本书是“20世纪科学史丛书——在科学的入口处”之一，该书全面而系统地向少年儿童介绍了20世纪科技史。书中萃取了30位航天科学领域科学家的杰出贡献与感人故事，将人类科学发展史上的成就、发展历程、科学家的献身精神一一呈现在孩子们面前，激励和打动着孩子们的心。

马克思说：“在科学的入口处，正像在地狱的入口处一样，必须提出这样的要求：‘这里必须根绝一切犹豫；这里任何怯懦都无济于事。’”

20世纪航天科学从飞机升空、火箭运动与航天学理论诞生，到外行星探测和国际空间站的建设，经历了一场伟大的革命；航天工业伴随着航天技术的发展不断进步；20世纪中载人航天技术取得了许多重大的历史性成就。

在20世纪航天科学发展的历史长河里，涌现出30个作出了重大贡献的科学家或科学家群体。他们创立了航天学，发射了卫星，将人类送往太空……本书将带你来到20世纪科学的入口处，在这里回望20世纪航天科学发展的历史，了解你想知道的20世纪航天科学发展的一切。

前言

1 齐伯林发明硬式飞艇

2 齐奥尔科夫斯基创立航天学

3 莱特兄弟发明飞机

4 布莱里奥飞越英吉利海峡

5 DC-3现代民航机的诞生

6 喷气发动机的发明

7 第一架实用直升机VS-300诞生

8 戈达德发明液体火箭

9 德国V-2导弹的诞生

10 耶格尔首次突破音障

11 喷气客机的诞生与发展

12 超音速战机更新换代

13 隐身技术的出现与成熟

14 X-15完成高超音速飞行

15 超音速客机的诞生与身退

16 第一颗人造卫星诞生

17 加加林首飞太空

18 通信卫星的诞生与发展

19 前苏联宇航员首次完成太空行走

20 双子星座飞船完成轨道对接

21 美国宇航员成功登上月球

22 火星探测取得的进展

23 外行星探测及飞出太阳系

24 前苏联成功发射空间站

25 美国研制成功航天飞机

26 和平号空间站发射与运行

27 哈勃望远镜的发射

28 全数字化研制的波音777客机面世

29 国际空间站开始建设

30 中国神舟号飞船首次飞行

1 齐伯林发明硬式飞艇

载人热气球和氢气球于1783年先后诞生，人们开始尝试给气球加装动力，使之能够操纵向一定方向飞行，这样气球就演变成了飞艇。自1852年飞艇出现后近半世纪，尽管不少人想尽各种办法改进飞艇，但它始终没有达到实用阶段。20世纪初，硬式飞艇的发明终于改变了这一局面，使之在许多方面有了用武之地。

飞艇的出现

1784年即载人气球发明后的第二年，人们开始研究如何改进气球的飞行性能。法国军官梅斯涅设计出一艘飞艇，迈出了从气球到飞艇的重要一步。他采用椭圆气囊代替球形气囊，以减少飞行阻力，同时设计了水平安定面以改善飞艇的稳定性。由于缺少经费，梅斯涅的飞艇没有建造。同年9月，法国的罗伯特兄弟建造了一艘飞艇，采用人力驱动。由于推力很小，根本无法控制飞艇的飞行。自罗伯特飞艇之后，人们又提出了许多设想，大家面临的同一问题是发动机动力不足。可以说，合适的动力装置已经成为飞艇发明的关键。

1851年，法国工程师吉法尔制造了一台小型蒸汽机，功率为2.24千瓦，重约160千克。这台蒸汽机在当时条件下已是相当精巧了。吉法尔设计的飞艇长43.89米，最大直径约11.9米，气囊容积2497立方米，采用氢气作为浮升气体。1852年9月24日，吉法尔驾驶飞艇从巴黎起飞，飞行了约28千米后在特拉普斯附近降落。这是人类历史上第一次成功的飞艇载人飞行。由于动力不足，在9月24曰的飞行中无法逆风回到起飞地点，只好用火车运回。

第二次技术革命给人们提供了两种动力装置：电动机和内燃机。由于有了新的动力装置，飞艇的速度开始提高，操纵性也随之改善。到了1884年，法国人雷纳德和克雷布制造的“法兰西号”飞艇完成了第一次完全可控制的飞行。这艘飞艇采用电动机为动力，在1884年8月9日的试飞中，“法兰西号”在23分钟内完成了8千米的圆周飞行。

第一个把汽油发动机成功地用在飞艇上的，是侨居法国的巴西人桑托斯。杜蒙。自1899年开始，他共建造了14艘以汽油发动机为动力的小型飞艇。1901年10月19日，他驾驶第6号飞艇围绕埃菲尔铁塔飞行了一周后安全返回原地，飞行时间29分半钟。

从吉法尔到杜蒙，都沿用了气球的结构形式，这种结构在飞艇技术上称为“软式结构”，即采用一个气囊，内部充入轻于空气的气体并使之达到一定压力，这样气囊就可以产生一定的浮力，同时保持一定的形状。在气囊的下部用绳索吊挂吊舱，吊舱上装有操纵装置和动力装置并搭乘人员。这种软式结构保留了气球结构简单的优点。但是由于气囊形状是由内部气体压力维持的，所以结构刚度较差；另外由于织物本身强度的限制，承受集中载荷的能力也很有限。在当时的条件下，软式飞艇的体积很难超过20000立方米，这就大大限制了飞艇的运载能力和续航时间。要克服这个弱点，使飞艇有较高的使用价值，就必须摆脱气球结构形式传统的影响，另辟新径。

