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“航空”和“航天”,这两个词竟然不是一回事!

添加时间:2024-04-26 作者: 来源:科普中国 点击:297 收藏 打印 字体:
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尽管“航空”与“航天”这两个词汇常被连用,但也要澄清一个常见的误解:航空航天并不完全是“一回事儿”,它们在技术领域和应用范围等方面有着清晰的界限。今天,就让我们一起深入探究这两者的区别吧。

太空与地球的分界线——卡门线

关于航空与航天的确切界限,国际上尚未形成统一观点,但为了确立一个相对通用的标准,国际航空联合会引入了“卡门线(Kármán line)”这一概念。
在了解卡门线之前,我们得先来了解一下大气层,科学家把大气层一共分为五层,包括:

对流层(0-10km左右)

平流层(10-50km左右)

中间层(50-85km左右)

热层(80-800km左右)

散逸层(800-2000或者3000km左右)

我们平常乘坐的客机飞行高度是 6800-8000 米之间,在对流层和平流层的交界处附近,能留在空中不掉下来,主要靠的是空气的升力,机翼形状经过精心设计后,只要到达一定速度,就可以让机翼上下产生足够的气压差,进而产生空气的托举力,托着飞机飞起来。在距离地面100km的“卡门线”,由于大气过于稀薄,飞机无法进行正常飞行。所以,卡门线可以认为是大气层和太空的分界线。

卡门线 | 中国国家地理

钱学森将“航空、航天、宇航”三个技术名词的范围界定为:把在大气层内的飞行活动称为“航空”;把大气层以外,太阳系以内的飞行活动称为“航天”;把飞出太阳系,到广袤无垠宇宙空间的活动称为“宇航”。

简而言之,航空特指飞行器在地球大气层内的航行,无论是否载人。而航天则是指航天器脱离大气层,进入宇宙空间的航行,也被称为空间飞行或宇宙航行。随着人类对更广阔空间的渴望与探索,我们的活动范围从陆地扩展至海洋,再从海洋延伸至大气层,最终冲破大气,深入宇宙。这一过程正是人类不断拓展自身活动边界的生动写照。

飞行环境和飞行高度

航空技术主要集中在军用和民用飞机的研发,以及吸气发动机的制造等;相对而言,航天技术则着重于无人与载人航天器、运载火箭和导弹武器的开发。航空器和航天器作为这两种技术的典型代表,它们之间的主要差异体现在飞行环境和飞行高度上。

C919 | 人民日报

航空器始终在稠密的大气层内飞行,其工作高度受到限制。目前,现代飞机的最大飞行高度约为距离地面30多公里。即便未来飞机的飞行高度有所提升,它仍然无法脱离稠密的大气层。

与此不同,航天器则需要穿越稠密的大气层,进入近似真空的宇宙空间,并按照类似于自然天体的运动规律飞行。航天器的运行轨道近地点高度至少达到100千米以上。

长征二号丁运载火箭 | 人民日报

对于运行中的航天器而言,研究太空飞行环境也至关重要,这与其距离地球的飞行高度密切相关。

飞行动力装置和工作时限

航空器都是用吸气发动机提供推力,吸收空气中的氧气作氧化剂,本身只携带燃烧剂;航天器它的发射和运行都是运用火箭发动机提供推力,既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作,而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。

发动机汹涌喷出的火焰 | 人民日报

吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用,而发射航天器的运载火箭目前较多是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次,它的轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次,但是和航空器使用的吸气发动机比较起来,使用次数仍然是很少的。

吸气发动机所用的燃烧剂仅仅为航空汽油和航空煤油,而火箭发动机所用的推进剂却是多种多样的,既有液体的,也有固体的,还有固液型的。

无论是军用还是民用飞机,最大航程大约2万千米,最长飞行时间不超过一个昼夜。它所活动的范围和工作时间都是很有限的,主要是用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用比较广泛,但是每次活动的范围相对来说更小。而航天器在轨道上可持续工作非常长时间。

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