近年來,我國的航空航天事業(yè)呈現(xiàn)井噴式的發(fā)展,載人航天、探月工程、殲-20、運-20、直-20等等捷報頻傳,讓人目不暇接。社會公眾在欣喜之余,不少人也在問:航空航天不一樣嗎? 實話實說,航空航天真的不一樣。咱們長話短說,最根本的不一樣在于二者的運行介質(zhì)不一樣。我們知道,地球表面包裹著一層厚厚的大氣層,以大氣層為界,飛機等航空器運行于地球表面之上的大氣層之內(nèi),火箭、飛船等航天器則運行于地球表面之上的大氣層以外。這就是二者的根本不同。 大氣層的層次劃分 基于這一點,衍生出了航空航天的一系列的不一樣。 首先是飛行高度不一樣。一個在大氣層內(nèi),另一個在大氣層外,二者的飛行高度必然不同。這里涉及兩個高度,一個是實際飛行高度,目前航空器的實際飛行高度都在3萬米以內(nèi),僅有前蘇聯(lián)的米格-25戰(zhàn)斗機曾經(jīng)創(chuàng)造過37650米的飛行高度世界紀錄;航天器穩(wěn)定運行的低軌道高度為160千米,也就是說航天器的實際運行高度都在160千米以上。另一個是法定飛行高度,國際航空聯(lián)合會規(guī)定,海拔100千米高度為大氣層與外太空的分界線,并以美國科學家西奧多·馮·卡門的名字進行命名,稱為“卡門線”。當然,由于大氣層呈彌漫性擴散狀態(tài),因此大氣層與外太空之間沒有一條明確的物理界線,只是為了便于區(qū)分航空與航天活動,人為地劃定了這條“卡門線”。卡門線以內(nèi)是航空空間,卡門線以外為航天空間,也即外太空。顯然,無論是實際飛行高度,還是法定飛行高度,二者都明顯不同。 飛機的受力分析 航天器的飛行原理 其次是飛行原理不一樣。航空器遵循牛頓力學原理,以飛機為例,其上通常作用著四個力:拉力、阻力、升力和重力,保持飛機穩(wěn)定飛行的條件是拉力=阻力,升力=重力。如果不滿足拉力=阻力,飛機就會改變飛行速度;如果不滿足升力=重力,飛機就會改變飛行高度。其中,拉力是由發(fā)動機和螺旋槳共同產(chǎn)生的,阻力和升力都是氣流流過機體表面與其相互作用而產(chǎn)生的,重力則是機體質(zhì)量與地心引力相互作用而產(chǎn)生的。航天器遵循萬有引力定律,其上通常作用著三個力:重力、萬有引力和軌道運行的離心力,保持航天器穩(wěn)定在軌運行的條件是重力=萬有引力=離心力。如果萬有引力小于離心力,航天器就會加速脫離軌道;如果萬有引力大于離心力,航天器就會減速降落。 第三是飛行速度不一樣。在追求高空、高速的大背景下,航空器的飛行速度主要取決于技術可能,要提高飛行速度就必須提高推進系統(tǒng)的拉力,減小飛機的飛行阻力。在目前的技術條件下,米格-25戰(zhàn)斗機以馬赫數(shù)3.2保持著飛機的最大平飛速度的世界紀錄。航天器的飛行速度主要取決于其任務需要,繞地飛行必須滿足第一宇宙速度,7.9千米/秒,大約是22馬赫;繞日飛行必須滿足第二宇宙速度,11.2千米/秒;沖出太陽系必須滿足第三宇宙速度,16.7千米/秒。顯然,二者的飛行速度不僅不同,而且還不在一個數(shù)量級。 第四是推進方式不一樣。航空器在大氣層內(nèi)運行,可以采用吸氣式動力,如活塞式發(fā)動機、噴氣式發(fā)動機等,前者以汽油為燃料,后者以煤油為燃料,二者都以空氣為氧化劑;航天器在大氣層外運行,沒有空氣來源,除了自帶燃料,還必須自帶氧化劑,只能以火箭為動力。 第五是起降方式不一樣。航空器大多采用水平起降,航天器大多采用垂直起飛、自由下落。這其實是由各自的飛行原理所決定的。以飛機為例,航空器實現(xiàn)升空的基本條件是升力大于重力,在飛機重力一定的前提下,由于升力與飛行速度的2次方成正比,因此航空器要實現(xiàn)升空必然要從靜止開始經(jīng)歷一段水平加速過程,直至飛機離地升空。降落,則與此相反。航天器完全依靠火箭推力克服重力實現(xiàn)升空,并逐漸加速到入軌速度,因此垂直發(fā)射是最有效、最便捷和最經(jīng)濟的發(fā)射方式。其實火箭也不是一直垂直上升的,為了實現(xiàn)末段入軌,到達一定高度之后就會開始拐彎,逐漸靠近并最終進入預定軌道。 關于航空航天的不一樣還可以列出一些,但主要的就是這些。而且了解了這些,也就不難理解為什么說航空航天不一樣了。 |
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