前沿技术，前沿技术，航天技术
(2)1903年，莱特兄弟成功研制出世界上第一架动力飞机，实现了人类长久以来的飞行梦想。20世纪初，环流和升力理论的建立为低速飞机的设计奠定了基础，使比空气重的飞机成为现实。从20世纪40年代中期到50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，特别是跨音速面积律和后掠翼新概念的发现，帮助人们突破了“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，性能优越的第一代战斗机研制成功，如美制F86和F100，苏联制Mig15和Mig19。第二次世界大战期间，对军事航空的需求以及导弹武器的出现和使用促使人们追求更高的速度。自20世纪50年代以来，超音速空气动力学开始了一个新的时期。性能更先进的第二代战斗机相继投入使用，如F4、美国的F104、苏联的Mig21、法国的Mig23、幻影3等。
(3)1957年苏联发射了世界上第一颗地球卫星，1961年发射了第一艘载人飞船“东方号”，被认为是太空时代的开始。20世纪60年代后，苏联和美国相继研制了一系列载人飞船，如:俄罗斯载人飞船“东方号”、“升天号”、“联盟号”；美国水星、双子座、阿波罗等。20世纪70年代，各国出现了空天飞机研发热潮。1981年，美国成功发射了世界上第一架航天飞机“哥伦比亚”号。俄罗斯也在1988年发射了暴雪号航天飞机。在航空方面，重点是发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直/短距起落飞机和可变后掠翼飞机。70年代以后，第三代高机动战斗机相继问世，如美国的F15和F16，苏联的Su27和Mig29，法国的幻影2000。
(4)航天飞机可重复使用，有效载荷能力强。最初的想法可以大大降低发射成本。但在实际使用中发现，航天飞机的研制成本非常高，每次发射成本都超过了之前的预测，故障率也比较高。2003年，美国“哥伦比亚”号航天飞机坠毁后，美国意识到，未来迫切需要研发新型空天飞行器进入太空，控制太空，进行太空探索，向空间站运送人员和货物。
(5)早在20世纪90年代初，美国就开始实施国家空天飞机的发展计划(NASP)。该项目从1982开始，由于超燃冲压发动机作为动力系统的技术储备在高超音速马赫数范围内不足，短时间内难以突破其技术关键，不得不在1994下马，历时10多年，耗资30多亿美元。此后，美国国家航空航天局开始实施新的HyperX计划，该计划有三个主要目标:一是对所采用的设计方法进行飞行验证；第二，继续开发以超燃冲压发动机为动力的飞机设计工具；三是降低空气动力学、推进系统和结构/发动机/结构一体化预测不准确可能带来的风险。1996年，开始研发由火箭提供动力的空间飞行器X33和X34。由于对新型轻质材料的强度、韧性、耐热性研究不足，也在2001年3月公布。
(6)2006 54 38+0年6月，以超燃冲压发动机为动力的空天飞行器X43A首次试飞。当飞行速度达到Ma=1时，由于助推器失控，飞机在离开B52舰载机时偏离预定轨道，不得不被引爆撞碎。
(7)2004年3月27日，X43A试飞成功。以超燃冲压发动机为动力的飞行器可控飞行速度达到8000公里/小时(Ma=7)，飞行持续时间8秒，飞行高度达到28000米。X43A只是一个实验性的飞行器，到实际使用时还有很多问题，比如超燃冲压发动机的热防护。目前X43A采用的是热沉冷却设计，而进气唇口是打开的，全损耗水冷。这种冷却技术可以维持大约10秒的飞行时间。时间长了，散热是个大问题。另外，如果使用更实用的碳氢燃料，点火比氢气困难得多。进一步提高飞行Ma数也面临更多的困难。
