基本介紹
- 中文名：宇宙航行
- 外文名：space flight
- 目的：探索、開發利用太空地球以外天體
- 包括：括環繞地球的運行等
概況,宇航科技之父,宇航分類,太空工業,空間工業化,太空科學,太空企業,宇航設施,太空實驗室,太空基地,太空港,空間站,月球基地,太空城市,太空農場,太空採礦列印,宇航輔助條件,宇航機器人,航天推進技術,美國宇航計畫,
概況
space flight宇宙航行主要目的是探索、開發和利用太空以及地球以外的天體。包括環繞地球的運行、飛往月球或其他行星的航行（環繞天體運行、從近旁飛過或在其上著陸）、行星際空間的航行和飛出太陽系的航行。航天的關鍵在於太空飛行器應達到足夠的速度，克服或擺脫地球引力，飛出太陽系的航行還要擺脫太陽引力。第一、第二、第三宇宙速度是航天所需的3個特徵速度。恆星際航行尚處於探索階段（見星際航行）。有人把太陽系內的航行活動稱為航天，太陽系外的航行活動稱為航宇。航天有時也泛指航天工程或航天技術。
第一宇宙速度(人造衛星的環繞速度）=7.9km/s
第二宇宙速度（逃逸速度）=11.2km/s
第三宇宙速度（脫離速度）=16.7km/s
宇航科技之父
20世紀初，飛機剛發明不久，萊特兄弟試飛成功的訊息就傳到歐洲，在歐洲特別是法國掀起一股“飛行熱”，湧現出一批不屈不撓的航空先驅，法爾芒就是其中的一位”。1908年的一天，法爾芒又一次打破飛行紀錄。飛行結束後，一個年輕人從人群中擠過去，與法爾芒展開了一段精彩的對話。這名年輕人問法爾芒：“我是研究科學的。有一位偉大的科學家。用他的定律證明了比空氣重的東西是絕對飛不起來的，你能解釋一下飛機為什麼會飛起來嗎?”法爾芒幽默地回答：“是那個研究蘋果落地的人嗎?幸好我沒有讀過他的書，不然，今天就不會得到這次飛行的獎金了。我以前只是個卡車司機，現在又成了飛行員。至於飛機為什麼會飛起來，不關我的事，您作為教授，應該研究它。”法爾芒的話令這個年輕人大吃一驚，他對陪他一起來的一位記者說：“看來權威專家們的話也不一定都對。現在我終於能決定我今後該研究什麼了。”他拉住記者的手說：“我要不惜一切努力去研究風以及在風中飛行的全部奧秘，總有一天我會向法爾芒講清楚他的飛機為什麼能上天。”這個年輕人後來果真走上了從事航空航天空氣動力學研究的道路。他就是後來被尊稱為“現代宇航科技之父”和“超音速飛行之父”的馮·卡門。
l881年5月1 1日，馮-卡門出生於布達佩斯的一個猶太人家庭。他父親莫里斯·卡門是一位著名的教育學教授，母親也出身於書香門第。在馮·卡門6歲時的一天晚上，馮·卡門的表哥出了一道題：“15 X 15等於多少?”馮·卡門邊玩邊答：“225。”二哥接著問：“924×826等於多少?”馮·卡門頭也沒抬一下說：“763224。”全家人都發出了驚嘆聲。馮·卡門的父親卻不以為然地說：“你們是串通好了在演戲吧!小寶貝，難道你還能心算出來18876 X 18876等於多少嗎?”馮·卡門只思索了一會兒就說出了正確答案：“356303376。”大家歡呼著把馮·卡門抱了起來。但父親卻對他的超常的運算能力感到擔憂，怕他將來變成一個畸形發展的人。不久，在父親的干預下，馮·卡門便和各種數學科目斷絕來往，直到十幾歲才重新開始學習數學。
1898年1 1月，16歲的馮-卡門進了皇家約瑟夫大學。馮·卡門在大學初期，就能夠獨立、專注地思考問題，往往沉浸於豐富多彩的科學思索中，把一切雜念都拋在腦後。在解決問題的思路理清之前，絕不肯從坐椅上站起來。
