1.2 飞行器的分类
人类利用器械在大气层内和大气层外的飞行活动，统称为航空航天活动。
航空是指载人或不载人的飞行器在地球大气层内的航行活动。航天是指载人或不载人的飞行器在大气层外空间（太空）的航行活动，又称空间飞行或宇宙航行。在地球大气层内、大气层外空间飞行的器械统称为飞行器。
按照飞行器的飞行环境和工作方式的不同，可以把飞行器分为三类：航空器，航天器，火箭和导弹。航空器是指在大气中飞行的飞行器。航天器是指主要在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学规律运动的各类飞行器，又称空间飞行器。火箭与导弹是一类特殊的飞行器，它们均可在大气层内和大气层外飞行，但都只能使用一次。
随着航空航天科学技术的发展，有时候也很难界定航空器和航天器，两者在相互渗透和借鉴。比如近年来出现的临近空间飞行器，其飞行高度在25～100千米，它的飞行既有航天器轨道飞行的特点，同时又受到空气动力的影响。
1.2.1 航空器
任何航空器要升到空中，都必须产生一个能克服自身重力的向上的力，这个力叫作升力。另外，航空器在空中的飞行还必须具备动力装置产生推力或拉力来克服前进的阻力。根据产生升力的基本原理不同，航空器分为轻于（或等于）同体积空气的航空器和重于同体积空气的航空器两大类。前者靠空气的静浮力升空，又称浮空器；后者靠与空气相对运动产生升力升空。按照不同的构造特点，航空器还可进一步细分，如图1-17所示。关于各类航空器的特点，这里不做详细介绍。
图1-17 航空器的分类
1.2.2 航天器
与自然天体不同的是，航天器可以在人的控制下改变其运行轨道或回收。航天器为了完成航天任务，还必须有发射场、运载器、航天测控和数据采集系统、用户台站以及回收设施的配合。航天器可分为人造地球卫星、空间探测器、宇宙飞船、空间站、航天飞机（图1-18）。
图1-18 航天器分类
（1）人造地球卫星
人造地球卫星是指环绕地球在空间轨道上运行（至少一周）的无人航天器，其基本按照天体力学规律绕地球运动，是发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器。1957年10月4日，苏联发射了人类首颗人造地球卫星“斯普特尼克”1号（重80多千克），揭开了人类向太空进军的序幕，大大激发了世界各国研制和发射卫星的热情。自1957年以来，人类发射了8000多个航天器，其中90%以上是人造卫星。
按照用途不同，人造地球卫星可分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。科学卫星用于科学探测和研究，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星等。应用卫星是直接为国民经济、军事和文化教育服务的人造地球卫星，主要有通信及广播卫星、气象卫星、测地卫星、地球资源卫星、导航卫星和侦察卫星等，还有专门用于军事用途的截击卫星，部分卫星还具有多种功能。技术试验卫星是对航天领域中的各种新原理、新技术、新系统、新设备以及新材料等进行在轨试验的卫星。多数情况下，科学卫星也兼有技术试验功能，如我国的“实践”二号甲卫星就是一颗空间物理探测兼新技术试验卫星，见图1-19。
图1-19 “实践”二号甲卫星（中国）
（2）空间探测器
空间探测器又称深空探测器或宇宙探测器，是一种对月球和月球以外的天体和空间进行探测的无人航天器，也是人类探测宇宙空间的主要工具。探测器的基本构造与一般人造地球卫星差不多，不同的是探测器携带有用于观测天体的各种先进观测仪器。
空间探测器的主要目的是：了解太阳的起源、演变和现状；通过对太阳系内各主要行星的比较，进一步认识地球环境的形成和演变；了解太阳系的变化历史以及探索生命的起源和演变。专门用于对月球进行探测的叫作月球探测器，其他的统称为行星和行星际探测器。
