航空指飛行器在地球大氣層內的航行活動，航天指飛行器在大氣層外宇宙空間的航行活動。航空航天大大改變了交通運輸的結構。
基本介紹
- 中文名：航空航天
- 貢獻：大大改變了交通運輸的結構
- 對象：國民經濟的眾多部門
- 成果：集中了科學技術的眾多新成就
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歷史
人類在征服大自然的漫長歲月中，早就產生了翱翔天空、遨遊宇宙的願望。在生產力和科學技術水平都很低下的時代，這種願望只能停留在幻想的階段。雖然人類很早就做過種種飛行的探索和嘗試，但實現這一願望還是從18世紀的熱空氣氣球升空開始的。
自從20世紀初第一架帶動力的、可操縱的飛機完成了短暫的飛行之後，人類在大氣層中飛行的古老夢想才真正成為現實。經過許多傑出人物的艱苦努力，航空科學技術得到迅速發展，飛機性能不斷提高。人類逐漸取得了在大氣層內活動的自由，也增強了飛出大氣層的信心。
到了50年代中期，在火箭、電子、自動控制等科學技術有了顯著進展的基礎上，第一顆人造地球衛星發射成功，開創了人類航天開始成為人類活動的新疆域。
航空航天事業的發展是20世紀科學技術飛躍進步，社會生產突飛猛進的結果。航空航天的成果集中了科學技術的眾多新成就。迄今為止的航空航天活動，雖然還只是人類離開地球這個搖籃的最初幾步，但它的作用已遠遠超出科學技術領域，對政治、經濟、軍事以至人類社會生活都產生了廣泛而深遠的影響。
重大貢獻
航空航天的發展雖然與軍事套用密切相關，但更為重要的是人類在這個領域所取得的巨大進展，對國民經濟的眾多部門和社會生活的許多方面都產生了重大影響，改變了世界的面貌。
航空的發展大大改變了交通運輸的結構，飛機為人們提供了一種快速、方便、經濟、安全、舒適的運輸手段,國際航班已經代替了遠洋客輪,成為人們洲際往來的主要工具，密切了世界各國的交往。國內航班在一些國家更多地代替了鐵路客運，加快了邊遠地區的開發。
大型噴氣式客機和通信衛星被認為是信息社會的兩個重要支柱。在工業方面，飛機還廣泛用於空中攝影、大地測繪、地質勘探和資源調查；在農業方面，飛機用於播種施肥、除草滅蟲、森林防火以及環境保護。這一切對傳統生產方式的變革產生了深遠的影響。
航天技術與其他科學技術相結合開創了許多新的技術途徑，它們直接服務於國民經濟的眾多部門，產生了巨大的經濟和社會效益。衛星通信具有通信距離遠、容量大、質量好、可靠性高、靈活機動等優點，已成為現代通信的重要手段。80年代初期，國際衛星通信網已承擔三分之二的洲際電信業務和幾乎全部洲際電視傳輸業務。衛星廣播可以對廣大地區的公眾直接進行電視廣播，使電視廣播技術發生根本性的變革。衛星通信能夠把分散的電子計算機設備連成全國或國際的信息網路，大大發揮計算機系統的效用。衛星通信和衛星廣播對幅員遼闊、經濟比較落後的國家是最經濟、最有效的通信和廣播手段。衛星導航引起了導航技術的重大變化，實現了全天候、全球、高精度導航定位，套用於艦船導航、海洋調查、海上石油鑽探、 大地測繪、 搜尋營救等方面。氣象衛星提供的雲圖和其他氣象觀測資料對於提高氣象預報的精度，特別是對颱風等災害性天氣預報有很重要的作用，給國民經濟許多部門帶來很大好處。地球資源衛星是普查地球資源的最迅速、最有效、最經濟的工具，可套用於調查地下礦藏、海洋資源、水利資源，協助管理農、林、牧、漁業，監視自然災害和環境污染等方面。一顆地球資源衛星每年獲得的收益約為衛星研製和發射費用的十幾倍。
航空技術和航天技術不僅給國民經濟各部門帶來直接經濟效益，而且通過新技術、新產品、新材料、新工藝以及新的管理方法向國民經濟各部門推廣和轉移，帶來了十分可觀的間接經濟效益。