1906年，馮·卡門來到哥廷根大學深造。在那裡，他跟隨“現代空氣動力學之父”普朗特教授研究材料力學，又和德國物理學家玻恩合作研究過晶體原子結構模型。兩年後，他又去了巴黎大學學習。在巴黎，有一次，他陪女友去觀看歐洲首次2公里飛行表演，就是在那裡，他遇到了法爾芒。從那以後，他開始悉心研究空氣動力學。不久後，他的老師普朗特邀請馮·卡門到哥廷根大學去做他的助手，從事教學和研究工作。1912年，馮·卡門成為阿亨大學氣動力研究所所長。他在那裡工作了14年，在空氣動力學方面取得許多重要突破，還為一些企業研製飛艇、全金屬運輸機，擔任火箭顧問等。
1926年，馮·卡門移居美國，指導古根海姆空氣動力實驗室和加州理工大學第一個風洞的設計和建設。在任實驗室主任期間，他歸納出鈍體阻力理論，即著名的“卡門渦街”理論。這個理論大大改變了當時公認的氣動力原則。他還提出了附面層控制的理論，1935年又提出了未來的超聲速阻力的原則。1938年，馮·卡門指導美國進行第一次超聲速風洞試驗，發明了噴氣助推起飛，使美國成為第一個在飛機上使用火箭助推器的國家。在他的指導下，加州理工大學一批航空工程師，包括他心愛的中國弟子錢學森開始搞噴氣推進和液體燃料火箭，而且後來還成立了噴氣推進實驗室。該實驗室是美國政府第一個從事遠程飛彈、空間探索的研究單位，有很多重要的研究成果。
第二次世界大戰即將結束時，美國陸軍航空隊司令阿諾德將軍請教馮·卡門教授，要他評價美國航空技術發展的現狀，預測未來的發展，並就如何確保美國空軍未來的領先地位提出建議。德國投降後，以馮·卡門少將為首的美國空軍顧問團，率領有關火箭方面的科學家，專程赴德國“參觀考察訪問”。他們考察了隱蔽在一片松林中的一個德國空軍的秘密研究所，它由納粹空軍頭子戈林直接領導。擁有50多座建築，設有研究飛彈、飛機引擎的成套儀器設備。大戰期間，有成千的科學家和技術人員在這裡從事工作。這裡寫出的秘密研究報告就有300萬份之多，重達1500噸。他們詳細地察看了德國的研究設備，分析了技術成果。又前往哥廷根、亞琛和慕尼黑等地調查。在哥廷根，審訊了包括馮·卡門過去的老師普朗特在內的有關人員。正巧，前佩內明德火箭基地的400名德國火箭方面的工程師和技術人員也逃到這裡。“顧問團”對這些人又進行了審訊。通過審訊，顧問團獲得了一項驚人的秘密：德國已經著手研製一種可達到美國紐約的3000英里射程的火箭。德國人的火箭、飛彈計畫遠遠走在美國的前面。
通過這次調查，馮·卡門摸清了德國火箭技術的水平，返回美國後，先寫出一份《我們在何處》的考察報告，對比了美、德兩國在戰爭期問的科技發展，並指出美國已有可能研製射程達9600公里的飛彈。接著，馮·卡門又拿出了名為《通向新地平線》的第二份報告。該報告包括25位作者的32份分報告，主題涉及從空氣動力、飛機設計到炸藥、末端彈道等。《通向新地平線》報告的主要觀點是“科學是掌握制空權的基礎”。報告強調，要成為航空大國，沒有一勞永逸的解決辦法，只有不斷地加強研究和發展，才能確保國家安全。
1963年2月18日上午，為了表彰馮·卡門對科學、技術和教育事業的傑出貢獻，甘迺迪總統授予他美國第一枚科學勳章。按計畫，甘迺迪總統要親自給馮·卡門頒發勳章。當總統及其隨從一到，來自世界各地的友人就向授勳地點涌去。當時的馮·卡門已有82歲，並患有嚴重的關節炎，當他氣喘吁吁地登上領獎台的最後一級台階時，踉蹌了一下，差一點摔倒在地上。給他頒獎的甘迺迪總統忙跑過去扶住了他。馮·卡門對甘迺迪總統說：“謝謝總統先生，物體下跌時並不需要助推力，只有上升時才需要……”授勳之後僅僅過了兩個多月，馮·卡門就在亞琛病逝了。
智慧人生
馮·卡門是20世紀最偉大的科學家之一。他在一生艱苦研究的基礎上，對航空航天技術的發展有過很多重要的預見，後來都一一成為現實，例如超聲速飛行、火箭、遠程飛彈、全天候飛行、衛星等。
宇航分類
太空工業
