航空航天科技百年回眸(组图)

来源：《科技日报》 2003-11


飞翔的梦想与人类一样古老，对飞翔的向往引导着人类不懈地追求。从莱特兄弟在美国基蒂霍克试飞“飞行者”1号到今天，已过去了100年。100年前与100年后，对航空航天科学技术发展而言真是不可同日而语，让人感慨万千。人类追求的是与自然的和谐，在实现飞翔的梦想方面得到了最完美、最波澜壮阔的体现。公元284年—364年，中国《抱朴子·杂应》一书有制造飞车的记述，是直升机旋翼的最早雏型；公元1127年—1279年，中国人使用了原始火箭。此前，中国人以松脂灯为军事信号，是人类利用热气球之始，中国人还发明了走马灯，它是航空燃气涡轮的始祖。中国人还最早应用了喷气推进原理，这就是12世纪中国人使用的“地老鼠”。第一位尝试利用火箭飞行的人，是一位600多年前的中国人。冯如造出中国第一架飞机，只在莱特兄弟之后6年。

1909年，威尔伯·莱特(左)和奥维尔·莱特兄弟合影

    在过去的100年中，人类的飞行速度远远超过了音速，人类把脚印留在了月球，现在人类把目光投向了火星。中国的航天科技走在了世界前列。

    伟大的航天理论先驱齐奥尔科夫斯基说：地球是人类的摇篮。人类决不会永远躺在这个摇篮里，而会不断探索新的天体和空间。人类首先将小心翼翼地穿过大气层，然后再去征服太阳系空间。在这个人类空前规模的伟大事业中，中华民族必将做出自己应有的贡献。

    从大地飞上天空、宇宙

    人类最古老的梦想就是飞翔，百折不挠的追求使人类逐步实现了这个梦想。中国作为一个文明古国，自古就留下了数不清的关于飞行的神话和传说，比如嫦娥奔月、孙悟空一个跟头十万八千里、敦煌飞天、唐明皇游月宫等，不胜枚举。相传公元前8世纪，中国木匠的祖师公输般就曾造过一个木制的鸟形飞行器，能飞三日而不落地，这简直可以媲美今天的无人飞机了。在古希腊神话故事中也有长着双翼的女神。

    这些对飞翔的向往引导着人类不懈地努力实现着梦想。早在公元前202年，中国楚汉相争时期就在战争中使用过风筝；公元前140年—公元前122年，中国《淮南万毕术》一书就阐述了热气球的升空原理；公元9年—23年，中国王莽时期就有人进行过人力飞行尝试；公元78年—139年，中国张衡造出木鸟并试飞成功；公元284年—364年，中国《抱朴子·杂应》一书有制造飞车的记述，是直升机旋翼的最早雏型；公元1127年─1279年，中国人使用了原始火箭。此前，中国人以松脂灯为军事信号，是人类利用热气球之始，中国人还发明了走马灯，它是航空燃气涡轮的始祖。中国人还最早应用了喷气推进原理，这就是12世纪中国人使用的“地老鼠”。在这之后的17、18世纪间，欧美各国的近代科技迅速崛起，相继实现了乘热气球、氢气球的载人飞行，并发明了用蒸汽机驱动的飞艇和滑翔机的飞行。

1903年12月17日，奥维尔·莱特在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克驾驶"飞行者一号"飞机进行试飞。飞机在空中飞行12秒，飞行距离为36.5米，此举成为人类第一次可操纵的动力飞机的持续飞行。站在飞机旁的是他的哥哥威尔伯·莱特

    人类现代意义上的飞行是从1903年12月17日这天早上开始的。美国莱特兄弟在北卡罗来纳州基蒂霍克试飞了世界上第一架安装内燃机的可操控飞机。试飞进行了四次，第一次飞行距离36米，留空时间12秒，最后一次飞行距离260米，留空时间59秒，这是得到公认的最早的空中持续动力飞行。莱特兄弟从小对飞行怀有浓厚兴趣，他们研究了鸟类和风筝的飞行，制造了一架风筝形的滑翔机进行试验，然后又进行了滑翔机载人飞行试验。从1900年到1903年间，他们共制造了三架滑翔机，进行了近千架次滑翔机飞行，最后一架滑翔机完全达到了稳定操纵要求。随后他们在第三架滑翔机上安装了一台自制的12马力功率内燃机，带动两副两叶推进式螺旋桨，采用升降舵在前、方向舵在后的鸭式布局。机翼剖面呈弧形，翼展13.2米，着陆装置为滑橇式，驾驶员俯卧操纵。这架飞机就是著名的“飞行者”1号。

世界上第一架民航机

    现在，在基蒂霍克莱特兄弟“飞行者”1号试飞成功的地方耸立着纪念莱特兄弟的纪念碑。尽管“飞行者”1号采用的内燃机功率只有12马力（相当于一台手扶拖拉机），但它毕竟宣布了现代航空时代的到来。

    第一位尝试试验利用火箭飞行的人，很荣幸是一位中国人，14世纪末我国明代的学者万户，被公认为世界火箭飞行的第一人，是亲身试验火箭飞行的先驱。万户经过研究确认，火箭具有推动物体上升的能力，他制作了一把椅子，在椅子背后捆绑了47支那时能制造的最大的火箭，他双手各持一个风筝以控制方向，成为现代火箭控制飞行方向的翼片的雏形。他让人把自己捆在椅子上，然后点燃火箭，遗憾的是由于火药迅速燃烧爆炸，万户不幸遇难。作为世界第一位试图借助火箭实现飞行的人，万户受到全世界飞行探索者的崇敬，为了纪念他，苏联科学家把月球表面东方海附近的一座环形山命名为“万户”环形山。

