【簡介：】升空飛行是人類最古老、最美好的愿望之一。千百年來，中國及其他國家和地區(qū)流傳著許許多多有關飛行的美妙神話和動人傳說。由于科學技術發(fā)展的限制，飛行的探索直到近代一直處于

升空飛行是人類最古老、最美好的愿望之一。千百年來，中國及其他國家和地區(qū)流傳著許許多多有關飛行的美妙神話和動人傳說。由于科學技術發(fā)展的限制，飛行的探索直到近代一直處于盲目的冒險和無盡的幻想階段。在人們認識到簡單模仿鳥類的撲翼飛行方式并不能使人升空之后，在近乎偶然的發(fā)現的情況下，人們開始轉向輕于空氣的航空器的研制?！　热莺喗?本書向讀者展示的是人類經過長期的不懈努力和艱苦奮斗，最終實現升空飛行的歷史畫卷。在以航空技術的發(fā)展為基本研究和論述主線的同時，還介紹了先驅者們的奮斗和貢獻、航空技術在戰(zhàn)爭中的運用及其影響、航空技術的社會功能和經濟價值、航空發(fā)展戰(zhàn)略與決策、航空關鍵技術的發(fā)展。最后，根據航空的發(fā)展歷史以及國內外的有關研究，對航空技術的發(fā)展前景進行較為詳盡的分析、預測和介紹。

衛(wèi)星發(fā)展史 第一章 世界航天發(fā)展簡史 探索浩瀚的宇宙，是人類千百年來的美好夢想。我國在遠古時就有嫦娥奔月的神話。公元前1700年，我國有順風飛車，日行萬里之說，還繪制了飛車騰云駕霧的想像圖。外國也有許多有關月亮的美好傳說。 自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星上天以來，到1990年12月底，前蘇聯、美國、法國、中國、日本、印度、以色列和英國等國家以及歐洲航天局先后研制出約80種運載火箭，修建了10多個大型航天發(fā)射場，建立了完善的地球測控網，世界各國和地區(qū)先后發(fā)射成功4127個航天器。其中包括3875個各類衛(wèi)星，141個載人航天器，111個空間探測器，幾十個應用衛(wèi)星系統投入運行。目前航天員在太空的持續(xù)飛行時間長達438天，有12名航天員踏上月球。空間探測器的探測活動大大更新了有關空間物理和空間天文方面的知識。到上世紀末，已有5000多個航天器上天。有一百多個國家和地區(qū)開展航天活動，利用航天技術成果，或制定了本國航天活動計劃。航天活動成為國民經濟和軍事部門的重要組成部分。 航天技術是現代科學技術的結晶，它以基礎科學和技術科學為基礎，匯集了20世紀許多工程技術的新成就。力學、熱力學、材料學、醫(yī)學、電子技術、光電技術、自動控制、噴氣推進、計算機、真空技術、低溫技術、半導體技術、制造工藝學等對航天技術的發(fā)展起了重要作用。這些科學技術在航天應用中互相交叉和滲透，產生了一些新學科，使航天科學技術形成了完整的體系。航天技術不斷提出的新要求，又促進了科學技術的進步。 一、 火箭技術 火箭技術推動了人類航天發(fā)展的歷史。 火藥是中國古代的四大發(fā)明之一，火箭是在火藥發(fā)明之后中國人發(fā)明的。早在公元1000年宋朝唐福獻應用火箭原理制成了戰(zhàn)爭武器，13世紀初傳到外國。傳說在14世紀末，中國有個學者萬戶在坐椅背后安裝47支當時最大的火箭，兩手各持大風箏，試圖借助火箭的推力和風箏的升力升空。但是一聲爆炸之后，只見煙霧彌漫，碎片紛飛，人也找不見了。為紀念這位世界上第一個試驗火箭飛行的勇士，月球表面東方海附近的一個環(huán)形山以萬戶命名。18世紀，印度軍隊在抗擊英國和法國軍隊的多次戰(zhàn)爭中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推動了歐洲火箭技術的發(fā)展。曾在印度作戰(zhàn)的英國人康格雷對印度火箭作了改進。他確定了黑火藥的多種配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程達3公里。這些初期火箭的原理成了近代火箭技術的基礎。 