(8)近年来，美国、俄罗斯等国从未停止对空间技术的研究和探索。在2004年6月5438+10月公布的新太空计划中，美国提出在2010年前研制新一代“载人探索飞船”(CEV)。一次可将一批宇航员和设备送上太空或月球，使载人飞船的功能得到显著提高。俄罗斯还在2004年3月宣布，它正在开发新一代的航天器，称为“太空快船”，以取代旧的联盟号。其飞行重量是联盟号的两倍，可搭载6名宇航员，可重复使用25次以上。据说只要开发资金能及时到位，五年就能建成。
(9)美国国防部也已宣布将研制可重复使用的“跨大气层空天飞行器”，认为它将成为未来最重要的新型空天飞行平台，可为21世纪的空天运输和攻防对抗提供非常宝贵的能力。与目前使用的飞船、航天飞机相比，在发射成本、维修性、重复使用、飞行性能等诸多方面都有突出的优势。它可以代替运载火箭发射价格低廉、可靠性高的卫星，也可以代替飞船或航天飞机在天地之间往返运送人员和货物。军事方面，可以快速灵活进入太空，实现两小时内“全球到达”，完成侦察和作战任务，还可以作为各种天基作战武器的发射平台，还可以长期在轨运行，执行空间预警和作战指挥。
(10)此外，美国、俄罗斯和欧洲在太空探索和空间站建设方面也做了大量工作。除了探索月球，太空探索还发射了一系列行星探测器，飞往火星、金星、土星、木星等。自1962年苏联发射“火星1”探测器以来，人类已向火星发射了30多次探测器，2/3失败。2003年6月至7月，美国先后发射了勇气号和机遇号火星探测器。半年后，它于2004年6月成功登陆火星，现在已经向地球发回了大量极其珍贵的信息。空间站建设方面，由美国、俄罗斯、日本、加拿大等16个国家共同建设的国际空间站，由6个实验舱、1个生活舱、3个节点舱、平衡系统、供电系统、服务舱和运输系统组成，总重量500吨，可容纳7-15名航天员同时在太空工作。该工程于1998年开工，预计投资500亿美元，工作年限超过15年。原计划2006年完工，现在看来进度要延迟了。在一个国家综合国力的构成中，航天技术占有非常重要的地位，是国家实力和科技水平的象征。纵观近年来发生的多次局部战争，无一不是从空袭开始的。除了陆地和海洋，来自空中和太空的攻击将成为国家安全最严重的威胁。
以伊拉克战争为例。2003年，美、英等国出动飞机18000架，首次使用先进的F/A 18e/F战斗机。充分利用空天地一体化信息系统的强大支撑，空战武器平台的信息化水平高于以往任何一场战争，* * *投下近3万枚炸弹，其中制导炸弹和导弹占68%。由于掌握了制空权和制空权的绝对优势，萨达姆政权在不到四周的时间内被推翻，死亡人数只有115，这充分说明了制空权和制空权在现代战争中的作用。
空天优势是未来高技术战争条件下夺取胜利的战略制高点。早在20世纪60年代，美国总统肯尼迪就说过，“谁控制了太空，谁就控制了地球。”美国太空司令部1998年出版的《愿景2020》和1999年出版的《美国国防部最新太空政策》都提出要“发展控制太空的能力”。未来20年，大力发展航天技术，提高“进入、利用和控制太空”的能力，将成为确保国家安全和国际地位的最重要问题。
航天技术的发展对国民经济和社会进步具有极其重要的作用，它的发展极大地提高了人们的生活质量。以民航的发展为例:自20世纪60年代以来，随着150座以上喷气客机的出现，航空运输成为人类运输中的重要运输方式。世界航空客运每10年增长1.6万亿人公里，货运周转量年均增长率达到5% ~ 7%。到2020年，世界航空客运量预计将达到6.4万亿人公里。从2001到2020年，全球航空公司对大型喷气式飞机的总需求将超过1.8万架，总价值将超过1.4万亿美元。中国是世界上民航运输发展最快的地区之一。从65438到0999，中国民航年运输总周转量和旅客周转量已经上升到世界第九位和第六位。2003年，全国通航机场126个，飞机起降265438+万架次，旅客吞吐量170万人次，货邮吞吐量520万吨。空运是现有运输方式中最安全的。2003年全球共发生空难162起，死亡1204人，达到1945年以来的最低值。其中企业经营发生事故25起，死亡677人。
