航空航天技術(shù)

第4課航空、航天技術(shù)今天不可能的事明天將變?yōu)榭赡堋！怠ぐ！R奧爾可夫斯基航天技術(shù)包括：運載器技術(shù)、航天器技術(shù)、地面發(fā)射與測控技術(shù)航天系統(tǒng)的組成：航天運載器、航天器任務(wù)系統(tǒng)、航天基地

一、太空和航天1.空間環(huán)境太空泛指宇宙空間，大約離地150千米高度以上的空間，是人類在陸地、海洋、大氣層空間以外的第四活動領(lǐng)域，被稱為第四環(huán)境。航空：人類在大氣層內(nèi)的航行活動。航天：人類在大氣層外到太陽系內(nèi)的航行活動。航宇：人類在太陽系以外的航行活動。宇航：航天和航宇的統(tǒng)稱。2.人類進入第四環(huán)境的困難⑴克服地球引力⑵克服真空⑶適應(yīng)劇烈變化的溫度環(huán)境⑷防護有害輻射3.空間資源⑴高位置資源⑵微重力環(huán)境資源⑶高真空和超潔凈環(huán)境資源⑷太陽能資源⑸月球資源4.航天飛行第一宇宙速度〔環(huán)繞速度〕：7.9千米/秒，航天器可環(huán)繞地球運行。第二宇宙速度〔逃逸速度〕：11.2千米/秒，航天器脫離地球引力而繞太陽運行。第三宇宙速度：16.7千米/秒，航天器脫離太陽引力場飛出太陽系。喬奧爾可夫斯基第一個提出：只有多級火箭可以到達很高的速度，實現(xiàn)宇宙航行?；鸺\動公式：v=wlnM0/Mkv：火箭的速度w：發(fā)動機的噴氣速度M0：火箭的初始質(zhì)量Mk：火箭推進劑燃燒完時的質(zhì)量M0/Mk：火箭的質(zhì)量比二、航天運載器1.分類運載火箭—一次使用的多級火箭。空間運輸系統(tǒng)—局部重復(fù)使用的航天運輸器如航天飛機。2.運載火箭的組成動力系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

