航空航天科技百年回眸(組圖)

來源：《科技日報》 2003-11


飛翔的夢想與人類一樣古老，對飛翔的向往引導著人類不懈地追求。從萊特兄弟在美國基蒂霍克試飛“飛行者”1號到今天，已過去了100年。100年前與100年後，對航空航天科學技術發展而言真是不可同日而語，讓人感慨萬千。人類追求的是與自然的和諧，在實現飛翔的夢想方麵得到了最完美、最波瀾壯闊的體現。公元284年—364年，中國《抱樸子·雜應》一書有製造飛車的記述，是直升機旋翼的最早雛型；公元1127年—1279年，中國人使用了原始火箭。此前，中國人以鬆脂燈為軍事信號，是人類利用熱氣球之始，中國人還發明了走馬燈，它是航空燃氣渦輪的始祖。中國人還最早應用了噴氣推進原理，這就是12世紀中國人使用的“地老鼠”。第一位嚐試利用火箭飛行的人，是一位600多年前的中國人。馮如造出中國第一架飛機，隻在萊特兄弟之後6年。

1909年，威爾伯·萊特(左)和奧維爾·萊特兄弟合影

    在過去的100年中，人類的飛行速度遠遠超過了音速，人類把腳印留在了月球，現在人類把目光投向了火星。中國的航天科技走在了世界前列。

    偉大的航天理論先驅齊奧爾科夫斯基說：地球是人類的搖籃。人類決不會永遠躺在這個搖籃裏，而會不斷探索新的天體和空間。人類首先將小心翼翼地穿過大氣層，然後再去征服太陽係空間。在這個人類空前規模的偉大事業中，中華民族必將做出自己應有的貢獻。

    從大地飛上天空、宇宙

    人類最古老的夢想就是飛翔，百折不撓的追求使人類逐步實現了這個夢想。中國作為一個文明古國，自古就留下了數不清的關於飛行的神話和傳說，比如嫦娥奔月、孫悟空一個跟頭十萬八千裏、敦煌飛天、唐明皇遊月宮等，不勝枚舉。相傳公元前8世紀，中國木匠的祖師公輸般就曾造過一個木製的鳥形飛行器，能飛三日而不落地，這簡直可以媲美今天的無人飛機了。在古希臘神話故事中也有長著雙翼的女神。

    這些對飛翔的向往引導著人類不懈地努力實現著夢想。早在公元前202年，中國楚漢相爭時期就在戰爭中使用過風箏；公元前140年—公元前122年，中國《淮南萬畢術》一書就闡述了熱氣球的升空原理；公元9年—23年，中國王莽時期就有人進行過人力飛行嚐試；公元78年—139年，中國張衡造出木鳥並試飛成功；公元284年—364年，中國《抱樸子·雜應》一書有製造飛車的記述，是直升機旋翼的最早雛型；公元1127年─1279年，中國人使用了原始火箭。此前，中國人以鬆脂燈為軍事信號，是人類利用熱氣球之始，中國人還發明了走馬燈，它是航空燃氣渦輪的始祖。中國人還最早應用了噴氣推進原理，這就是12世紀中國人使用的“地老鼠”。在這之後的17、18世紀間，歐美各國的近代科技迅速崛起，相繼實現了乘熱氣球、氫氣球的載人飛行，並發明了用蒸汽機驅動的飛艇和滑翔機的飛行。

1903年12月17日，奧維爾·萊特在美國北卡羅來納州的基蒂霍克駕駛"飛行者一號"飛機進行試飛。飛機在空中飛行12秒，飛行距離為36.5米，此舉成為人類第一次可操縱的動力飛機的持續飛行。站在飛機旁的是他的哥哥威爾伯·萊特

    人類現代意義上的飛行是從1903年12月17日這天早上開始的。美國萊特兄弟在北卡羅來納州基蒂霍克試飛了世界上第一架安裝內燃機的可操控飛機。試飛進行了四次，第一次飛行距離36米，留空時間12秒，最後一次飛行距離260米，留空時間59秒，這是得到公認的最早的空中持續動力飛行。萊特兄弟從小對飛行懷有濃厚興趣，他們研究了鳥類和風箏的飛行，製造了一架風箏形的滑翔機進行試驗，然後又進行了滑翔機載人飛行試驗。從1900年到1903年間，他們共製造了三架滑翔機，進行了近千架次滑翔機飛行，最後一架滑翔機完全達到了穩定操縱要求。隨後他們在第三架滑翔機上安裝了一台自製的12馬力功率內燃機，帶動兩副兩葉推進式螺旋槳，采用升降舵在前、方向舵在後的鴨式布局。機翼剖麵呈弧形，翼展13.2米，著陸裝置為滑橇式，駕駛員俯臥操縱。這架飛機就是著名的“飛行者”1號。

世界上第一架民航機

    現在，在基蒂霍克萊特兄弟“飛行者”1號試飛成功的地方聳立著紀念萊特兄弟的紀念碑。盡管“飛行者”1號采用的內燃機功率隻有12馬力（相當於一台手扶拖拉機），但它畢竟宣布了現代航空時代的到來。

    第一位嚐試試驗利用火箭飛行的人，很榮幸是一位中國人，14世紀末我國明代的學者萬戶，被公認為世界火箭飛行的第一人，是親身試驗火箭飛行的先驅。萬戶經過研究確認，火箭具有推動物體上升的能力，他製作了一把椅子，在椅子背後捆綁了47支那時能製造的最大的火箭，他雙手各持一個風箏以控製方向，成為現代火箭控製飛行方向的翼片的雛形。他讓人把自己捆在椅子上，然後點燃火箭，遺憾的是由於火藥迅速燃燒爆炸，萬戶不幸遇難。作為世界第一位試圖借助火箭實現飛行的人，萬戶受到全世界飛行探索者的崇敬，為了紀念他，蘇聯科學家把月球表麵東方海附近的一座環形山命名為“萬戶”環形山。