航空航天為科學研究的發展作出了重要貢獻。在很長時間內，人類對自然界的認識全部來自在地球表面進行的生產活動和科學研究。航空技術為人類提供了從空中觀察自然界的條件。氣球是最早進行對地觀測、大氣探測的空中運載工具。飛機可以在上萬米的高空對地球進行大面積觀測。航天揭開了從太空觀測、研究地球和整個宇宙的新時代。人造地球衛星剛一上天就發現了地球輻射帶。接著，各種科學衛星和空間探測器發現了地球磁層、 地冕、 太陽風，基本上了解了它們的結構及其相互影響，測量了太陽系大多數行星的大氣參數、表面結構和化學成分;在宇宙中發現了大量的X射線，γ射線和紅外天體，發現了極高能量的粒子以及可能是“黑洞”的天體。載人航天實現了人在太空的天文觀測，並且送人登上了月球，進行實地考察。通過航天活動獲得的有關地球空間、行星際空間、太陽系和遙遠宇宙天體的極其豐富的信息,大大更新了人類對於地球空間、太陽系和整個宇宙的認識，推動了天文學、空間物理學、高能物理學、生物學的發展，形成了一些新的學科分支。裝有各種遙感器的太空飛行器已經成為觀測和監視地球物理環境的有效工具。衛星氣象觀測、衛星海洋觀測、衛星資源勘測等新技術推動了氣象學、海洋學、水文學、地質學、地理學、測繪學的發展，產生了衛星氣象學、衛星海洋學、衛星測繪學等一系列新的學科分支。載人太空飛行器為人類創造了一個具有眾多特殊環境條件（極高真空、微重力、超低溫、強太陽輻射）的天然實驗室，可藉以開展物理、化學、生物、醫學、新材料、新工藝等綜合研究工作。例如，在微重力條件下，可以研製和生產高純度大單晶、超純度金屬和超導合金以及特種生物藥品等。
國外
據澎湃新聞9月16日報導，2016年8月26日，美國《航空周刊與空間技術》選出了下一任美國總統必須關注的九大航空航天技術領域，指出美國在這9個領域的技術必須領先於各個競爭者，並確保航空飛行仍是經濟上可承受且又能獲利的，工業界能繼續贏得出口並創造工作崗位。那么，這9個航空航天技術領域分別是什麼呢？
一是高超聲速（Hypersonics）。隱身已經使美國領先於其同等對手，而速度將使美國繼續保持領先地位。美國已在高超聲速領域花費了數十億美元，但卻讓中國和俄羅斯追上來了。因此，美國將啟動作戰型吸氣式高超聲速飛彈發展，並以一個穩健的後續規劃，發展可重複使用的高超聲速（速度馬赫數5+）情監偵與打擊飛機所需的技術。
二是自主性（Autonomy）。自主性事關人類在所有領域的能力的提升，從空域管理到空中主宰，航空會變得更加安全、經濟上更為可承受，並且支撐新的使命和市場需求。
由下圖可見，美國空軍計畫在2020年實現機器輔助的作戰行動，壓縮殺傷鏈時間，實現防禦性系統管理員自主識別威脅並給出行動建議，情報分析系統融合情報數據並向人類分析員提示威脅。2030年後，將實現對平台作戰行動的最佳化，確保其可在“反介入/區域拒止”環境中連續執行任務。
三是連通性（Connectivity）。無論是在商業領域還是戰爭領域，任何有關有人和無人系統一起無縫工作的願景，都需要可以與其他海量用戶安全、保密和高效分享頻譜的網路。但是頻譜是有限且寶貴的資源，而且美國的競爭對手們也可競爭並利用。因此，美國認為需要開發諸如雷射通信或太赫茲等新頻譜的技術，以及能夠動態地分享空中波譜的技術。
美軍正在實施多個與連通性相關的科研項目，其重點是在對抗環境下實現組網通信及高速通信。以美國國防部國防高級研究計畫局（DARPA）的“100G”項目為例，它旨在利用對毫米波信號的高階調製和空間復用實現100吉比特每秒的傳輸速率。
四是推進（Propulsion）。對渦輪發動機技術持續的投資已使美國保持對競爭對手們的領先，新的高燃料效率商用渦扇發動機正在投入使用，而軍用的通用自適應循環發動機正在發展之中。但是，民用發動機還需要更高的效率。軍用動力裝置也需要更好的經濟可承受性和更強的能力。發動機為飛機賦能，但是它的技術發展需要數十年，因此要保持投資。