19世紀末20世紀初，隨著科學技術的進步，近代火箭技術和航天飛行發(fā)展起來，先驅者的代表人物有前蘇聯的齊奧爾科夫斯基，美國人戈達德和德國奧伯特。 齊奧爾科夫斯基畢生從事火箭技術和航天飛行的研究。在他的經典著作中，對火箭飛行的思想進行了深刻的論證，最早從理論上證明用多級火箭可以克服地心引力進入太空。他建立了火箭運動的基本數學方程，奠定了理論基礎。他首先提出了使用液體推進劑火箭的倡議，經過了短短的30年就實現了。他預想到現代火箭的真實結構，并論述了關于液氫-液氧作為推進劑用于火箭的可靠性，設想用新的燃料（原子核分解的能量）來作火箭的動力。他具體地闡明了用火箭進行航天飛行的條件，火箭由地面起飛的條件，人造地球衛(wèi)星及實現飛向其他行星所必須設置中間站的設想。他還提出過許多的技術建議，如建議用燃氣舵控制火箭，用泵來強制輸送推進劑，以及用儀器自動控制火箭等，都對現代火箭和航天飛行的發(fā)展起了巨大的作用。 戈達德博士在1010年開始進行近代火箭的研究工作。他在1919年的論文中提出了火箭飛行的數學原理，指出火箭必須具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他認識到液體推進劑火箭具有極大的潛力，1926年3月他成功在研制和發(fā)射了世界上第一枚液體推進劑火箭，飛行速度103km/h，上升高度12.5米，飛行距離56米。奧伯特教授在他1923年出版的書中不僅確立了火箭在宇宙空間真空中工作的基本原理，而且還說明火箭只要能產生足夠的推力，便能繞地球軌道飛行。同齊奧爾科夫斯基和戈達德一樣，他也對許多種推進劑的組合進行了廣泛的研究。 真正的近代火箭的出現是在第二次世界大戰(zhàn)時的法西斯德國。早在1932年德國就發(fā)射A2火箭，飛行高度達3公里。1942年10月發(fā)射成功V-2火箭（A4型），飛行高度85公里，飛行距離190公里。V-2火箭的發(fā)射成功，把航天先驅者的理論變成現實，是現代火箭技術發(fā)展史的重要一頁。 1945年5月，第二次世界大戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗，前蘇聯俘虜部分德國火箭技術人員，繳獲了幾枚V-2火箭和有關技術資料。在此基礎上，1947年前蘇聯仿制V-2火箭成功。1948年自行設計了P-1 火箭，射程達300公里。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭，射程分別達到500公里和1750公里。1957年8月，成功發(fā)射兩級液體洲際導彈P-7，射程8000公里，經過改裝的P-7于1957年10月4日，發(fā)射成功世界上第一顆人造地球衛(wèi)?quot;人造地球衛(wèi)星1號，從而揭開了現代火箭技術新的一頁。前蘇聯由于發(fā)射多種航天器的需要，先后研制成功東方號、聯盟號、宇宙號、質子號、能源號等多種型號的運載火箭，可將100多噸的有效載荷送入近地軌道。 二戰(zhàn)后，美國俘虜了以馮?布勞恩為首的德國火箭專家，繳獲了100余枚V-2火箭。美國陸軍在布勞恩的幫助下于1945年發(fā)射了V-2火箭，1949年開始研究紅石彈道導彈，1954年制定人造衛(wèi)星計劃，1958年2月1日丘辟特C火箭成功發(fā)射美國第一顆人造衛(wèi)星，美國為發(fā)射多種航天器的需要，先后研制成功先鋒號、丘諾號?quot;紅石號、偵察兵號、大力神號和土星號等運載火箭。 中國于1960年11月5日第一枚近程火箭發(fā)射試驗成功。我國有長征號（CZ）系列運載火箭，主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四種基本型運載火箭和CZ-1D、C（CZ-2C）、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等幾種改進型。 