2003年10月1日，由萊特兄弟製造的人類 第一架飛機擺放在美國首都華盛頓的國家 航空與航天博物館的展室內。這是這架飛 機自1948年以來首次如此近地與觀眾見麵

    人類在航空航天方麵的輝煌實踐，成為20世紀人類認識和改造自然進程中最活躍、最有影響的科學技術領域，也是人類文明高度發展的重要標誌。航空航天作為偉大的人類工程，它取得的成就是20世紀科學技術飛躍進步，社會生產力突飛猛進的結果。航空航天的成果集中了科學技術的眾多新成就。正如幾位我國航空航天方麵著名專家所說，迄今為止的航空航天活動，雖然還隻是人類離開地球這個搖籃的最初幾步，但它的作用已遠遠超出科學技術領域，對政治、經濟、軍事以至人類社會生活都產生了廣泛而深遠的影響。

    從萊特兄弟在美國基蒂霍克試飛“飛行者”1號到今天，剛好過去了100年，100年前與100年後，對航空航天科學技術發展而言真是不可同日而語，讓人感慨萬千。

    在20世紀前期，飛機完成了從雙翼機到張臂式單翼機、從木布結構到全金屬結構、從敞開式座艙到密閉式座艙、從固定式起落架到收縮式起落架的過度，飛機的升限、速度提高了兩到四倍。隨著超音速空氣動力學、結構力學和材料科學的進展，飛機突破了“音障”和“熱障”，飛行速度達到兩三倍音速，進入了超音速飛行時代。變後掠機翼和垂直起落技術的成功為變後掠翼飛機和垂直起落飛機的發展創造了條件。從20世紀50年代起，噴氣式客機逐漸代替了螺旋槳客機，70年代初出現了大型寬體高亞音速噴氣式客機和貨機，一枝獨秀，“協和”式客機成為世界第一種超音速客機。今天，飛機成為國民經濟和人民生活不可缺少的交通工具。

1947年10月14日，美國試飛員耶格爾駕駛的 X-1實驗飛機（下）在美國加利福尼亞州南部上空脫離B-29母機。隨後，耶格爾駕駛X-1飛機上升到12，000米高空，在此高度上達到1066千米/時的速度，成為人類突破音障的第一人。

    航天科學技術的發展同樣迅速。20世紀初俄國科學家齊奧爾科夫斯基等航天理論先驅，闡明了利用火箭進行航天的基本原理，1926年，美國科學家戈達德首先研製成功世界上第一枚液體火箭。第二次世界大戰期間，德國科學家研製的大型液體火箭為戰後發展大型導彈和航天運載工具奠定了基礎。1957年10月4日，蘇聯成功發射第一個人造地球衛星，1961年4月12日，蘇聯航天員尤裏·加加林乘“東方”1號飛船進入太空，人類第一次實現了遨遊太空的理想。1969年7月20日至21日，美國航天員阿姆斯特朗和奧爾德林乘“阿波羅”11號飛船成功登月，人類第一次把腳印留在除地球以外的另一個天體上。此後，數以千計的各類人造衛星、行星探測器相繼發射升空，蘇聯“禮炮”號空間站與“和平”號空間站，以及現在正在建造尚未完成的國際空間站，使人類在宇宙空間從事科研活動和生活成為可能。20世紀80年代還出現了可重複使用的航天飛機，對火星的旨在登陸火星的探測又開始了新的努力，科學家已把在月球設立有人基地的構想列入了日程。2003年10月15日中國成功地發射了第一艘載人飛船，探測月球的計劃也已啟動。航天科學技術成為世界新技術革命的一個組成部分。

更高更快更遠

    從萊特兄弟試飛“飛行者”1號到人類實現登月，其間為66年光陰，66年在人類曆史上隻是短暫一瞬。今天可以說，人們要實現乘坐飛機實現去地球軌道或者說去地球大氣層以外旅行，也許就是這10年裏的事。這就是所謂“更高”。空天飛機將帶領我們實現這種以往隻有宇航員才能做的旅行。空天飛機有別於用火箭發射的宇宙飛船，也有別於用火箭發射可多次使用的航天飛機。它可以像普通飛機那樣，在機場起飛和降落，既能在大氣層內飛行，也能在大氣層之外航行。空天飛機在大氣層中的飛行速度高達12~25倍音速，速度是現代戰鬥機的6~12倍，空天飛機可在一個小時內飛抵地球任何地點。空天飛機集強有力的先進推進係統、有效的熱防護技術、特殊的結構和材料、高超音速的空氣動力技術等於一身，是當代最新科技成就的集中體現。

1969年6月3日，新型的波音747大型 客機在法國巴黎航展上向觀眾展示。 波音747是世界上最大的民用客機之一

    就“更快”而言，空天飛機自然無可匹敵，但與50年前相比，民航飛機的速度也有了大幅度的提高，而目前呼之欲出的第二代超音速客機，將使從北京到巴黎的航程從11~12小時，縮短到5~6小時，飛到紐約隻要7個小時，旅客再不需要在飛機上打瞌睡。現在，美國、歐洲和日本已提出了第二代超音速客機的方案並著手研製，這種超音速客機的速度為音速的2~2.5倍，載客量為250~300人，航程約1.1萬~1.5萬公裏，耗油量僅為“協和”號和圖─144一類第一代超音速客機的一半。

    正在製造的新型客機將更大更舒適，可以讓更多的人享受空中旅行的快捷。目前，世界最大的客機是美國的波音747和歐洲的空中客車A330、A340,最大載客量為400~500座。製造中的巨型客機為600~800座。歐洲空中客車公司研製的A3XX巨型客機載客量可達550~600人，采用四台渦扇發動機，航程達1.4萬公裏，最大起飛重量達500噸，飛機高10米，分上下兩層客艙，機內設有臥室、會議室，可達到4星級飯店的標準。這種巨型客機計劃於2004年首飛。美國波音飛機公司著手研製了類似的巨型飛機。國外還提出研製“飛翼”型客機的設想，機身和機翼融為一體，可載上千名乘客，坐在這種飛機裏更像是坐在大劇院裏。

    科學家們構想中的不著陸飛行器頗令人神往，這種飛機在大氣層外的地球軌道上飛行，而空天飛機將它作為停靠站，往來於地麵和不著陸飛行器之間。這種集大氣層飛行和宇航於一體的飛行方式將使人們無所不至。這就是所謂“更遠”。