美國已實施了兩個國家級推進技術計畫。第一個是1987年啟動的“綜合高性能渦輪發動機技術”（IHPTET）計畫，其目標是將推重比提升一倍，其成果支撐了F-22戰鬥機的F119和F-35戰鬥機的F135發動機。第二個是2005年啟動的“通用經濟可承受先進渦輪發動機”（VAATE）計畫，計畫將發動機的經濟可承受性提高10倍，將大型渦扇/渦噴發動機的推重比提高100%，燃料消耗降低25%，發動機的發展、採購和壽命周期維護費用降低60%，並計畫在2019年完成。
上圖為美國空軍研究實驗室對VAATE計畫的簡要說明，下圖為該實驗室準備在美國航空航天局（NASA）推進系統實驗室的高空台上，利用一台F110渦扇發動機進行強行抽取兆瓦級功率的試驗
現在，美國國防部正在制定第三個國家級推進技術計畫——“支撐經濟可承受及任務能力的先進渦輪發動機技術”（ATTAM）計畫，該計畫的制定工作由美國空軍研究實驗室（AFRL）牽頭，已進行了一年時間，將首次包括徹底集成動力與熱管理系統的內容，最早將在2017年啟動。
五是高效率（Efficiency）。為了降低油耗或排放，航空運輸領域對提升效率的要求不會減少，對發動機而言將是“沒有最好，只有更好”。美國航空航天局（NASA）會繼續投入資金，與工業界一起發展可使美國保持領先的X飛機。
洛馬公司在AFRL的“高能量效率的革命性布局”（RCEE）項目中發展了“混合翼身”（HWB）布局的戰略運輸機。按照該公司的設計，該機除採用具有很高空氣動力效率的布局之外，還擬配裝超高涵道比渦扇發動機，可運載美國空軍當前使用C-5戰略運輸機才能運送的超大型貨物，並且耗油率比C-17戰略戰術運輸機可降低多達70%。
美國洛馬公司“混合翼身”（HWB）布局戰略運輸機想像圖（上圖）及該機採用空中加油配置、利用翼下吊艙實現雙點伸縮套管（硬式）加油的想像圖（下圖）
2016年2月，該布局4%的縮比模型在美國航空航天局蘭利研究中心的國家跨聲速風洞中進行了風洞試驗。按計畫，2016年秋季，該公司將完成有人駕駛的HWB演示驗證機的研究與分析工作。RCEE項目將在2017年結束，但美國航空航天局已將HWB布局驗證機與波音公司的“翼身融合體”（BWB）布局驗證機視為其下一個X飛機的競爭方案
六是材料（Materials）。先進制造技術並不僅止於3D列印。從鋁到鈦，再到碳纖維，新材料已經點燃了航空航天領域革命的火種。美國希望領導下一場革命，不管它是源自由納米增強的複合材料、在原子尺度裝配的新合金、生物工程學材料還是生物啟發的結構。通過推進計算和建模來支撐更快的新材料認證也是關鍵。
DARPA正在實施“從原子到產品”（A2P）項目，其目標是開發裝配尺寸接近原子的納米級工件的技術和工藝，裝配形成至少毫米級尺寸的系統、零件或材料。DARPA認為，許多常見材料在納米級製造時會展示出獨特和很不尋常物理性能，這些原子級性能具有重要的國防套用潛能，包括量子化的電流－電壓特性、極大降低熔點並具有極高的比熱。現在面臨的挑戰是，如何在較大尺寸的產品級（一般幾厘米）器件和系統上保持這種原子級材料的特性。
A2P項目重點關注裝配，其次是納米級獨特性的開發。通過A2P項目形成的系統、零件或材料將通過納米級裝配實現獨特的材料性能、小型化、3D結構和異質（材料和幾何形狀）
七是定向能（Directed Energy）。精確制導武器曾在冷戰時期賦予美國抵消蘇聯數量優勢的能力，並使美軍能夠在反恐戰爭中實施外科手術式的打擊。但是，它們已變成了普遍事物。現在，在美國看來，其潛在對手不僅數量龐大，而且裝備精良。美國需要定向能武器的精確性和近乎無限的“儲彈量”，這種武器正在走出實驗室，進行作戰評估和早期部署。