2003年10月1日，由莱特兄弟制造的人类 第一架飞机摆放在美国首都华盛顿的国家 航空与航天博物馆的展室内。这是这架飞 机自1948年以来首次如此近地与观众见面

    人类在航空航天方面的辉煌实践，成为20世纪人类认识和改造自然进程中最活跃、最有影响的科学技术领域，也是人类文明高度发展的重要标志。航空航天作为伟大的人类工程，它取得的成就是20世纪科学技术飞跃进步，社会生产力突飞猛进的结果。航空航天的成果集中了科学技术的众多新成就。正如几位我国航空航天方面著名专家所说，迄今为止的航空航天活动，虽然还只是人类离开地球这个摇篮的最初几步，但它的作用已远远超出科学技术领域，对政治、经济、军事以至人类社会生活都产生了广泛而深远的影响。

    从莱特兄弟在美国基蒂霍克试飞“飞行者”1号到今天，刚好过去了100年，100年前与100年后，对航空航天科学技术发展而言真是不可同日而语，让人感慨万千。

    在20世纪前期，飞机完成了从双翼机到张臂式单翼机、从木布结构到全金属结构、从敞开式座舱到密闭式座舱、从固定式起落架到收缩式起落架的过度，飞机的升限、速度提高了两到四倍。随着超音速空气动力学、结构力学和材料科学的进展，飞机突破了“音障”和“热障”，飞行速度达到两三倍音速，进入了超音速飞行时代。变后掠机翼和垂直起落技术的成功为变后掠翼飞机和垂直起落飞机的发展创造了条件。从20世纪50年代起，喷气式客机逐渐代替了螺旋桨客机，70年代初出现了大型宽体高亚音速喷气式客机和货机，一枝独秀，“协和”式客机成为世界第一种超音速客机。今天，飞机成为国民经济和人民生活不可缺少的交通工具。

1947年10月14日，美国试飞员耶格尔驾驶的 X-1实验飞机（下）在美国加利福尼亚州南部上空脱离B-29母机。随后，耶格尔驾驶X-1飞机上升到12，000米高空，在此高度上达到1066千米/时的速度，成为人类突破音障的第一人。

    航天科学技术的发展同样迅速。20世纪初俄国科学家齐奥尔科夫斯基等航天理论先驱，阐明了利用火箭进行航天的基本原理，1926年，美国科学家戈达德首先研制成功世界上第一枚液体火箭。第二次世界大战期间，德国科学家研制的大型液体火箭为战后发展大型导弹和航天运载工具奠定了基础。1957年10月4日，苏联成功发射第一个人造地球卫星，1961年4月12日，苏联航天员尤里·加加林乘“东方”1号飞船进入太空，人类第一次实现了遨游太空的理想。1969年7月20日至21日，美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林乘“阿波罗”11号飞船成功登月，人类第一次把脚印留在除地球以外的另一个天体上。此后，数以千计的各类人造卫星、行星探测器相继发射升空，苏联“礼炮”号空间站与“和平”号空间站，以及现在正在建造尚未完成的国际空间站，使人类在宇宙空间从事科研活动和生活成为可能。20世纪80年代还出现了可重复使用的航天飞机，对火星的旨在登陆火星的探测又开始了新的努力，科学家已把在月球设立有人基地的构想列入了日程。2003年10月15日中国成功地发射了第一艘载人飞船，探测月球的计划也已启动。航天科学技术成为世界新技术革命的一个组成部分。

更高更快更远

    从莱特兄弟试飞“飞行者”1号到人类实现登月，其间为66年光阴，66年在人类历史上只是短暂一瞬。今天可以说，人们要实现乘坐飞机实现去地球轨道或者说去地球大气层以外旅行，也许就是这10年里的事。这就是所谓“更高”。空天飞机将带领我们实现这种以往只有宇航员才能做的旅行。空天飞机有别于用火箭发射的宇宙飞船，也有别于用火箭发射可多次使用的航天飞机。它可以像普通飞机那样，在机场起飞和降落，既能在大气层内飞行，也能在大气层之外航行。空天飞机在大气层中的飞行速度高达12~25倍音速，速度是现代战斗机的6~12倍，空天飞机可在一个小时内飞抵地球任何地点。空天飞机集强有力的先进推进系统、有效的热防护技术、特殊的结构和材料、高超音速的空气动力技术等于一身，是当代最新科技成就的集中体现。

1969年6月3日，新型的波音747大型 客机在法国巴黎航展上向观众展示。 波音747是世界上最大的民用客机之一

    就“更快”而言，空天飞机自然无可匹敌，但与50年前相比，民航飞机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机，将使从北京到巴黎的航程从11~12小时，缩短到5~6小时，飞到纽约只要7个小时，旅客再不需要在飞机上打瞌睡。现在，美国、欧洲和日本已提出了第二代超音速客机的方案并着手研制，这种超音速客机的速度为音速的2~2.5倍，载客量为250~300人，航程约1.1万~1.5万公里，耗油量仅为“协和”号和图─144一类第一代超音速客机的一半。

    正在制造的新型客机将更大更舒适，可以让更多的人享受空中旅行的快捷。目前，世界最大的客机是美国的波音747和欧洲的空中客车A330、A340,最大载客量为400~500座。制造中的巨型客机为600~800座。欧洲空中客车公司研制的A3XX巨型客机载客量可达550~600人，采用四台涡扇发动机，航程达1.4万公里，最大起飞重量达500吨，飞机高10米，分上下两层客舱，机内设有卧室、会议室，可达到4星级饭店的标准。这种巨型客机计划于2004年首飞。美国波音飞机公司着手研制了类似的巨型飞机。国外还提出研制“飞翼”型客机的设想，机身和机翼融为一体，可载上千名乘客，坐在这种飞机里更像是坐在大剧院里。

    科学家们构想中的不着陆飞行器颇令人神往，这种飞机在大气层外的地球轨道上飞行，而空天飞机将它作为停靠站，往来于地面和不着陆飞行器之间。这种集大气层飞行和宇航于一体的飞行方式将使人们无所不至。这就是所谓“更远”。