2002年12月18日，幾名觀眾在美國華盛頓國家航空航天博物館內參觀萊特兄弟於1903年製造的人類第一架飛機

    在實現“更高更快更遠”理想的同時，20世紀初曾風靡一時的飛艇，再度受到青睞。隨著科學技術的發展，飛艇曾存在的致命缺點──安全問題和速度太慢的問題可望解決。全新的飛艇不會燃爆，新型發動機將賦予飛艇更高的速度，其操縱性和靈活性也會大大提高。盡管飛艇的飛行速度不及客機，但對滿足人們對飛行的多種需求來說，仍不失為一種經濟的選擇。

    現在全世界飛機總數為47萬多架，其中民用飛機占36萬多架，而從事工業、農業、林業、漁業和建築業的作業飛行，以及醫療衛生、搶險救災、氣象探測、海洋監測、科學實驗、教育訓練、文化體育等通用航空的飛機又占到民用飛機的90％，包括我國在內的許多普通公民都通過訓練獲得了飛行執照，繼河南劉莊農民買了第一架用於農業的超輕型飛機後，不少農民和居民也購買了超輕型飛機，大型企業購買直升機作為公務飛機的消息也時有所聞。個人研製輕型飛機的壯舉不再令人吃驚。航空航天科技知識正在我國迅速普及。

    在運輸機方麵也有了很多創新。航空科學技術的進步促進了運輸機以嶄新的模式，朝著高效率、多功能、低成本的方向發展，出現了飛翼式、連翼型、短機身型、隱身型等運輸機的創新設計。21世紀的運輸機將在現有性能基礎上，實現大載重、短距離起落、高可靠性、易維護、全天候飛行、可直抵偏僻機場，實現“麵─點”和“點─麵”的空運任務。

新的戰爭之神

SR-71"黑鳥"高空偵察機

    20世紀上半葉相繼發生了兩次世界大戰，航空科學技術的發展對戰爭產生了重大影響，成為新的戰爭之神。從1909年起，一些國家就注意到飛機的軍事用途，相繼成立了航空科學研究機構。在第一次世界大戰中，飛機開始得到大規模使用，出現了執行不同軍事任務的機種。第二次世界大戰引起了航空工業的第二次大發展，參戰飛機數量劇增，性能迅速提高，空軍發展成為對戰爭全局有決定性影響的一個軍種。飛機氣動外形的改進、燃氣渦輪發動機和機載雷達的應用，改變了飛機的麵貌。

    在20世紀中後期發生的幾次大規模的局部戰爭中，各國空軍都力圖在航空武器方麵壓倒對方。隨著軍用航空科學技術的發展，在20世紀90年代發生的“沙漠風暴”戰爭、科索沃戰爭以及在21世紀初發生的這場反恐怖主義戰爭中，航空武器的作用強化了人們對它的認識。沒有料到的是，恐怖分子竟是利用兩架先進的客機點燃了這場戰爭的導火索。

俄羅斯出生的美國飛機設計師西科爾斯基在 駕駛VS-300型直升飛機。VS-300是人類曆 史上第一種實用的直升飛機，於1939年首次 試飛成功。1941年5月6日，VS-300創造了 1小時32.4秒的國際續航時間記錄。

    航空武器的長足進步將使戰爭的樣式發生變化。由於激光、粒子束、微波束和離子束等定向能武器係統的應用，傳統的空軍作戰戰術觀念將改變，作戰原則也會隨之發生根本變化。以大量飛機編隊方式展開的“大兵團”作戰有可能造成不可承受的消耗，兵力優勢不再是戰場力量對比的主要標準。在科索沃戰爭中，美國憑借70多天的空中打擊，迫使南聯盟接受了停火協議。這是空中打擊製勝的新鮮例子。由於新航空武器和裝備的出現，使各種武器的射程更遠、速度更快、火力更強、準確度更高，從而對人員的殺傷、對設施的破壞、對財力的消耗將達到空前巨大的程度。美國F－14戰鬥機的武器係統，使用“不死鳥”空空導彈可以在160公裏以外同時攻擊多達6架飛機。美國的“突擊破壞者”計劃要求遠程警戒係統和武器投送係統一體化使用，能夠同時投擲多達30到40枚末製導導彈，能使其獨立擊中每個目標，還可以擊中在廣闊空域中飛行的30─40個單機目標。

    此外，空戰指揮將實現高度自動化，作戰時間將更加短促，作戰的突然性增大，電子戰能力將成為決定勝負的重要因素。

    航空航天科學技術的發展催生了一個新的軍種——天軍，21世紀初俄羅斯便宣告了俄羅斯天軍的成立。一些國家正在大力發展載人空間站和航天飛機，以建立太空永久性軍事基地——航天站創造條件，未來戰爭的活動空間將空前擴大，不僅涉及到交戰國的領土、領海和領空，還將擴展到極地、洋底，甚至包括月球在內的外層空間。未來的空戰將出現多維戰場，未來的陸戰和海戰都將按照“空地一體”和“空海一體”的形式進行，空戰戰場可能會分為配合陸戰和海戰的空戰戰場，以及獨立的空戰戰場。

曆史上第一架飛過大西洋的 飛機寇蒂斯NC-4

    新的戰爭樣式對航空武器提出了更高的要求，首先新型戰鬥機要具有更出色的空戰格鬥能力，確定的使用過載設計參數均超過9G（重力加速度）。有的國家正設法進一步提高飛行員自身的承受高過載能力，以進一步發揮戰鬥機的機動性能。新型戰鬥機還要具有良好的短距起降能力，所需的跑道長度限製在500米以內，以及采用隱形技術，兼有一定的對地攻擊能力，還有一個要求是簡單可靠，易於維護，再次出動準備時間短。為了實現這些要求，新型戰鬥機將采用一係列新技術，比如鴨式布局、直接力控製、電傳操縱、數據管理和變循環發動機等，進而實現飛機各係統操縱的一體化，進而實現戰鬥機中各種數據的記錄、計算自動化，以及機載計算機選定方案的最優化和飛行員所需數據、信號和指令的信息化。

