统;按航天器种类可分为多种。 航天系统是现代典型的复杂工程大系统,具有规模庞大、系统复杂、技术密集、综合性强,以及投资大、周期长、风险大、应用广泛和社会经济效益十分可观等特点,是国家级大型工程系统。组织管理航天系统的设计、制造、试验、发射、运行和应用,要采用系统工程方法,在航天工程实践中形成了航天系统工程,进一步丰富和发展了系统工程的理论和方法。完善的航天系统是一个国家航天实力和综合国力的重要标志,目前世界上只有为数不多的国家拥有这种实力。

    4中国航天

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    神州五号

    1999年11月20日~21日,中国载人航天工程第一艘“神舟”无人试验飞船飞行试验获得了圆满成功。2001年初至2002年底又相继研制并发射成功了神舟2~4号无人试验飞船,获得了宝贵的试验数据,为实施载人航天打下了坚实的基础。神舟5飞船是在无人飞船基础上研制的我国第1艘载人飞船,乘有1名航天员,在轨运行1天。整个飞行期间为航天员提供必要的生活和工作条件,同时将航天员的生理数据、电视图像发送地面,并确保航天员安全返回。飞船的手动控制功能和环境控制与生命保障分系统为航天员的安全提供了保障。飞船环绕地球14圈后在预定地区着陆。神舟5飞船载人航天飞行实现了中华民族千年飞天的愿望,是中华民族智慧和精神的高度凝聚,是中国航天事业在新世纪的一座新的里程碑。

    神州六号

    神舟六号载人飞船是中国神舟飞船系列之一。“神舟六号”与“神舟五号”在外形上没有差别,仍为推进舱、返回舱、轨道舱的三舱结构,重量基本保持在8吨左右,用长征二号F型运载火箭进行发射。它是中国第二艘搭载太空人的飞船,也是中国第一艘执行“多人多天”任务的载人飞船。

    神州七号

    全国政协委员、载人航天火箭系统顾问组组长、“神舟”五号火箭总指挥黄春平表示,“神舟”七号发射时间将推迟半年左右,原定2007年的发射计划将拖后到2008年。与“神舟五号”、“神舟六号”不同,“神舟”七号火箭在研制上的关键点是宇航服和气闸舱。因为“神舟”七号将实现太空行走,航天员能否从舱内气压骤然适应真空环境,气闸舱和宇航服扮演了重要角色。神舟七号于2008年9月25日21点10分04秒988毫秒发射升空。从神舟七号开始,我国进入载人航天二期工程。在这一阶段里,将陆续实现航天员出舱行走、空间交会对接等科学目标。

    5未来发展

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    19世纪末20世纪初,火箭才又重新蓬勃地发展起来。近代的火箭技术和航天飞行的发展,涌现出许多勇于探索的航天先驱者,其中代表人物有齐奥尔科夫斯基,奥伯特,戈达德。真正的近代火箭的出现是在第二次世界大战时的法西斯德国。早在1932年德国就发射A2火箭,飞行高度达到3km。1942年10月3日,德国首次成功地发射了人类历史上第一枚弹道导弹——V-2(A4型),并于1944年9月6日首次投入作战使用。第二次世界大战期间,先后大约有4300多枚V-2导弹袭击了英国、荷兰安特卫普港和其他目标,破坏严重。V-2是单级液体火箭,全长14m,质量为,箭体直径1.65m,最大射程320km,发动机熄火高度96km,飞行时间约320s,命中精度圆公算偏差5km,有效载荷约1t。V-2的成功在工程上实现了19世纪末、20世纪初航天技术先躯者的技术设想,并培养和造就了一大批有实践经验的火箭专家,对现代大型火箭的发展起到了继往开来的作用。V-2的设计虽不尽完善,但它却是人类拥有的第一件向地球引力挑战的工具,成为航天技术发展史上的一个重要里程碑。

    第二次世界大战后,美、苏两国分别接收了参与V-2研制的部分专家、设备及资料,为这两个国家在第二次世界大战后迅速发展火箭和导弹技术创造了有利的条件。40年代末至50年代末,在V-2的基础上,以美国和前苏联为主研制的火箭武器得到了迅速发展,各种类型的导弹武器相继问世,并形成了一个完整的导弹武器系统。

    6航空与航天主要区别

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    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?

    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。

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    • 更新时间:2016-04-08
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