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空战是利用军用飞机和其它飞行器进行的航空作战。空战包含了利用轰炸机攻击敌方部队(战术轰炸)或者敌方的民生生产单位(战略轰炸)；战斗机之间战斗争夺制空权；攻击机执行空中密接支援攻击地面目标；海军航空战力；滑翔机、直升机运载空中单位例如伞兵；空中加油；以及运输货物和人员。现代空战包含了导弹以及无人机。地面军力可能会以对空武器回应敌方空中活动。
在航空学的初期，气球已经应用于一些小型战争。在1794年的弗勒侣斯战争中，第一个军事用途的气球－“企业号”（l'entreprenant）正式出现，法国空气静力学军团利用它来获取有利位置。[1] [2][3]
在美国内战期间，气球都成了南北双方获得位于高处的有利位置来观察战场的手段。最初被认为是为了准备更好的地图。有一次，德丢·洛（Thaddeus S. C. Lowe）教授的气球成了向前火炮观察员，在这个高度可以观看“看不见的目标”，并利用一系列的旗子信号能召唤一个看不见的炮火基地开火。
其实，气球也有它们的缺点。它们不能在坏天气、浓雾或强风下起飞。它们常被风左右了方向，更成了很大的目标。[1][4]联军气球常受到炮火攻击而最终跌落后方战场。同盟军的气球则面对更大的问题。由于禁运，他们未能进口印度丝绸－这种最佳的气球外皮材料。他们只好使用缝纫服装的丝绸材料来制造气球。而里士满这些城市则没有膨胀气体来制造气球。
在接着的三十年来，军用气球不再出现。有推进力的软式小型飞艇或飞船的发明使可膨胀的悬浮航空器更加有用。这就是为了在敌方上空投下命令的纸条。在第一次世界大战期间，军用悬浮航空器的扮演着其中一个角色，并且美国独占了氦气市场，可让充气装置在第二次世界大战时更安全和更可靠。
1849年8月22日，奥地利军队发动了第一次空袭，在威尼斯上空从热气球投掷燃烧炸弹。其实威尼斯自从维也纳会议就属于奥地利。[5]可是在1848年，意大利的自由战士宣告了“圣马可共和国”（Republica di San Marco）独立。1849年8月，奥地利人重新征服了威尼斯。
美国内战会是美国第一场利用航空学的战争。[1][2]1861年6月，德丢·洛当时作为一位科学家／汽球员，放下了他在私营公司的工作，来为林肯提供航空员的服务。[6]那个时候，林肯对空战机制的想法感到兴趣。他发放自己的气球“企业号”作示范，“企业号”飞越华盛顿并且通过通信机给地面传达一则消息，这样足够让他介绍自己给地形学工程师的司令员。[7]
德丢·洛的第一次行动在1861年7月的布尔朗战役中被将军尔温·麦克道威及波托马克河军团所看见。[8]他利用他的企业号前往敌军联邦军的地方做了自由飞行观察；但是他没有辨认军衔或颜色；后来他被联邦军拉走，却没有人能认出他。他被迫登陆在敌对线之后，幸运地他在被敌人发现之前获救。
在其他的示范中，德丢·洛被史密夫炮兵将军（General W. F. Smith）召唤到可可然堡垒。德丢·洛升至某个高度来找出维珍尼亚州瀑布教堂市内的暴徒营地。他利用旗号来指挥炮兵向熟睡的暴徒开火。将军说：“从气球发出的信号能够使我们的炮兵以准确的角度攻击未能见到的目标。”
到了十月，他受命利用便携式的氢气生产器来建造四个气球以作空中侦查。德丢·洛与其他杰出的美国科学家组织了联邦陆军热气球兵团（Union Army Balloon Corps）。除了以民间合约承包人身份工作外，便未曾收取佣金。航空人员很担心在敌军战线被击落，而民间的间谍行动都常会被判处死刑。因此，德丢·洛严格地指示使用系链式飞行，即地面人员以绳索保持与热气球联系。为了在战场上有很好视野，一般会把高度维持在一千呎至3.5里。
当年德丢·洛曾经建造七个热气球－“飞鹰号”、“宪法号”、“华盛顿号”、“无畏号”、“联合号”、“精益求精号”及“美国号”。