    在21世紀的空戰中，新型戰鬥機采用的武器仍將是中遠程攔射導彈、空空格鬥導彈和航炮並用，但武器性能將大大提高。

    21世紀初，一種新型航空武器悄然登場──美國宣布，將在打擊阿富汗塔利班的空襲中動用攜帶精確製導炸彈的無人攻擊機。隨著人工智能技術的發展，高性能人工智能無人機與小型戰術無人機將得到廣泛的發展和應用。目前，無人機已被用於戰場監視、偵察、幹擾、釋放誘餌、目標襲擾等方麵。無人機在執行偵察、對地攻擊、火力投射、電子對抗方麵向有人機提出了挑戰。在未來戰爭中，無人機能執行空戰和對地攻擊任務，它和有人戰鬥機編隊，可組成“獵人和獵狗”式的作戰機群。有人機作為“獵人”，可發揮任何高智能裝置無法取代的任務管理和決策作用，而無人機則承擔“獵狗”的任務，領先飛行，進行目標識別、作為誘餌消耗敵方的導彈，使有人機提高生存能力，無人機還可在近距離實施幹擾、攻擊和空戰格鬥，無人機還是傳遞空戰信息的理想工具，也是隱蔽接敵形成突然襲擊的航空武器。

1945年8月6日，美空軍B-29"伊諾拉·蓋伊"號轟炸機執行完在廣島投擲原子彈的任務後返回太平洋馬裏亞納群島的提尼安島

    那麽，無人機會不會最終取代有人機呢？2001年8月，美國海軍高級官員戈登?英格蘭在寫給國際無人機協會的一封信中說，我們極有可能正在設計最後一種有人駕駛戰鬥機。據我判斷，規劃一係列無人機的時候到了，特別是對海軍而言。戈登?英格蘭在這裏說的最後一種有人駕駛戰鬥機，指的是美國新研製的聯合攻擊戰鬥機（JSF）。他認為，用無人機作戰是技術革命，僅用無人機執行單獨的、有汙染和危險的任務是不夠的，應最大限度地擴大無人機應用範圍，用無人機與有人機交戰。他說，無人機不需裝備笨重和昂貴的生命保障係統便能完成與有人機相同的任務。

    在可以預見的將來，無人機將相當程度上取有人機而代之。經過我國國防科技專家的艱苦努力，我國在無人機研製方麵已處在世界前列。

    航天技術與其他科學技術相結合開創了許多新的技術途徑，可作為衛星和飛船等的運載工具的火箭，今天已演進為核武器的運載工具洲際導彈及形形色色的導彈。一架價值1800萬美元的昂貴飛機，可以被一枚小小的僅值1萬美元的防空導彈擊落；一艘價值超過5000萬美元的現代化導彈驅逐艦，卻被一枚價值20萬美元的反艦導彈擊沉海底；一輛270萬美元的坦克，毀於一枚價值僅3000美元的反坦克導彈。導彈武器包括導彈核武器正朝著提高命中精度、提高突防能力、提高生存能力，以及研製隱身巡航導彈、提高彈頭殺傷力、采用新型材料減輕結構重量、改進動力裝置增大射程，提高指揮、控製和通信能力等方向發展。美國的MX導彈射程為1.2萬公裏，由於采用了高級慣性參考球係統，圓公算偏差可小至90米以內，若采用導航衛星全球定位係統，圓公算偏差可小於10米。

2003年12月15日，在美國弗吉尼亞州 尚蒂伊國家航空航天博物館內展出了美軍 B-29型"埃諾拉·蓋伊"號（Enola Gay） 轟炸機。這架轟炸機曾於1945年8月6日 在日本廣島投下第一枚原子彈。

    目前，“空間作戰飛行器”也出現在軍事專家的規劃中。出自對未來軍事航天戰略的考慮，美國航天司令部製定了一個今後20年的長期規劃，規劃中提出了一種全新樣式的軍用航天器──空間作戰飛行器，它具備航天運載器的功能，保留了現有軍用航天係統的支援保障作用，又可以作為進攻性空間武器使用。空間作戰飛行器是一種可重複使用的單級入軌的航天飛行器，可以飛到中高度地球軌道，可以攜帶衛星和空間機動飛行器等有效載荷。美國航天司令部提出的空間作戰飛行器係統的概念，已將其功能從航天運載器擴展為在軌維修和偵察與武器平台。這一係統的關鍵技術在於在軌技術、再入大氣層技術和進場著陸技術，盡管美國在這些方麵有著良好的技術基礎，實現起來也不是那麽容易。

    不難想象未來戰場的輪廓：由不同功能不同規模的航空航天飛行器構成的武器係統，從海下、陸地、空中、地球軌道，形成了一個巨大無比的火藥庫，誰若不小心點燃了它，自己也會被燒得焦頭爛額。

航空航天飛行器——人類最新科技的結晶

    我國航空航天界的著名專家沈元、任新民、季文美和孫家棟等，對於航空航天科學技術是現代科學技術的集大成者，有著十分準確、醒目的闡述。他們認為，航空技術和航天技術都是高度綜合的現代科學技術，它們以基礎科學和技術科學為基礎，集中應用了20世紀許多工程技術新成就。力學、熱力學、材料學、醫學、電子技術、自動控製、噴氣推進、計算機、真空技術、低溫技術、半導體技術、製造工藝學等，都對航空航天的進步發揮了重要作用。

    這些科學技術在航空航天的應用中互相交叉和滲透，產生了一些新學科，使航空航天科學技術形成了完整的體係。

2003年12月2日，世界上據稱航程最遠的客機“空中客車”A340-500開始首次商業飛行。這一航班從阿聯酋迪拜起飛連續飛行約14小時後抵達澳大利亞悉尼機場。該客機可不間斷飛行17小時。

