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航天科普

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航空航天基本知识

更新日期:2013-7-3来源:上海航宇科普中心

  我们知道,人类的家园是地球,而地球的外面覆盖着一层大气,如果没有水和大气以及适宜的温度和环境,生物是很难生存的。

  通常,在人们的眼中,“天”很高,要想冲出厚厚的大气层,进入太空非常非常困难。其实,与地球相比,大气层是很稀薄的。

  人们知道,地球的直径大约为12700千米,而大气层的厚度只有100 -800千米。如果将地球比作一个苹果的话,那么,我们可以把大气层看成是苹果的皮,可这层“苹果皮”本身却是变化多端的。

  比如最贴近地球表面的一层,叫作对流层,其高度从海平面起一直到大约11000止,其顶界是随纬度、季节等情况而变化的,在赤道地区为17000,在中纬度地区(如北京、天津地区)为11000,在地球两极地区则为7000-8000

  对流层的主要特点是,空气温度随着高度的增加而降低,因而又称为变温层,平均而言高度每上升1000,气温约下降6.5。与此同时,气压也随高度的增加而降低。由于地球引力的作用,在 5500的高度范围内,包含了大气总量的一半,而整个对流层,大约占了全部大气质量的四分之三。

  由于几乎所有的水蒸气都集中在这一层大气内,再加上大量的微粒,因而,这里也是风云变幻最为剧烈的一层。从大约11000的高度起,直到30500左右,其大气温度基本不变,平均保持在-56.5上下,因此被称为同温层(实际情况是:在25000以下,气温随高度的升高而上升。在同温层顶,气温约升至-43-33)。同温层的气温之所以具有这样的特点,是因为该层大气离地球表面较远,受地面温度的影响较小,并且其顶部存在着臭氧,能够直接吸收太阳的辐射热等。

  同温层所包含的空气质量大约占整个大气的四分之一弱。在这一层大气内,没有上下对流,只有水平方向的风,所以又叫作平流层。另外,该层大气几乎不存在水蒸气,基本上没有云、雾、雨、雹等气象变化的现象,这对飞行器的平稳飞行是非常有利的。不过,由于空气密度很小,飞机在这一高度层上又不适宜机动飞行。

  人类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。为了保证飞机和发动机的工作效率,飞机飞行的高度一般不超过30千米的界限。

  从30千米80-100千米的高度范围,被称为中间层。这一层空气的特点是:以 45千米为界,温度先升后降。由于大量的臭氧存在,其气温先由同温层顶的-33提高到1740℃左右;从45千米起,随着高度的升高,气温又开始下降,一直降低到-65.5-113

  中间层的空气已经很稀薄了,其空气质量约只占整个大气层的1/3000。在80千米高度上,空气的密度只有地面的五万分之一;而在100千米高度上,空气的密度仅为地面的一千万分之八。由于空气非常稀薄,并且气体开始呈现电离现象,因此,人们一般把飞行高度达到80100千米的飞行器,看成是不依靠大气飞行的航天器。

  196710月,美国试飞员约瑟夫·沃尔克驾驶X-15A火箭飞机飞出了 7297千米/小时的惊人速度,创造了有人驾驶飞机速度的世界纪录。而且,他还曾多次飞到了80千米以上的高空,成为美国第一个“驾驶飞机的宇航员”。按照美国航空航天局规定:飞行高度超过80千米的飞行员即可称为宇航员.

  在中间层之上直至800千米高空的范围,称作电离层。其特点是:含有大量的带正电或负电的离子,空气具有导电性。并且,其温度随高度的增大而迅速升高,在200千米高度时,气温可达400。所以,这里又被人们叫作“暖层”。

  在电离层顶端之外,便是大气的最外层——“散逸层”了。由于地球引力的减弱,气体分子和等离子体与地球已若即若离。

  电离层和散逸层的空气密度极低,对太空飞行器的影响已很小,因此,人类大部分的航天活动都是在它们之内(或之外)进行的。
 

地球的外面覆盖着一层大气