2002年12月18日，几名观众在美国华盛顿国家航空航天博物馆内参观莱特兄弟于1903年制造的人类第一架飞机

    在实现“更高更快更远”理想的同时，20世纪初曾风靡一时的飞艇，再度受到青睐。随着科学技术的发展，飞艇曾存在的致命缺点──安全问题和速度太慢的问题可望解决。全新的飞艇不会燃爆，新型发动机将赋予飞艇更高的速度，其操纵性和灵活性也会大大提高。尽管飞艇的飞行速度不及客机，但对满足人们对飞行的多种需求来说，仍不失为一种经济的选择。

    现在全世界飞机总数为47万多架，其中民用飞机占36万多架，而从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行，以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等通用航空的飞机又占到民用飞机的90％，包括我国在内的许多普通公民都通过训练获得了飞行执照，继河南刘庄农民买了第一架用于农业的超轻型飞机后，不少农民和居民也购买了超轻型飞机，大型企业购买直升机作为公务飞机的消息也时有所闻。个人研制轻型飞机的壮举不再令人吃惊。航空航天科技知识正在我国迅速普及。

    在运输机方面也有了很多创新。航空科学技术的进步促进了运输机以崭新的模式，朝着高效率、多功能、低成本的方向发展，出现了飞翼式、连翼型、短机身型、隐身型等运输机的创新设计。21世纪的运输机将在现有性能基础上，实现大载重、短距离起落、高可靠性、易维护、全天候飞行、可直抵偏僻机场，实现“面─点”和“点─面”的空运任务。

新的战争之神

SR-71"黑鸟"高空侦察机

    20世纪上半叶相继发生了两次世界大战，航空科学技术的发展对战争产生了重大影响，成为新的战争之神。从1909年起，一些国家就注意到飞机的军事用途，相继成立了航空科学研究机构。在第一次世界大战中，飞机开始得到大规模使用，出现了执行不同军事任务的机种。第二次世界大战引起了航空工业的第二次大发展，参战飞机数量剧增，性能迅速提高，空军发展成为对战争全局有决定性影响的一个军种。飞机气动外形的改进、燃气涡轮发动机和机载雷达的应用，改变了飞机的面貌。

    在20世纪中后期发生的几次大规模的局部战争中，各国空军都力图在航空武器方面压倒对方。随着军用航空科学技术的发展，在20世纪90年代发生的“沙漠风暴”战争、科索沃战争以及在21世纪初发生的这场反恐怖主义战争中，航空武器的作用强化了人们对它的认识。没有料到的是，恐怖分子竟是利用两架先进的客机点燃了这场战争的导火索。

俄罗斯出生的美国飞机设计师西科尔斯基在 驾驶VS-300型直升飞机。VS-300是人类历 史上第一种实用的直升飞机，于1939年首次 试飞成功。1941年5月6日，VS-300创造了 1小时32.4秒的国际续航时间记录。

    航空武器的长足进步将使战争的样式发生变化。由于激光、粒子束、微波束和离子束等定向能武器系统的应用，传统的空军作战战术观念将改变，作战原则也会随之发生根本变化。以大量飞机编队方式展开的“大兵团”作战有可能造成不可承受的消耗，兵力优势不再是战场力量对比的主要标准。在科索沃战争中，美国凭借70多天的空中打击，迫使南联盟接受了停火协议。这是空中打击制胜的新鲜例子。由于新航空武器和装备的出现，使各种武器的射程更远、速度更快、火力更强、准确度更高，从而对人员的杀伤、对设施的破坏、对财力的消耗将达到空前巨大的程度。美国F－14战斗机的武器系统，使用“不死鸟”空空导弹可以在160公里以外同时攻击多达6架飞机。美国的“突击破坏者”计划要求远程警戒系统和武器投送系统一体化使用，能够同时投掷多达30到40枚末制导导弹，能使其独立击中每个目标，还可以击中在广阔空域中飞行的30─40个单机目标。

    此外，空战指挥将实现高度自动化，作战时间将更加短促，作战的突然性增大，电子战能力将成为决定胜负的重要因素。

    航空航天科学技术的发展催生了一个新的军种——天军，21世纪初俄罗斯便宣告了俄罗斯天军的成立。一些国家正在大力发展载人空间站和航天飞机，以建立太空永久性军事基地——航天站创造条件，未来战争的活动空间将空前扩大，不仅涉及到交战国的领土、领海和领空，还将扩展到极地、洋底，甚至包括月球在内的外层空间。未来的空战将出现多维战场，未来的陆战和海战都将按照“空地一体”和“空海一体”的形式进行，空战战场可能会分为配合陆战和海战的空战战场，以及独立的空战战场。

历史上第一架飞过大西洋的 飞机寇蒂斯NC-4

    新的战争样式对航空武器提出了更高的要求，首先新型战斗机要具有更出色的空战格斗能力，确定的使用过载设计参数均超过9G（重力加速度）。有的国家正设法进一步提高飞行员自身的承受高过载能力，以进一步发挥战斗机的机动性能。新型战斗机还要具有良好的短距起降能力，所需的跑道长度限制在500米以内，以及采用隐形技术，兼有一定的对地攻击能力，还有一个要求是简单可靠，易于维护，再次出动准备时间短。为了实现这些要求，新型战斗机将采用一系列新技术，比如鸭式布局、直接力控制、电传操纵、数据管理和变循环发动机等，进而实现飞机各系统操纵的一体化，进而实现战斗机中各种数据的记录、计算自动化，以及机载计算机选定方案的最优化和飞行员所需数据、信号和指令的信息化。