月球是人类进行空间探测的首选目标，世界上多个国家向月球发射了探测器，并进行了月球实地考察。1959年1月苏联发射了第一个月球探测器——“月球”1号，此后美国发射了“徘徊者”号探测器、月球轨道环行器、“勘测者”号探测器。
20世纪60年代以后，美国和苏联先后发射了100多颗行星和行星际探测器，分别探测了水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星以及行星际空间和彗星等。截至目前，在空间探测器领域美国仍处在领先地位，如美国是唯一对火星进行成功探测的国家，多次成功发射探测器对火星进行探测（图1-7、图1-8）；同时，欧洲、中国、日本、印度等国家和地区也开展了自己的空间探测计划。
（3）宇宙飞船
宇宙飞船是一种运送航天员、货物到达太空并安全返回的航天器，分为载人飞船和货运飞船。
载人飞船是人类在太空进行各种探测、试验、研究、军事和生产活动所乘坐的航天器，与无人航天器的主要不同是载人航天器具有生命保障系统，能保障宇航员在外层空间执行航天任务并返回地面，是一种一次性使用的返回型载人航天器。
载人飞船是最早出现也是使用最多的载人航天器。按照运行方式的不同，载人飞船分为卫星式载人飞船（图1-20）和登月载人飞船（图1-21）两类，前者用于载人绕低地球轨道飞行，后者用于载运登月航天员。
图1-20 卫星式载人飞船——“联盟”号（苏联）
图1-21 登月载人飞船—— “阿波罗”号（美国）
货运飞船（图1-22）可以往返于天地之间，向空间站定期补给食品、货物、燃料和仪器设备等，是空间站补给物资的重要运输工具，也是空间站的地面后勤保障系统。
图1-22 货运飞船——“天舟”号（中国）
宇宙飞船可以独立进行航天活动，也可作为往返于地面和空间站之间的“载体”，还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。目前只有美国、俄罗斯、中国掌握了制造、发射、回收宇宙飞船的技术。
世界上第一艘载人飞船是苏联的“东方” 1号宇宙飞船，后续还发射了“东方”号、“上升”号、“联盟”号、“进步”号等系列的载人及货运飞船。美国的第一艘载人飞船是“水星”号，共进行6次载人飞行试验，后续还发射了“双子星座”号系列载人飞船，随后还发射了“阿波罗”号系列载人飞船，专门用于实施载人登月计划。“阿波罗” 11号首次实现了载人登月的梦想，在整个“阿波罗”计划中，共有6次登月成功，12名宇航员登上月球。
中国载人航天工程正式起步于1992年，中国的第一艘试验飞船“神舟”一号于1999年成功发射。截止到2017年，中国已经成功发射“神舟”一号到“神舟”十一号：“神舟”五号搭载中国首位宇航员杨利伟前往太空；“神舟”七号搭载3名宇航员进入太空，翟志刚完成首次出舱行走；“神舟”九号首次实现与“天宫”一号的空间交会对接。
（4）空间站
空间站是航天员在环绕地球的太空轨道上生活和工作的基地，又称轨道站或航天站。
空间站与一般航天器相比，有效容积大，可装载比较复杂的仪器，可以长期载人；许多仪器可由人直接操作，避免机械动作带来的误差；可以完成比较复杂、非重复性的工作任务及复杂试验。
1971年4月19日，苏联发射了第一座空间站“礼炮”1号，从此载人太空飞行进入一个新的阶段。“礼炮” 1号空间站在太空运行6个月，完成使命后在太平洋上空坠毁。苏联共计发射了7座“礼炮”号空间站（图1-23），其中“礼炮” 6号在轨5年，“礼炮” 7号在轨2年，接待了大量航天员，开展了大量空间试验及研究。
图1-23 “礼炮”号空间站（苏联）
苏联于1986年发射第三代空间站——“和平”号，重达135吨，长达87米，在轨15年间，累计接待12个国家135名宇航员，开展了天文观测、生命科学、材料工艺等领域的16500次空间科学试验和研究，原本设计寿命仅有5年，却超期服役10年，于2001年在人工控制下坠入太平洋。
