2024年3月13日发(作者：)
空天技术的发展历史及其发展趋势
摘要：在经历了一个学期的前沿讲座之后，大大开阔了我对于前沿技术的视野。而我个人对于空天技术十分感兴趣，因此将论文的内容定为了空天技术。空天技术，作为前沿技术中最引人入胜的一门科学之一，有着其独特的魅力。可以说21世纪是空天技术的时代。
关键词：前沿技术 空天技术 发展历史 发展趋势
1 空天技术发展回顾
像雄鹰一样在天空展翅，是自人类诞生以来最为浪漫的梦想。从1600多年前敦煌莫高窟人们的飞天梦，到风筝，孔明灯的出现，再到达.芬奇的《论鸟的飞行》，人类经过无数次的失败与探索，终于在1903年12月17日，制造出了世界上第一架可持续的，有动力的，具有较强操纵性的飞机，开创了人类航空的新纪元。紧接着，20世纪初，环量和升力理论的建立，使制造真正意义上的飞机在理论上成为可能；40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，尤其是跨声速面积率的发现以及后掠翼新概念的提出，使人们实现了跨声速和超声速飞行的梦想。再往后，50年代世界战略格局的重大变化，“冷战”的形成又一次的促使了空天技术的高速发展，一系列性能优越的一代战机大规模服役，例如F86，F100，米格-19等。作为第一代的战机的代表，米格-19和F-100主要特征为低声速，后掠翼，涡喷发动机，同时会搭载一定的航炮和空空火箭，攻击范围主要
为空中。在此之后，航空航天技术又开始了高速的发展，60年代第二代战机开始列装部队。再到70年代，三代战机研研制成功。三代战机一般采用边条、近距耦合翼等先进气动布局以及电传操纵和主动控制技术，可靠性、维修性和战斗生存性得到很大改善。一直到现在，随着美国的F-22战机的列装，军用战机进入了“先敌发现，先敌进攻”的第四代.
在军用航空飞机高速发展的同时，民用航空也在高速的发展着。固定翼飞机用于载客最早始于1914年，那时的航班受限于飞行技术的不成熟，航班时间以及载客量都极小。在第一次世界大战后，民用航空迎来了第一个春天，一战战火的洗礼使得飞机技术更加的成熟，这也为飞机用于民用航空奠定了很好的基础。但是，刚开始，用于民用航空运输的飞机大都是战时遗留下来的废旧轰炸机，直到20年代中期，专门用于民用航空的飞机才真正出现。代表飞机就是道格拉斯的DC—3，和波音公司的波音247。之后不久，第二次世界大战爆发，与一战相似的情形再一次出现，残酷的二战战火使得飞机技术更加的成熟，在二战中逐渐成熟起来的喷气技术开始运用于民用航空，英国的四发“彗星”号是真正意义上的民用喷气式飞机。之后，波音公司，洛克希德公司，以及英国的罗.罗公司，苏联的图波列夫，伊留申设计局都先后研制并投产了一系列的喷气式民用客机。这时，喷气式客机已经成为客运航线的唯一选择。（<1> 李业惠主编 飞机发展历程，北京市，航空工业出版社，2007 ，405页）
不论是军用飞机抑或是民用客机，都是属于航空技术。在航空技
术高速发展的同时，航天技术也绽放出夺目的光彩。
与航空技术相同，航天作为一门科学是20世纪的产物，但是它的基础却是在19世纪以前数千年的时间中逐渐积累起来的。（<1>
顾诵芬，史超礼主编 世界航天发展史 郑州市 河南技术出版社2000
7页） 从毕达哥拉斯关于行星运行问题的研究到欧多克索斯的地心说，再到文艺复兴时期的哥白尼，人类(主要是欧洲)跌跌撞撞的完成了对宇宙基本观的建立，这可以说就是航天技术的基础。而真正出现太空飞行的概念则是乔克.图克尔的《月球旅行》，书中他设想了一种反引力材料，在这种材料产生的斥力作用下，主人公所乘坐的飞船离开地球到达月球（<3> 刘登锐 田如森著 《飞天的故事》 北京市中国宇航出版社 2004 25页）但是，有了航天的概念并不是说从此航天的发展就一路顺畅，事实上，航天技术从诞生以来一直走着一条与航空技术完全不同的道路，从航空的发展路程可以看出来，航空的发展有一个鲜明的特色，就是理论一直落后于实践，也就是说，航空的发展是一种半经验式的发展历程，人们在研究新的飞行器时，并没有明确的理论指导，几乎是凭着先人的经验和“玩命”式的实验在发展。但是航天技术的发展却是在一开始已具有完善的理论体系。首先是宇宙，时间，空间的认知和近代天文学知识的发展，接着是有相应的基本理论的建立以及火箭理论以及航天学的创立。（<4> 张庆伟著