    在21世纪的空战中，新型战斗机采用的武器仍将是中远程拦射导弹、空空格斗导弹和航炮并用，但武器性能将大大提高。

    21世纪初，一种新型航空武器悄然登场──美国宣布，将在打击阿富汗塔利班的空袭中动用携带精确制导炸弹的无人攻击机。随着人工智能技术的发展，高性能人工智能无人机与小型战术无人机将得到广泛的发展和应用。目前，无人机已被用于战场监视、侦察、干扰、释放诱饵、目标袭扰等方面。无人机在执行侦察、对地攻击、火力投射、电子对抗方面向有人机提出了挑战。在未来战争中，无人机能执行空战和对地攻击任务，它和有人战斗机编队，可组成“猎人和猎狗”式的作战机群。有人机作为“猎人”，可发挥任何高智能装置无法取代的任务管理和决策作用，而无人机则承担“猎狗”的任务，领先飞行，进行目标识别、作为诱饵消耗敌方的导弹，使有人机提高生存能力，无人机还可在近距离实施干扰、攻击和空战格斗，无人机还是传递空战信息的理想工具，也是隐蔽接敌形成突然袭击的航空武器。

1945年8月6日，美空军B-29"伊诺拉·盖伊"号轰炸机执行完在广岛投掷原子弹的任务后返回太平洋马里亚纳群岛的提尼安岛

    那么，无人机会不会最终取代有人机呢？2001年8月，美国海军高级官员戈登?英格兰在写给国际无人机协会的一封信中说，我们极有可能正在设计最后一种有人驾驶战斗机。据我判断，规划一系列无人机的时候到了，特别是对海军而言。戈登?英格兰在这里说的最后一种有人驾驶战斗机，指的是美国新研制的联合攻击战斗机（JSF）。他认为，用无人机作战是技术革命，仅用无人机执行单独的、有污染和危险的任务是不够的，应最大限度地扩大无人机应用范围，用无人机与有人机交战。他说，无人机不需装备笨重和昂贵的生命保障系统便能完成与有人机相同的任务。

    在可以预见的将来，无人机将相当程度上取有人机而代之。经过我国国防科技专家的艰苦努力，我国在无人机研制方面已处在世界前列。

    航天技术与其他科学技术相结合开创了许多新的技术途径，可作为卫星和飞船等的运载工具的火箭，今天已演进为核武器的运载工具洲际导弹及形形色色的导弹。一架价值1800万美元的昂贵飞机，可以被一枚小小的仅值1万美元的防空导弹击落；一艘价值超过5000万美元的现代化导弹驱逐舰，却被一枚价值20万美元的反舰导弹击沉海底；一辆270万美元的坦克，毁于一枚价值仅3000美元的反坦克导弹。导弹武器包括导弹核武器正朝着提高命中精度、提高突防能力、提高生存能力，以及研制隐身巡航导弹、提高弹头杀伤力、采用新型材料减轻结构重量、改进动力装置增大射程，提高指挥、控制和通信能力等方向发展。美国的MX导弹射程为1.2万公里，由于采用了高级惯性参考球系统，圆公算偏差可小至90米以内，若采用导航卫星全球定位系统，圆公算偏差可小于10米。

2003年12月15日，在美国弗吉尼亚州 尚蒂伊国家航空航天博物馆内展出了美军 B-29型"埃诺拉·盖伊"号（Enola Gay） 轰炸机。这架轰炸机曾于1945年8月6日 在日本广岛投下第一枚原子弹。

    目前，“空间作战飞行器”也出现在军事专家的规划中。出自对未来军事航天战略的考虑，美国航天司令部制定了一个今后20年的长期规划，规划中提出了一种全新样式的军用航天器──空间作战飞行器，它具备航天运载器的功能，保留了现有军用航天系统的支援保障作用，又可以作为进攻性空间武器使用。空间作战飞行器是一种可重复使用的单级入轨的航天飞行器，可以飞到中高度地球轨道，可以携带卫星和空间机动飞行器等有效载荷。美国航天司令部提出的空间作战飞行器系统的概念，已将其功能从航天运载器扩展为在轨维修和侦察与武器平台。这一系统的关键技术在于在轨技术、再入大气层技术和进场着陆技术，尽管美国在这些方面有着良好的技术基础，实现起来也不是那么容易。

    不难想象未来战场的轮廓：由不同功能不同规模的航空航天飞行器构成的武器系统，从海下、陆地、空中、地球轨道，形成了一个巨大无比的火药库，谁若不小心点燃了它，自己也会被烧得焦头烂额。

航空航天飞行器——人类最新科技的结晶

    我国航空航天界的著名专家沈元、任新民、季文美和孙家栋等，对于航空航天科学技术是现代科学技术的集大成者，有着十分准确、醒目的阐述。他们认为，航空技术和航天技术都是高度综合的现代科学技术，它们以基础科学和技术科学为基础，集中应用了20世纪许多工程技术新成就。力学、热力学、材料学、医学、电子技术、自动控制、喷气推进、计算机、真空技术、低温技术、半导体技术、制造工艺学等，都对航空航天的进步发挥了重要作用。

    这些科学技术在航空航天的应用中互相交叉和渗透，产生了一些新学科，使航空航天科学技术形成了完整的体系。

2003年12月2日，世界上据称航程最远的客机“空中客车”A340-500开始首次商业飞行。这一航班从阿联酋迪拜起飞连续飞行约14小时后抵达澳大利亚悉尼机场。该客机可不间断飞行17小时。

    莱特兄弟对航空的一个重大贡献是在飞机设计中应用了空气动力学原理，后来航空技术的每一项成就多与空气动力学的进展有关。空气动力学的机翼理论和边界层理论为早期飞机性能的改进指出了方向。所有通过大气层的飞行器都要利用风洞试验来确定它们的空气动力外形和空气动力特性。亚音速、跨音速和超音速空气动力学的发展，取得了后掠翼和面积律的一系列成果。在飞机采用涡轮喷气发动机后突破了“音障”，实现了超音速飞行。在耐热和防热材料发展的基础上，高超音速空气动力学和气动热力学为飞机突破“热障”和再入大气层的飞行器的防热设计指出了方向。气动热力学和发动机力学也是航空发动机和火箭发动机的重要理论基础之一。飞行器结构力学和强度理论，对飞行器的性能和经济性都有重大影响。分析空气动力和飞行器相互作用的气动弹性力学，成功地解决了曾引起飞机多次事故的颤振问题。大气层飞行动力学已经成为研究在空气动力等外力作用下飞行器运动规律的科学，成为各类飞行器设计的理论基础之一，而天体力学则为研究航天器的运动奠定了理论基础。