太空工業(Space Industry)開發和利用太空資源的生產部門。大致分為三類。1．信息，包括氣象、地球資源、海洋觀測、通信、導航定位、遙控技術等。2．材料，包括對地面材料進行零重力處理；對月球、火星及其他天體資源進行開採、冶煉、加工，然後供空間和地面使用。3．能量，建立太陽能發電站，把太陽能通過微波、雷射等輸送到地球上。另外，還可以在空間處理或儲存核廢物。一旦太空工業發展起來，其增長速度將呈指數上升，即在太空建立自複製工廠，當第一次複製完成後，能使原有的太空工業總能力翻一翻，具有很大的投資收益。太空工業是從全新的資源中創造全新的、地球上不能生產的產品，如優質大型單晶體、高強度晶體、複合材料、泡沫金屬、高純度生物和藥物製品等。太空將成為採礦、冶金、化工、材料製造等工業部門的新基地。美國預計，在21世紀太空工業將成為工業部門中年收入增長最快的部門之一，到2000年其空間工業的總收入每年可達數百億美元。
空間工業化
空間工業化(Space Industrialization)人類在空間進行大規模、多種類的工業生產和其他經濟、科研等活動。活動分為四類：採掘業為第一類(初級)活動，加工業為第二類活動，服務業(包括運輸、通信、金融等)為第三類活動，科研、體育、教育等為第四類活動。最初的太空活動的主要目的是科學研究．屬於第四類活動。60年代開始，將空間技術用於氣象觀測、通信衛星等第三類活動，其經濟效益日益明顯。隨著空間開採、加工、建築等第一、二類活動的開展，空間將走向工業化。空間工業化在經濟上可以解決地球上的一些難題，如解決能源短缺、自然資源減少、環境惡化等，從而產生極大的經濟效益。美國預測，到2010年，空間工業將為美國提供380萬個新就業機會，3—12%的美國勞動力將在空間工業化創造的崗位上就業，產生400億美元的稅收。在政治、軍事方面，空間工業化將極大地提高一個國家的綜合國力。另外，它還能滿足人類日益提高的生活要求，如太空居住、太空旅行等。目前，除美、俄、歐、日等航天技術已開發國家積極開展太空工業化活動外，一些第三世界國家，如中國、巴西、印度也在參與這項活動。到2l世紀空間工業化活動將更大規模開展。
太空科學
太空科學(Space Science)亦稱空間科學。有廣義與狹義之分，廣義的太空科學系指一切涉及太空的科學，包括太空技術科學、太空套用科學和太空基礎科學；狹義的太空科學主要指利用太空飛行器研究宇宙空間的物理、天文、化學和生命等自然現象及其規律的科學。其主要內容包括：太空物理學、太空天文學、太空化學、太空地質學和空間生命科學。太空科學的發展使人類對地球周圍環境及變化規律和機制有更加深入和全面的了解，對探索宇宙、生命的起源、演化等一些科學的基本問題提供幫助。同時，也將不斷促進太空套用技術的更快發展，開拓新的套用領域。
太空企業
太空企業(Space Enterprise)從事與太空活動有關的生產、流通、服務性活動的獨立核算經濟單位。目前有四種：衛星通信企業、航天運輸企業、遙感企業、微重力材料加工企業。到21世紀太空企業將包括三類：1．在地球上從事保障性活動的企業，包括經營太空飛行器的發射、發射場地商業服務及軌道服務(如維修、通信、跟蹤等)的企業，以及為未來太空教學、旅行、科研提供地面保障的企業。2．市場在地球上的企業，如衛星通信，主要是將電子郵件、電視廣播等電子信息從地球的一個點傳到另一點；為汽車、艦船、飛機提供導航、碰撞警告、緊急定位等信息；為地面上研究人員、企業領導人與空中的，實驗室和工廠進行聯繫。衛星遙感企業則對遙感資料進行管理、處理、銷售和發行。3．市場在太空的企業，這種企業將是在地球之外建立起自給自足的經濟，其工業或農業產品不依靠地球供應，生產、流通主要在太空進行。太空企業是太空開發活動和航天技術不斷發展、完善的產物。在現階段，由於太空活動風險大、耗資多、周期長，建立太空企業主要由國家進行。隨著太空工業化的展開和空間活動成本的降低。以及一些國家推行鼓勵、扶持私人企業參加航天活動的政策，太空企業將得到廣泛的發展。