航天科技与可持续发展 北京市 中国宇航出版社 2009 第58页）从20世纪初航天学理论的出现到第一颗人造地球卫星升空只用了短短的50年。在上个世纪20年代，航天理论逐渐完善，与航空技术
相同的是，第二次世界大战的出现加速了航天理论的发展。二战时德军的V-2火箭可以说只人类历史上第一种可以运用于实际的火箭了，在二次大战结束后，美，苏两国抢夺德国人遗留下来的技术资料，并且各自开始独立的航天研究，并且由前苏联率先发射升空了载人的东方1号飞船，从此标志着人类航天技术的成熟。在成功发射载人飞船之后，各国将研究的重点放在了可回收式卫星，航天飞机，以及永久性空间站上面。中国则在2003年独立发射了“神舟”五号载人飞船，也标志着我国进入了世界航天大国的行列。
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对于空天技术未来发展方向的预测
2.1 空天技术的总体发展趋势
从之前对空天技术发展历史的回顾我们大致可以预测其未来的发展趋势。一方面，从其发展方式来看，空天技术总是先在军事领域取得突破，进而带动民用领域的发展。 另一方面，从前发展历程来看，航空技术基本在遵循一个速度又低到高，飞机载重由小到大，飞机传控由机械复杂到智能简单；而航天技术则在遵循着由浅空到深空，由单一任务到多元任务，由单个国家独自完成到国际合作。航空技术与航天技术有着不尽相同的发展趋势。因此，分开来看，航天技术的发展趋势是高速，大载重，智能，以及现实虚拟的结合，和多学科的联合应用。具体来讲，未来航天技术的发展基本不会偏离一下七点：高超音速，更加先进的气动布局，新概念发动机，智能结构，更加先进的传控系统，新型的航空燃料以及现实虚拟技术的广泛运用。（<5>张彦仲著，《航空技术的发展趋势和创新基地的建设》 《中
国工程科学》1999.1（1） 期刊号ISSN 1009-1742 CN
11-4421/G3 ） 而航天技术的主要发展趋势则是转变卫星的传统设计思想，发展经济实用的小卫星，变革卫星的制造方法，研发更经济的卫星运载工具（<6>,文光著，《论空间技术的发展的特点及趋势》 《山西大学学报》2003年6期，ISSN：1000-5935
CN：14-1071/C），以及新型航空器的设计，新型发动机及燃料的开发和深空探索等方面。具体来讲，主要在以下几方面，航天技术的平民化，卫星设计与制造理念的革新，航空器动力问题的解决，更加人性化的空间站，以及深空探索，地外移民和空天飞机的研发。可以看出来，航天技术与航空技术有各自不同的发展趋势，但是总的来看，其实空天技术的未来最主要的发展趋势就是空天一体化，航空技术与航天技术的高密度结合。
2.2航天技术未来具体的发展方向
2.1.1向高超音速前进 20世纪的上半叶，人来完了善亚音速飞行，并开始解决超音速飞行状态下的空气动力学问题。并且在20世纪的下半叶完成了超音速飞行。（<7>王明远 刘长柱 著《二十一世纪初期航天技术发展趋势》 《空间电子技术》2001年3期，CN：61-1420/TN）在20世纪50年代，世界各大国开始摸索超高音速飞行问题，并且美国凭借其制造的X-15完成了六马赫的超高音速飞行从而在这一领域中处于领先地位（<15> 《超高音速---航空新宠>》
张恒庆 《华夏地理》 2007年5期 ISSN：1673-6974
CN：53-1204/K p15） 。然而，即使是X-15，其超高音速飞行
的完成也是依靠强力火箭的帮助完成的，其稳定性极差。
2.1.2 更加先进的气动布局 飞机自从诞生以来，其气动布局就一直在变化，不同时期因其材料科学，航空发动机等方面的原因，气动布局自然不同。当下军事领域常用的气动布局有常规布局，鸭式布局，无尾布局，三翼面布局，飞翼布局以及变后掠翼布局。（<8> 《飞行器》何庆芝主编 重庆出版社 2001.1 120页）大家最熟悉应该就是常规布局和鸭式布局了，因为我们平时看到的战机基本上都是常规布局的，而歼-10的出名则让大家对于鸭式布局也不陌生。而除了无尾翼布局在美国的F-117战斗机（已退役）和B-2轰炸机（现役）上有过大量的运用外，其他的集中布局基本上都是只有概念机才会采用，比如说俄罗斯（前苏联）的Su-47就是采用的后掠翼是气动布局。未来飞行器高速化的基础就是要有更加先进的气动布局来满足超高速状态对于飞机的各种动力学要求，例如低阻尼，新材料，姿态可变以及基于未来飞行器完全矢量控制的无翼式气动布局。