    他们指出，推进系统是飞机和火箭的心脏，是决定它们性能的重要因素。活塞式航空发动机的发展提高了早期飞机的飞行速度；在叶轮机械效率大幅度提高的基础上出现的涡轮喷气发动机，使飞机的飞行速度得以超过音速；高性能的涡轮风扇发动机降低了耗油率和发动机噪声，使得巨型旅客机能够投入航线飞行。与飞机相比，火箭发动机对航天器运载火箭的性能影响更大，液体火箭发动机性能的提高，对成功发射第一个人造地球卫星起到了重要作用。只有在研制成功大推力的助推发动机和高性能的液氧液氢发动机之后，才有可能成功进行载人登月飞行。高性能的固体火箭发动机促进了战略导弹和战术导弹的发展，航天飞机助推用的固体火箭发动机，单台推力已超过10兆牛（约1000吨力）。随着能源科技的发展，利用核能、太阳能的各种发动机将在航空航天活动中得到更广泛的应用。

    专家们指出，真空技术和低温技术的发展，对低温推进剂在火箭上的应用、研制高性能火箭发动机，以及航天器的热设计都有关键性的作用。医学对航空航天的发展有着十分重要的作用。研究人员对航空航天特殊环境的适应性和医学保障的航空航天医学，是航空航天生命保障的医学基础，它的发展保证了人在航空航天活动中的安全和高效率的工作。

2003年10月23日，一架英国航空公司的 "协和"飞机抵达美国纽约肯尼迪国际机场。该架"协和"客机于次日返回伦敦， 从而结束了"协和"飞机27年的服役生涯。

    电子技术、自动控制、计算机与航空航天密切相关。这些技术应用于飞行器的通信、导航、制导、控制、侦察、预警、遥控等方面，大大提高了飞行器的性能。航空航天的需要是推动电子技术、自动控制和计算机技术飞速发展的主要动力之一。

    20世纪以来，航空工程和航天工程的规模日益扩大，工程技术的复杂程度越来越高。一架大型客机由数十万个零部件组成，涉及许多企业的各种工序，只要存在一处隐患，就可能危及数百名乘客的安全，为了保证可靠性和提高经济效益，需要做大量的协调和管理工作。20世纪60年代，参加美国“阿波罗”载人登月工程的有上百个科研机构，两万多家企业。制造的元器件多达几百万个。研制这样复杂的工程系统所面临的难题是：怎样把比较笼统的初始要求（比如使宇航员安全登上月球再返回地面）逐步变为成千上万个工程任务参加者的具体工作；怎样把这些工作最终组合成一个技术上合理、经济上合算、研制周期短、协调运转方便的实际工程系统。这种复杂的工程系统涉及大规模复杂社会劳动的组织协调和管理，需要有一套严密而科学的组织管理方法，即系统科学的方法。航空航天为系统工程的发展和应用提供了实践机会，它也是应用系统工程的最早和最大的收益者。航空航天开拓的系统工程思想对人类社会的生产活动也产生了重要影响。

人类登月之后……

    1969年夏天实现的人类登月成为航空航天科学技术发展的里程碑事件，在此之后的航空航天飞行器层出不穷，航空航天科学技术的应用领域也扩展到更广阔的空间。

    人造卫星技术的发展和应用是航空航天科学技术突飞猛进的重要标志。通信卫星在信息时代出尽了风头。今天有100多种业务靠通信卫星完成，从传递语言到文字，从图像到数字，从资料到各种控制信号，你需要什么它就能提供什么。现在，世界80％的洲际通信业务和100％的洲际电视转播，为数众多的区域通信已由卫星承担，优越的通信能力和极高的投资效益比，使通信卫星的应用成为国际通信业的趋势，更以每年20％─30％的速度递增。通信卫星产业已有150亿美元以上的规模。仅从1965年第一代国际通信卫星发展到1980年第五代的15年间，卫星通信转发器由一个增加到27─29个，卫星寿命从1.5年提高到7年，电信容量由240条双向话路或一路电视，提高到1.2万条双向话路加两路电视。

    在21世纪，卫星通信事业将快速发展，卫星的大功率、宽频带和长寿命将是主要发展方向。专家认为，在21世纪除一些大型静止轨道通信卫星平台将运行在外层空间外，中、低轨道的通信卫星也在快速发展，趋势是小型化、轻型化，卫星设计是模块化、集成化，研制生产是规模化、流水线化。一些欧美卫星制造商将研制空前大型的通信卫星，这些通信卫星大都携带80个以上转发器，寿命在15年以上，生产周期只需要24─30个月。美国劳拉公司研制的模块化卫星可携带150个转发器，是迄今最大的通信卫星。与此同时，廉价的用户终端设备是未来通信的趋势。未来理想的用户设备将采用微小型全向天线。这种装置能在射频噪声里工作而不受干扰，它可以放在窗子附近，并可以用细而轻的电缆或无线方式接到用户室内。用户只要把它放置于一个有标准接口、含计算机芯片的设备中去，就可以非常方便地接收语言、图像等信息。一些年以后，固定通信地面天线将缩小到手提包大小甚至更小，而功能更强、更完备。那时，一台售价几百美元手提包大小的卫星终端，可能会把今天的电话、电视和电脑合而为一。

