[科普中國(guó)]-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(chēng)，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(kāi)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(niǎo)類(lèi)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(guó)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(guò)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(guó)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(guó)男爵喬治·凱利爵士畫(huà)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(guó)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(kāi)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(guó)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(guó)人羅伯特·戈達(dá)德成功開(kāi)發(fā)、制造并飛行了第一枚液體推進(jìn)劑火箭。1938年，美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(guó)都通過(guò)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(wèn)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(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)航天的新紀(jì)元。隨后，美國(guó)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(guó)、日本、中國(guó)、英國(guó)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(lèi)開(kāi)始了更廣泛的太空探測(cè)。

從1959年開(kāi)始，蘇聯(lián)和美國(guó)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(guó)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(yáng)系內(nèi)行星的探測(cè)是從20世紀(jì)60年代初期開(kāi)始的，蘇聯(lián)和美國(guó)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(guó)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(yáng)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(guó)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(zhuān)業(yè)分類(lèi)航空航天工程是工學(xué)學(xué)科，本科專(zhuān)業(yè)，隸屬航空航天類(lèi)，專(zhuān)業(yè)代碼是082001。6

|| || 0820：航空航天類(lèi)

主要課程不同院校開(kāi)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(yǔ)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(zhuān)業(yè)畢業(yè)生主要在航空航天類(lèi)企業(yè)就業(yè)，從事工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)開(kāi)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(kāi)設(shè)學(xué)校開(kāi)設(shè)航空航天工程專(zhuān)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(guó)防科技大學(xué)12、南京航空航天大學(xué)13、沈陽(yáng)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(guó)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)