宇航設施
太空實驗室
太空實驗室(Spacelab)人類在太空或以太空為基地建立的用於科學實驗的飛行器或永久性基地。目前這類實驗室都是半永久性的，如前蘇聯的“禮炮”號空間站、“和平”號空間站、美國的“天空實驗室”和歐洲的“太空實驗室”。它們一般容納4 6人，太空人在太空工作時間不到一年。主要進行天體物理、航天醫學、生物學、天文學、材料科學、工藝科學和生命科學方面的實驗(如：太陽觀測、地面觀測、金屬冶煉等)。今後人類還將發展可容納10人，居住1年的太空實驗室。至於建造容納50人並可住10年以上的太空實驗室以及在月球和其他星球上建立永久性的太空實驗室，則是未來的事。
太空基地
太空基地(Space Base)人類在太空建立的活動中心。主要包括空間站、太空港、月球基地、火星基地。它的發展大致要經過以下幾個階段：近地空間站一遠地空間站一近地初級太空港一近地全能太空港一月球軌道太空港一初級月球基地一全能月球基地一火星基地。這些基地的作用各不相同，空間站用作科學實驗、觀測、通信；太空港用作太空運輸的中轉站，用於供來往飛船的停留、補給、維修和發射；永久性月球基地用於建立工廠、醫院、學校，以及作為開發其他星球的踏板。美國計畫將在90年代發展空間站，90年代後期建立初級太空港，20lO年建立全能太空港，21世紀20年代建立月球基地，30年代建立火星基地。參見：空間站、太空實驗室、月球基地。
太空港
空間客貨運輸的轉運站，到21世紀，近地太空港、月球太空港和火星太空港將建成，並形成一個完整的航天運輸網路。屆時將有巡天飛船常年巡迴飛行，又有轉運飛船像駁船一樣在太空港與巡天飛船之間接送貨物和人員。太空港根據任務的需要由若干個艙體組合而成。它的主要作用是：1．將成為轉運飛船和在軌機動飛行器存放、補充燃料、修理、供應、維護和發射的基地。2．將是來往乘員和設備的交通樞紐站。3．為太空科學研究和開發利用月球、火星資源提供永久性基地。太空港建成，將使人類超越地球的空間和資源限制，開拓天疆，在科學和經濟上具有不可估量的價值。目前，主要有美國在計畫研究建立太空港。
空間站
又稱太空站、航天站、軌道站。繞地球運行的載人或接受太空人巡訪的大型組件式太空飛行器。通常包括對接艙、氣閘艙、軌道艙、生活艙、服務艙、專用設備艙及太陽能電池翼等部分，裝有完善的通訊、計算、數據處理及生活設備。用途：1．作為探索、開發諸如月球和其他行星的前哨基地；2．作為利用太空的特殊環境進行天文觀測，大地測量和勘測地球資源的場所；3．作為開展醫學、生物學研究和發展新工藝、新技術的場所：4．作為軍事偵察和試驗、發射航天武器或太空飛行器的基地；5．作為人們在空間長期居住、開展航天活動和開發太空資源的場所。世界上第一個空間站是前蘇聯於1971年4月19日發射的“禮炮一l號”。1986年2月20日，它又發射了擁有6個對接艙的“和平號”空間站。美國於1973年5月14日發射了“太空實驗室”*，它於1979年7月墜毀。此後，美國再沒有發射空間站。歐洲航天局的“空間實驗室”是1983年11月由美國“哥倫比亞”號太空梭送上太空的。到1992年初，發射成功的空間站共有10個。
月球基地
太空基地’的一種，人類在月球上建立的從事科研、生產、生活及其他太空活動的中心。建立的目的：1．利用太空環境研究月球、地球的起源和演變；2．在微生物遺傳工程、封閉環境下生命保障系統及大尺度人造生物圈等方面進行試驗和研製；3．開發和利用月球資源，開辦月球企業，發展太空工業；4．為人們進行太空旅遊和其他商業活動提供場所。美國計畫從90年代起，分兩步建造月球基地。第一步用20年時間建立月球前口肖站，第二步再用lo年左右的時間將前哨站升級，使之成為永久住人的月球基地。參見：中國地月空間計畫。
