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近年來(lái),我國(guó)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(yùn)-20、直-20等等捷報(bào)頻傳,讓人目不暇接。社會(huì)公眾在欣喜之余,不少人也在問(wèn):航空航天不一樣嗎? 實(shí)話實(shí)說(shuō),航空航天真的不一樣。咱們長(zhǎng)話短說(shuō),最根本的不一樣在于二者的運(yùn)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(jī)等航空器運(yùn)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(yùn)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(diǎn),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(gè)在大氣層內(nèi),另一個(gè)在大氣層外,二者的飛行高度必然不同。這里涉及兩個(gè)高度,一個(gè)是實(shí)際飛行高度,目前航空器的實(shí)際飛行高度都在3萬(wàn)米以內(nèi),僅有前蘇聯(lián)的米格-25戰(zhàn)斗機(jī)曾經(jīng)創(chuàng)造過(guò)37650米的飛行高度世界紀(jì)錄;航天器穩(wěn)定運(yùn)行的低軌道高度為160千米,也就是說(shuō)航天器的實(shí)際運(yùn)行高度都在160千米以上。另一個(gè)是法定飛行高度,國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)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(guó)科學(xué)家西奧多·馮·卡門的名字進(jìn)行命名,稱為“卡門線”。當(dāng)然,由于大氣層呈彌漫性擴(kuò)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(dòng),人為地劃定了這條“卡門線”??ㄩT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(wú)論是實(shí)際飛行高度,還是法定飛行高度,二者都明顯不同。 飛機(jī)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(xué)原理,以飛機(jī)為例,其上通常作用著四個(gè)力:拉力、阻力、升力和重力,保持飛機(jī)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(jī)就會(huì)改變飛行速度;如果不滿足升力=重力,飛機(jī)就會(huì)改變飛行高度。其中,拉力是由發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳共同產(chǎn)生的,阻力和升力都是氣流流過(guò)機(jī)體表面與其相互作用而產(chǎn)生的,重力則是機(jī)體質(zhì)量與地心引力相互作用而產(chǎn)生的。航天器遵循萬(wàn)有引力定律,其上通常作用著三個(gè)力:重力、萬(wàn)有引力和軌道運(yùn)行的離心力,保持航天器穩(wěn)定在軌運(yùn)行的條件是重力=萬(wàn)有引力=離心力。如果萬(wàn)有引力小于離心力,航天器就會(huì)加速脫離軌道;如果萬(wàn)有引力大于離心力,航天器就會(huì)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(shù)可能,要提高飛行速度就必須提高推進(jìn)系統(tǒng)的拉力,減小飛機(jī)的飛行阻力。在目前的技術(shù)條件下,米格-25戰(zhàn)斗機(jī)以馬赫數(shù)3.2保持著飛機(jī)的最大平飛速度的世界紀(jì)錄。航天器的飛行速度主要取決于其任務(wù)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(yáng)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(gè)數(shù)量級(jí)。 第四是推進(jìn)方式不一樣。航空器在大氣層內(nèi)運(yùn)行,可以采用吸氣式動(dòng)力,如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)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(yùn)行,沒有空氣來(lái)源,除了自帶燃料,還必須自帶氧化劑,只能以火箭為動(dòng)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(shí)是由各自的飛行原理所決定的。以飛機(jī)為例,航空器實(shí)現(xiàn)升空的基本條件是升力大于重力,在飛機(jī)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(shí)現(xiàn)升空必然要從靜止開始經(jīng)歷一段水平加速過(guò)程,直至飛機(jī)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(shí)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(jì)的發(fā)射方式。其實(shí)火箭也不是一直垂直上升的,為了實(shí)現(xiàn)末段入軌,到達(dá)一定高度之后就會(huì)開始拐彎,逐漸靠近并最終進(jìn)入預(yù)定軌道。 關(guān)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(shuō)航空航天不一樣了。 |
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來(lái)自: 半夢(mèng)書齋 > 《科技》