【簡介：】自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星上天以來，到1990年12月底，前蘇聯(lián)、美國、法國、中國、日本、印度、以色列和英國等國家以及歐洲航天局先后研制出約80種運(yùn)載火箭，修

自從1957年10月4日世界上第一顆人造地球衛(wèi)星上天以來，到1990年12月底，前蘇聯(lián)、美國、法國、中國、日本、印度、以色列和英國等國家以及歐洲航天局先后研制出約80種運(yùn)載火箭，修建了10多個大型航天發(fā)射場，建立了完善的地球測控網(wǎng)，世界各國和地區(qū)先后發(fā)射成功4127個航天器。其中包括3875個各類衛(wèi)星，141個載人航天器，111個空間探測器，幾十個應(yīng)用衛(wèi)星系統(tǒng)投入運(yùn)行。目前航天員在太空的持續(xù)飛行時間長達(dá)438天，有12名航天員踏上月球?？臻g探測器的探測活動大大更新了有關(guān)空間物理和空間天文方面的知識。到上世紀(jì)末，已有5000多個航天器上天。有一百多個國家和地區(qū)開展航天活動，利用航天技術(shù)成果，或制定了本國航天活動計(jì)劃。航天活動成為國民經(jīng)濟(jì)和軍事部門的重要組成部分。

航天技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的結(jié)晶，它以基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為基礎(chǔ)，匯集了20世紀(jì)許多工程技術(shù)的新成就。力學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子技術(shù)、光電技術(shù)、自動控制、噴氣推進(jìn)、計(jì)算機(jī)、真空技術(shù)、低溫技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、制造工藝學(xué)等對航天技術(shù)的發(fā)展起了重要作用。這些科學(xué)技術(shù)在航天應(yīng)用中互相交叉和滲透，產(chǎn)生了一些新學(xué)科，使航天科學(xué)技術(shù)形成了完整的體系。航天技術(shù)不斷提出的新要求，又促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

一、 火箭技術(shù)

火箭技術(shù)推動了人類航天發(fā)展的歷史。

火藥是中國古代的四大發(fā)明之一，火箭是在火藥發(fā)明之后中國人發(fā)明的。早在公元1000年宋朝唐福獻(xiàn)應(yīng)用火箭原理制成了戰(zhàn)爭武器，13世紀(jì)初傳到外國。傳說在14世紀(jì)末，中國有個學(xué)者萬戶在坐椅背后安裝47支當(dāng)時最大的火箭，兩手各持大風(fēng)箏，試圖借助火箭的推力和風(fēng)箏的升力升空。但是一聲爆炸之后，只見煙霧彌漫，碎片紛飛，人也找不見了。為紀(jì)念這位世界上第一個試驗(yàn)火箭飛行的勇士，月球表面東方海附近的一個環(huán)形山以萬戶命名。18世紀(jì)，印度軍隊(duì)在抗擊英國和法國軍隊(duì)的多次戰(zhàn)爭中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推動了歐洲火箭技術(shù)的發(fā)展。曾在印度作戰(zhàn)的英國人康格雷對印度火箭作了改進(jìn)。他確定了黑火藥的多種配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程達(dá)3公里。這些初期火箭的原理成了近代火箭技術(shù)的基礎(chǔ)。

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近代火箭技術(shù)和航天飛行發(fā)展起來，先驅(qū)者的代表人物有前蘇聯(lián)的齊奧爾科夫斯基，美國人戈達(dá)德和德國奧伯特。

齊奧爾科夫斯基畢生從事火箭技術(shù)和航天飛行的研究。在他的經(jīng)典著作中，對火箭飛行的思想進(jìn)行了深刻的論證，最早從理論上證明用多級火箭可以克服地心引力進(jìn)入太空。他建立了火箭運(yùn)動的基本數(shù)學(xué)方程，奠定了理論基礎(chǔ)。他首先提出了使用液體推進(jìn)劑火箭的倡議，經(jīng)過了短短的30年就實(shí)現(xiàn)了。他預(yù)想到現(xiàn)代火箭的真實(shí)結(jié)構(gòu)，并論述了關(guān)于液氫-液氧作為推進(jìn)劑用于火箭的可靠性，設(shè)想用新的燃料（原子核分解的能量）來作火箭的動力。他具體地闡明了用火箭進(jìn)行航天飛行的條件，火箭由地面起飛的條件，人造地球衛(wèi)星及實(shí)現(xiàn)飛向其他行星所必須設(shè)置中間站的設(shè)想。他還提出過許多的技術(shù)建議，如建議用燃?xì)舛婵刂苹鸺?，用泵來?qiáng)制輸送推進(jìn)劑，以及用儀器自動控制火箭等，都對現(xiàn)代火箭和航天飛行的發(fā)展起了巨大的作用。