太空城市
太空城市隨著宇航技術的發展，為人類在太空中生存提供了光明的前景。因此，不少城市建築學家和生物學家認為，藉助於航天技術，可以在太空中建立起一個人類新的生活環境，這就是太空城市。根據這一構想，太空城市不僅能夠使人類避兔在地球上的各種污染所帶來的危害，而且可以創造更適合人類生存的理想的環境。
太空農場
太空農場（Space Farm），學名受控生態生保系統（Controlled Ecological Life Support System, CELSS），就是在太空依靠繁殖綠色植物（蔬菜、藻類等）就地解決航天員所需的食物、氧氣和水等最基本物資的供應問題，是實現未來長期載人星際旅行、移民的關鍵技術和難題之一。美國在未來航天計畫中將“植物在密封太空艙內進行長期實驗”列為重點研究項目。為了實現2018年重返月球和2033年載人登入火星的宏偉計畫，由詹森航天中心牽頭，NASA其它三個研究中心、部分軍工企業、科研院所、大學以及研究中心等單位共同協作，目前使其太空農場進展得如火如荼。
太空採礦列印
不僅僅是為了星際航行才需要跨越宇宙空問。即使是頑同的太空航行反對者也承認，鑒於我們地球日益枯竭的原料儲量，也必須採取一切措施尋找替代物。
麻薩諸塞理工學院的天體物理學家托馬斯·B·麥克寇德解釋道： “太空採礦是可能的。鐵、鎳和其他金屬可以在小行星上開採，然後運到地球上。在這方面沒有什麼解決不了的技術難題。”
據計算，每年從小行星上可獲取價值1．4億美元的金屬。通過望遠鏡和光譜研究，人們早已知道，處在火星和木星間小行星帶中有幾顆小行星其主要是鐵和其他金屬組成的。
礦工必須在可以開採的小行星上安紮下來。他們用太陽能把金屬融化鑄成塊狀，再用飛船取走。一個立方公里體積的小行星物質可以滿足地球上15年的鐵消耗量，1250年的鎳消耗量。太空開採是通往烏托邦的想像之旅?我不這么認為。工業領域總是按需批量生產。太空服的生產完全可以實現流水操作。太空先行者都能穿上合體的工作服。按照尺寸給每位太空人定做太空服的日子一去不復返了。即使電視裡的飛船“事業號”也不再是想像之物：20世紀70年代，美國總統傑拉爾德·福特曾經決定將一架20世紀80年代在衛星站和地球之間往返的可以重複使用的宇航飛機命名為“事業號”。
而對於小行星開發，如果 Planetary Resources 公司的小行星採礦計畫或者 NASA 提出的小行星開發戰略能夠順利實施的話， 3D 列印工廠也有可能以小行星為原料地進行生產，從而形成一條完整的太空產業鏈。
宇航輔助條件
宇航機器人
宇航計畫者早就採用機器人了!他們知道，嵌入式技術的機器人可以成為艙內最重要的成員：它們比幾個太空人加起來的體重都要輕，強大的知識儲存量；這位可靠的技術陪同人員不會生病，如果它間或感覺不舒服，自己會迅速地找到原因並加以解決；它不吃東西，也沒有排泄物。
一個新的“太空人”有望被載入花名冊，它將協助人類首次登入火星。據英國《每日郵報》8月16日報導，美國國家航空航天局(NASA)正在招募團隊研發人形機器人，以協助太空人進行火星任務。
NASA正在募集團隊研發一款R5機器人，其將作為太空人的助手，幫助太空人在太空執行一系列任務，甚至是營救太空人的生命。為了該項目，NASA正在舉辦一場名為“太空機器人技術挑戰賽”(SpaceRobotics Challenge)，經費高達數百萬美元。
NASA要求參加挑戰賽的團隊在虛擬環境中編程一個R5機器人，該機器人要具備校準通訊序列、修復破損太陽能電池板以及識別和修復棲息地漏洞的能力。雖然Nasa已經在地球機器人系統中利用液壓技術研發出了這些先進技術，但是這些技術並不適用於零度以下溫度和惡劣環境的行星表面，而R5機器人使用彈力技術取代了液壓技術，解決了這些問題。