3.多級火箭的結(jié)構(gòu)形式4.運載火箭的飛行垂直起飛段；轉(zhuǎn)彎飛行段；過渡飛行段觀看：“長征火箭〞錄像5.中國的運載火箭—長征系列運載火箭三、航天器1.分類按是否載人分：無人航天器；載人航天器。無人航天器：人造地球衛(wèi)星；貨運飛船；空間探測器。載人航天器：載人飛船；空間站；航天飛機。2.人造地球衛(wèi)星在空間軌道上環(huán)繞地球運行的無人航天器⑴人造地球衛(wèi)星的軌道分類按形狀：圓軌道；橢圓軌道。按離地球的距離：低軌道〔500千米以下〕；中軌道〔600-2000千米〕；高軌道〔2000千米以上〕。按飛行方向：順行軌道；逆行軌道；赤道軌道；極地軌道；地球同步軌道；對地靜止軌道；太陽同步軌道。⑵人造地球衛(wèi)星的分類按用途：科學(xué)衛(wèi)星；技術(shù)試驗衛(wèi)星；應(yīng)用衛(wèi)星?？茖W(xué)衛(wèi)星：①空間物理探測衛(wèi)星②天文衛(wèi)星。應(yīng)用衛(wèi)星：①無線電中繼類，如通信衛(wèi)星，海事衛(wèi)星，播送衛(wèi)星。②對地觀測平臺類，如氣象衛(wèi)星，資源探測衛(wèi)星，偵察衛(wèi)星。③導(dǎo)航定位基準(zhǔn)類，如導(dǎo)航衛(wèi)星，測地衛(wèi)星。⑶中國的人造地球衛(wèi)星1970年4月24日中國發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星～2002.7成功地發(fā)射了16種類型49顆國產(chǎn)衛(wèi)星：科學(xué)試驗衛(wèi)星：9顆(“實踐〞1號、2號、4號、5號〕技術(shù)試驗衛(wèi)星：3顆返回式衛(wèi)星：17顆〔成功16顆〕通信衛(wèi)星：10顆〔“東方紅〞2號、2號甲、3號等〕氣象衛(wèi)星：5顆〔“風(fēng)云〞1號、2號等〕資源衛(wèi)星：2顆〔“資源〞1號、2號〕導(dǎo)航衛(wèi)星：2顆〔“北斗〞導(dǎo)航試驗衛(wèi)星〕海洋衛(wèi)星：1顆3.載人航天人類駕駛和乘坐航天器從事探測、試驗、研究和生產(chǎn)的往返飛行活動。⑴載人航天器的分類①天地往返運輸機—載人飛船，航天飛機。②空間站⑵載人飛船能保障航天員在太空短期生活和工作，執(zhí)行航天任務(wù)并返回地面的航天器。1961年4月12日世界第一位航天員尤里·加加林乘坐“東方號〞飛船環(huán)繞地球一周，平安返回地面。1969年7月16日美國“阿波羅〞11號飛船載3名航天員進行首次登月活動。⑶航天飛機往返于地球和近地軌道之間，運送航天員和有效載荷，并可重復(fù)使用的航天器。⑷空間站供多名航天員在太空軌道上長期巡訪、工作和居住的航天器。觀看“惜別太平號〞錄像⑸中國的神舟飛船中國第一艘宇宙飛船“神舟〞1號發(fā)射成功。2001.1.10中國第二艘宇宙飛船“神舟〞2號發(fā)射成功。2002.3.25中國第三艘宇宙飛船“神舟〞3號發(fā)射成功。中國第四艘宇宙飛船“神舟〞4號發(fā)射成功。中國第五艘載人宇宙飛船“神舟〞5號發(fā)射成功。中國第六艘載人宇宙飛船“神舟〞6號發(fā)射成功。四、航天發(fā)射場五、航天技術(shù)展望1.運載系統(tǒng)更新2.人造衛(wèi)星換代3.建設(shè)太空基地4.空間探測擴展六、潛在的問題1.太空垃圾2.污染問題3.心理學(xué)問題【復(fù)習(xí)思考題】1.名詞解釋：航空、航天、航宇、第四環(huán)境、第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度。2.人類從事航天活動的目的是什么？3.已探明的空間資源有哪些？4.人造衛(wèi)星按其用途可分哪幾類？現(xiàn)有哪些應(yīng)用衛(wèi)星？5.什么是人造衛(wèi)星、飛船、航天飛機、空間站？早期人類對于飛行的探索早期的飛機航天技術(shù)的開展航空與航天力學(xué)的開展20世紀是人類開始的航空與航天的世紀。在人類開創(chuàng)的種類繁多的技術(shù)領(lǐng)域中，這兩個領(lǐng)域是與力學(xué)學(xué)科關(guān)系最為密切、也最具有代表性的領(lǐng)域。由于力學(xué)的開展，才使航空和航天成為可能；也由于航空和航天的技術(shù)需要，刺激和推動了新的力學(xué)問題的研究，特別是應(yīng)用力學(xué)與工程力學(xué)的研究?！?早期人類對于飛行的探索

流體力學(xué)的理論開展，為航空工業(yè)的誕生準(zhǔn)備了理論根底。在19世紀末，不少人進行了飛行的探索。這些探索為20世紀初的實際飛行準(zhǔn)備了條件。最后終于迎來了一個新興的工業(yè)部門的誕生，這就是航空工業(yè)的產(chǎn)生與開展。我國晉代有關(guān)于竹蜻蜓的記載，是一種借旋轉(zhuǎn)慣性以升空的玩具。1.1達·芬奇的《論鳥的飛行》

我國在戰(zhàn)國時代有了風(fēng)箏、三國時代有了孔明燈、晉代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的創(chuàng)造。它們是人類早期對重物升空的嘗試。在歐洲的文藝復(fù)興時代，在達·芬奇的扎記中記載了他對滑翔升空的設(shè)想。據(jù)說他曾經(jīng)花了20多年觀察與研究鳥、蝙蝠、昆蟲的飛行，并且方案將他的發(fā)現(xiàn)寫成一本著作。1505年，達·芬奇寫成了研究手稿《論鳥的飛行》。達·芬奇是大畫家，在這篇論文中，圖文并茂。他指出“由于大氣本身是具有可壓縮的性質(zhì)的物質(zhì)，當(dāng)有某種物體以比它的流動更快的速度拍擊大氣時，它就要受到壓縮。〞還指出“除非翅膀拍擊空氣的運動比空氣壓縮時自身的運動速度快，否那么翅膀下的空氣不會變得很密，因此鳥就不會在空中支承自己的重量。〞達·芬奇在這里已經(jīng)有了作用與反作用的思想，即鳥的翅膀拍擊空氣，空氣給鳥的翅膀以升力。達·芬奇還研究了鳥的羽毛的結(jié)構(gòu)，他的結(jié)論是：羽毛的排列特點是當(dāng)它向下扇動時，結(jié)構(gòu)是密的壓縮空氣的效果顯著；而當(dāng)翅膀上揚時，羽毛變的疏散以減少空氣阻力。達·芬奇