    萊特兄弟對航空的一個重大貢獻是在飛機設計中應用了空氣動力學原理，後來航空技術的每一項成就多與空氣動力學的進展有關。空氣動力學的機翼理論和邊界層理論為早期飛機性能的改進指出了方向。所有通過大氣層的飛行器都要利用風洞試驗來確定它們的空氣動力外形和空氣動力特性。亞音速、跨音速和超音速空氣動力學的發展，取得了後掠翼和麵積律的一係列成果。在飛機采用渦輪噴氣發動機後突破了“音障”，實現了超音速飛行。在耐熱和防熱材料發展的基礎上，高超音速空氣動力學和氣動熱力學為飛機突破“熱障”和再入大氣層的飛行器的防熱設計指出了方向。氣動熱力學和發動機力學也是航空發動機和火箭發動機的重要理論基礎之一。飛行器結構力學和強度理論，對飛行器的性能和經濟性都有重大影響。分析空氣動力和飛行器相互作用的氣動彈性力學，成功地解決了曾引起飛機多次事故的顫振問題。大氣層飛行動力學已經成為研究在空氣動力等外力作用下飛行器運動規律的科學，成為各類飛行器設計的理論基礎之一，而天體力學則為研究航天器的運動奠定了理論基礎。

    他們指出，推進係統是飛機和火箭的心髒，是決定它們性能的重要因素。活塞式航空發動機的發展提高了早期飛機的飛行速度；在葉輪機械效率大幅度提高的基礎上出現的渦輪噴氣發動機，使飛機的飛行速度得以超過音速；高性能的渦輪風扇發動機降低了耗油率和發動機噪聲，使得巨型旅客機能夠投入航線飛行。與飛機相比，火箭發動機對航天器運載火箭的性能影響更大，液體火箭發動機性能的提高，對成功發射第一個人造地球衛星起到了重要作用。隻有在研製成功大推力的助推發動機和高性能的液氧液氫發動機之後，才有可能成功進行載人登月飛行。高性能的固體火箭發動機促進了戰略導彈和戰術導彈的發展，航天飛機助推用的固體火箭發動機，單台推力已超過10兆牛（約1000噸力）。隨著能源科技的發展，利用核能、太陽能的各種發動機將在航空航天活動中得到更廣泛的應用。

    專家們指出，真空技術和低溫技術的發展，對低溫推進劑在火箭上的應用、研製高性能火箭發動機，以及航天器的熱設計都有關鍵性的作用。醫學對航空航天的發展有著十分重要的作用。研究人員對航空航天特殊環境的適應性和醫學保障的航空航天醫學，是航空航天生命保障的醫學基礎，它的發展保證了人在航空航天活動中的安全和高效率的工作。

2003年10月23日，一架英國航空公司的 "協和"飛機抵達美國紐約肯尼迪國際機場。該架"協和"客機於次日返回倫敦， 從而結束了"協和"飛機27年的服役生涯。

    電子技術、自動控製、計算機與航空航天密切相關。這些技術應用於飛行器的通信、導航、製導、控製、偵察、預警、遙控等方麵，大大提高了飛行器的性能。航空航天的需要是推動電子技術、自動控製和計算機技術飛速發展的主要動力之一。

    20世紀以來，航空工程和航天工程的規模日益擴大，工程技術的複雜程度越來越高。一架大型客機由數十萬個零部件組成，涉及許多企業的各種工序，隻要存在一處隱患，就可能危及數百名乘客的安全，為了保證可靠性和提高經濟效益，需要做大量的協調和管理工作。20世紀60年代，參加美國“阿波羅”載人登月工程的有上百個科研機構，兩萬多家企業。製造的元器件多達幾百萬個。研製這樣複雜的工程係統所麵臨的難題是：怎樣把比較籠統的初始要求（比如使宇航員安全登上月球再返回地麵）逐步變為成千上萬個工程任務參加者的具體工作；怎樣把這些工作最終組合成一個技術上合理、經濟上合算、研製周期短、協調運轉方便的實際工程係統。這種複雜的工程係統涉及大規模複雜社會勞動的組織協調和管理，需要有一套嚴密而科學的組織管理方法，即係統科學的方法。航空航天為係統工程的發展和應用提供了實踐機會，它也是應用係統工程的最早和最大的收益者。航空航天開拓的係統工程思想對人類社會的生產活動也產生了重要影響。

人類登月之後……

    1969年夏天實現的人類登月成為航空航天科學技術發展的裏程碑事件，在此之後的航空航天飛行器層出不窮，航空航天科學技術的應用領域也擴展到更廣闊的空間。

    人造衛星技術的發展和應用是航空航天科學技術突飛猛進的重要標誌。通信衛星在信息時代出盡了風頭。今天有100多種業務靠通信衛星完成，從傳遞語言到文字，從圖像到數字，從資料到各種控製信號，你需要什麽它就能提供什麽。現在，世界80％的洲際通信業務和100％的洲際電視轉播，為數眾多的區域通信已由衛星承擔，優越的通信能力和極高的投資效益比，使通信衛星的應用成為國際通信業的趨勢，更以每年20％─30％的速度遞增。通信衛星產業已有150億美元以上的規模。僅從1965年第一代國際通信衛星發展到1980年第五代的15年間，衛星通信轉發器由一個增加到27─29個，衛星壽命從1.5年提高到7年，電信容量由240條雙向話路或一路電視，提高到1.2萬條雙向話路加兩路電視。

    在21世紀，衛星通信事業將快速發展，衛星的大功率、寬頻帶和長壽命將是主要發展方向。專家認為，在21世紀除一些大型靜止軌道通信衛星平台將運行在外層空間外，中、低軌道的通信衛星也在快速發展，趨勢是小型化、輕型化，衛星設計是模塊化、集成化，研製生產是規模化、流水線化。一些歐美衛星製造商將研製空前大型的通信衛星，這些通信衛星大都攜帶80個以上轉發器，壽命在15年以上，生產周期隻需要24─30個月。美國勞拉公司研製的模塊化衛星可攜帶150個轉發器，是迄今最大的通信衛星。與此同時，廉價的用戶終端設備是未來通信的趨勢。未來理想的用戶設備將采用微小型全向天線。這種裝置能在射頻噪聲裏工作而不受幹擾，它可以放在窗子附近，並可以用細而輕的電纜或無線方式接到用戶室內。用戶隻要把它放置於一個有標準接口、含計算機芯片的設備中去，就可以非常方便地接收語言、圖像等信息。一些年以後，固定通信地麵天線將縮小到手提包大小甚至更小，而功能更強、更完備。那時，一台售價幾百美元手提包大小的衛星終端，可能會把今天的電話、電視和電腦合而為一。

