大气层一般指多少米的高空

这个真不好说。

大气层的厚度大约在800～1000千米，但与外太空没有明显的界限。就是说，离地面越高，大气层就越稀薄，直至探测不到大气分子了，也就到了外太空了。在离地表2000~16000千米的高空仍有稀薄的气体分子存在。

在上个世纪，美国物理学家冯卡门曾经指出，因为在海拔大约100千米的位置，空气就会因为太过稀薄而不能给飞行器提供飞行的升力，所以这个位置就可以看成是大气层与外太空的分界线。

这条分界线被命名为“卡门线”，后来被人们广泛采纳。所以说，通常情况下我们都可以简单地认为大气层的厚度为100千米，或10万米。

不过，在地表以上平均厚度约为12千米的大气层的对流层，是大气中最稠密的一层，就集中了约75%的大气。再加上地表以上12～50千米的平流层，就占地球大气层总质量的90%了。再向上到几百千米的高空，虽然也属于大气层，但实际上已经稀薄到连声音都不能很好地传播了。

近年来，我国的航空航天事业呈现井喷式的发展，载人航天、探月工程、歼-20、运-20、直-20等等捷报频传，让人目不暇接。 社会 公众在欣喜之余，不少人也在问：航空航天不一样吗？

实话实说，航空航天真的不一样。咱们长话短说，最根本的不一样在于二者的运行介质不一样。我们知道，地球表面包裹着一层厚厚的大气层，以大气层为界，飞机等航空器运行于地球表面之上的大气层之内，火箭、飞船等航天器则运行于地球表面之上的大气层以外。这就是二者的根本不同。

大气层的层次划分

基于这一点，衍生出了航空航天的一系列的不一样。

首先是飞行高度不一样。一个在大气层内，另一个在大气层外，二者的飞行高度必然不同。这里涉及两个高度，一个是实际飞行高度，目前航空器的实际飞行高度都在3万米以内，仅有前苏联的米格-25战斗机曾经创造过37650米的飞行高度世界纪录；航天器稳定运行的低轨道高度为160千米，也就是说航天器的实际运行高度都在160千米以上。另一个是法定飞行高度，国际航空联合会规定，海拔100千米高度为大气层与外太空的分界线，并以美国科学家西奥多•冯•卡门的名字进行命名，称为“卡门线”。当然，由于大气层呈弥漫性扩散状态，因此大气层与外太空之间没有一条明确的物理界线，只是为了便于区分航空与航天活动，人为地划定了这条“卡门线”。卡门线以内是航空空间，卡门线以外为航天空间，也即外太空。显然，无论是实际飞行高度，还是法定飞行高度，二者都明显不同。

飞机的受力分析

航天器的飞行原理

其次是飞行原理不一样。航空器遵循牛顿力学原理，以飞机为例，其上通常作用着四个力：拉力、阻力、升力和重力，保持飞机稳定飞行的条件是拉力=阻力，升力=重力。如果不满足拉力=阻力，飞机就会改变飞行速度；如果不满足升力=重力，飞机就会改变飞行高度。其中，拉力是由发动机和螺旋桨共同产生的，阻力和升力都是气流流过机体表面与其相互作用而产生的，重力则是机体质量与地心引力相互作用而产生的。航天器遵循万有引力定律，其上通常作用着三个力：重力、万有引力和轨道运行的离心力，保持航天器稳定在轨运行的条件是重力=万有引力=离心力。如果万有引力小于离心力，航天器就会加速脱离轨道；如果万有引力大于离心力，航天器就会减速降落。

第三是飞行速度不一样。在追求高空、高速的大背景下，航空器的飞行速度主要取决于技术可能，要提高飞行速度就必须提高推进系统的拉力，减小飞机的飞行阻力。在目前的技术条件下，米格-25战斗机以马赫数32保持着飞机的最大平飞速度的世界纪录。航天器的飞行速度主要取决于其任务需要，绕地飞行必须满足第一宇宙速度，79千米/秒，大约是22马赫；绕日飞行必须满足第二宇宙速度，112千米/秒；冲出太阳系必须满足第三宇宙速度，167千米/秒。显然，二者的飞行速度不仅不同，而且还不在一个数量级。

第四是推进方式不一样。航空器在大气层内运行，可以采用吸气式动力，如活塞式发动机、喷气式发动机等，前者以汽油为燃料，后者以煤油为燃料，二者都以空气为氧化剂；航天器在大气层外运行，没有空气来源，除了自带燃料，还必须自带氧化剂，只能以火箭为动力。