航天技术还与国民经济、社会发展和人民生活密切相关。人们正在广泛享受空间技术的成果，如卫星广播与通信、气象观测与预报、卫星导航与定位、地球资源调查、生物育种、材料制备、药物合成等。以气象卫星为例。现在世界上有几十颗气象卫星，形成了一个全球性的观测网络。120个国家建立了气象卫星数据接收和利用服务站，全天候观测和预报大气环境变化，对台风、暴雨、洪水、干旱等自然灾害做出及时准确的预报，大大减少了人员伤亡和财产损失。自1988以来，我国已发射了7颗风云系列气象卫星，卫星数据在我国的天气预报、气象研究、农业规划和灾害监测等方面发挥了重要作用。空间育种是空间技术的另一个重要应用领域。利用高真空、高洁净度、微重力、各种宇宙射线、重离子、交变磁场等空间环境的特点，进行诱变育种，使株型、穗型、果型发生变化，产量大幅提高，展现出非常诱人的前景。
3.航天技术未来展望进入21世纪后，世界先进国家更加重视航天技术的发展。可以预见，在未来十年或更长时间内(2020年前)，航天技术必将有更大的发展。正在研制和有可能进入型号研制的空天飞行器主要包括:高机动作战飞机、可重复使用的高超音速空天飞行器、大型高速民用飞机和军用运输机、新一代战略战术作战武器、军用/民用卫星、空间实验室、无人侦察作战飞机、武装直升机、地效飞行器、微型飞行器、智能控制可变形状飞行器以及激光、动能等新概念武器。
据“天翼1”预测，未来十年，由于空气动力学的发展，飞机的阻力将下降15%~20%，由于材料和设计技术的进步，飞机的结构重量将下降20%，由于部件可靠性和制造技术的提高，飞机的事故率将下降80%。新一代军机将具备超音速巡航、过失速机动、短距起降、隐身等能力，装备更先进的电子武器系统，作战能力将比现有飞机提高10倍；民用飞机将朝着更大、更快、更安全、更经济、环境污染更少的方向发展。500~1000座的民用飞机有望投入使用。在太空，包括运载火箭、卫星、可重复使用的跨大气层飞行器和太空作战飞机在内的太空运输系统将朝着高速、高机动性、高可靠性、高隐身、精确打击、按需实时发射、可靠进入太空、快速部署、扩展和维护、低成本、功能强和可重复使用的方向发展。控制空间将成为未来高技术战争条件下的战略制高点。要控制太空，首先要能进入太空。因此，发展进入太空的交通工具是一项紧迫的任务。远程、纵深、精确打击将成为进攻力量的主体；迫切需要建立全方位、多层次、灵活快速反应的空天防御体系。
四。中国航天技术面临挑战20世纪50年代新中国成立后不久，航天事业的发展受到党和国家的高度重视。1956制定的《中长期科学和技术发展规划纲要》将火箭及推进技术列为七大重点工程之一。50年来，中国航天事业发展迅速，取得了巨大成就。航空方面，1954首飞成功，1956国产歼5喷气式飞机首飞，1960中国研制的强5飞机，1984中国研制的歼8飞机首飞。近年来，我国自行研制成功J-10飞机，战术技术性能达到国外现役第三代战斗机水平。
在太空，1960年中国自己的弹道导弹发射成功，开启了中国航天的新纪元。1965 165438+10月DF1中近程弹道导弹研制成功，1966 65438+2月我国研制的DF2中型导弹试射成功，1970年我国第一颗人造地球卫星发射成功。1970年4月，长征1运载火箭发射成功，到80年代中期，已初步形成系列。经过40年的努力，我们成功研制了多种运载火箭，发射了70多艘航天器，包括近地卫星、地球同步、太阳同步和载人飞船。1990进入国际商业卫星发射市场，成功发射20多颗国外卫星。中国在太空飞行方面取得了令人瞩目的成就。1992年，我国开始发展载人航天，确定载人航天从载人飞船开始。