    用不了多久，各種衛星通信網與多種地麵業務傳輸網將進一步融為一體，一個無縫隙覆蓋的海陸空立體通信網將出現。

    在人類實現登月壯舉之後，隨著航天科學技術的長足進步，行星探測器對太陽係的其他遙遠行星都進行了近距離探測，還發回了圖像資料，有的還實現了軟著陸。

    當年，在登陸月球之後各國科學家的下一個探索目標就是金星，之所以把金星作為下一個探測目標，一是因為金星是離地球最近的行星，二是因為在人類眼中金星上謎霧重重。金星表麵完全被濃厚的大氣和雲層所覆蓋，從地球上用望遠鏡觀測看不到什麽。對金星有過這樣的認識，瑞典化學家阿累尼烏斯在1918年猜測說，金星表麵的所有物體可能都是濕乎乎的。由於高溫，植物生長很快，所以生物的壽命都很短。當時他相信。金星和2.5億年前的地球相似，高達10米左右的蕨類植物茂盛，森林中生活著類似蜥蜴那樣的爬行動物。在向金星發射了一係列探測器之後，1975年10月，蘇聯發射的“金星”9號和“金星”10探測器號，分別實現了在金星表麵的軟著陸，獲得了第一批金星全景遙測照片。現在我們知道，金星的表麵溫度很高，不存在任何液態水，加上極高的大氣壓力和嚴重缺氧等嚴酷的自然條件，當然不可能有任何類似地球上的動、植物存在。

    對火星的認識過程也許是最具戲劇性的。

    火星有很多地方與地球相似，在望遠鏡發明之後，許多天文學家對火星進行了不輟的觀測，他們的觀測得到了很多科學的結論，也有人看走了眼，不由自主地走過一段彎路。意大利天文學家斯基帕雷利就是這樣一位天文學家。1877年8月火星大衝時，他在觀測火星時發現，火星表麵有許多線條狀的地貌，他認為這是人工而成的運河，於是“火星人”之說不脛而走。19世紀末，不少描寫“火星人”的科幻小說相繼問世，最著名的當然要算是英國科幻作家威爾斯的《大戰火星人》。這部小說描繪的“火星人”是如此逼真，以至在1938年10月30日晚美國一家電台播出以此為題材的廣播劇時，幾乎釀成一場社會動亂。無獨有偶，美國天文學家洛韋爾在自己建造的天文台，從19世紀末到20世紀初的長時間裏，對火星進行了認真的觀測，並拍攝了大量照片，他宣布，在火星上發現了500多條運河，“運河是人工開鑿的”，這無異於宣布“火星人”的存在。

    隨著航天科學技術的發展，火星的真實麵目逐漸呈現在我們麵前：火星的自轉周期比地球多半個小時；火星的一年是687天，差不多是地球的兩年；火星的直徑約為地球的一半；火星的體積不到地球的六分之一；火星的質量僅是地球的十分之一。火星大氣比地球大氣稀薄得多，主要成分是二氧化碳，占95％，大氣中3％是氮，氧氣和水蒸氣含量極微，但“火星上究竟有沒有生物”，這個古老的疑問，至今沒有得出確切的答案。

    人類對火星生命的直接探索是在1976年，美國發射的“海盜”號火星探測器首當其衝，此舉距今已27年了。遺憾的是，當時“海盜”號否定了火星生命的存在。我們從“海盜”號拍攝的火星表麵照片看到，整個火星表麵都覆蓋著紅褐色，直徑40厘米左右的岩石遍及視野，給人洪荒之感，沒有一丁點兒綠色，天空就像地球的晚霞那樣是火紅色的。

    美國於1977年發射“旅行者”2號探測了天王星、海王星，1986年美國的“先驅者”10號探測器越過海王星軌道，成為飛離太陽係的第一個人造天體。2001年10月29日，飛臨火星的美國火星探測器“2001火星奧德賽”把它拍攝的第一張火星表麵圖像傳回地球。“奧德賽”此行的目的是在火星上找水並觀測火星表麵，它雖然不能馬上確認火星上是否有水和生命，但它可以判斷火星哪些區域有這種可能。我們可以把“奧德賽”視為人類登陸火星的探路尖兵。今天，人類不但進行了對太陽係內行星的探測，還發射了彗星探測器和小行星探測器，並在小行星上實現了軟著陸。

別開生麵的新型飛行器

空中客車A380S

    今天航空航天科學技術已融合進所有當代最新科學技術的成就，形形色色的新型飛行器層出不窮，預示著航空航天飛行器又處在一個大發展的前夜。

    在眾多新型飛行器中特別值得一提的是太陽能飛機，就目前而言，太陽能飛機還不能載人，隻得稱“太陽能無人機”。研製太陽能無人機有兩項關鍵技術，一是要能有效地將太陽能聚集起來，二是如何解決夜間和陽光微弱時的能源問題。美國加利福尼亞太陽能動力公司研製成功新型光學導電體，用它製作的太陽能電池比早期研製的太陽能無人機上使用的太陽能電池提高能量14％。新型的燃料電池目前還存在缺陷，估計一兩年克服這些缺陷後，太陽能無人機就可以在2萬米以上高空連續飛行幾百小時。美國研製的“太陽神”太陽能無人機，翼展達75米，比波音747的翼展還要大。太陽能無人機具有飛得高、續航時間長和飛行距離遠的特點，是一個理想的空中飛行平台。用於科學觀測，太陽能無人機可作為人造衛星的補充，也能執行監視空中目標、探測風暴、探測水下珊瑚礁（為航海掃除水下障礙）和尋找成片油田的任務。

一架法國航空公司贈送的“協和”飛機停在位於弗吉尼亞州尚蒂伊的美國國家航空航天博物館新展覽中心內。

    超導技術今天已經離開實驗室逐漸進入實用領域，超導技術應用收效最快的是超導電動機和發電機，其特點是體積小、重量輕、能耗小、效率高，可用作艦船、坦克、飛機的推進係統。應用超導技術的飛機已在科學家的規劃之中。設計製造大功率、小體積的發動機，對提高飛機的作戰性能起著至關重要的作用。磁流體發電是一種高效發電方式，隨著超導技術的發展，為大容量、小型化磁流體發電機的研製創造了條件。這種超導發電機實用化後，飛機可以將其作為能源，為空中指揮所——預警飛機的大型雷達、大型計算機、各種通信設備等非常耗電的裝備提供動力。

