航天学

astronautics又称宇宙航行学。研究应用火箭和航天器进行航天活动以及探索、开发、利用大气层外的太空资源和地球以外天体的一门新兴学科。应用航天学理论发展起来的航天技术是20世纪最引人注目的高科技成就之一。 航天活动是指地球大气层以外、太阳系以内宇宙空间的航行活动；超出太阳系以外的航行活动，称为航宇活动。在相当长一段时期内，人类主要是在太阳系以内进行航天活动。实现航天活动的关键在于运载工具必须具有把航天器运送到空间所需的足够快的速度，这样才能克服和摆脱地球引力，使航天器高速进入大气层外飞行；而飞出太阳系以外的航宇活动，还必须摆脱太阳的引力。当发射的航天器达到7. 9km/s的第一宇宙速度时，它就能绕地球飞行，成为地球卫星；当航天器达到11. 2km/s的第二宇宙速度时，它就可以离开地球飞向太阳系的其他行星；当航天器达到16. 7km/s的第三宇宙速度时，它就可飞出太阳系到银河系。因此，要使航天器达到这三个宇宙速度必须综合应用众多高科技的新成就。航天学是高度的综合性现代技术科学。它是很多现代科学和高技术新成就的集成，包括数学、力学、热力学、天体学、飞行力学、材料学、电子技术、自动控制技术、计算机技术、火箭技术、低温技术、制造工艺技术等。20世纪初，俄国科学家齐奥尔科夫斯基首先提出了用火箭探索宇宙空间的设想和著名的火箭速度公式，以及发射液体火箭的思想。1919年美国科学家戈达德发表论文《到达极高空的方法》。1929年德国科学家奥伯特发表了《太空飞行的道路》一书，详细描述了人类进入太空的途径和手段，提出制动火箭的设想。他们的杰出贡献为航天学奠定了理论基础。从1927年到1933年，德、奥、苏、美、英等国都相继成立了火箭和航天飞行协会，开展了对火箭和航天理论的研究。1957年，原苏联第一颗人造地球卫星上天，开创了人类航天活动的新纪元。60年代出现的多种卫星，原苏联和美国的载人飞船上天及安全返回地面，推动了航天学的发展。70～80年代，原苏联成功地发射了8个空间站，美国连续发射4次载人航天飞机成功，以及全球各类卫星的广泛应用，形成了许多航天产业，使航天学进入实用时期，并得到飞跃发展。我国的航天事业始于50年代中期，先后研制成“风暴1号”和“长征”系列火箭，到1996年自行研制并发射了37颗各类人造卫星。我国还为国外用户发射了多颗商业卫星。长征火箭和固体火箭发动机等产品已进入国际商业发射服务市场。先后与70多个国家建立了航天科技的交流与合作关系。我国在航天学许多领域已跻身于世界先进行列。 航天学的分支学科有：航天动力学、空气动力学、火箭飞行力学、火箭推进原理及燃烧学、火箭制造工艺学、飞行控制和导航理论、航天热物理学、航天材料学以及航天系统工程和管理学等。航天学与其他科学相结合，还促进了较多新学科的产生和发展。如卫星气象学、卫星海洋学、卫星测地学、卫星通信学、空间电子学、空间化学、空间生物学、航天医学等边缘学科。 半个世纪来，航天学取得的辉煌成就，使人类飞向太空成为现实。尤其是近30多年来全世界发射的卫星已有4 000多颗，全球已有500多人次进入太空，12人登上月球，10个空间站先后在太空运行。1997年7月4日“火星探路者”号登上火星。这些航天活动开展了多学科的实验和研究，采集了大量资料和数据，带动了许多学科的发展，揭示了宇宙在许多极端物理条件下蕴藏着极为丰富的空间资源，对开发太空资源展现出无限广阔的前景。 到21世纪，航天学将有更大的突破。国际间永久性的空间站可望在21世纪初建成，人类可以长期在空间进行科学研究和空间开发工作，发展空间产业；新一代多次使用的天地往返运输系统将代替一次性使用的运载火箭；采用高超音速空气吸式发动机和超音速燃烧冲压发动机作动力的空天飞机将研制成功，可在常轨的跑道上起飞和降落，为大规模的载人航天科研和空间旅游创造条件。先进的航天器将飞向整个太阳系甚至飞出太阳系，使宇宙空间成为人间天堂的理想定能实现。 （张崇高）