LeonardodaVenci1452-1519

的自畫像和飛機的草圖達·芬奇還觀察到在山谷或一定條件下會產(chǎn)生向上的氣流，鳥經(jīng)常利用這種上升的氣流，高飛而又節(jié)省力氣。他進一步注意到鳥一般都是逆風(fēng)而很少順風(fēng)飛行。他說：“鳥逆風(fēng)飛行可以不必扇撲翅膀，這得益于下降時下面的氣流。利用放松運動使之處于氣流之上。〞他在這里已經(jīng)有了空氣動力產(chǎn)生升力的萌芽，這是極可珍貴的體驗。此外達·芬奇還對鳥的起飛、降落、轉(zhuǎn)彎、滑翔等動作，并且給了許多合理的解釋。根據(jù)鳥的飛行原理，達·芬奇設(shè)計了飛機、降落傘、直升機。他考慮最多的是撲翼機，他說：“鳥是一架按數(shù)學(xué)定律工作的機器，人具有復(fù)制這架機器全部運動的能力。它的強度可能不會符合，因為缺少維持平衡的動力。我們可以說，人們建造這種機器不缺少任何東西，只有鳥的生命除外。〞[1]后來的歷史開展證明，達·芬奇的這個論斷是十分正確的。[1]艾瑪·阿·里斯特著，鄭福潔譯，《萊奧納多·達·芬奇筆記》，三聯(lián)書店，1998年，第102頁1.2利用氣球飛行

1783年10月21日來自法國里昂附近蒙格菲兄弟在巴黎成功地進行了載人的熱氣球試驗。由于蒙格菲的成功，巴黎科學(xué)院撥出經(jīng)費進行氣球的研究，在同年12月1日，在巴黎研究以氫氣作氣球的查禮成功地進行了一次載人的氫氣球試驗。蒙格菲兄弟成功地

載人熱氣球試驗1851年法國的吉法爾決定在長40米的氣球上安裝上50馬力的蒸汽機，蒸汽機帶動螺旋槳推進，這是最早的飛艇。時速可以到達每小時10公里。1900年7月德國的齊伯林以鋁為構(gòu)件的硬式飛艇試驗成功。時速達每小時30公里。齊伯林的飛艇幾經(jīng)改進，到1911年的齊伯林七號，裝有420馬力的發(fā)動機，時速大約每小時58公里，并且被用于第一次世界大戰(zhàn)，去對法國作戰(zhàn)。齊伯林

Ferdinand

vonZeppelin

1838—1917齊伯林的氣球

利用氫氣比重比空氣小的性質(zhì)進行飛行，是基于流體靜力學(xué)原理，即在古希臘由阿基米德所發(fā)現(xiàn)的浮力原理。雖然后來歷經(jīng)改進，采用氦氣，采用金屬外殼，還安裝了發(fā)動機進行飛行，但是由于它既笨重又不平安，所以后來慢慢被飛機淘汰了。1.3凱利的飛行研究

在達·芬奇系統(tǒng)地研究鳥的飛行之后的數(shù)百年間，人們似乎忘掉了航空。特別是，在18世紀末，當(dāng)法國人乘氣球升空得到成功，并熱衷于研究靠氣球飛行、又逐步并取得進展的時候，在法國沒有人再關(guān)心飛機飛行了。到了19世紀初，英國人喬治·凱利〔GeorgeCayley,1773－1858〕才又提出這個問題，而且比達·芬奇更前進了一步.1809－1810年凱利分三次在英國的《自然哲學(xué)、化學(xué)和技藝》雜志上發(fā)表了題目為《論空中航行》的論文。這是世界上最早的航空論文，也是世界上現(xiàn)代航空的標(biāo)志。所以凱利后來被人們稱為“航空之父〞。在論文中，他明確說：“全部問題是給一塊平板提供動力，使之在空氣中產(chǎn)生并支持一定的重量。〞文中他經(jīng)過精心計算，給出了一架飛機的設(shè)計參數(shù)，換為現(xiàn)在的單位：當(dāng)平板的面積為60平方米、迎風(fēng)角為6度、速度為每秒10米時，升力可以支承90千克的人機總重。他并且說：“如果這塊平板能在動力作用下高效率運動，空中航行就會實現(xiàn)。〞凱利像