戈達(dá)德博士在1010年開始進(jìn)行近代火箭的研究工作。他在1919年的論文中提出了火箭飛行的數(shù)學(xué)原理，指出火箭必須具有7.9km/s的速度才能克服地球的引力。他認(rèn)識到液體推進(jìn)劑火箭具有極大的潛力，1926年3月他成功在研制和發(fā)射了世界上第一枚液體推進(jìn)劑火箭，飛行速度103km/h，上升高度12.5米，飛行距離56米。
奧伯特教授在他1923年出版的書中不僅確立了火箭在宇宙空間真空中工作的基本原理，而且還說明火箭只要能產(chǎn)生足夠的推力，便能繞地球軌道飛行。同齊奧爾科夫斯基和戈達(dá)德一樣，他也對許多種推進(jìn)劑的組合進(jìn)行了廣泛的研究。

真正的近代火箭的出現(xiàn)是在第二次世界大戰(zhàn)時的法西斯德國。早在1932年德國就發(fā)射A2火箭，飛行高度達(dá)3公里。1942年10月發(fā)射成功V-2火箭（A4型），飛行高度85公里，飛行距離190公里。V-2火箭的發(fā)射成功，把航天先驅(qū)者的理論變成現(xiàn)實(shí)，是現(xiàn)代火箭技術(shù)發(fā)展史的重要一頁。

1945年5月，第二次世界大戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗，前蘇聯(lián)俘虜部分德國火箭技術(shù)人員，繳獲了幾枚V-2火箭和有關(guān)技術(shù)資料。在此基礎(chǔ)上，1947年前蘇聯(lián)仿制V-2火箭成功。1948年自行設(shè)計(jì)了P-1 火箭，射程達(dá)300公里。1950年和1955年又先后研制成P-2和P-3火箭，射程分別達(dá)到500公里和1750公里。1957年8月，成功發(fā)射兩級液體洲際導(dǎo)彈P-7，射程8000公里，經(jīng)過改裝的P-7于1957年10月4日，發(fā)射成功世界上第一顆人造地球衛(wèi)?quot;人造地球衛(wèi)星1號，從而揭開了現(xiàn)代火箭技術(shù)新的一頁。前蘇聯(lián)由于發(fā)射多種航天器的需要，先后研制成功東方號、聯(lián)盟號、宇宙號、質(zhì)子號、能源號等多種型號的運(yùn)載火箭，可將100多噸的有效載荷送入近地軌道。

二戰(zhàn)后，美國俘虜了以馮?布勞恩為首的德國火箭專家，繳獲了100余枚V-2火箭。美國陸軍在布勞恩的幫助下于1945年發(fā)射了V-2火箭，1949年開始研究紅石彈道導(dǎo)彈，1954年制定人造衛(wèi)星計(jì)劃，1958年2月1日丘辟特C火箭成功發(fā)射美國第一顆人造衛(wèi)星，美國為發(fā)射多種航天器的需要，先后研制成功先鋒號、丘諾號?quot;紅石號、偵察兵號、大力神號和土星號等運(yùn)載火箭。

中國于1960年11月5日第一枚近程火箭發(fā)射試驗(yàn)成功。我國有長征號（CZ）系列運(yùn)載火箭，主要有CZ-1、CZ-2、CZ-3、CZ-4四種基本型運(yùn)載火箭和CZ-1D、C（CZ-2C）、CZ-2C/SD、CZ-2D、CZ-2E、CZ-2F、CZ-3A、CZ-3B、CZ-4B等幾種改進(jìn)型。

1990年4月7日，中國CZ-3 運(yùn)載火箭發(fā)射成功美國制造的亞洲一號衛(wèi)星。長征火箭成功地進(jìn)入了國際商業(yè)發(fā)射衛(wèi)星的行列，至今已將27顆外國衛(wèi)星發(fā)射上天。
法國從50年代開始自行研制探空火箭和導(dǎo)彈，并在此基礎(chǔ)上研制鉆石號運(yùn)載火箭。1965年11月至1967年2月，法國鉆石號火箭將A-1、D-1人造衛(wèi)星送入太空。法國積極推動西歐國家聯(lián)合發(fā)展歐洲航天事業(yè)，它是歐洲空間局的主要成員國，并承擔(dān)阿里安號運(yùn)載火箭的大部份研制工作。

