[科普中國]-航空航天工程

航空航天工程（Aerospace Engineering）是航空工程（Aeronautical Engineering）與航天工程（Astronautical Engineering）的總稱，涉及飛機(jī)等航空器與人造衛(wèi)星等航天器的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)、建造和測(cè)試，是工程學(xué)的一個(gè)分支1，包含數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。2

歷史航空航天工程的定義首次出現(xiàn)在1958年，當(dāng)時(shí)只考慮地球大氣層及其上層空間作為飛行器發(fā)展的單一領(lǐng)域。3隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，飛行器的飛行空間不斷拓展，航空航天工程的定義也隨之發(fā)生變化。截至目前，航空航天工程包含航空工程和航天工程兩部分。其中，航空工程主要研究地球大氣內(nèi)飛行器的設(shè)計(jì)和制造等技術(shù)，例如飛機(jī)、滑翔機(jī)、固定翼飛機(jī)、噴氣式飛機(jī)、旋翼機(jī)和直升機(jī)；航天工程主要研究地球大氣外飛行器的設(shè)計(jì)和制造等技術(shù)，例如人造衛(wèi)星、著陸器、空間站等。

航空工程航空工程起源于機(jī)械工程以及空氣動(dòng)力學(xué)的研究。最早的飛行器草圖由達(dá)·芬奇繪制，并提出兩個(gè)想法：一是撲翼飛行器，使用撲翼模仿鳥類飛行；二是螺旋機(jī)，即直升機(jī)的概念雛形。首次載人飛行在1783年由法國孟格菲兄弟在其所設(shè)計(jì)的熱氣球中實(shí)現(xiàn)。首次提出通過推進(jìn)系統(tǒng)向前推進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)氣球飛行這一想法的人包括富蘭克林，這直接導(dǎo)致了飛船的發(fā)展。首架動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的可駕駛飛艇在1852年由法國人亨利·吉法爾制造。1799年飛機(jī)的發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，英國男爵喬治·凱利爵士畫出了一架飛機(jī)，包括一個(gè)用于升力的固定翼、一個(gè)尾翼（包括用于穩(wěn)定和控制的水平和垂直尾翼）以及一個(gè)單獨(dú)的推進(jìn)系統(tǒng)。由于當(dāng)時(shí)不存在發(fā)動(dòng)機(jī)，凱利轉(zhuǎn)向滑翔機(jī)設(shè)計(jì)，并在1849年成功建造了第一架滑翔機(jī)。1903年12月17日，萊特兄弟首次試飛了完全受控、依靠自身動(dòng)力、機(jī)身比空氣重、持續(xù)滯空不落地的飛機(jī)，也就是世界上第一架飛機(jī)“飛行者一號(hào)”。之后，英國在1920年成功發(fā)展了具有12名乘客運(yùn)輸能力的運(yùn)輸機(jī)，為民用航空鋪平了道路。在1927年查爾斯·奧古斯都·林德伯格完成穿越大西洋的單人飛行之后，航空業(yè)開始蓬勃發(fā)展。渦輪動(dòng)力飛機(jī)的出現(xiàn)極大地改變了航空運(yùn)輸業(yè)。1939年8月27日，德國的噴射式飛機(jī)He178實(shí)現(xiàn)了首次飛行；1958年，波音707噴氣式飛機(jī)成功直飛跨大西洋航班，標(biāo)志著商業(yè)航空的成熟。3

將火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用于飛機(jī)推進(jìn)促進(jìn)了航空工程的拓展。1926年3月16日，美國人羅伯特·戈達(dá)德成功開發(fā)、制造并飛行了第一枚液體推進(jìn)劑火箭。1938年，美國人詹姆斯·哈特·偉爾德設(shè)計(jì)、制造并測(cè)試了第一個(gè)美國再生冷卻液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。1947年，偉爾德的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)為美國空軍上尉查爾斯·耶格爾駕駛的第一架超音速飛機(jī)X-1提供動(dòng)力。超音速飛行為航空工程師提供了推進(jìn)、結(jié)構(gòu)和材料、高速氣動(dòng)彈性以及跨音速、超音速和高超音速空氣動(dòng)力學(xué)方面的新挑戰(zhàn)。4