NASA百年挑戰項目經理羅曼(MonsiRoman)表示：“精確和靈巧的機器人技術對支持太空人來說是至關重要的，它能夠處理通信延遲、用於太空飛行以及在火星和其他地方執行危險和複雜的任務。此外，NASA和我們的合作夥伴都相信，公眾對此挑戰很有興趣，人們都期待看到新技術的誕生。”
每個團隊研發的R5機器人都將要面臨分析沙塵暴對火星棲息地損害後果的挑戰。該項目於本月16日開始註冊，資格賽將從9月中旬開始到11月中旬結束。此外，決賽將在12月公布，最終獲獎者將於2017年6月底在美國休斯敦太空中心宣布。
運用該挑戰產生的技術，機器人可以參加先驅任務，如選擇著陸地點，在太空人設定好棲息地前就早早達到目的地，甚至可以進行初步的科學研究。
NASA從1996年起便開始致力於太空機器人項目，目前，其已有一個機器人在國際空間站工作。專家們堅信，在未來的某一天，這些太空時代的人形機器人可以被用於人類和地球機器人無法到達的，危險或環境極端惡劣的行星。
航天推進技術
目前，人類用於航天發射的火箭主要都採用液體或者固體推進劑，也就是所謂的化學推進。但是化學推進劑的能量密度低，使得推進系統需要攜帶大量推進劑才能滿足發射需求。從整個火箭的質量來看，一般情況下火箭所攜帶的推進劑要占到總質量的90%以上，而有效載荷的質量只占1%～1.5%。這就導致現代化學推進火箭的發射成本高昂，任務準備周期長，近地軌道的入軌成本在10000美元/千克～20000美元/千克；同步軌道的入軌成本在60000美元/千克～120000美元/千克。而且隨著商業航天發射業務的劇增，對於有效載荷能力、發射成本和發射周期都有了新的要求。
同樣因為化學推進劑的能量密度低，所以化學推進火箭的噴氣速度已接近極限，比沖一般在200s～500s，必須有2級或者3級火箭持續加速才能將有效載荷送入軌道。而人類在未來構想的深空星際探測任務需要火箭的比沖達到10000s～3000000s，這將大大超過現有化學推進的性能極限，因此必須開始發展新型的航天推進技術。
推進方法
電磁加速器（離子推進器）
推進設備
可能違背物理法則的推進系統
| 方法 | 有效排氣 速度 (km/s) | 推力 (N) | 持續時間 | 最大ΔV (km/s) | 技術成熟度 (9成最高,1為最低) |
|---|---|---|---|---|---|
固態火箭 | 1 - 4 | 10- 10 | 分鐘 | ~ 7 | 9:已經過實際飛行驗證 |
混合火箭 | 1.5 - 4.2 | <0.1 - 10 | 分鐘 | > 3 | 9:已經過實際飛行驗證 |
單裝藥火箭(裝藥) | 1 - 3 | 0.1 - 100 | 毫秒-分鐘 | ~ 3 | 9:已經過實際飛行驗證 |
液態火箭 | 1 - 4.7 | 0.1 - 10 | 分鐘 | ~ 9 | 9:已經過實際飛行驗證 |
靜電離子推力器 | 15 - 210 | 10- 10 | 月/年 | > 100 | 9:已經過實際飛行驗證 |
霍爾推力器(HET) | 8 - 50 | 10- 10 | 月/年 | > 100 | 9:已經過實際飛行驗證 |
Resistojet rocket | 2 - 6 | 10- 10 | 分鐘 | ? | 8: 已經過實際飛行驗證 |
電弧噴射引擎 | 4 - 16 | 10- 10 | 分鐘 | ? | 8: 已經過實際飛行驗證 |
Field Emission Electric Propulsion(FEEP) | 100-130 | 10-10 | 月/年 | ? | 8: 已經過實際飛行驗證 |
脈衝電漿推力器(PPT) | ~ 20 | ~ 0.1 | ~2,000-10,000 小時 | ? | 7:原形於太空中經過試驗 |