歐空局正式成員國有比利時、丹麥、法國、聯(lián)邦德國、愛爾蘭、意大利、荷蘭、西班牙、瑞典和英國；非正式成員國有奧地利和挪威；加拿大為觀察員國。由歐空局研制的阿里安1號運(yùn)載火箭于1979年12月24日首次發(fā)射成功。迄今已研制有阿里安1-5號五種基本型和多種改進(jìn)型火箭。阿里安4號為歐空局主要運(yùn)載工具，至今已發(fā)射80余次，失敗7次，成功率在世界商用衛(wèi)星運(yùn)載工具中名列前茅。

日本自1963年開始研制謬系列固體運(yùn)載火箭，共有4代。1970年日本宇宙開發(fā)事業(yè)團(tuán)決定引進(jìn)美國德爾它號運(yùn)載火箭技術(shù)，以發(fā)展本國的N號運(yùn)載火箭。1975年9月，日本首次用N-1火箭成功地發(fā)射了菊花1號技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星。1994年試驗(yàn)成功帶有氫氧燃料裝置的N-2火箭。印度自行研制成功運(yùn)載火箭系列SLV，ASLV，PSLV和GSLV。2001年4月同步軌道衛(wèi)星運(yùn)載火箭GSLV發(fā)射成功。

此外，還有英國、意大利、加拿大、印度、巴西、以色列、韓國、朝鮮等國均有利用本國制造或租用他國運(yùn)載火箭來發(fā)射人造衛(wèi)星的能力。

二、衛(wèi)星時代

人造地球衛(wèi)星的計(jì)劃設(shè)想早在1945年就在美國出現(xiàn)，美海軍航空局已著手研究一種把科學(xué)儀器送入太空的衛(wèi)星，次年美國陸軍航空局在審?quot;蘭德計(jì)劃的一項(xiàng)類似的研究報告中，就有實(shí)驗(yàn)性環(huán)球空間飛行器的初步設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和一系列大功率運(yùn)載火箭的發(fā)展，為人造地球衛(wèi)星的研制和發(fā)射打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1957年10月4日，前蘇聯(lián)用衛(wèi)星號運(yùn)載火箭把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星送入太空，衛(wèi)星呈球形，外徑0.58米，外伸4根條形天線，重83.6公斤，衛(wèi)星在天上正常工作了三個月。同年11月3日，前蘇聯(lián)發(fā)射了第二顆衛(wèi)星，衛(wèi)星呈圓錐形，重508.3公斤，這是一顆生物衛(wèi)星，除了利用小狗萊伊卡作生物試驗(yàn)外，還有于探測太陽紫外線，X射線和宇宙線。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)衡量，前蘇聯(lián)的第一顆衛(wèi)星只不過是一個伸展開發(fā)射機(jī)天線的圓球，但它卻是世界第一個人造天體，把人類幾千年的夢想變成現(xiàn)實(shí)，為人類開創(chuàng)了航天新紀(jì)元。

人造地球衛(wèi)星出現(xiàn)之后，60年代前蘇聯(lián)和美國發(fā)射了大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、技術(shù)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和各類應(yīng)用衛(wèi)星。70年代軍、民用衛(wèi)星全面進(jìn)入應(yīng)用階段，并向偵察、通信、導(dǎo)航、預(yù)警、氣象、測地、海洋和地球資源等專門化方向發(fā)展。同時各類衛(wèi)星亦向多用途、長壽命、高可靠性和低成本方向發(fā)展。80年代后期新起的單一功能的微型化、小型化衛(wèi)星是衛(wèi)星發(fā)展上的新動向，這類重量輕、成本低、研制周期短、見效快的小型衛(wèi)星將是未來衛(wèi)星的一支生力軍。除美、蘇外，中國、歐洲航天局、日本、印度、加拿大、巴西、印尼、巴基斯坦等國都擁有自己研制的衛(wèi)星。

為什么經(jīng)過短短的三十多年，航天活動取得了如此迅速的發(fā)展呢？除了美、蘇搞空間軍備競賽發(fā)射了大量的軍事應(yīng)用衛(wèi)星外，主要是人類一開始就非常重視航天技術(shù)的應(yīng)用。航天活動大大擴(kuò)大了人類知識寶庫和物質(zhì)資源、給人類日常生活帶來了重大的影響和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。航天活動大大推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的向前發(fā)展。

三、空間探測

空間探測的主要目的是：了解太陽系的起源、演變和現(xiàn)狀；通過對太陽系內(nèi)的各主要行星及其衛(wèi)星的比較研究進(jìn)一步認(rèn)識地球環(huán)境的形成和演變；了解太陽系的變化歷史；探索生命的起源和演變?？臻g探測器實(shí)現(xiàn)了對月球和行星的逼近觀測和直接取樣探測，開創(chuàng)了人類探索太陽系內(nèi)天體的新階段。