1990年4月7日，中國CZ-3 運載火箭發(fā)射成功美國制造的亞洲一號衛(wèi)星。長征火箭成功地進入了國際商業(yè)發(fā)射衛(wèi)星的行列，至今已將27顆外國衛(wèi)星發(fā)射上天。法國從50年代開始自行研制探空火箭和導彈，并在此基礎上研制鉆石號運載火箭。1965年11月至1967年2月，法國鉆石號火箭將A-1、D-1人造衛(wèi)星送入太空。法國積極推動西歐國家聯合發(fā)展歐洲航天事業(yè)，它是歐洲空間局的主要成員國，并承擔阿里安號運載火箭的大部份研制工作。 歐空局正式成員國有比利時、丹麥、法國、聯邦德國、愛爾蘭、意大利、荷蘭、西班牙、瑞典和英國；非正式成員國有奧地利和挪威；加拿大為觀察員國。由歐空局研制的阿里安1號運載火箭于1979年12月24日首次發(fā)射成功。迄今已研制有阿里安1-5號五種基本型和多種改進型火箭。阿里安4號為歐空局主要運載工具，至今已發(fā)射80余次，失敗7次，成功率在世界商用衛(wèi)星運載工具中名列前茅。 日本自1963年開始研制謬系列固體運載火箭，共有4代。1970年日本宇宙開發(fā)事業(yè)團決定引進美國德爾它號運載火箭技術，以發(fā)展本國的N號運載火箭。1975年9月，日本首次用N-1火箭成功地發(fā)射了菊花1號技術試驗衛(wèi)星。1994年試驗成功帶有氫氧燃料裝置的N-2火箭。印度自行研制成功運載火箭系列SLV，ASLV，PSLV和GSLV。2001年4月同步軌道衛(wèi)星運載火箭GSLV發(fā)射成功。 此外，還有英國、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韓國、朝鮮等國均有利用本國制造或租用他國運載火箭來發(fā)射人造衛(wèi)星的能力。 二、衛(wèi)星時代 人造地球衛(wèi)星的計劃設想早在1945年就在美國出現，美海軍航空局已著手研究一種把科學儀器送入太空的衛(wèi)星，次年美國陸軍航空局在審?quot;蘭德計劃的一項類似的研究報告中，就有實驗性環(huán)球空間飛行器的初步設計。隨著現代科學技術和一系列大功率運載火箭的發(fā)展，為人造地球衛(wèi)星的研制和發(fā)射打下了堅實的基礎。 1957年10月4日，前蘇聯用衛(wèi)星號運載火箭把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星送入太空，衛(wèi)星呈球形，外徑0.58米，外伸4根條形天線，重83.6公斤，衛(wèi)星在天上正常工作了三個月。同年11月3日，前蘇聯發(fā)射了第二顆衛(wèi)星，衛(wèi)星呈圓錐形，重508.3公斤，這是一顆生物衛(wèi)星，除了利用小狗萊伊卡作生物試驗外，還有于探測太陽紫外線，X射線和宇宙線。按照今天的標準衡量，前蘇聯的第一顆衛(wèi)星只不過是一個伸展開發(fā)射機天線的圓球，但它卻是世界第一個人造天體，把人類幾千年的夢想變成現實，為人類開創(chuàng)了航天新紀元。人造地球衛(wèi)星出現之后，60年代前蘇聯和美國發(fā)射了大量的科學實驗衛(wèi)星、技術實驗衛(wèi)星和各類應用衛(wèi)星。70年代軍、民用衛(wèi)星全面進入應用階段，并向偵察、通信、導航、預警、氣象、測地、海洋和地球資源等專門化方向發(fā)展。同時各類衛(wèi)星亦向多用途、長壽命、高可靠性和低成本方向發(fā)展。80年代后期新起的單一功能的微型化、小型化衛(wèi)星是衛(wèi)星發(fā)展上的新動向，這類重量輕、成本低、研制周期短、見效快的小型衛(wèi)星將是未來衛(wèi)星的一支生力軍。除美、蘇外，中國、歐洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等國都擁有自己研制的衛(wèi)星。為什么經過短短的三十多年，航天活動取得了如此迅速的發(fā)展呢？