    用不了多久，各种卫星通信网与多种地面业务传输网将进一步融为一体，一个无缝隙覆盖的海陆空立体通信网将出现。

    在人类实现登月壮举之后，随着航天科学技术的长足进步，行星探测器对太阳系的其他遥远行星都进行了近距离探测，还发回了图像资料，有的还实现了软着陆。

    当年，在登陆月球之后各国科学家的下一个探索目标就是金星，之所以把金星作为下一个探测目标，一是因为金星是离地球最近的行星，二是因为在人类眼中金星上谜雾重重。金星表面完全被浓厚的大气和云层所覆盖，从地球上用望远镜观测看不到什么。对金星有过这样的认识，瑞典化学家阿累尼乌斯在1918年猜测说，金星表面的所有物体可能都是湿乎乎的。由于高温，植物生长很快，所以生物的寿命都很短。当时他相信。金星和2.5亿年前的地球相似，高达10米左右的蕨类植物茂盛，森林中生活着类似蜥蜴那样的爬行动物。在向金星发射了一系列探测器之后，1975年10月，苏联发射的“金星”9号和“金星”10探测器号，分别实现了在金星表面的软着陆，获得了第一批金星全景遥测照片。现在我们知道，金星的表面温度很高，不存在任何液态水，加上极高的大气压力和严重缺氧等严酷的自然条件，当然不可能有任何类似地球上的动、植物存在。

    对火星的认识过程也许是最具戏剧性的。

    火星有很多地方与地球相似，在望远镜发明之后，许多天文学家对火星进行了不辍的观测，他们的观测得到了很多科学的结论，也有人看走了眼，不由自主地走过一段弯路。意大利天文学家斯基帕雷利就是这样一位天文学家。1877年8月火星大冲时，他在观测火星时发现，火星表面有许多线条状的地貌，他认为这是人工而成的运河，于是“火星人”之说不胫而走。19世纪末，不少描写“火星人”的科幻小说相继问世，最著名的当然要算是英国科幻作家威尔斯的《大战火星人》。这部小说描绘的“火星人”是如此逼真，以至在1938年10月30日晚美国一家电台播出以此为题材的广播剧时，几乎酿成一场社会动乱。无独有偶，美国天文学家洛韦尔在自己建造的天文台，从19世纪末到20世纪初的长时间里，对火星进行了认真的观测，并拍摄了大量照片，他宣布，在火星上发现了500多条运河，“运河是人工开凿的”，这无异于宣布“火星人”的存在。

    随着航天科学技术的发展，火星的真实面目逐渐呈现在我们面前：火星的自转周期比地球多半个小时；火星的一年是687天，差不多是地球的两年；火星的直径约为地球的一半；火星的体积不到地球的六分之一；火星的质量仅是地球的十分之一。火星大气比地球大气稀薄得多，主要成分是二氧化碳，占95％，大气中3％是氮，氧气和水蒸气含量极微，但“火星上究竟有没有生物”，这个古老的疑问，至今没有得出确切的答案。

    人类对火星生命的直接探索是在1976年，美国发射的“海盗”号火星探测器首当其冲，此举距今已27年了。遗憾的是，当时“海盗”号否定了火星生命的存在。我们从“海盗”号拍摄的火星表面照片看到，整个火星表面都覆盖着红褐色，直径40厘米左右的岩石遍及视野，给人洪荒之感，没有一丁点儿绿色，天空就像地球的晚霞那样是火红色的。

    美国于1977年发射“旅行者”2号探测了天王星、海王星，1986年美国的“先驱者”10号探测器越过海王星轨道，成为飞离太阳系的第一个人造天体。2001年10月29日，飞临火星的美国火星探测器“2001火星奥德赛”把它拍摄的第一张火星表面图像传回地球。“奥德赛”此行的目的是在火星上找水并观测火星表面，它虽然不能马上确认火星上是否有水和生命，但它可以判断火星哪些区域有这种可能。我们可以把“奥德赛”视为人类登陆火星的探路尖兵。今天，人类不但进行了对太阳系内行星的探测，还发射了彗星探测器和小行星探测器，并在小行星上实现了软着陆。

别开生面的新型飞行器

空中客车A380S

    今天航空航天科学技术已融合进所有当代最新科学技术的成就，形形色色的新型飞行器层出不穷，预示着航空航天飞行器又处在一个大发展的前夜。

    在众多新型飞行器中特别值得一提的是太阳能飞机，就目前而言，太阳能飞机还不能载人，只得称“太阳能无人机”。研制太阳能无人机有两项关键技术，一是要能有效地将太阳能聚集起来，二是如何解决夜间和阳光微弱时的能源问题。美国加利福尼亚太阳能动力公司研制成功新型光学导电体，用它制作的太阳能电池比早期研制的太阳能无人机上使用的太阳能电池提高能量14％。新型的燃料电池目前还存在缺陷，估计一两年克服这些缺陷后，太阳能无人机就可以在2万米以上高空连续飞行几百小时。美国研制的“太阳神”太阳能无人机，翼展达75米，比波音747的翼展还要大。太阳能无人机具有飞得高、续航时间长和飞行距离远的特点，是一个理想的空中飞行平台。用于科学观测，太阳能无人机可作为人造卫星的补充，也能执行监视空中目标、探测风暴、探测水下珊瑚礁（为航海扫除水下障碍）和寻找成片油田的任务。

一架法国航空公司赠送的“协和”飞机停在位于弗吉尼亚州尚蒂伊的美国国家航空航天博物馆新展览中心内。

    超导技术今天已经离开实验室逐渐进入实用领域，超导技术应用收效最快的是超导电动机和发电机，其特点是体积小、重量轻、能耗小、效率高，可用作舰船、坦克、飞机的推进系统。应用超导技术的飞机已在科学家的规划之中。设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能起着至关重要的作用。磁流体发电是一种高效发电方式，随着超导技术的发展，为大容量、小型化磁流体发电机的研制创造了条件。这种超导发电机实用化后，飞机可以将其作为能源，为空中指挥所——预警飞机的大型雷达、大型计算机、各种通信设备等非常耗电的装备提供动力。