航天工程航天工程源于火箭技術(shù)的發(fā)展。1897年，齊奧爾科夫斯基推導(dǎo)出了著名的火箭運(yùn)動(dòng)方程式；1919年羅伯特·哈金斯·戈達(dá)德提出了火箭飛行的數(shù)學(xué)原理，并于1926年3月16日成功發(fā)射了世界第一枚液體火箭；1923年，德國的奧伯特確立了火箭在真空中工作的基本原理并且指出只要能夠產(chǎn)生足夠推力，便能繞地球飛行。1942年10月3日，韋納·馮·布勞恩設(shè)計(jì)的V-2火箭首次發(fā)射成功，并于1969年通過研制的土星5號(hào)運(yùn)載火箭將第一艘載人登月飛船"阿波羅11號(hào)"送上了月球。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)和美國都通過仿制V-2火箭積累了研制現(xiàn)代火箭系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，在研制大型遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈的同時(shí)，解決了發(fā)射人造地球衛(wèi)星的一系列技術(shù)問題。1957年10月4日，蘇聯(lián)把世界上第一顆人造地球衛(wèi)星送上太空，開創(chuàng)了人類航天的新紀(jì)元。隨后，美國于1958年1月31日發(fā)射了一顆只有4. 8千克的人造地球衛(wèi)星。此外，法國、日本、中國、英國等也先后用自己研制的運(yùn)載火箭，成功地發(fā)射了各自的人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星發(fā)射成功之后，人類開始了更廣泛的太空探測(cè)。

從1959年開始，蘇聯(lián)和美國發(fā)射了許多月球探測(cè)器，并以繞月飛行、硬著陸、軟著陸等方式對(duì)月球進(jìn)行了科學(xué)考察。1969年7月16日，美國航天員首次登上月球，隨后又進(jìn)行了多次登月活動(dòng)。對(duì)太陽系內(nèi)行星的探測(cè)是從20世紀(jì)60年代初期開始的，蘇聯(lián)和美國都發(fā)射了許多的空間探測(cè)器，分別對(duì)金星、火星、水星、木星、土星以及行星際空間和彗星進(jìn)行了探測(cè)。其中美國發(fā)射的先驅(qū)者10號(hào)于1973年12月飛近木星，向地球發(fā)回500幅木星照片。它利用木星引力場(chǎng)加速飛向土星，又借助土星引力場(chǎng)加速，于1983年6月飛出海王星軌道，成為第一個(gè)飛出太陽系的人造物體。第一個(gè)載人航天站是蘇聯(lián)于1971年4月發(fā)射的“禮炮號(hào)”，美國在1973年發(fā)射了近地軌道的“天空實(shí)驗(yàn)室”，并于1981年成功試飛可重復(fù)使用的航天飛機(jī)。5

專業(yè)分類航空航天工程是工學(xué)學(xué)科，本科專業(yè)，隸屬航空航天類，專業(yè)代碼是082001。6

|| || 0820：航空航天類

主要課程不同院校開設(shè)課程不一樣，主要包括飛行力學(xué)、飛行器控制、空氣動(dòng)力學(xué)、飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、飛行器設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程熱力學(xué)、工程制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、航空電子、計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制原理、航天器軌道動(dòng)力 學(xué)、航天器姿態(tài)動(dòng)力學(xué)與控制等。7

就業(yè)航空航天工程專業(yè)畢業(yè)生主要在航空航天類企業(yè)就業(yè)，從事工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)制造、性能測(cè)試、維修養(yǎng)護(hù)、航空航天管理等。2

開設(shè)學(xué)校開設(shè)航空航天工程專業(yè)的院校主要有：清華大學(xué)8、北京大學(xué)9、北京航空航天大學(xué)10、北京理工大學(xué)11、國防科技大學(xué)12、南京航空航天大學(xué)13、沈陽航空航天大學(xué)14、上海交通大學(xué)15、中南大學(xué)16、四川大學(xué)17、電子科技大學(xué)18、西北工業(yè)大學(xué)19、南方科技大學(xué)20、中國民用航空飛行學(xué)院21、寧波諾丁漢大學(xué)22、南昌理工學(xué)院23等。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

泮斌峰 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)