George

Cayley

1773-1858后來凱利還研究了飛機的飛行穩(wěn)定性、操縱性和平安性，為了保證這些性能，他建議在飛機上在機翼上設(shè)置反角、在飛機身后加尾翼、在尾翼上裝置可轉(zhuǎn)動的垂直尾翼等。這些建議都為后來的飛行證實是有效的。受時代的限制，凱利當(dāng)時還沒有合用的發(fā)動機，甚至連瓦特的蒸汽機也還沒有。所以他沒有方法實現(xiàn)他的設(shè)想。不過在1849－1853年間，他設(shè)計并且試制了供載人用的滑翔機。后來，在凱利逝世后的半個世紀，美國的萊特兄弟實現(xiàn)了飛機飛行，大萊特曾說過：“我們設(shè)計的飛機，完全按照凱利爵士的非常精確的計算方法。〞所以后來西方的航空專家都稱凱利為航空之父。凱利設(shè)計的飛機1.4世界各國的早期飛行探索在19世紀的后期，在英國、俄國、德國、法國都有一些動力飛行的探索者。1842年英國的漢森申請了他的飛機設(shè)計專利，這是世界上第一個有關(guān)飛機的專利。他的飛機上裝置的動力是蒸汽機，他將這種飛行器定名為“空中蒸汽車〞。后來他自己進行了模型試驗，在頭幾次試驗失敗后，他的財力已經(jīng)耗盡，無力繼續(xù)而停止了。1857年，法國的布里斯制造了一架大型滑翔機，他的起飛方式是將滑翔機固定在馬車上，然后驅(qū)車沿大路奔跑，當(dāng)馬車到達一定速度時，把滑翔機放出去。在第二從試飛時，不幸遇到了下降的氣流，滑翔機摔壞，他本人也摔斷了大腿。過了10年，他又東山再起，繼續(xù)繼續(xù)滑翔機試驗，試驗又遭失敗，從此他退出了航空。德國的利林塔爾，1889年發(fā)表了一本《鳥類飛行的藝術(shù)》，這本書對后來的飛行影響很大。他還制造了具有蝙蝠形狀機翼的滑翔機，為了改進他制造的滑翔機，他進行了2000次以上的飛行試驗。他對滑翔機不斷改進，最長的一次飛行是從15米高的山頭上起飛，滑翔了300米遠。他在滑翔機上增加了舵，并且準(zhǔn)備裝上動力，可惜在1896年8月的一天，在試飛時，因為機翼折斷而犧牲。他離開人世時最后的遺言是：“如果沒有犧牲，任何事都不會成功。〞這些只是動力飛行的早期探索者中的少數(shù)例子。是這些勇敢的冒險家的前仆后繼的探求，人們又不斷從中總結(jié)經(jīng)驗，才有后來的飛行世紀。誠然，像后來最早飛行成功的萊特兄弟，那樣的勝利者的業(yè)績值得慶賀，而像利林塔爾，這樣的失敗者的業(yè)績也是可歌可泣的。利林塔爾

OttoLilienthal

1848–1896利林塔爾

飛行圖2早期的飛機

2．1蘭利的飛機研究與實驗蘭利〔SamuelPierpontLangley,1834－1906〕是美國的職業(yè)科學(xué)家，起先曾從事土木工程工作，后來靠自學(xué)成為著名的天文學(xué)家。他開展了測輻射熱儀，對太陽光譜測量作出了重要奉獻，1867年，任美國匹茲堡大學(xué)的物理與天文學(xué)教授。他從幼年便對鳥的飛翔產(chǎn)生了極大的興趣。經(jīng)常連續(xù)數(shù)小時觀看鳥的飛行。1887年蘭利移居華盛頓，出任當(dāng)時美國學(xué)術(shù)權(quán)威機構(gòu)斯密森學(xué)會的秘書。他建造了一座60英尺的懸臂機，該機靠煤氣發(fā)動機驅(qū)動，外周速度可達每小時70海里。利用這座懸臂機，他進行了大量的空氣動力實驗，研究平板與鳥翼在空氣中運動時的阻力與升力的規(guī)律，由此得到了許多定量的結(jié)果，并且糾正了前人的不少錯誤。他得出了有一攻角的平板升力為其中A為平板面積、V為飛行速度、為空氣的密度、為平板的攻角。蘭利將他的研究結(jié)果寫成一本書《空氣動力學(xué)實驗》，于1891年由華盛頓的斯密森學(xué)會出版。這本書是最早的比較系統(tǒng)的實驗空氣動力學(xué)著作，對后來的飛機研究者，包括萊特兄弟影響很大。除了實驗室研究外，蘭利還動手做飛行試驗。他先后從1891年開始試制了橡筋動力模型飛機、設(shè)計并制造了輕型蒸汽機、并且設(shè)計了空中旅行者0－6共7個型號的飛機模型、對其中的第5、6兩號在1896年進行了成功的飛行、后來又在1903年進行了兩次不成功的載人的飛行試驗。后來因為財政拮據(jù)和新聞界的冷嘲熱諷，以及蘭利本人年事已高〔接近70歲〕的諸多原因，放棄了試驗，蘭利也于1906年逝世。后人總結(jié)他載人飛行的失敗主要是由于結(jié)構(gòu)上的不合理，當(dāng)時他的發(fā)射架如果采用輪式起落架，試飛很可能是另一種結(jié)果。蘭利像