除了美、蘇搞空間軍備競賽發(fā)射了大量的軍事應用衛(wèi)星外，主要是人類一開始就非常重視航天技術的應用。航天活動大大擴大了人類知識寶庫和物質資源、給人類日常生活帶來了重大的影響和巨大的經濟效益。航天活動大大推動了現代科學技術和現代工農業(yè)的向前發(fā)展。三、空間探測 空間探測的主要目的是：了解太陽系的起源、演變和現狀；通過對太陽系內的各主要行星及其衛(wèi)星的比較研究進一步認識地球環(huán)境的形成和演變；了解太陽系的變化歷史；探索生命的起源和演變。空間探測器實現了對月球和行星的逼近觀測和直接取樣探測，開創(chuàng)了人類探索太陽系內天體的新階段。月球探測：月球是地球的唯一的天然衛(wèi)星，自然成為空間探測的第一個目標。直接考察月球有助于更好地了解地-月系統的起源，月球是未來航天飛行理想的中間站和人類進入太陽系空間的第一個定居點。 美國和前蘇聯自1958年至1976年8月共發(fā)射過83個無人月球探測器，其中美國36個，前蘇聯47個。此后，美、蘇再也沒有發(fā)射過無人月球探測器。1990年1月日本發(fā)射了一顆月球探測器，成為第三個向月球發(fā)射探測器的國家。探測器由兩部分組成，一部分（182公斤）進入大橢圓軌道，在地-月系統中飛行，另一部分（11公斤）在月球軌道上飛行。日本還計劃在1996年2月發(fā)射一顆重550公斤（含推進劑190公斤）的月球-A探測器。 月球探測已經實現的主要方式有：（1）在月球近旁飛過或在其表面硬著陸，利用這個過程的短暫時間探測月球周圍環(huán)境和拍攝月球照片；（2）以月球衛(wèi)星的方式獲取信息，其特點是探測時間長并能獲取較全面的資料；（3）在月球軟著陸，可拍攝局部地區(qū)的高分辨率照片和進行月面土壤分析。 1999年7月31日，為了確證月球上到底有沒有冰，美國月球勘探者號進行了飛行器撞擊月球實驗。 行星和行星際探測 人類長期借助于天文望遠鏡觀測行星表面的細節(jié)，發(fā)現了土星光環(huán)、木星衛(wèi)星和天王星；運用萬有引力定律陸續(xù)發(fā)現了海王星和冥王星；借助于近代照相術、分光術和光度測量技術對行星表面的物理特性和化學組成有了一定的認識。然而人們在地面隔著大氣層觀測行星，已經不能滿足對行星的深入研究。行星和行星際探測器為行星和行星際空間的研究提供了新的手段。 自1960年至1978年美、蘇和西德共發(fā)射了63個行星和行星際探測器，其中美國23個，前蘇聯38個，西德2個。采用的探測方式有：（1）從行星附近飛過拍攝照片，測定它們的輻射和磁場；（2）在行星表面硬著陸，直接探測行星大氣；（3）繞行星飛行，成為行星的人造衛(wèi)星；（4）在行星上軟著陸，對行星表面進行細致的分析和探測。1960年3月發(fā)射了第一個行星際探測器先驅者5號，進入了一條0.8~1.0天文單位的橢圓日心軌道，測量了行星際磁場、行星際粒子和太陽風，探測表明太陽風像噴水池螺旋形噴水圖形；發(fā)現地球磁場在向著太陽的一面被太陽風壓縮，另一面至少延伸到500萬公里遠。1962年8月發(fā)射的水手2號成功地飛過金星，發(fā)現金星沒有磁場和輻射帶。1970年8月發(fā)射的金星7號第一次降落金星表面，探測表明金星表面溫度為475℃，壓力為90±15個大氣壓。多次探測表明金星有稠密的大氣層和厚厚的云層和頻繁的閃電，發(fā)現金星大氣中二氧化碳占97%，氮氣占1%~3%，，水氣占0.1%~0.4%。1964年11月發(fā)射的水手4號飛過火星，探測表明火星沒有輻射帶和磁場，測量到火星電離層的特性和大氣密度垂直分布，火星表面大氣壓不到海平面大氣壓的百分之一，照片表明火星上的環(huán)形山與月球相似。1975年8月發(fā)射的海盜1號第一次在火星上著陸成功，探測表面火星大氣中塵土含量很高，火星大氣本身二氧化碳占95%，氮占2.7%，還有微量的氬、氧和水汽；對火星土壤分析表明，硅占15%~20%，鐵占4%，還有少量的鈣、鋁、硫、鈦、鎂、銫和鉀。