2.1.3 新概念航空发动机 飞行的主要部件就是航空发动机，它是飞机诸多指标的决定因素。航空发动机一直以来就是各国航空研究的重点。纵观航空发动机的发展史，航空发动机从最初的活塞式发动机到后来的燃气涡轮发动机以及涡扇发动机，航空发动的一直在向着“高输出，低输入”的方向发展。目前世界上主流的航空发动机基本就是涡扇发动机了。而未来航空发动机的发展主要朝着新原理，新设计，超高推重比的方向。比较引人注意的就是超燃冲压发动机 ，脉冲爆震发动机，智能发动机，多电发动机，骨架结构发动机，燃料电
池电动发动机等（<9> 《浅析未来航空发动机技术的发展》 姜晓莲著 《航空科学技术》2010年第2期 ISSN：1007-5453
CN：11-3089/V 45-50页），并且包括我国在内的世界上许多航空大国均已取得了突破性进展，我国的西北工业大学在超燃冲压发动机方面就有很深的研究。
2.1.4 飞行器的智能结构 现代飞行器的发展方向决定了具有自诊断，自修复，自适应功能的智能化结构将会成为未来飞行器结构的主流（<10> 杜善义 张博明著 《飞行器结构智能化研究及其发展趋势》《宇航学报》 2007年7月 第28卷第4 期 ISSN 1000-1328，CN 11-2053/V）当下飞行器的故障检测，主要依赖于地面后勤，且工作量极大，准确率低，成本耗费也很大，这在很大程度上局限了飞行器的独立性以及可靠性。而智能结构的出现则解决了这些问题，智能结构依靠智能材料和高精度传感器以及运算速度极快的处理器来分析诊断飞行器的状态，故障等问题。同时智能结构亦可以根据环境的改变来改变飞行器的诸多指标，例如在超高速飞行和低速飞行状态下采取不同的气动外形以取得更好的飞行（<11> 《智能结构及其在空间飞行器中的运用》 刘天雄著 《航天器工程》 2004年03期
第12页 ISSN 1673-8748
CN 11-5574/V）
2.1.5 更加先进的控制系统 飞行器在执行复杂的飞行任务时，常常要求其要有良好的机动性，然而事实上，完全依靠飞行员来完成对于飞机的高机动操作不仅其精确率远远难以达到一些较为困难的飞
行任务的要求，而且即使在一般飞行任务中也会增加飞行员的负担。（<12> 《飞行器控制系统概论》 王学宗著 北京航空航天大学出版社 1994年5月ISBN： 7810124765 45页）因此飞机的自动控制系统应用而生了，它能够根据飞行员的指令或者其自身的判断来通过自身的数据库进行判断传感器的信息进而做出精确的操控，可以说飞机的自动控制系统是现代飞机的最基本的装备。而在未来，更复杂的飞行任务以及对于人性化的更高的要求必然会使飞机的控制系统向更加智能的方向发展。
2.1.6 新型航空燃料 21世纪是能源的时代，随着世界石油资源的枯竭，能源问题必将成为包括航空航天工业在内的所有产业发展的瓶颈，同时也必将主导其未来的发展趋势。现在世界上几乎所有的飞行器都在使用着航空煤油，众所周知，航空煤油来自于石油，石油的枯竭等同于航空煤油的枯竭。因此，未来飞行器必然向着使用新型燃料的方向发展。中国的中石油公司已经研制出了一批新型的生物航空油。
2.1.7 现实虚拟技术的大量运用 虚拟现实以已经掌握的软件化的规律为基础，通过传感器，制动器，立体试听设备由计算机控制产生一种“虚拟现实”的环境的感受，并且通过人机系统直观并且自然地交互来完成操作。（<13> 《展望虚拟现实技术》 苏建明 张续红 胡庆夕 著 《计算机仿真》 2004年1期ISSN：1006-9348 CN：11-3724/TP p13）这种技术有一个显而易见的优势就是可以在飞行器飞行以前把一些可能的问题及时的检测出来，同时亦可以用来培
训飞行员，美国在JSF战机的研制过程中就曾经使用过这种技术来培训飞行员。
2.3 航天技术的发展趋势 航天技术的发展主要集中在卫星设计理念的革新以及新型空天飞机的研发，深空探索以及航天技术的平民化，和航天技术的国际合作。这里面做用人注目的无疑就是航天技术的国际合作。在过去的几十年，航天技术作为一门高新技术一直是各个国家的机密，但是近年来，随着全球化的到来以及国际合作的加深，航天技术也走向国际。这样可以充分的利用资源，实现资源的高利用率，符合未来的发展趋势。（<14> 《国外航天技术的合作政策分析及对我国的启示》 李志强 李传宝 著 《科技进步与对策》2004年10期 ISSN：1001-7348 CN：42-1224/G3 p 6 ）
空天技术作为前沿技术中最引人入胜的一门科学，其未来的发展趋势通过其发展历史是可以预测的。