月球探測：月球是地球的唯一的天然衛(wèi)星，自然成為空間探測的第一個目標(biāo)。直接考察月球有助于更好地了解地-月系統(tǒng)的起源，月球是未來航天飛行理想的中間站和人類進(jìn)入太陽系空間的第一個定居點(diǎn)。

美國和前蘇聯(lián)自1958年至1976年8月共發(fā)射過83個無人月球探測器，其中美國36個，前蘇聯(lián)47個。此后，美、蘇再也沒有發(fā)射過無人月球探測器。1990年1月日本發(fā)射了一顆月球探測器，成為第三個向月球發(fā)射探測器的國家。探測器由兩部分組成，一部分（182公斤）進(jìn)入大橢圓軌道，在地-月系統(tǒng)中飛行，另一部分（11公斤）在月球軌道上飛行。日本還計(jì)劃在1996年2月發(fā)射一顆重550公斤（含推進(jìn)劑190公斤）的月球-A探測器。

月球探測已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的主要方式有：（1）在月球近旁飛過或在其表面硬著陸，利用這個過程的短暫時間探測月球周圍環(huán)境和拍攝月球照片；（2）以月球衛(wèi)星的方式獲取信息，其特點(diǎn)是探測時間長并能獲取較全面的資料；（3）在月球軟著陸，可拍攝局部地區(qū)的高分辨率照片和進(jìn)行月面土壤分析。

1999年7月31日，為了確證月球上到底有沒有冰，美國月球勘探者號進(jìn)行了飛行器撞擊月球?qū)嶒?yàn)。

行星和行星際探測 人類長期借助于天文望遠(yuǎn)鏡觀測行星表面的細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)、木星衛(wèi)星和天王星；運(yùn)用萬有引力定律陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了海王星和冥王星；借助于近代照相術(shù)、分光術(shù)和光度測量技術(shù)對行星表面的物理特性和化學(xué)組成有了一定的認(rèn)識。然而人們在地面隔著大氣層觀測行星，已經(jīng)不能滿足對行星的深入研究。行星和行星際探測器為行星和行星際空間的研究提供了新的手段。

自1960年至1978年美、蘇和西德共發(fā)射了63個行星和行星際探測器，其中美國23個，前蘇聯(lián)38個，西德2個。采用的探測方式有：（1）從行星附近飛過拍攝照片，測定它們的輻射和磁場；（2）在行星表面硬著陸，直接探測行星大氣；（3）繞行星飛行，成為行星的人造衛(wèi)星；（4）在行星上軟著陸，對行星表面進(jìn)行細(xì)致的分析和探測。1960年3月發(fā)射了第一個行星際探測器先驅(qū)者5號，進(jìn)入了一條0.8~1.0天文單位的橢圓日心軌道，測量了行星際磁場、行星際粒子和太陽風(fēng)，探測表明太陽風(fēng)像噴水池螺旋形噴水圖形；發(fā)現(xiàn)地球磁場在向著太陽的一面被太陽風(fēng)壓縮，另一面至少延伸到500萬公里遠(yuǎn)。1962年8月發(fā)射的水手2號成功地飛過金星，發(fā)現(xiàn)金星沒有磁場和輻射帶。1970年8月發(fā)射的金星7號第一次降落金星表面，探測表明金星表面溫度為475℃，壓力為90±15個大氣壓。多次探測表明金星有稠密的大氣層和厚厚的云層和頻繁的閃電，發(fā)現(xiàn)金星大氣中二氧化碳占97%，氮?dú)庹?%~3%，，水氣占0.1%~0.4%。1964年11月發(fā)射的水手4號飛過火星，探測表明火星沒有輻射帶和磁場，測量到火星電離層的特性和大氣密度垂直分布，火星表面大氣壓不到海平面大氣壓的百分之一，照片表明火星上的環(huán)形山與月球相似。1975年8月發(fā)射的海盜1號第一次在火星上著陸成功，探測表面火星大氣中塵土含量很高，火星大氣本身二氧化碳占95%，氮占2.7%，還有微量的氬、氧和水汽；對火星土壤分析表明，硅占15%~20%，鐵占4%，還有少量的鈣、鋁、硫、鈦、鎂、銫和鉀。1973年11月發(fā)射的水手10號，同水星相會的探測表明，水星有極稀薄的含有微量氬、氖和氦的大氣，只有地球大氣的一萬億分之一；水星表面溫度在510℃~-210℃之間；水星有磁場，強(qiáng)度是地球磁場強(qiáng)度的百分之一，照片表明水星有密密麻麻環(huán)形山。1972年2月和1973年4月發(fā)射的先驅(qū)者10號和11號發(fā)現(xiàn)木星的輻射帶強(qiáng)度是地球輻射帶強(qiáng)度的10000倍，而且它的脈動磁場延伸到土星附近，發(fā)回了木星和土星云量的圖像，有關(guān)土星主外光環(huán)很有價值的資料，它們通過小行星帶時沒有受到損害，它們最終將飛出太陽系進(jìn)入恒星際空間，它們帶有會被地外文明世界理解的信息牌。