SamuelPierpontLangley

1834-1906

蘭利的飛機〔1901〕2.2萊特兄弟的飛機

飛機的創(chuàng)造與開展是力學(xué)漸漸滲入技術(shù)的結(jié)果，是從盲目走向自覺的過程。19世紀末不少人都想制造飛機，當(dāng)時滑翔機已有相當(dāng)?shù)倪M步，但凡致力于改進滑翔機的人，很自然的想法是在滑翔機上安裝上動力。但是那時只有蒸汽機這種過重的發(fā)動機。于是有一些人從事研究內(nèi)燃機，如德國的利林塔爾與皮爾徹在1896年與1899年，先后在滑翔機上安裝上內(nèi)燃機進行試驗。不幸他們二人先后都因為事故而犧牲。同時美國也有人進行類似的試驗，結(jié)果也以失敗而告終。美國在俄亥俄州開自行車修理店的萊特兄弟為德國的利林塔爾的犧牲精神所鼓舞，決心試制飛機。他們首先從制造滑翔機開始，從1899年開始，逐漸改進。1899年，他們寫信給斯密森研究院索取有關(guān)航空資料，他們研究前人的經(jīng)驗，其中包括達·芬奇、喬治·凱利、蘭利教授、馬克辛〔機槍的創(chuàng)造者〕、查紐特、帕森斯、托馬斯·愛迪生、利林塔爾、阿代爾、等等的事跡與經(jīng)驗。1901年萊特兄弟〔哥哥WilburWright，1867－1912,弟弟OrvilleWright，1871－1948〕為了實驗和改進翅膀，建造了風(fēng)洞，他們研究與比較了200種以上的機翼形狀。到1902年秋，已經(jīng)積累了上千次滑翔經(jīng)驗，掌握了飛行的理論與技術(shù)。萊特兄弟

哥哥(左)