    一係列采用納米技術的微型飛行器正在研製之中。作為未來戰場上探測裝置的一部分，微型飛行器的主要功能是完成包括空中監視、生化戰劑探測、目標確認、通信轉播、空中布雷，以及對大型建築物和設施內部的偵察任務。在美國麻省理工學院一個專題研究小組提出的方案中，微型飛行器長度為6~20厘米、總重量10~100克、平台載荷1~18克，巡航速度30~65公裏／小時、續航時間20~60分鍾，最大飛行距離1~10公裏。微型飛行器的核心技術是機體結構設計，由於機體結構體積極小，其容量和載荷都受到限製，因而不能像通常的偵察裝置那樣，給其元件加上外殼且不影響其他部件的性能。微型飛行器的電子器件的集成度要遠高於今天所能達到的水平，製造工藝同樣是這項研究麵臨的最艱巨的挑戰。德國科學家已研製成功一架隻有黃蜂大小能夠升空的直升機，他們研製的納米材料發動機，小得幾乎用肉眼無法分辨，這可能就是未來微型飛行器的先驅。

2003年11月17日，美國波音飛機公司 在西雅圖展示的研製中的7E7噴氣 客機的艙內設計模型。7E7噴氣客機為一種短程、節能型客機，設計座位300個，預計將於2006年投產。新華社發

    隱形技術在飛機上的應用，使飛機真的變成了“空中幽靈”。由於采用隱形技術，飛機的雷達散射麵積將減少兩個數量級。B─52轟炸機的雷達散射麵積為100平方米，而采用隱形技術的轟炸機，其雷達散射麵積就降到1平方米，這使雷達探測目標的距離縮短了68％，使空襲變得更突然、更隱蔽。有關專家估計，21世紀的作戰飛機的平均後向麵散射麵積減小三個數量級，使雷達探測目標的距離縮短82％，雷達會變得無用武之地。隱形飛機的出現對未來的防空雷達係統，以及未來空戰戰場的格局都是具有劃時代意義的。

    此外，諸如前掠翼這樣的新概念戰鬥機也已問世，美國和俄羅斯都在研究前掠翼飛機方麵下了很大功夫。一些具有獨特外形的飛機，如環形翼飛機、無尾翼飛機、雙尾型飛機、傾轉翼飛機、連翼型飛機、平台型飛機等，都已在設計師的圖板上，這些外形不倫不類的飛機都因具有勝出一籌的性能而受到青睞，其中傾轉翼飛機已經問世。

誰能成為空間城最早的居民

1903年12月17日，萊特兄弟在美國北卡羅萊納州基蒂霍克村試飛世界上第一架動力飛行器“飛行者一號”成功，開創了人類飛行新時代

    在人類成功登月之後，第一位在月球表麵留下腳印的美國航天員阿姆斯特朗，以及航天員庫克開始征集希望參加登月旅遊者的名單，在20世紀60年代，阿姆斯特朗登記了9.3萬人，而庫克登記了0.6萬人，登記表一直保存到今天。一些社會探險組織在1985年首次嚐試為太空旅遊者籌集資金，他們籌集到的資金可供259位乘客參加太空旅遊，這種環地球軌道的太空旅遊每人需5萬美元。一艘名為“鳳凰”號的飛船將承擔運載任務，可惜這艘飛船並沒有建造完成，但此事卻成了一個促成太空旅遊的契機，1986年1月28日，美國中學教師麥考利夫本來可以成為第一位太空旅遊者，遺憾的是“挑戰者”號航天飛機發生了悲劇性的爆炸。1990年一位日本記者在俄羅斯“和平”號空間站進行了一次純商業意義的旅遊。日本電視台向俄羅斯支付了1200萬美元費用以獲得這次太空旅遊活動的轉播權，而電視台通過轉播卻得到了2000萬美元的利潤，淨賺了800萬美元！這次太空旅行並沒有其他特別之處，但它證明進行太空旅遊的人並非一定要有一副好身板，因為這位日本記者的身體並不那麽好。

    真正實現太空旅遊的人是美國人丹尼佛·蒂托，他是一位前工程師和企業家，為實現去“和平”號空間站生活10天的夢想，攢了2000萬美元。他在莫斯科郊外的星城空間中心接受了訓練，最終如願以償，成為轟動一時的新聞，美俄等16國合作建造的國際空間站已具雛形，有可能成為有誌太空旅遊者的選擇。

    一旦隻需低價格就能成為太空旅遊者，那麽太空旅遊就會應運而生。美國一家公司提出了一個“太空旅館”計劃。這個太空旅館重達8000噸，配備一台能在垂直方向移動240米的電梯，它有一個直徑140米的環形客廳，可容納64間客房和40間工作人員住房，能產生0.7G的人造引力。這個太空旅館有一個位於較低一端的平台，供飛船降落、停靠和飛離。太空旅館靠太陽能翼板獲得電能。

華盛頓的國家航空與航天博物館展室仿造的萊特兄弟舊居及其前門廊

    當然，太空旅行也麵臨著不可避免的生態問題，既會給地球帶來一些麻煩，也會給太空帶來一些麻煩。許多飛船發射入地球軌道會使大氣層中增加放射物質，可能進一步破壞臭氧層。不過專家經過論證，上述問題不會成為人類進入太空的障礙。實現太空旅遊的關鍵問題在於對一般人來說，這種旅遊還是過於奢侈的事，降低飛船的發射成本是科學家追求的目標。正在研製的一種飛船名為“先鋒探路者”，艙內可乘坐24名乘客。發射時先由飛機把它帶到6000米高度，然後它的兩部推進器啟動，以15倍音速的速度升至110公裏高空，著陸方式與航天飛機相同。美國航空航天局研製的供科研和旅遊的飛船“多變者”號也正在研製之中。

    可以說，實現太空旅遊的日子已為期不遠，從今天的航天技術來說已不存在什麽困難。有了相對穩定運行的空間站，就離建造空間城的理想不遠了，簡而言之，這就像搭積木一樣把空間站的尺寸做大就行了。也許再過一二十年，有人就會成為第一批空間站的居民。