為了探索宇宙的奧秘，美歐聯(lián)合研制的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡于1990年4月發(fā)射升空，這項(xiàng)計(jì)劃獲得了巨大的成功，十年間進(jìn)行了10多萬次的天文觀測，觀測了大約13670個天體，向地球發(fā)回了黑洞、衰亡中的恒星、宇宙誕生早期的原始星系、慧星撞擊木星以及遙遠(yuǎn)星系等許多壯觀圖像，為近2600篇科學(xué)論文提供了依據(jù)。這是人類空間天文觀測工作的一個里程碑。

1997年7月4日，美國探路者號火星探測器在火星表面安全著陸，并釋放出一輛火星?quot;漫游者號，第一次拍攝到火星的彩色三維立體圖像，傳回地球大量的火星表面的照片。

四、載人航天

載人航天在航天活動中占有重要位置。盡管航天器攜帶裝置精確、靈敏度高、能自動觀察、操作、儲存、處理數(shù)據(jù)，但它們不能代替人的思維。初期載人航天器一方面研究航天技術(shù)，另一方面進(jìn)行生物學(xué)和醫(yī)學(xué)試驗(yàn)，研究航天員在長期失重條件下的反應(yīng)，航天員在密閉艙中的工作能力，航天器對接時和走出航天器時的人的生理反應(yīng)。
前蘇聯(lián)自1961年4月到1970年9月共發(fā)射了17艘載人飛船（東方號6艘、上升號2艘?quot;聯(lián)盟號9艘）。1965年3月航天員在上升號上第一次走出飛船，1966年1月兩艘聯(lián)盟號飛船第一次在軌道上交會對接，并實(shí)現(xiàn)兩個航天員從一艘飛船向另一艘飛船轉(zhuǎn)移。1971年到1982年發(fā)射了7艘重量為18~20噸的禮炮號空間站，截至1985年還發(fā)射了27艘載人飛船（聯(lián)盟T號、TM號）和25艘無人飛船（進(jìn)步號）用作天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)。1986年發(fā)射了和平號空間站，這是未來永久性空間站的核心艙，將于90年代建成由7個艙組成的大型空間站。俄羅斯計(jì)劃21世紀(jì)前期發(fā)射無人和載人火星飛船以及建立載人月球基地。設(shè)計(jì)壽命為五年的和平號空間站運(yùn)行了十五年，于2001年3月23日13時59分安全地墜落在南太平洋海域。

美國自1961年5月至1966年11月發(fā)射了16艘載人飛船（水星和雙子星座）。水星和雙子星座計(jì)劃是載人登月飛行目標(biāo)阿波羅計(jì)劃的頭兩個階段。1965年6月雙子星座飛船上的航天員第一次步入太空，1966年3月雙子星座-8號和阿金納飛行器在軌道上第一次成功地實(shí)現(xiàn)對接，此后，雙子星座飛船系統(tǒng)進(jìn)行過多次交會和對接。1967年至1972年共發(fā)射了14次阿波羅飛船（其中3次無人飛行，3次載人繞月飛行，6次載人登月飛行，12名航天員登上月球）。1973年發(fā)射了天空實(shí)驗(yàn)室并和阿波羅飛船進(jìn)行過對接。1969年尼克松政府宣布70年代研制載人航天飛機(jī)，1984年里根政府宣布90年代建立永久性載人空間站。
1993年9月美俄二國達(dá)成協(xié)議，合作建造一個有16國參加的國際空間站，2006年完成。2001年5月，美國宇航發(fā)燒友蒂托進(jìn)入國際空間站俄羅斯艙遨游8天，成為地球旅客航天游第一人。

另一方面，美國和俄羅斯關(guān)于載人火星飛行的計(jì)劃正在悄悄進(jìn)行之中。二、三十年以后，人類就可能登上紅色的行星--火星。
1999年11月20日，長征二號乙火箭發(fā)射神舟號無人試驗(yàn)飛船上天，11月21日飛船順利回收，我國航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。中國航天員遨游宇宙的日子已經(jīng)不遠(yuǎn)了。