    一系列采用纳米技术的微型飞行器正在研制之中。作为未来战场上探测装置的一部分，微型飞行器的主要功能是完成包括空中监视、生化战剂探测、目标确认、通信转播、空中布雷，以及对大型建筑物和设施内部的侦察任务。在美国麻省理工学院一个专题研究小组提出的方案中，微型飞行器长度为6~20厘米、总重量10~100克、平台载荷1~18克，巡航速度30~65公里／小时、续航时间20~60分钟，最大飞行距离1~10公里。微型飞行器的核心技术是机体结构设计，由于机体结构体积极小，其容量和载荷都受到限制，因而不能像通常的侦察装置那样，给其元件加上外壳且不影响其他部件的性能。微型飞行器的电子器件的集成度要远高于今天所能达到的水平，制造工艺同样是这项研究面临的最艰巨的挑战。德国科学家已研制成功一架只有黄蜂大小能够升空的直升机，他们研制的纳米材料发动机，小得几乎用肉眼无法分辨，这可能就是未来微型飞行器的先驱。

2003年11月17日，美国波音飞机公司 在西雅图展示的研制中的7E7喷气 客机的舱内设计模型。7E7喷气客机为一种短程、节能型客机，设计座位300个，预计将于2006年投产。新华社发

    隐形技术在飞机上的应用，使飞机真的变成了“空中幽灵”。由于采用隐形技术，飞机的雷达散射面积将减少两个数量级。B─52轰炸机的雷达散射面积为100平方米，而采用隐形技术的轰炸机，其雷达散射面积就降到1平方米，这使雷达探测目标的距离缩短了68％，使空袭变得更突然、更隐蔽。有关专家估计，21世纪的作战飞机的平均后向面散射面积减小三个数量级，使雷达探测目标的距离缩短82％，雷达会变得无用武之地。隐形飞机的出现对未来的防空雷达系统，以及未来空战战场的格局都是具有划时代意义的。

    此外，诸如前掠翼这样的新概念战斗机也已问世，美国和俄罗斯都在研究前掠翼飞机方面下了很大功夫。一些具有独特外形的飞机，如环形翼飞机、无尾翼飞机、双尾型飞机、倾转翼飞机、连翼型飞机、平台型飞机等，都已在设计师的图板上，这些外形不伦不类的飞机都因具有胜出一筹的性能而受到青睐，其中倾转翼飞机已经问世。

谁能成为空间城最早的居民

1903年12月17日，莱特兄弟在美国北卡罗莱纳州基蒂霍克村试飞世界上第一架动力飞行器“飞行者一号”成功，开创了人类飞行新时代

    在人类成功登月之后，第一位在月球表面留下脚印的美国航天员阿姆斯特朗，以及航天员库克开始征集希望参加登月旅游者的名单，在20世纪60年代，阿姆斯特朗登记了9.3万人，而库克登记了0.6万人，登记表一直保存到今天。一些社会探险组织在1985年首次尝试为太空旅游者筹集资金，他们筹集到的资金可供259位乘客参加太空旅游，这种环地球轨道的太空旅游每人需5万美元。一艘名为“凤凰”号的飞船将承担运载任务，可惜这艘飞船并没有建造完成，但此事却成了一个促成太空旅游的契机，1986年1月28日，美国中学教师麦考利夫本来可以成为第一位太空旅游者，遗憾的是“挑战者”号航天飞机发生了悲剧性的爆炸。1990年一位日本记者在俄罗斯“和平”号空间站进行了一次纯商业意义的旅游。日本电视台向俄罗斯支付了1200万美元费用以获得这次太空旅游活动的转播权，而电视台通过转播却得到了2000万美元的利润，净赚了800万美元！这次太空旅行并没有其他特别之处，但它证明进行太空旅游的人并非一定要有一副好身板，因为这位日本记者的身体并不那么好。

    真正实现太空旅游的人是美国人丹尼佛·蒂托，他是一位前工程师和企业家，为实现去“和平”号空间站生活10天的梦想，攒了2000万美元。他在莫斯科郊外的星城空间中心接受了训练，最终如愿以偿，成为轰动一时的新闻，美俄等16国合作建造的国际空间站已具雏形，有可能成为有志太空旅游者的选择。

    一旦只需低价格就能成为太空旅游者，那么太空旅游就会应运而生。美国一家公司提出了一个“太空旅馆”计划。这个太空旅馆重达8000吨，配备一台能在垂直方向移动240米的电梯，它有一个直径140米的环形客厅，可容纳64间客房和40间工作人员住房，能产生0.7G的人造引力。这个太空旅馆有一个位于较低一端的平台，供飞船降落、停靠和飞离。太空旅馆靠太阳能翼板获得电能。

华盛顿的国家航空与航天博物馆展室仿造的莱特兄弟旧居及其前门廊

    当然，太空旅行也面临着不可避免的生态问题，既会给地球带来一些麻烦，也会给太空带来一些麻烦。许多飞船发射入地球轨道会使大气层中增加放射物质，可能进一步破坏臭氧层。不过专家经过论证，上述问题不会成为人类进入太空的障碍。实现太空旅游的关键问题在于对一般人来说，这种旅游还是过于奢侈的事，降低飞船的发射成本是科学家追求的目标。正在研制的一种飞船名为“先锋探路者”，舱内可乘坐24名乘客。发射时先由飞机把它带到6000米高度，然后它的两部推进器启动，以15倍音速的速度升至110公里高空，着陆方式与航天飞机相同。美国航空航天局研制的供科研和旅游的飞船“多变者”号也正在研制之中。

    可以说，实现太空旅游的日子已为期不远，从今天的航天技术来说已不存在什么困难。有了相对稳定运行的空间站，就离建造空间城的理想不远了，简而言之，这就像搭积木一样把空间站的尺寸做大就行了。也许再过一二十年，有人就会成为第一批空间站的居民。