第五是起降方式不一样。航空器大多采用水平起降，航天器大多采用垂直起飞、自由下落。这其实是由各自的飞行原理所决定的。以飞机为例，航空器实现升空的基本条件是升力大于重力，在飞机重力一定的前提下，由于升力与飞行速度的2次方成正比，因此航空器要实现升空必然要从静止开始经历一段水平加速过程，直至飞机离地升空。降落，则与此相反。航天器完全依靠火箭推力克服重力实现升空，并逐渐加速到入轨速度，因此垂直发射是最有效、最便捷和最经济的发射方式。其实火箭也不是一直垂直上升的，为了实现末段入轨，到达一定高度之后就会开始拐弯，逐渐靠近并最终进入预定轨道。

关于航空航天的不一样还可以列出一些，但主要的就是这些。而且了解了这些，也就不难理解为什么说航空航天不一样了。

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本篇供稿：系统工程研究所

运 营：李沅栩

天和核心舱离地球表面大约有400公里左右。400公里的距离在航天器中属于低轨，在地面上观测条件合适的情况下，即使不用天文望远镜，普通的双筒望远镜也有可能有机会看到它。

天和核心舱离地球多远

国际航空联合会将100公里的高度定义为大气层和太空的界线，即卡门线。卡门线以内属地球大气层，卡门线以外就是太空。

天和核心舱是中国空间站天宫的组成部分，核心舱组合体轨道的远地点高度约有3949千米，近地点高度约为384千米，由于受地球引力的影响，轨道每隔一段时间需要调整。

火箭发射卫星和航天器虽然是垂直竖立起来发射，但是并没有沿着垂直向上的方向不断上升进入太空。这张火箭发射后的上升轨迹是这个样子的：

火箭发射后弯曲的上升轨迹

这似乎没有道理。火箭发射的目的是把卫星、航天器带着、克服地球引力进入太空，而地球的引力总是指向地心的，也就是垂直向下。所以，如果火箭直接垂直直线发射，这不是更快吗？

所以，为什么火箭发射后沿着弯曲的轨迹上升呢？

首先，对大部分的火箭来说，目的地“太空”、“宇宙空间”，并不是那么遥远。通常我们用一个叫做“卡门线”（Kármán line）的位置来界定太空。“卡门线”的海拔高度——也即是高于地球海平面的高度——是100千米。“卡门线”是以美国航空航天方面的力学专家西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán）的名字命名，我国著名的科学家钱学森先生在加州理工大学学习时就是他的学生。“卡门线”的定义被国际航空联合会（Fédération Aéronautique Internationale，简称FAI）接受，它是国际航空航天标准制定和记录保存的机构，故而“卡门线”现在是通用的国际定义。

“宇宙空间”的范围并不高。对很多航天发射任务来说，“只”需要把航天器、卫星送到几百公里的高度，例如国际空间站的海拔高度是400千米。

垂直起飞的火箭带着航天飞机上天

另一方面，“克服重力”不是火箭的唯一任务。航天发射需要火箭把航天器、卫星送进绕地球旋转的轨道，也即是说它们还有非常快的水平速度。正因为它们以一定的速度做圆周运动，地球对航天器、卫星的吸引力提供了向心力，所以速度不能太快不然重力拉不住航天器、卫星，但也不能太慢不然它们会向地球坠落。

为了进入轨道，火箭起飞开始后逐渐倾斜到其一侧，并逐渐增加倾斜幅度，直到它达到椭圆轨道围绕地球，最好携带的燃料是刚刚好“物尽其用”。这种优化航天器轨迹以使其达到所需路径的技术称为重力转向（Gravity Turn）或零升力转向（Zero-liftTurn）。

这项技术提供了两个好处：第一，它让火箭在上升的早期阶段保持非常低或甚至零的攻角（英文angle of attack，是航空术语，指飞行物体所受升力方向矢量与纵轴之间的夹角），这意味着火箭受到较少的空气动力应力；第二，它让火箭利用地球的重力而不是它自己的燃料来改变火箭（及携带的航天器）飞行的方向。这两点节约下来的燃料可以用来更多的进行水平加速，使航天器更容易进入轨道。

火箭利用重力转向逐渐进入轨道

简而言之，如果火箭想要进入地球轨道，它必须在发射后弯曲它的轨道。如果它坚持直行，尽管越往高处引力越小，但最终会在燃料耗尽后逐渐减速，就好像我们往天上扔石头一样，速度到0后重新下落。

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