硬式飞艇发明过程

19世纪末到20世纪初，内燃机和铝合金材料的出现，使硬式飞艇的发明有了可靠的技术基础。但是，“机遇只偏爱有准备的头脑”，这个有心人就是德国军官齐伯林。他发明的“硬式飞艇”直到20世纪30年代后期一直领导着飞艇技术的潮流。

从1887年开始，齐伯林就计划建造一只不同以往的、能够完成长途运输和空中作战等多种任务的大型飞艇。为了达到这一目的，齐伯林开创了一种全新的结构——硬式结构。这种结构的特点是：艇身全部采用铝制框架制成，框架外部有织物蒙皮。框架除纵向的长梁外。还有十几个隔框，隔框把整个艇身分为十几个舱室，每个舱室中放置一个气囊，一艘飞艇的气囊就是由十几个小气囊组成的。隔框又分为主框和中间框，主框的强度和刚度都较高，可以承受较大的载荷。结构上的改革使飞艇可以大大增加体积，从而使运载能力大为提高。

1896年齐伯林成立“飞艇飞行推进协会”，筹集了一笔资金，开始正式建造LZ-1号飞艇。该飞艇头部为锥形，艇身为圆柱形。全长128米，直径11.65米。框架用铝材制成。全艇共分17个舱室，每个舱室内放一个气囊，内充氢气。气囊总容积为11300立方米。飞艇蒙皮用防水棉织物制成。艇身后部下面有两个刚性吊挂的发动机吊舱，各安装一台11.8千瓦的戴姆勒发动机。飞艇的方向舵由四块铅垂操纵面组成，头部尾部各两块。飞艇的俯仰是由一块可前后移动的100千克重滑块控制的。

LZ-1号飞艇共进行了三次试飞，最好的一次是1900年10月17日的第二次试飞，飞行时间约1小时20分。尽管LZ-1号飞艇的试飞情况并不令人满意，特别是操纵性不佳，但这种飞艇的创新性已十分明显，这就是：

1.采用全金属结构，使飞艇能永久地保持外形，而无需依靠内部气体压力作用。2.将整个气囊分为若干个小气囊不仅是结构上的需要，而且使飞艇的安全性大大提高，一个气囊损坏不致使飞艇丧失全部浮力。3.相互独立的两套推进系统。4.吊舱与飞艇间采用刚性连接。5.走廊结构，建立了各吊舱间的通道，从而使艇上人员可以往来于各舱室之间，便于相互联系和设备的维护。6.飞艇尺寸较软式飞艇大得多，载重能力更大。P1-4

升空飞行乃至遨游太空，是人类千百年来的伟大理想。这个理想在科学技术极不发达的古代，只能是可望而不可及的愿望。对飞行的渴望深深地植根于古代人的心中，它曰积月累，并广为流传，逐渐变成一个个美妙动人的幻想故事。中国、希腊、阿拉伯地区古代流传下来许许多多这样的故事。而家喻户晓、一直为众人津津乐道的是嫦娥奔月和牛郎织女的故事。西方也有许多关于飞行的传说故事，希腊神话中这类故事不胜枚举。阿波罗、赫尔墨斯、赫克勒斯等都是能在空中自由飞行的英雄。

有关飞行的神话传说在人们心目中确立了飞行的目标，并由此成为探索飞行的动力。在古代人民征服自然的过程中，涌现出大量与航空有关的技艺和发明，有的如风筝、火箭、竹蜻蜓等就是原始的航空器。欧洲近代以来，科学技术获得飞速发展，飞行也由幻想、冒险变成科学探索的主题之一。1783年，热气球载人飞行成功，人类进入了航空时代。20世纪初，航空与航天双双取得了重大突破；1903年飞机发明成功，同一年火箭运动与航天学理论诞生，人类进入了航空航天大发展的辉煌新时期。

第一次世界大战，飞机很快投入了战争，使战争面貌发生了深刻变革。战争结束后，飞机的广泛使用促使民用航空迅速发展。也正是在第一次世界大战结束后，液体火箭发展成功，使航天探索有了适用的运输工具。与此同时，新型客机出现，使航空运输的面貌了根本性变革。二战期间，德国率先将液体火箭推向实用化，研制出V-2导弹。20世纪50年代是航空航天发展的重要时期，喷气时代的进步，诞生了先进的喷气式作战飞机和民用客机，使航空技术发生了一场伟大的革命。液体火箭在大发展过程中，洲际导弹和航天运载火箭诞生了。1957年10月，前苏联发射成功第一颗人造地球卫星，航天时代终于到来了。此后，航空航天技术的发展更加迅速，应用更加广泛。航空航天技术改变了世界面貌，对政治、经济、军事、科技和文化都产生了极大的影响。航空航天技术的发展引起了人类社会的巨大变革，影响到通信、气象、导航、冶金、材料、加工、医学、能源、军事、地质、矿产、农业、文化、科学探测、天文学研究等各个领域，是社会进步的强大动力。航空航天技术是典型的知识密集和技术密集的高技术事业。航空航天技术的发达程度，已经成为衡量一个国家科学技术、国防建设和国民经济现代化水平的重要标志之一。

纵观航空航天的历史，充满了艰难险阻，但也成就辉煌。本书从航空航天技术取得的大量成果中，选取30个最具代表性的重大事件或重大成就进行介绍，使读者能够了解到20世纪航空航天发展的基本概况。

张锡祥院士

2007年11月