WilburWright

1867－1912

弟弟

OrvilleWright

1871－1948

最后，他們決心制造裝有發(fā)動機與螺旋槳的飛機。經(jīng)過艱苦的研究，終于制成了4缸8馬力的內(nèi)燃發(fā)動機，并且用樅木制造了螺旋槳。1903年12月17日在北卡羅來納州的刺鬼山海岸〔KillDevilHillsbeach〕，對他們制成的“飛行者〞1號進行了試飛。經(jīng)過4次試飛，最好的成績是在空中飛行59秒，飛行距離259.7米的記錄。那次試飛，他們發(fā)了50封邀請信，結(jié)果只來了5個人，報界對此反映冷淡。到1905年，美國著名的科學(xué)普及雜志《科學(xué)的美國人》說這次試驗只不過是一個騙局。之后萊特兄弟以及世界上不少國家與個人進行了改進試驗。1904年進行了“飛行者〞2號試飛，總共飛行了105次，最長飛行記錄是飛行了5分鐘，距離為4.4公理。后來他們對飛機的操縱性能做了改進，1905年6月，制成了“飛行者〞3號。經(jīng)過50次試飛，在10月5日到達了持續(xù)飛行38分3秒、飛行距離38.6公理的記錄。經(jīng)過各種姿態(tài)的飛行試驗，說明這架飛機已經(jīng)具備實用性。萊特創(chuàng)造的飛機雖然已經(jīng)到達了實用階段，但是要得到社會的成認與支持還經(jīng)過了一段艱苦的努力。萊特兄弟首先向美國陸軍談判，希望獲得支持，但是陸軍反響冷淡，說是要等到他們造出除駕駛員外能攜帶一名人員的條件下能夠平飛時，才會考慮定購。后來他們又同英國人談判也未有任何進展。在1906、1907這兩年中，他們沒有試驗，而是轉(zhuǎn)而改進發(fā)動機與螺旋槳。到1907年春，他們又制造了一架新飛機，由萊特兄長帶到歐洲，商談申報專利與生產(chǎn)問題，也沒有得到什么結(jié)果。整個世界對他們數(shù)年的成功試飛沒有什么反響。1907年12月23日，美國政府愿意提供25000美元的資金，招標(biāo)制造一架能載兩人、飛行速度每小時64.4公里、飛行距離125公里的飛機。為了說服美國官方，1908年2月萊特兄弟進行了一次飛行表演，美國戰(zhàn)爭部同意到場觀看。同年3月萊特與戰(zhàn)爭部簽訂制造飛機的協(xié)議。1908年8月萊特弟弟在法國、1908年9月萊特兄長在美國進行了飛行表演，都相繼取得了成功，這些成功的表演新聞界廣為報導(dǎo)，這才使他們成為全世界注目的英雄。2.3航空事業(yè)的開展法國的桑托斯·杜門一直致力于飛行，在1905年以前，他從事于飛艇的研制。從1906年開始研制飛機，他先造了一架直升機，可惜因為旋翼太小沒有成功。在同年他又造了兩架飛機，結(jié)果都不理想。但是不管如何，它畢竟是歐洲的最早的飛機。幾經(jīng)改進，到1909年杜門制造的“蜻蜓〞飛機，是單翼機、輪式起落架、結(jié)構(gòu)緊湊，他自己駕駛，速度競到達每小時97公里。1908年英國的《每日郵報》設(shè)1000英鎊的獎金，以獎勵第一個飛越法英兩國之間的英吉利海峽的人。1909年7月25日凌晨法國的布雷里奧用了大約36分鐘完成了飛越英吉利海峽，飛行41.9公里。一時成為轟動歐洲的大事。后來歐洲人經(jīng)過不斷改進，并且舉行各種航空表演與航空展覽，以推動航空事業(yè)。到第一次世界大戰(zhàn)之前，歐洲的航空到達世界領(lǐng)先的地位。馮如〔1883－1912〕廣東恩平人，12歲赴美當(dāng)童工，后在一家工廠當(dāng)工人。經(jīng)過數(shù)年的自學(xué)研究，積累了不少機械制造方面的知識。1906年，馮如在舊金山與當(dāng)?shù)厝A僑和親友集資創(chuàng)辦飛機制造公司。1907年，廣東機器制造廠在美國奧克蘭市成立，從事研制飛機。經(jīng)歷了6次失敗后，在1911年初，于奧克蘭市成功地進行了屢次航空表演，而且創(chuàng)造了時速105公里的新記錄。當(dāng)時孫中山先生也在美國，觀看了他的飛行表演，在觀看后發(fā)表講話時對馮如的成功大加稱贊，鼓勵他回國為祖國效勞。1911年3月馮如回國，不幸在1912年8月25日的一次飛行表演中因飛機失事而犧牲。

馮如

1883－1912

由于空氣動力學(xué)方面的研究成果，飛機的空氣動力性能不斷改善，也由于航空發(fā)動機的不斷改進，飛行的新記錄不斷產(chǎn)生。1913年，英國的《每日郵報》懸賞10000英鎊，給第一個飛越北大西洋的人。1919年6月14日，英國的阿爾科克和布朗二人完成了這項飛行而獲獎，航程3032公里。1920年美國的企業(yè)家奧太格懸賞25000美金，給第一個從紐約到巴黎的飛行者。1927年5月21日，美國人林白〔CharlesAugustusLindbergh,1902－1974〕領(lǐng)走了這筆獎金，航程5810公里，歷時33.5小時。林白后來多年任泛美航空公司的高級技術(shù)參謀，他也是第一批改進機械心臟泵的創(chuàng)造者之一。林白CharlesAugustusLindbergh,1902－1974人們終于迎來了20世紀這個航空的新世紀。從1916年開始，在英國、荷蘭、比利時、德國、法國、蘇聯(lián)、美國等國先后成立了國內(nèi)與國際的航空公司，辦理客貨運。到1950－1970年間，在歐美各國的長途客運幾乎都讓位給航空了，而鐵路長途客運倒閉。在二次世界大戰(zhàn)之后，又出現(xiàn)了噴氣式超音速飛機。所有這些都得益于力學(xué)的開展。3航天技術(shù)的開展在力學(xué)開展的早期，是和天文學(xué)緊密相連的，人類的力學(xué)知識可以說最早是從研究天上的星宿得到的。在20世紀，當(dāng)從牛頓時代精確化的力學(xué)知識開展了200多年后，可以說力學(xué)又回到了天上。人造衛(wèi)星、人造天體的出現(xiàn)就是這一回復(fù)的明證。3.1