很多国家的陆军都认为利用飞机来作观察用途。海军航空是十分渴求的。他们做了几个测试，从船只的弹射器发射水上飞机，并且由起重机拾回了。
美国海军在20世纪初，已经对海军航空方面感到兴趣。在1910年至1911年，美国海军做了个实验来证明航空母舰为基础的航空的可行性。1910年11月14日，在弗吉尼亚附近的汉普顿公路上，民间飞机驾驶员尤金·埃利从一个被安装在美国海军伯明翰号轻巡洋舰（USS Birmingham CL-2）的木平台起飞了。在岸上几分钟后，他安全地登陆了。在几个月以后，埃利证明了它是还可能登陆在船上。1911年1月18日，他登陆了在旧金山港口停泊的宾夕法尼亚号装甲巡洋舰（USS Pennsylvania ACR-4）上设有的平台。
第一次在实际战争中使用飞机是在1911年至1912年的义土战争，当时意大利人利用飞机进行了几次侦察和轰炸任务。其中一次是意大利军方的艾垂奇鸽式机于1911年10月22日在利比亚的黎波里投下两公斤的炸弹。
战争初期，双方利用了被束缚的气球和飞机来执行监察任务，一方面搜集资讯，另一方面指挥炮火。为了防止敌方的监察，导致飞机驾驶员攻击其它飞机和气球。最初只在驾驶舱配备手枪等小型武器，后来发展至把机枪安装在飞机舱上。当飞机在短距离发生混战，便促使了操纵战术的发展。双方均利用了飞机来轰炸，扫射和投下宣传单张。德国军方则利用齐柏林飞船和以后的轰炸机，譬如Gotha在英格兰上空投下炸弹。到了战争后期，飞机已经演变出专门的轰炸机、战斗机和侦察机。
在战争初期，双方集中在长距离的空中侦察。在战争过程中，慢慢建立了相片库，最后成了相片侦察的基础。正如战前的侦察，鸽式机备配照相机和计时器，而瑞士的更备有氧气罩。
由1918年至1939年，飞机技术发展迅速。在1918年，大部分飞机都是双翼，木质结构、帆布蒙皮、支撑用缆线和气冷引擎。双翼机一直是各国空军的中流砥柱，在许多冲突中广泛地使用，譬如西班牙内战。很多工业国家也发展独立的空军。原是空军的主力双翼机在1939年开始被金属结构单翼机所取代，常见的搭配还有应力蒙皮与液冷引擎。这些进步把最高飞行速度提高了两倍，最大飞行高度提高了一倍（氧气面罩成为必须的装备），而轰炸机的航程与负载亦大大的增加。
有些理论家，尤其是英国的，认为飞机将会成了未来主要的军事力量。他们想像未来的战争胜负有赖空军全面摧毁敌方军事及工业设施。意大利将军《空权论》的作者杜黑（Giulio Douhet）是这个学派的代表。鲍德温（Stanley Baldwin）也有类似的思想，他的名言是“轰炸机总会抵达。”（The bomber will always get through），意即数量足够的轰炸机能够通过一切防御。
其他如美国将军米契尔见到空军能够反击水面舰队攻击的潜力。德国和英国飞行员在第一次世界大战曾尝试以炸弹与鱼雷对船只进行空袭，但是成果不明显。然而战列舰面对空军的脆弱程度终于在1921年7月21日显示出来。当时由米契尔指挥的轰炸机中队击沉了前德国战舰东弗里斯兰号战舰（SMS Ostfriesland）。
自从第一次世界大战终战后，德国被禁止拥有一支庞大的空军。德军仍继续秘密地训练飞行员，直到希特勒准备好公开违抗禁令为止。另一方面，飞机常常在殖民地上使用。例如：意大利在1935年的意阿战争中，利用飞机向阿比西尼亚平民投掷毒气弹。
在第二次世界大战中，军事航空变得很重要。当时飞机提高了的效能、射程、负载代表空中力量已经超越了当初在第一次世界大战的新颖应用，成了所有参战国家的攻击主力。在战争过程中，空中力量所扮演的好几个不同角色慢慢浮现。
第二次世界大战欧洲战场在德国入侵波兰时展开了序幕，德国空军的首要目的就是获得波兰的制空权来支持他们闪电战行动中的地面部队。德国空军将西班牙内战学习的经验第一次运用在大规模战争上。