    人類發射的幾個無人探測器已先後飛離太陽係，進入茫茫宇宙。那麽人類有沒有可能實現從一個行星係向另一個行星係的飛行呢？為了實現這種宏偉的誌願，科學家們已在試驗全新原理的飛行器，比如采用激光推進的飛行器（驗證機）正在試驗，這已不是秘密了。美國物理學家傑拉德·史密斯十幾年來一直在追尋反物質，全神貫注於用磁場把反物質“囚禁”於一種特殊容器中。史密斯此舉的目的是利用反物質，將反物質作為燃料用於亞光速宇宙飛船。依靠最新的航天技術成果，認為實現恒星際宇宙飛行是可能的科學家不隻史密斯一個人，他們提出了從搭載原子反應堆、反物質反應堆的載人飛船，到利用激光束和粒子束加速到光速的亞光速探測器等形形色色的方案。在恒星際宇宙飛行的情況下，需要的能量與今天的一般飛行相比簡直是天壤之別。如果要讓目前的載人宇宙飛船以三分之一的光速飛行，就需要相當於全世界發電廠工作幾年的能量。如果采用原子反應堆，單位質量燃料的推進力將增大1000萬倍。理論上說，可以期待的辦法是用激光束照射核燃料在燃燒室內發生核聚變反應。但是為此就得建造相當複雜的反應堆，技術上是十分困難的。基於上述理由，根本不能考慮使用化學燃料火箭去實現恒星際宇宙飛行。

美國北卡羅萊納州的基爾戴維山，威爾伯·萊特（兄）的銅像與兩兄弟的飛機雕塑相映成趣

    傑拉德·史密斯相信，反物質能夠帶來解決問題的辦法，但首先要建造高效率、規模巨大的反物質生產廠，要生產1克反物質就需要長得異乎尋常的時間。一個國際研究小組在歐洲核子研究中心製造反氫原子，在三個星期的實驗中隻製造出9個，即使有了傑拉德·史密斯提出的10年內或許能問世的設施，每年也隻能生產出1微克的反物質，要把9000克反物質火箭燃料弄到手，必得等90億年！90億年後，人類打算前往的目的恒星是否還存在都不好說了。

    此外，科學家還考慮到利用激光束鼓起宇宙飛船的光帆由此獲得推進力。為了把宇宙飛船送至半人馬座γ星，得用激光束加速約一年，使宇宙飛船的速度達到光速的三分之一左右。要利用激光束來實現恒星際飛行，就必須有更強有力的激光束，光帆也必須大得超出想象。有的科學家提出用粒子束推進宇宙飛船，重粒子，比如質子，它沒有光的速度卻有質量，對於推進力而言，有質量的質子比沒有質量的光子更有效。采用粒子束推進能量隻需激光束的六分之一，就能把載人宇宙飛船加速到三分之一光速，不過宇宙飛船的乘員必須耐受高達1000G的加速度，這就是說一個60千克的人在一瞬間體重會變成60噸，這是任何人都承受不起的。

    也有人提出了連接宇宙中黑洞和白洞的“蟲洞”，以及使用反重力讓時空發生彎曲高速移動等方案。近來形形色色的方案更是層出不窮。就人類目前掌握的航天科學技術水平而言，還無法實現恒星際宇宙飛行，人類還得像以往那樣探索很長時間。

做不盡的飛翔之夢

中國飛行先驅馮如的飛機模型

    沈元、任新民、季文美、孫家棟等我國著名航空航天界科學家，曾憧憬過航空航天事業的美好未來：隨著世界新技術革命的到來，新技術、新思想和新方法的應用，航空技術和航天技術將出現新的飛躍，將在發展現代人類文明的三大支柱──信息、能源和材料的事業中做出更大的貢獻。

    航空技術將運用微電子技術、計算機、新材料、新工藝和新能源來發展性能更優良的產品並擴大應用範圍。航空器將進一步向一體化、綜合化、信息化的方向發展。新動力、新氣動布局、新材料、新技術的應用將大大改善飛機的性能。飛機的載重能力、機動性、適應性和經濟性都將有新的突破。即使是製造噪聲低、汙染小、經濟性能好的遠程超音速客機這樣一類複雜的飛機，從科學技術角度來說，也是完全可能的，關鍵在於人們對這種需求的迫切程度，以及是否值得花費巨大的人力和物力。這種飛機把洲際旅行時間縮短到幾個小時。航空運輸將會更普及、更安全、更經濟，為人類的工作、旅遊和生活帶來更多的方便。航空器將在農業、牧業、漁業、探礦、氣象、體育和環境保護方麵得到更加廣泛的應用。

2003年6月10日馬紹爾群島郵政發行的一枚 包含10枚郵票的《飛行百年》小版張

    航天技術將進入大規模開發和利用近地空間的新階段。直接為國民經濟和人民生活服務的各種應用衛星正向高性能、多用途的方向發展，以獲取更大的經濟和社會效益，使航天活動進一步商業化。隨著航天飛機和其他新型空間運輸係統的使用、空間組裝和檢修技術的成熟，人類將有可能在太空建造各種大型空間係統。在近地空間將建立起來永久性空間站、太陽能電站和空間工廠，甚至可能建立空間城市和開展空間旅遊，太空將成為人類頻繁往來的新場所。利用永久性空間站進行長期的科學研究和實驗，可促使天文學、地學、生物學、物理學和化學等產生新的突破。從太空獲取信息、材料和能源，直接造福於人類。航天活動將為解決人類麵臨的能源、生態、環境和人口等問題開辟多種途徑。各種空間探測器可能飛遍太陽係的“天涯海角”，為揭開太陽係的形成和生命起源之謎提供資料。人類在月球建立基地、到達火星和其他行星，還麵臨著費用過於龐大和許多有待克服的困難。恒星際航行隻有在光子火箭獲得成功和很多有關科學技術有了更大發展之後才有可能。

    他們相信，人類的曆史總是向前發展的，和平、進步、幸福是地球上絕大多數人的願望。科學技術的發展最終要達到造福人類的目的。航空航天事業也將沿著這條道路前進，在這個人類空前規模的偉大事業中，中華民族必將做出自己的貢獻。