早期星際航行的研究齊奧爾可夫斯基〔КонстатинЭлуардовичЦиолковский，1857－1935〕出生于俄羅斯離莫斯科不遠的梁贊省的伊熱夫斯基村。大約在他十歲的時候因為疾病使他的耳朵幾乎完全失去聽力。由于生病，他經(jīng)常缺課，在家由他母親幫他補課。他14歲時才開始正式上學(xué)，16歲時，父親送他到莫斯科求學(xué)。后來他靠頑強的自學(xué)精神，而于1878年秋成為一名中學(xué)教師，并且撰寫了假設(shè)干篇有關(guān)化學(xué)和物理的學(xué)術(shù)論文。齊奧爾可夫斯基對星際航行的興趣是由凡爾納的科學(xué)夢想小說引起的，他在1911年回憶說：“對我來說，第一顆太空飛行思想的種子是由著名的儒勒·凡爾納的夢想小說播下的，它們使我在頭腦里形成了確定的方向。我開始把它作為一種嚴肅的活動。〞齊奧爾可夫斯基在1898年完成了論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》，但是論文直到1903年才在莫斯科的《科學(xué)評論》雜志上發(fā)表。論文涉及航天飛行的各方面的問題。首先指出，利用氣球、大炮炮彈、都不可能飛出地球，因之“我建議利用反作用機械研究高空大氣。我所指的反作用機械就是火箭。〞論文開創(chuàng)了變質(zhì)量力學(xué)，并且由此推導(dǎo)出火箭運動的根本公式，后人稱之為齊奧爾可夫斯基公式，即在不考慮空氣阻力與地心引力的條件下，火箭在在耗盡燃料時的速度為其中分別為火箭總重與火箭結(jié)構(gòu)重，為常數(shù)。論文導(dǎo)出了火箭要克服地球引力所要具有的最小速度，即第一宇宙速度為每秒7.9公里。并且給出了液體燃料是最理想的推進劑。1919年齊奧爾可夫斯基發(fā)表了論文《太空火箭列車》。這是關(guān)于多極火箭的最早的研究。齊奧爾可夫斯基還寫作過不少通俗介紹火箭與太空飛行的讀物。他一生寫了580篇科學(xué)論文與科學(xué)夢想作品。不過，他的研究工作，首先是在美國與德國受到重視，外國的研究火箭熱，反過來推動了蘇聯(lián)。到1924年，蘇聯(lián)重新出版了齊奧爾可夫斯基發(fā)表過的論文。法國人埃斯諾－貝爾特利〔RobertEsnault-Peltrie,1881－1957〕早期從事飛機的設(shè)計與研究，后來轉(zhuǎn)入火箭與星際航行的研究。他獨立于齊奧爾可夫斯基的工作，在1912年發(fā)表了論文《關(guān)于無限減輕發(fā)動機重量的可能性的結(jié)果的思考》。論文得到了和齊奧爾可夫斯基相同的結(jié)論。他計算得到火箭逃出地球的速度為每秒11.28公里，即現(xiàn)今說的第二宇宙速度。他并且設(shè)計了到達月球、金星與火星的火箭以及飛行策略。齊奧爾可夫斯基與埃斯諾－貝爾特利的研究工作奠定了航天技術(shù)的理論根底。3.2火箭的改進與V－2火箭最早在實際上研究設(shè)計與制造液體火箭的是美國的戈達德〔H.Geddard,1882－1945〕與羅馬尼亞人奧伯特〔H.J.Oberth,1894－？〕戈達德獨立自費研究火箭推進，并且在1919年出版了研究的論著。在1926年3月16日，有四位助手配合，妻子擔(dān)任記錄，成功地發(fā)射了液體試驗火箭?；鸺?.5秒時間內(nèi)，升高12.5m，水平飛行56m。1923年他又出版了《深入星際太空的火箭》一書，這本書對后來德國的火箭研究起了很大作用。戈達德H.Geddard1882－1945戈達德的液體火箭奧伯特1922年得知美國的戈達德發(fā)表了《到達極大高度的方法》，寫信索要并仔細研讀。之后寫了論文《飛往星際空間的火箭》。文中他設(shè)想了載人火箭的設(shè)計方案。之后他將論文擴展成為書，于1929年出版，書名為《通向宇宙之路》。在1928年奧伯特應(yīng)聘為科學(xué)夢想電影《月球女郎》做載人飛船，隨之進行了火箭試驗。1939年第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，奧伯特，被德國當(dāng)局應(yīng)征去研究軍用火箭。奧伯特作液體火箭試驗〔右立者〕在世界上德國的星際航行開展得最早，在奧伯特的著作影響下，1927年6月5日在德國布萊斯勞成立了德國星際航行協(xié)會，并決定出版刊物《火箭》。協(xié)會在一年間，人數(shù)增加到500人。布勞恩〔W.vonBraun,1912－1977〕1932年畢業(yè)于柏林工學(xué)院，1934年獲柏林大學(xué)物理系博士學(xué)位。1932年在德國陸軍軍械部從事火箭研究。作為第一次大戰(zhàn)的戰(zhàn)敗國，德國不允許開展常規(guī)武器，于是便在火箭上打主意。從20年代末德國軍方就組織人員研究火箭。30年代希特勒上臺后，更加緊了火箭的研究。從1933年開始設(shè)計火箭。1937年希特勒撥款3億馬克建立導(dǎo)彈研究基地。在馮·布勞恩的主持下，通過對A－1〔一枚，失敗〕、A－2〔兩枚，均成功〕、A－3〔三枚，均失敗〕、A－5〔25枚左右，均成功〕型號火箭的研究和試驗，取得了大量空氣動力學(xué)方面的成果，并且在制導(dǎo)、控制、發(fā)動機設(shè)計、彈道設(shè)計等方面積累了大量經(jīng)驗。在此根底上，1942年10月3日，成功地發(fā)射了第一枚液體燃料的軍用導(dǎo)彈V－2。后來V－2又經(jīng)過不斷改進，最后它的狀況為：V－2火箭長14m，結(jié)構(gòu)重量3.99t，彈頭1t，燃料8.96t，射程300公里，最大速度每秒1.5公里。它的主要特點有：〔1〕垂直起飛，沒有起飛滑軌，以免結(jié)構(gòu)與軌道撞擊；〔2〕采用處于燃氣氣流中裝在尾翼上的四個葉片的燃氣舵控制，燃氣舵又受裝在導(dǎo)彈前部的兩個陀螺儀控制；〔3〕使用渦輪泵將推進劑注入燃燒室。從1944年起，直到1945年德國法西斯覆滅，德國共向盟國各地區(qū)、特別是英國發(fā)射了V－2火箭3745枚。布勞恩