国际空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西、欧洲空间局等共16个国家和地区参与研制，于1993完成设计开始实施。其设计寿命为10～15年，总质量约423吨、长108米、宽88米，运行轨道高度为397千米，载人舱内大气压与地面相同。
中国空间站的发展计划分为空间实验室和空间站两个阶段：2016年前，研制并发射空间实验室，突破和掌握航天员中期驻留等空间站关键技术，开展一定规模的空间应用；2020年前后，研制并发射核心舱和实验舱，在轨组装成载人空间站，突破和掌握近地空间站组合体的建造和运营技术、近地空间长期载人飞行技术，并开展较大规模的空间应用研究。
（5）航天飞机
航天飞机是一种有翼航天器，借助外挂助推器可以垂直起飞，在完成任务后，可以直接降低轨道高度，突破大气层，并水平降落在跑道上。因此航天飞机能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，是一种可部分重复使用的航天器（图1-24）。
图1-24 航天飞机（美国）
20世纪七八十年代，美国、苏联、法国、日本等国相继开始研制航天飞机，但实际上只有美国和苏联成功发射过，并且只有美国掌握了载人航天飞机的技术。苏联解体后，相关的设备由哈萨克斯坦接收，但由于经费不足致使太空计划陷入停顿，之后全世界只剩美国的航天飞机可以实际使用并执行任务。可惜的是，美国仅剩的三架航天飞机“发现”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号也由于高昂的使用费用以及较高的故障率，已经在2011年7月22日正式退役，“亚特兰蒂斯”号的最后一次航天飞行任务宣告航天飞机的时代结束了。
1.2.3 火箭与导弹
火箭和导弹是一类特殊的飞行器，均可以在大气层内和大气层外飞行，但它们都只能使用一次，通常把它们归为一类。
（1）火箭
火箭是靠火箭发动机喷射工作介质产生的反作用力向前推进的飞行器（图1-25）。它自身携带全部推进剂，不依赖外界工质产生推力，可以在稠密大气层内飞行，也可以在稠密大气层外飞行。火箭是实现航天飞行的运载工具，目前所有的航天器离开地球都要依靠火箭。
图1-25 火箭
1903年，俄国的齐奥尔科夫斯基提出了制造大型液体火箭的设想和设计原理。1926年3月16日，美国的火箭专家、物理学家戈达德试飞了第一枚液体火箭。1944年，德国首次将“V-2”导弹用于战争。运载火箭用于将卫星等航天器运载进入太空，是第二次世界大战后在导弹的基础上发展起来的。1957年苏联首次利用运载火箭发射第一颗人造卫星，苏联“东方”号系列也就成为世界上第一个航天运载火箭系列。
1970年4月24日，中国在酒泉卫星发射场，使用自制的“长征”一号运载火箭，将173千克重的中国第一颗人造卫星——“东方红”一号送入倾角68.5°、近地点439千米、远地点2384千米的椭圆形轨道。中国成为继美、苏、法、日之后，第5个能独立发射卫星的国家。
在近几十年里，各国的运载火箭都在迅速发展，推力越来越大，有效载荷越来越重，控制越来越精确，所用的推进剂越来越安全。由于火箭是目前人类进入太空的唯一手段，而且火箭和导弹的技术相通，因此火箭技术的发展一直被各国十分重视。
（2）导弹
导弹是“导向性飞弹”的简称，是一种依靠制导系统来控制飞行轨迹、可以攻击指定目标甚至追踪目标动向的无人驾驶武器（图1-26）。其任务是将战斗部在攻击目标附近引爆并毁伤目标，或在没有战斗部的情况下依靠自身动力系统直接撞击目标，以达到毁伤效果。简而言之，导弹是依靠自身动力装置推进，由制导系统导引、控制其飞行路线，并导向目标的武器。
图1-26 导弹
导弹与火箭的发展是密切相关的，导弹可以依靠自身动力装置推进，由制导系统导向目标，若发射场距离攻击目标遥远，如中远程导弹、洲际导弹等的发射，则无论是车载发射还是基井发射，都必须借助大推力的运载火箭才能够追踪并攻击目标。