目前，美國的彈載高功率微波戰鬥部技術和戰術飛機機載雷射武器技術正在取得突破。以下面的兩張圖為例，上圖為2012年10月，採用高功率微波戰鬥部的AGM-86C空射巡航飛彈正在被裝入B-52H轟炸機內埋彈艙中的“通用戰略武器旋轉發射裝置”。下圖為DARPA的“高能液體雷射區域防禦系統”（HELLADS）項目成果配裝轟炸機和戰鬥機，用於攔截飛彈的想像圖。HELLADS發射功率為150千瓦，目標質量為758千克，功率密度達到5千克/千瓦的極高水平。該樣機已從2015年夏季開始在新墨西哥州的白沙飛彈試驗場進行試驗，但此後再未公布任何進展。
八是可復用性（Reusability）。美國的經濟和安全高度依賴用於通信、導航與授時、監視、廣播、氣象預報、資源監測的衛星，但建造並發射太空飛行器仍是漫長且昂貴的過程，並且在軌的衛星也是潛在的脆弱資產。美國必須推動相關技術的發展，實現以快速回響、完全可復用性的方式日常化地進入空間。
DARPA正在通過“實驗性太空飛機”（XS-1）項目發展可重複使用助推飛行器，目標是驗證可重複使用助推飛行器能夠在10天內完成10次飛行，同時將一個重900磅（約400千克）的試驗載荷送入軌道。DARPA還期望未來可以通過換裝更大型的一次性上面級來發射3000磅左右（約1400千克左右）的軌道載荷，並將這種載荷的單次發射成本控制在500萬美元（包括可重複使用助推飛行器和一次性上面級的費用）。
九是顛覆（Disruption）。在美國人看來，人類雖不能預測未來，但可以為未來做好準備。顛覆性技術和服務是一個威脅，對於現存的行業如航空是如此，對於固定的用戶們和規則制定方（如聯邦航空局和國防部）也是如此。如果美國的航空航天能力要繼續茁壯成長，就必須在企業和政府的官僚體系之間建立橋樑。
國內
在8月28日舉辦的中國航空創新創業大會上，中航工業經濟技術研究院科技情報專業特級專家、系統工程研究所總師、研究院趙群力談到了目前航空領域幾項顛覆性技術，這些技術能夠給航空業帶來飛躍性的進步。
“顛覆性技術”的概念最早於1995年在《哈弗商業評論》中提出，指能夠建立新技術和新市場的突變式技術。2016年國務院發布的“十三五”科技創新規劃中也提到要“構造先發優勢”，重視顛覆性技術的作用。趙群力表示，顛覆性技術風險高，研發周期長，但卻是航空裝備升級換代的決定性力量。
一、高超音速技術
高超音速指物體的速度超過5倍音速。高超音速飛行器採用的超音速衝壓發動機被認為是繼螺旋槳和噴氣推進之後的“第三次動力革命”。美國、俄羅斯、法國、日本、印度等國正不斷開展實驗。
2013年，美國軍方最新研發的實驗型高超音速飛機X-51A以5倍多音速的速度飛行了3分多鐘；2014年，美國國防部先進研究項目局（DARPA）啟動了“高超音速吸氣式武器概念（HAWC）”和“戰術助推滑翔系統（TBG）”這兩個項目，將於2018年或2019年進行測試。
高超音速技術將主要用於運輸、攻擊、ISR、進入空間等。預計2020年，美軍可掌握高超聲速飛彈的技術；2030年掌握有限用途和使用次數的高超聲速飛機技術；2040年掌握可多次、長時間使用高超聲速飛機技術。
二、無人機技術
這個無人機絕不是僅僅指目前網上有出售的那些遙感小型無人機，這項技術在軍事和商業領域都有很大的套用前景。
2016年6月，美國辛辛那提大學開發的“阿爾法”（ALPHA）智慧型超視距空戰系統通過了專家評估，並在空戰模擬器環境下，擊敗了有著豐富經驗的退役美國空軍上校吉恩·李。
三、變體飛機技術
變體飛機，既變形飛機，指飛行器在飛行過程中可以改變形狀，有效地實現外形的分散式連續式變形，以適應寬廣變化的飛行環境，完成各種任務使命。
2015年5月，美國柔性系統公司（FlexSys）的分散式柔性變形機翼技術取得重大進展，使用這種技術的變形襟翼在“灣流”III飛機上的偏轉角（固定設定）達到預期的30度，並成功驗證了飛行性能。
