原创 OREO 力学科普

在探索天空和宇宙的历程中，“航空”与“航天”是两个经常被提及的术语。虽然在日常语境中它们有时被交替使用，但实际上它们指的是两个不同的领域。今天，让我们一起来揭秘这两个领域的奥秘，了解它们的界线、由来以及区别。

航空

航天

大气层的划分

在了解“航空”与“航天”的区别之前，我们先来了解一下大气层。科学家一般把大气层分为五层：对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。

对流层是大气层最靠近地面和密度最高的一层，我们所熟知的自然现象——云、雨、雾、雪都发生在对流层内。对流层顶向上延伸约50千米的区域为平流层。平流层的温度呈现上热下冷的特点，因此垂直方向上的运动较弱，这就导致平流层气流平稳，主要以水平方向流动，几乎没有上下对流，目前大型客机大多在平流层飞行。

平流层上方的区域为中间层，中间层大致延伸至90千米高度。在中间层里，温度的变化主要受氧分子和二氧化碳的影响，二者的平衡决定了中间层的温度。中间层顶往上是热层，热层大致延伸至600千米高度。国际空间站和天宫空间站都位于热层中，短程弹道导弹和部分中程弹道导弹也会穿过热层。热层以上至2000-3000千米为外逸层。外逸层顶就可以被认为是整个大气层的上边界了。

“航空”与“航天”的界线——卡门线

20世纪30年代，匈牙利裔美国工程师和物理学家西奥多·冯·卡门通过计算提出，在约38千米高度处，空气动力升力足以承载飞行器98%的重量；然而到90千米高度时，也就是热层的底附近位置，由于空气过于稀薄，不再能提供足够的空气动力升力，飞行器只能依靠离心力支撑重量了。

钱学森（左）和其老师冯·卡门（右）

此后，有人提议将这个高度作为航空与航天的界线，并得到了国际航空联合会FAI的认可。从此“卡门线”便成为了广泛使用的空天分界线。考虑到卡门的计算结果会由于时间、地点等因素而产生微小的变化，并为了在实际中方便使用，最终将“卡门线”定在距地面100千米高度处。

“航空”与“航天”的区别

01飞行环境不同

所有航空器均在稠密大气层中进行飞行，其工作高度相对有限。现代飞机的最大飞行高度通常不超过地面30千米。即使未来飞机能够提高飞行高度，仍无法摆脱稠密大气层的限制。相对而言，航天器在冲出稠密大气层后，需要在近似真空的宇宙空间中按照自然天体的运动规律运行，其运行轨道的近地点高度应至少为100千米以上。对于正在运行的航天器，还需对其在太空飞行环境中的表现进行深入研究。

02动力装置不同

航空器都是用吸气发动机提供推力，吸收空气中的氧气作氧化剂，本身只携带燃烧剂；航天器它的发射和运行都是运用火箭发动机提供推力，既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作，而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。

飞机发动机

火箭发动机

吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用，而发射航天器的运载火箭目前较多是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次，它的轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次，但是和航空器使用的吸气发动机比较起来，使用次数仍然是很少的。

03飞行速度不同

现代飞机最快速度也就是音速的三倍多，且是军用飞机。至于目前正在使用的客机，都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地，都是以非常高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器，其速度是音速的22倍。所有航天器正常运行时都处于失重状态，若长期载人会使人产生失重生理效应，并影响健康。正因如此，航天员与飞机驾驶员比较起来，其选拔和训练要严格得多。一般人买票即可坐飞机，而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。

各国空天飞机概念图

航空和航天虽然在名称上相似，但它们在很多方面却存在着区别。但是随着技术的进步，两者之间的界限可能会逐渐模糊，例如，空天飞机的概念就是将航空和航天技术结合起来，实现在大气层内外都能飞行的愿景。然而，目前来说，了解和区分这两个领域对于我们认识人类的飞行历史和未来探索至关重要。

文章来源力学科普

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