尽管航空和航天相差一字,并且时常一起出现,但实际上,它们分别指代不同的两大技术门类。那么,航空和航天有关联吗?它们又有什么区别呢?
从字面意思上看,“天”,是指地球大气层以外的宇宙空间,也可以称为外层空间、太空;“空”,是指地球表面以上的大气层空间。所以,航空和航天,似乎分别指向大气层空间内的航行和外层空间的航行。
航空和航天到底以什么为界限呢?目前国际上还没有明确划分,有些科学家提出以距地面100km为界,以下是“空”,以上是“天”,但也有科学家提出要以75千米或85千米为界。
航空、航天器飞行高度示意图
尽管没有既定的界限,我们仍然能够从航空和航天的许多不同之处区分它们。
飞行环境不同
航天器在大气层外飞行,需要研究太空飞行环境,并且运行轨道的近地点高度至少在100km以上。航空器在稠密大气层中飞行,飞行高度有限,现代飞机最大飞行高度距地面30km。
世界首颗人造地球卫星-斯普特尼克1号
飞行原理不同
航天器依靠火箭动力飞行,火箭自带燃烧剂和氧化剂来提供动力,与空气动力无关。飞行原理依据牛顿第三定律,即作用力和反作用力原理。而航空器应用吸气发动机提供推力,只自带燃烧剂,氧化剂来自于吸收空气中的氧气。并且,飞机、直升机等航空器还依靠空气动力克服自身重力升空的。
火箭飞行原理依据牛顿第三定律
飞行速度不同
为了克服和摆脱万有引力的作用,航天器需要达到足够的速度才能够实现航天。
要冲出大气层,理论上必须达到7.9km/s的第一宇宙速度;摆脱地球引力进入太阳系,理论上必须达到11.2km/s的第二宇宙速度;要摆脱太阳引力进入银河系必须达到16.6km/s的第三宇宙速度。而航空器的速度就低得多,现代飞机最快速度只有声速的3倍多。
宇宙速度示意图
工作时限不同
航天器在轨可持续工作时间很长。载人航天器中工作时间最长的要数和平号空间站,它在太空持续飞行了15年后离轨坠毁。而无人航天器,如先驱者10号,已飞行32年,目前正飞出太阳系向银河系进发。而航空器的活动范围和工作时间则很有限,如飞机的最长飞行时间不超过一昼夜,航程最大约20000km。
和平号空间站
升降方式不同
航天器的发射,都由运载火箭垂直升空完成。在发射过程中,运载火箭要转向、逐级脱离并送航天器入轨。返回时,航天器必须经历离轨、过渡、再入和着陆四个阶段,难度远远高于航空器的降落。航空器以飞机为例,它的升空是从地面到安全高度的一个加速的运动过程,降落时需要经过下滑和着陆,困难程度大大小于航天器。
飞机的升降
可见,航空和航天尽管在多方面互有联系,但互相之间也有很大的差别,稍有了解后就不容易混淆了。“航天”一词,并不是由来已久,那么它是怎么产生的呢?与它很像的“航宇”又是指什么呢?
中国本没有“航天”这个词,更没有“航天器”。人们把在地球大气层以外空间飞行的各类飞行器称为“空间飞行器”或“宇宙飞行器”,把在太空中飞行叫做“空间飞行”、“星际航行”或“宇宙航行”。著名科学家钱学森就曾出版一本叫做《星际航行概论》的专著。
20世纪60年代后期,钱学森研究了星际航行的历史现状和未来发展,他认为现阶段人类还只能在太阳系内航行,在太阳系内的航行可以称为“航天”,并可与中国已有的“航海”、“航空”词汇相对应,将来飞出太阳系到其他恒星的航行,可以称为“航宇”。这样,中国就有了“航天”一词。
“航天”一词与中国原有词汇“航海”、“航空”相衔接,而且比“空间飞行”、“宇宙航行”、“星际航行”等简便、准确,所以“航天”及相应的“航天器”、“航天员”、“航天飞机”等术语很快就被中国科学技术界普遍接受。
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