1992年9月，中国载人航天工程立项并开始实施。经过7年的论证、研究、设计、建造、试验，1999165438年10月20日，“神舟1”飞船发射升空，在太空正常运行1天后，准确降落在预定区域。“神舟1”至“神舟四号”飞船的飞行试验积累了大量实践经验，为载人飞行奠定了基础。2003年，神舟五号于6月5438+10月65438+5月成功发射(图26)，中国首次实现载人航天。6月65438+10月65438+2003年6月，“神舟五号”成功返回地面，首次载人航天飞行取得圆满成功。
图26“神舟五号”成功发射图27“神舟五号”成功返回。
此外，2000年，中国建成了由两颗卫星组成的区域北斗导航试验卫星系统。2003年5月26日，我国在西昌卫星发射中心成功将第三颗北斗1导航定位卫星送入太空，这标志着我国成功建立了自己的卫星导航系统——第一代北斗卫星导航定位系统。
在空间探测方面，中国与欧洲航天局合作的“双星计划”利用两颗轨道相交的卫星进行大规模磁层空间同步探测。双星将与欧洲航天局发射的四颗卫星“团星二号”一起，组成首个从太阳到地球空间的六点立体探测系统。这是中国与欧洲航天局合作的第一个科学探测卫星项目，也是中国航天史上第一个真正意义上的太空探测计划。
关于中国航天事业的未来发展，国家航天局发布的《中国航天白皮书》宣布，中国将在未来10年或更长时间内，大力发展能够长期稳定运行的对地观测卫星系统；建立独立的卫星广播通信系统和导航定位卫星系统；建立新的科学探测和技术试验卫星系统；进一步发展载人航天技术、空间实验室、探月与深空探测技术、载人航天与天地往返运输系统、天地一体化信息系统。军事航天(各种侦察、通信、导航卫星等航天器)和空天作战武器也将在巨大需求的推动下大发展。
2003年3月1日，中国国家航天局宣布启动探月工程，命名为“嫦娥工程”。经过半个世纪的航天技术努力，中国实施该计划的时机和条件已经成熟，探月路径已经确定，一些关键技术也取得了突破。预计两年内，中国将发射一颗绕月探测卫星。
可重复使用航天器因其在发射成本、发射准备周期、有效载荷能力和运行效率等方面的优势，引起了全世界的关注。中国也在积极开展这方面的研究工作。
未来空天飞行器平台的显著特点是将采用大升阻比的升力体构型。其结构超轻、高强度、功能/结构一体化，具有最先进的高超声速动力系统、结构热防护系统、控制系统和安全保障系统。这类飞行器复杂的外形和飞行环境造成了一系列极其复杂的流动现象，如激波、分离、旋涡、湍流、化学反应和等离子体流动、力、热、光和电磁多场耦合等。它们独特的服役条件和特定的作战任务要求导致了一类挑战现有科学知识的新课题，如:强-短时载荷耦合效应、高应变率和高温升速率与结构的非平衡耦合效应、智能材料与结构、智能自主控制技术、微流体力学和微系统动力学等。
动词 （verb的缩写）结论265438+20世纪前50年，航天技术的发展将与20世纪上半叶的航空非常相似。未来几年，在强大的空/天/地综合信息系统的支持下，战争将是全方位、纵深化、立体化的，将过去传统的单一武器独立作战模式变为海、陆、空、天、电五位一体，攻防一体的体系对抗。从空(空)战支援向空(空)战发展，实施空(空)对地远程精确打击，将逐渐成为一种战略行为。这些都对航天技术的发展提出了许多严格的要求。
航天技术是一个涉及多学科的高科技领域，航天飞行器研制面临的基础关键技术问题也是多方面的。我们现有的科学技术基础还不足以圆满解决各种复杂困难的问题。加强基础理论研究，不断改善和提高地面模拟实验、数值计算和理论分析能力，仍然是一项紧迫的任务。这里，我们要特别强调基础研究和工程应用有机结合、协调发展的重要性。航天工业作为高技术产业，在基础研究方面应该走在前列。
要“以人为本”，鼓励创新，大力创造鼓励创新的主客观条件和宽松环境，积极培养大批优秀青年航天科技人才。继承和发扬“两弹一星”和“载人航天”精神，为加快中国航天事业发展而努力！