四、高速直升機技術
高速直升機是指保留直升機的飛行特徵，且巡航速度達到400至500千米每小時的直升機，運輸效率和機動性優越。目前直升機的巡航速度一般為每小時200至300千米。美國從20世紀五六十年代開始探索高速直升機，歐洲、俄羅斯也在積極推進。
最新進展中，值得關注的有西科斯基、貝爾直升機公司以及極光公司的三個方案。
上圖第一幅顯示的是西科斯基/波音的SB-1方案。該直升機最大起飛重量約為13.6噸，可在高溫、高原環境下搭載4名機組成員和12名全副武裝的士兵，最大飛行速度能夠達到250節（463千米/時）。預計將在2016年晚些時候開始總裝，2017年下半年完成首飛。
第二大方案是貝爾直升機公司V-280方案（上圖），採用傾轉旋翼設計，設計速度達280節，航程800海里，可乘坐4名機組人員及14名武裝人員，有效載荷為12000磅，計畫2017年首飛。
極光公司的“雷擊”方案（上圖），設計的持續飛行速度達到556-741千米/小時，懸停效率不低於75%；巡航狀態升阻比不低於10，有用載重（燃油和有效載荷）不低於總重的40%，有效載荷不低於總重的12.5%。
五、偽衛星技術
偽衛星技術可以使對位置測算的精確度更高，負責實時接收GPS信號並測出偽距誤差，把誤差數據提供給本地用戶，用戶則以此更正自己測得的偽距，使計算出的位置精度更高。
目前的方案包括英國“西風”太陽能無人機，巡航高度為7萬英尺（21336米），續航時間可達3月，可攜帶有效載荷5公斤。據說英國國防部已經訂購了兩架，計畫2016年首飛。
美國的“禿鷹”太陽能無人機概念方案中，無人機能攜帶1000磅、5千瓦的載荷，最長可以在空中連續工作5年，但由於技術難度太大，項目已經終止。
六、空基發射太空飛行器技術
1990年代，軌道科學公司就改裝了洛克希德公司（現洛克希德·馬丁公司）研製的三發動機寬體噴氣式客機L-1011，來發射“飛馬座”火箭，其近地軌道運載能力443kg，成功發射過幾十次。
2002年，DARPA啟動“空中發射輔助太空進入（ALASA）”項目，目標是在24小時內將100磅衛星發射進入地球低衛星軌道，而且每次發射成本不超過100萬美元。
七、分散式電推進技術
分散式混合電推進系統，是指通過傳統燃氣渦輪發動機為分布在機翼和機身的多個電機/風扇提供電力，並由電機驅動風扇提供絕大多數或全部的推力的新型推進系統。
這項技術的最大優勢是能極大地降低推進系統燃油消耗量和各種排放，並且減少噪聲，對商用或軍用飛機都有套用價值。歐洲、美國政府都將分散式混合電推進系統視為潛力技術，在2030年後投入使用。
NASA的X-57分散式電推進技術驗證機將在2017年首飛。空客已經開始研究基於分散式混合電推進系統的翼身融合飛機方案。
八、機載雷射武器技術
1990年代，美國空軍啟動了基於氧碘雷射器的ABL和ATL機載雷射武器研究計畫，用於戰區彈道飛彈助推段防禦及其他戰術目標防禦，具有反衛星能力。2010年，由於試驗未達到預期目標，以及使用維護上的諸多困難，空軍停止了這項計畫。儘管如此，美國在目標搜尋與跟蹤、雷射大氣傳輸補償、抖動控制和高能雷射束管理等方面取得了重要進展。
九、計算材料技術
材料對航空設備的更新與完善至關重要。計算材料技術的主要用途是，可以通過理論模型和計算，預測或設計材料結構與性能，從而大幅提高新材料的研發效率，並且可以按照特定的要求設計出滿足工程需要的特種材料和超材料。
其關鍵技術是材料建模技術、材料仿真技術、材料資料庫。2011年，歐巴馬政府曾正式決定進行材料基因組計畫，目標是將新材料的研發周期縮短一半。
美國奎斯泰克（Questek）公司已經使用計算材料技術開發新型材料。2014年，該公司開發出多種高性能結構鋼且在飛機上得到套用。