1973年11月發(fā)射的水手10號，同水星相會的探測表明，水星有極稀薄的含有微量氬、氖和氦的大氣，只有地球大氣的一萬億分之一；水星表面溫度在510℃~-210℃之間；水星有磁場，強度是地球磁場強度的百分之一，照片表明水星有密密麻麻環(huán)形山。1972年2月和1973年4月發(fā)射的先驅者10號和11號發(fā)現木星的輻射帶強度是地球輻射帶強度的10000倍，而且它的脈動磁場延伸到土星附近，發(fā)回了木星和土星云量的圖像，有關土星主外光環(huán)很有價值的資料，它們通過小行星帶時沒有受到損害，它們最終將飛出太陽系進入恒星際空間，它們帶有會被地外文明世界理解的信息牌。 為了探索宇宙的奧秘，美歐聯合研制的哈勃空間望遠鏡于1990年4月發(fā)射升空，這項計劃獲得了巨大的成功，十年間進行了10多萬次的天文觀測，觀測了大約13670個天體，向地球發(fā)回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙誕生早期的原始星系、慧星撞擊木星以及遙遠星系等許多壯觀圖像，為近2600篇科學論文提供了依據。這是人類空間天文觀測工作的一個里程碑。 1997年7月4日，美國探路者號火星探測器在火星表面安全著陸，并釋放出一輛火星?quot;漫游者號，第一次拍攝到火星的彩色三維立體圖像，傳回地球大量的火星表面的照片。 四、載人航天 載人航天在航天活動中占有重要位置。盡管航天器攜帶裝置精確、靈敏度高、能自動觀察、操作、儲存、處理數據，但它們不能代替人的思維。初期載人航天器一方面研究航天技術，另一方面進行生物學和醫(yī)學試驗，研究航天員在長期失重條件下的反應，航天員在密閉艙中的工作能力，航天器對接時和走出航天器時的人的生理反應。前蘇聯自1961年4月到1970年9月共發(fā)射了17艘載人飛船（東方號6艘、上升號2艘?quot;聯盟號9艘）。1965年3月航天員在上升號上第一次走出飛船，1966年1月兩艘聯盟號飛船第一次在軌道上交會對接，并實現兩個航天員從一艘飛船向另一艘飛船轉移。1971年到1982年發(fā)射了7艘重量為18~20噸的禮炮號空間站，截至1985年還發(fā)射了27艘載人飛船（聯盟T號、TM號）和25艘無人飛船（進步號）用作天地往返運輸系統。1986年發(fā)射了和平號空間站，這是未來永久性空間站的核心艙，將于90年代建成由7個艙組成的大型空間站。俄羅斯計劃21世紀前期發(fā)射無人和載人火星飛船以及建立載人月球基地。設計壽命為五年的和平號空間站運行了十五年，于2001年3月23日13時59分安全地墜落在南太平洋海域。 美國自1961年5月至1966年11月發(fā)射了16艘載人飛船（水星和雙子星座）。水星和雙子星座計劃是載人登月飛行目標阿波羅計劃的頭兩個階段。1965年6月雙子星座飛船上的航天員第一次步入太空，1966年3月雙子星座-8號和阿金納飛行器在軌道上第一次成功地實現對接，此后，雙子星座飛船系統進行過多次交會和對接。1967年至1972年共發(fā)射了14次阿波羅飛船（其中3次無人飛行，3次載人繞月飛行，6次載人登月飛行，12名航天員登上月球）。1973年發(fā)射了天空實驗室并和阿波羅飛船進行過對接。1969年尼克松政府宣布70年代研制載人航天飛機，1984年里根政府宣布90年代建立永久性載人空間站。1993年9月美俄二國達成協議，合作建造一個有16國參加的國際空間站，2006年完成。2001年5月，美國宇航發(fā)燒友蒂托進入國際空間站俄羅斯艙遨游8天，成為地球旅客航天游第一人。 另一方面，美國和俄羅斯關于載人火星飛行的計劃正在悄悄進行之中。二、三十年以后，人類就可能登上紅色的行星--火星。 1999年11月20日，長征二號乙火箭發(fā)射神舟號無人試驗飛船上天，11月21日飛船順利回收，我國航天技術實現了歷史性的跨越。中國航天員遨游宇宙的日子已經不遠了。