W.vonBraun

1912－1977

V－2火箭

德國法西斯覆滅后，美國俘獲了包括布勞恩在內(nèi)的100多名火箭專家、全部V－2火箭的設(shè)計資料和少量的V－2火箭及其零件，蘇聯(lián)那么俘獲了一批二流專家和一批V－2火箭及其零件。這樣V－2火箭就成為后來蘇、美兩國進行軍用火箭與空間飛行研究的根底。布勞恩投降美軍后，到美國陸軍裝備設(shè)計研究局工作，后任陸軍彈道導(dǎo)彈開展處處長。1955年入美藉。先后領(lǐng)導(dǎo)研制成功紅石、丘辟特、潘興等火箭，并用火箭發(fā)射美國第一顆人造衛(wèi)星成功。1960－1970任馬歇爾航天中心主任，1961年任肯尼迪總統(tǒng)的空間事務(wù)科學(xué)參謀，分管阿波羅工程。美國將人送上月球，就是用的他主持設(shè)計的土星火箭。1970年任美國國家航空航天局主管方案的副局長，1972年辭職?？梢哉f布勞恩的一生，是研制火箭成功的一生。WernhervonBraun'steamswiththeArmyandNASAdevelopedmanyoftherocketsthatlaunchedAmericaintothespacerace.Clockwisefromupperleft:theRedstone(firstU.S.Armyballisticmissle),Juno-1(carriedExplorer1,thefirstU.S.satellite),Mercury-Redstone(launchedAllanShepard,thefirstAmericaninspace),andtheSaturn-1(boosterrocketfortheApollomissions).(PhotographscourtesyMSFCImageExchange)美國阿波羅11的發(fā)射指揮隊伍3.3人造衛(wèi)星、星際航行的開展及其技術(shù)應(yīng)用1947年，