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“航空”和“航天”傻傻分不清楚？我們一起來(lái)了解一下
2024-05-26
在探索天空和宇宙的歷程中，“航空”與“航天”是兩個(gè)經(jīng)常被提及的術(shù)語(yǔ)。雖然在日常語(yǔ)境中它們有時(shí)被交替使用，但實(shí)際上它們指的是兩個(gè)不同的領(lǐng)域。今天，讓我們一起來(lái)揭秘這兩個(gè)領(lǐng)域的奧秘，了解它們的界線(xiàn)、由來(lái)以及區別。
在了解“航空”與“航天”的區別之前，我們先來(lái)了解一下大氣層?？茖W(xué)家一般把大氣層分為五層：對流層、平流層、中間層、熱層和散逸層。
對流層是大氣層最靠近地面和密度最高的一層，我們所熟知的自然現象——云、雨、霧、雪都發(fā)生在對流層內。對流層頂向上延伸約50千米的區域為平流層。平流層的溫度呈現上熱下冷的特點(diǎn)，因此垂直方向上的運動(dòng)較弱，這就導致平流層氣流平穩，主要以水平方向流動(dòng)，幾乎沒(méi)有上下對流，目前大型客機大多在平流層飛行。
平流層上方的區域為中間層，中間層大致延伸至90千米高度。在中間層里，溫度的變化主要受氧分子和二氧化碳的影響，二者的平衡決定了中間層的溫度。中間層頂往上是熱層，熱層大致延伸至600千米高度。國際空間站和天宮空間站都位于熱層中，短程彈道導彈和部分中程彈道導彈也會(huì )穿過(guò)熱層。熱層以上至2000-3000千米為外逸層。外逸層頂就可以被認為是整個(gè)大氣層的上邊界了。
20世紀30年代，匈牙利裔美國工程師和物理學(xué)家西奧多·馮·卡門(mén)通過(guò)計算提出，在約38千米高度處，空氣動(dòng)力升力足以承載飛行器98%的重量；然而到90千米高度時(shí)，也就是熱層的底附近位置，由于空氣過(guò)于稀薄，不再能提供足夠的空氣動(dòng)力升力，飛行器只能依靠離心力支撐重量了。
錢(qián)學(xué)森（左）和其老師馮·卡門(mén)（右）
此后，有人提議將這個(gè)高度作為航空與航天的界線(xiàn)，并得到了國際航空聯(lián)合會(huì )FAI的認可。從此“卡門(mén)線(xiàn)”便成為了廣泛使用的空天分界線(xiàn)?？紤]到卡門(mén)的計算結果會(huì )由于時(shí)間、地點(diǎn)等因素而產(chǎn)生微小的變化，并為了在實(shí)際中方便使用，最終將“卡門(mén)線(xiàn)”定在距地面100千米高度處。
所有航空器均在稠密大氣層中進(jìn)行飛行，其工作高度相對有限。現代飛機的最大飛行高度通常不超過(guò)地面30千米。即使未來(lái)飛機能夠提高飛行高度，仍無(wú)法擺脫稠密大氣層的限制。相對而言，航天器在沖出稠密大氣層后，需要在近似真空的宇宙空間中按照自然天體的運動(dòng)規律運行，其運行軌道的近地點(diǎn)高度應至少為100千米以上。對于正在運行的航天器，還需對其在太空飛行環(huán)境中的表現進(jìn)行深入研究。
航空器都是用吸氣發(fā)動(dòng)機提供推力，吸收空氣中的氧氣作氧化劑，本身只攜帶燃燒劑；航天器它的發(fā)射和運行都是運用火箭發(fā)動(dòng)機提供推力，既帶燃燒劑又帶氧化劑。吸氣發(fā)動(dòng)機離開(kāi)空氣就無(wú)法工作，而火箭發(fā)動(dòng)機離開(kāi)空氣則阻力減小有效推力更大。
吸氣發(fā)動(dòng)機包括燃燒劑箱在內都可隨飛機多次使用，而發(fā)射航天器的運載火箭目前較多是一次性使用。雖然航天飛機的固體助推器經(jīng)過(guò)回收可以重復使用20次，它的軌道器液體火箭發(fā)動(dòng)機可以重復使用50次，但是和航空器使用的吸氣發(fā)動(dòng)機比較起來(lái)，使用次數仍然是很少的。
現代飛機最快速度也就是音速的三倍多，且是軍用飛機。至于目前正在使用的客機，都是以亞音速飛行的。而航天器為了不致墜地，都是以非常高的速度在太空運行的。如在距地面600千米高的圓形軌道上運行的航天器，其速度是音速的22倍。所有航天器正常運行時(shí)都處于失重狀態(tài)，若長(cháng)期載人會(huì )使人產(chǎn)生失重生理效應，并影響健康。正因如此，航天員與飛機駕駛員比較起來(lái)，其選拔和訓練要嚴格得多。一般人買(mǎi)票即可坐飛機，而花重金到太空遨游的人還必須通過(guò)專(zhuān)門(mén)培訓。
各國空天飛機概念圖
航空和航天雖然在名稱(chēng)上相似，但它們在很多方面卻存在著(zhù)區別。但是隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，兩者之間的界限可能會(huì )逐漸模糊，例如，空天飛機的概念就是將航空和航天技術(shù)結合起來(lái)，實(shí)現在大氣層內外都能飛行的愿景。然而，目前來(lái)說(shuō)，了解和區分這兩個(gè)領(lǐng)域對于我們認識人類(lèi)的飛行歷史和未來(lái)探索至關(guān)重要。
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