雙模式推進火箭 | 1 - 4.7 | 0.1 - 10 | 毫秒-分鐘 | ~ 3 - 9 | 7: 原形於太空中經過試驗 |
300,000:Light 145-750:Wind | 不定 | > 40 | 9:光壓高度控制系統已通過實際飛行驗證 6:僅在太空中成功展開過 5:Light-sail validated in lit vacuum | ||
三裝藥火箭 | 2.5 - 5.3 | 0.1 - 10 | 分鐘 | ~ 9 | 6:原形於太空中經過試驗 |
磁電漿動力推力器(MPD) | 20 - 100 | 100 | 星期 | ? | 6:1kW推力型於太空中經過試驗 |
核熱火箭 | 9 | 10 | 分鐘 | > ~ 20 | 6: 原形於太空中經過試驗 |
質量投射器(for propulsion) | 0 - ~30 | 10- 10 | 月 | ? | 6:32MJ推力型於太空中經過試驗 |
系留推進技術 | N/A | 1 - 10 | 分鐘 | ~ 7 | 6:31.7km型於太空中經過試驗 |
空氣放大火箭技術 | 5 - 6 | 0.1 - 10 | 秒-分鐘 | > 7? | 6: 原形於太空中經過試驗 |
液體燃料進氣引擎 | 4.5 | 10- 10 | 秒-分鐘 | ? | 6: 原形於太空中經過試驗 |
脈衝引射推進技術(PIT) | 10-80 | 20 | 月 | ? | 5:部分製品已在真空試驗環境下通過實驗 |
可變比沖磁電漿火箭(VASIMR) | 10 - 300 | 40 - 1,200 | 日 - 月 | > 100 | 5:Component-200kW 部分製品已在真空試驗環境下通過實驗 |
磁場擺動放大推進技術 | 10 - 130 | 0.1 - 1 | 日 - 月 | > 100 | 5:部分製品已在真空試驗環境下通過實驗 |
太陽熱力火箭 | 7 - 12 | 1 - 100 | 星期 | > ~ 20 | 4:只在一般實驗室進行過相關試驗 |
Radioisotope rocket | 7 - 8 | 1.3 - 1.5 | 月 | ? | 4:只在一般實驗室進行過相關試驗 |
核－電火箭(As electric prop. method used) | 可變 | 可變 | 可變 | ? | 4:Component-400kW只在實驗室進行過相關試驗 |
Orion Project(Near term nuclear pulse propulsion) | 20 - 100 | 10- 10 | 日 | ~30-60 | 3:Validated-900kg proof-of-concept |
N/A | N/A | 不定 | > 12 | 3:只在理論上證明可行 | |
Reaction Engines SABRE | 30/4.5 | 0.1 - 10 | 分鐘 | 9.4 | 3:只在理論上證明可行 |
磁化帆 | 145-750:Wind | 70/40Mg | 不定 | ? | 3:只在理論上證明可行 |
Magnetic sail#Mini-magnetospheric plasma propulsion | 200 | ~1 N/kW | 月 | ? | 3:只在理論上證明可行 |
Beam-powered/Laser(As prop. method powered by beam) | 可變 | 可變 | 可變 | ? | 3:只在理論上證明可行 |
發射環/Orbital ring | N/A | ~10 | 分鐘 | >>11-30 | 2:Technology尚處概念論證階段 |