    人类发射的几个无人探测器已先后飞离太阳系，进入茫茫宇宙。那么人类有没有可能实现从一个行星系向另一个行星系的飞行呢？为了实现这种宏伟的志愿，科学家们已在试验全新原理的飞行器，比如采用激光推进的飞行器（验证机）正在试验，这已不是秘密了。美国物理学家杰拉德·史密斯十几年来一直在追寻反物质，全神贯注于用磁场把反物质“囚禁”于一种特殊容器中。史密斯此举的目的是利用反物质，将反物质作为燃料用于亚光速宇宙飞船。依靠最新的航天技术成果，认为实现恒星际宇宙飞行是可能的科学家不只史密斯一个人，他们提出了从搭载原子反应堆、反物质反应堆的载人飞船，到利用激光束和粒子束加速到光速的亚光速探测器等形形色色的方案。在恒星际宇宙飞行的情况下，需要的能量与今天的一般飞行相比简直是天壤之别。如果要让目前的载人宇宙飞船以三分之一的光速飞行，就需要相当于全世界发电厂工作几年的能量。如果采用原子反应堆，单位质量燃料的推进力将增大1000万倍。理论上说，可以期待的办法是用激光束照射核燃料在燃烧室内发生核聚变反应。但是为此就得建造相当复杂的反应堆，技术上是十分困难的。基于上述理由，根本不能考虑使用化学燃料火箭去实现恒星际宇宙飞行。

美国北卡罗莱纳州的基尔戴维山，威尔伯·莱特（兄）的铜像与两兄弟的飞机雕塑相映成趣

    杰拉德·史密斯相信，反物质能够带来解决问题的办法，但首先要建造高效率、规模巨大的反物质生产厂，要生产1克反物质就需要长得异乎寻常的时间。一个国际研究小组在欧洲核子研究中心制造反氢原子，在三个星期的实验中只制造出9个，即使有了杰拉德·史密斯提出的10年内或许能问世的设施，每年也只能生产出1微克的反物质，要把9000克反物质火箭燃料弄到手，必得等90亿年！90亿年后，人类打算前往的目的恒星是否还存在都不好说了。

    此外，科学家还考虑到利用激光束鼓起宇宙飞船的光帆由此获得推进力。为了把宇宙飞船送至半人马座γ星，得用激光束加速约一年，使宇宙飞船的速度达到光速的三分之一左右。要利用激光束来实现恒星际飞行，就必须有更强有力的激光束，光帆也必须大得超出想象。有的科学家提出用粒子束推进宇宙飞船，重粒子，比如质子，它没有光的速度却有质量，对于推进力而言，有质量的质子比没有质量的光子更有效。采用粒子束推进能量只需激光束的六分之一，就能把载人宇宙飞船加速到三分之一光速，不过宇宙飞船的乘员必须耐受高达1000G的加速度，这就是说一个60千克的人在一瞬间体重会变成60吨，这是任何人都承受不起的。

    也有人提出了连接宇宙中黑洞和白洞的“虫洞”，以及使用反重力让时空发生弯曲高速移动等方案。近来形形色色的方案更是层出不穷。就人类目前掌握的航天科学技术水平而言，还无法实现恒星际宇宙飞行，人类还得像以往那样探索很长时间。

做不尽的飞翔之梦

中国飞行先驱冯如的飞机模型

    沈元、任新民、季文美、孙家栋等我国著名航空航天界科学家，曾憧憬过航空航天事业的美好未来：随着世界新技术革命的到来，新技术、新思想和新方法的应用，航空技术和航天技术将出现新的飞跃，将在发展现代人类文明的三大支柱──信息、能源和材料的事业中做出更大的贡献。

    航空技术将运用微电子技术、计算机、新材料、新工艺和新能源来发展性能更优良的产品并扩大应用范围。航空器将进一步向一体化、综合化、信息化的方向发展。新动力、新气动布局、新材料、新技术的应用将大大改善飞机的性能。飞机的载重能力、机动性、适应性和经济性都将有新的突破。即使是制造噪声低、污染小、经济性能好的远程超音速客机这样一类复杂的飞机，从科学技术角度来说，也是完全可能的，关键在于人们对这种需求的迫切程度，以及是否值得花费巨大的人力和物力。这种飞机把洲际旅行时间缩短到几个小时。航空运输将会更普及、更安全、更经济，为人类的工作、旅游和生活带来更多的方便。航空器将在农业、牧业、渔业、探矿、气象、体育和环境保护方面得到更加广泛的应用。

2003年6月10日马绍尔群岛邮政发行的一枚 包含10枚邮票的《飞行百年》小版张

    航天技术将进入大规模开发和利用近地空间的新阶段。直接为国民经济和人民生活服务的各种应用卫星正向高性能、多用途的方向发展，以获取更大的经济和社会效益，使航天活动进一步商业化。随着航天飞机和其他新型空间运输系统的使用、空间组装和检修技术的成熟，人类将有可能在太空建造各种大型空间系统。在近地空间将建立起来永久性空间站、太阳能电站和空间工厂，甚至可能建立空间城市和开展空间旅游，太空将成为人类频繁往来的新场所。利用永久性空间站进行长期的科学研究和实验，可促使天文学、地学、生物学、物理学和化学等产生新的突破。从太空获取信息、材料和能源，直接造福于人类。航天活动将为解决人类面临的能源、生态、环境和人口等问题开辟多种途径。各种空间探测器可能飞遍太阳系的“天涯海角”，为揭开太阳系的形成和生命起源之谜提供资料。人类在月球建立基地、到达火星和其他行星，还面临着费用过于庞大和许多有待克服的困难。恒星际航行只有在光子火箭获得成功和很多有关科学技术有了更大发展之后才有可能。

    他们相信，人类的历史总是向前发展的，和平、进步、幸福是地球上绝大多数人的愿望。科学技术的发展最终要达到造福人类的目的。航空航天事业也将沿着这条道路前进，在这个人类空前规模的伟大事业中，中华民族必将做出自己的贡献。