核脈衝推進(代達羅斯計畫) | 20 - 1,000 | 10- 10 | 年 | ~15,000 | 2:Technology concept formulated |
氣芯反應堆火箭 | 10 - 20 | 10- 10 | ? | ? | 2: 概念論證階段 |
核鹽水火箭 | 100 | 10- 10 | 小時 | ? | 2: 概念論證階段 |
裂變帆 | ? | ? | ? | ? | 2: 概念論證階段 |
裂變碎片火箭 | 15,000 | ? | ? | ? | 2: 概念論證階段 |
核光子火箭 | 300,000 | 10- 1 | 年-幾十年 | ? | 2: 概念論證階段 |
聚變火箭 | 100 - 1,000 | ? | ? | ? | 2: 概念論證階段 |
反物質催化核脈衝推進 | 200 - 4,000 | ? | 日-星期 | ? | 2: 概念論證階段 |
10,000-100,000 | ? | ? | ? | 2:概念論證階段 | |
巴薩德衝壓發動機 | 2.2 - 20,000 | ? | 不定 | ~30,000 | 2:概念構想階段 |
重力電磁環發射器 | 300,000:GEM | ? | ? | <300,000 | 1:Basic principles observed & reported |
>300,000 | ? | ? | ∞ | 1:該概念相關原理剛剛被提出 |
行星和大氣發射
美國宇航計畫
開拓天疆報告(Pioneering the Space Fron—tier)，是80年代中期美國航天委員會向美國國會和總統闡述未來50年內美國民用航天發展目標的建議書。報告分為一序三章，詳細論述了美國制定航天目標的理論依據、當前及今後50年內技術基礎、開展新的航天活動的科學價值和直接經濟意義，既是美國民用航天計畫的理論基礎，也是美國向太空宣戰的宣言書。報告認為：領導考察和開發天疆的事業，是21世紀美國的開拓使命，政府應該起到關鍵性的領導作用，積極支持和探索並推動關鍵技術的開發；通過政府和國會的通力合作，煥發美國人民的精神，確立民用航天活動的新目標，以期達到站在人類的前列迎接新的挑戰，引導國家和民族的部分能量到地球以外去開拓天疆的目的。報告還分析了21世紀美國民用航天計畫所產生的社會和經濟效益，指出，新的航天汁劃帶動關鍵的科學和技術的進步可以轉化為國家未來的經濟實力和國家安全。在天疆開闢新的世界，不僅可以直接從太空企業獲得利益，還可以刺激某些新興工業的產生，其長遠的經濟意義更為巨大，對人類也會產生不可估價的影響。報告具體構想了21世紀美國民用航天計畫，從促進科學發展、考察、勘探和定居太陽系、建立太空企業等多個方面，具體而現實地闡述了發展航天事業的套用範圍和重大作用，展示了發展航天事業的．美好前景。報告對實施21世紀的航天計畫的可行性進行了探討，全面論述了太空技術的套用和發展方向，強調太空技術的重要性和國家在航天技術的開發上必須作出更大的努力。主張美國國家航天局(NASA)在研究與技術發展方面起關鍵性作用，以國家為核心繼續鼓勵發展空間商業化利用。報告提出美國發展航天事業的中期目標是把生產性工業擴展到太空，推動科學發展，保持美國技術的領先地位。並實施有效的科學計畫，強調調動政府和私營企業的積極性，制定新的國家航天政策，積極謀求國際合作和美國國會對航天計畫的支持，促進航天事業的發展。報告還估價了未來50年世界上社會、技術、經濟和政治環境變化對美國的影響、美國經濟發展的前景以及開拓天疆的步驟與費用，肯定開拓天疆的計畫與美國的經濟實力相適應，強調美國積極地領導開拓天疆事業將是一個驚人之舉。美國在里根政府和布希政府期間實施的有關民用太空計畫均是按照報告提出的基本構想制訂的。