1939年在行动代号白色方案中，两支德国空中集团军（Air Fleet）参与攻击波兰。在战争的首几个小时，德军已经成功利用俯冲轰炸机摧毁重要地面目标。这是第二次世界大战的第一次攻击。同样地在战争最初的几个小时，伟伦市的四分之三的地方被炸毁，1200名平民被杀。
1940年不列颠战役堪称史上最大空战。 英国皇家空军对德国城市的袭击开始于1940年5月12日晚上，由35架轰炸机攻击门兴格拉德巴赫。不久，他们重复攻击德国城镇，单单袭击柏林已经多达八次。德军以9月7日对伦敦袭击及11月15日对考文垂攻击来报复。1940年末，英国皇家空军开始发动十分大规模的攻击，虽然未作地面攻击，但地毯式轰炸造成许多平民死亡。当法国被德国占领后，英国在欧洲大陆没法进行军事活动，空中突击成了唯一攻击德国的方法。
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在太平洋战争中，空中战争彻底改变了海上战争的方式，利用大量的空降方式把战争延伸到大小湖泊与河流。因为很多战区深入热带雨林，调动军队及重型武器十分困难。日本与美国维持大量的航空母舰以使当目标还未消失前快速派遣飞机攻击目标。这种策略就是参考了偷袭珍珠港的模式。鱼雷轰炸机已经可以作远程攻击而舰炮越来越笨重，战舰、巡洋舰慢慢失去了存在的意义。
在1942年5月的珊瑚海战役中，第一次航母对战，双方舰队第一次在视线距离外进行海战，第一次双方战舰没向敌军战舰开火。后来，美日的航空母舰于一个月后在中途岛再次相遇。由于在航空母舰的调配有所分别，双方马上认识到航空母舰的军事价值。日本虽然派出6艘航空母舰，但只有4艘航空母舰、11艘战舰、16艘巡洋舰、53艘驱逐舰及248架战机参与战斗，最终日军被3艘美国航空母舰、15艘驱逐舰及360架战机所击败。自此之后，日本海军在太平洋失去了海上的优势。
1942年，美国陆军航空队的中型B-25轰炸机从海军的航空母舰上起飞，对东京展开了杜立德空袭，这是美国第一次对日本本土的轰炸行动。1944年B-29轰炸机曾经短暂使用中国的机场轰炸日本。1945年占领马里亚纳群岛之后，对日本的战略轰炸改由此出动。1945年3月的东京大轰炸是第二次世界大战中大规模战略轰炸。3月10日的6小时轰炸中，有18万5千名平民死亡，26万栋房屋被毁。很多以木材兴建的古老房屋被大火焚毁。
对平民的战略轰炸是意大利空权理论家朱利奥·杜黑首次提出。在他的著作《制空论》，他认为未来的军事领袖可以利用绕过敌军来空袭脆弱的平民，那就避免第一次世界大战式血腥的战壕僵局。他相信这些攻击将造成这些人口暴动起来，推翻其政府停止轰炸。
军事运输航空在各方面都是无价，如保持地面部队的供应和通讯，显著如在天王星作战后为斯大林格勒周围的德国部队补给，还有利用空降部队。自从红军在三十年代初首次示范使用空降部队，许多欧洲国家和日本也组织空降兵团并且于各个战场广泛地使用。不过在突击静态部队方面取得有限的成效和显著失败。除了市场花园行动美英在西部战线大量使用空降部队，大多数空降部队在战争末期只担任轻步兵。
在第二次世界大战的海战中，战斗机与航空母舰第一次变得重要。例如以下战役：
军事航空在冷战中担任重要的角色。冷战见证了战斗机几乎全部转换为喷射机。喷射引擎为飞机大大提升速度和高度。直到洲际弹道导弹出现前，世界大国都依靠高空轰炸机来运送他们新发展的核武，现在各个国家都努力开发能够拦截导弹的轰炸机和高空战斗机的技术。对于美国和苏联，空中优势的概念开始在战机设计中充当一个重的角色。
为了收集情报，美国人开发并且广泛使用高空侦察机。U-2侦察机及后来的SR-71黑鸟式侦察机就是极度秘密地发展出来的。因为U-2侦察机的侦察高度非常高，预期它能够避免防御措施所伤害。因此当一架由加里·鲍尔斯驾驶的U-2侦察机被苏联SA-2地对空导弹击落时，让人对U-2击坠事件感到震惊，后来美国改与中华民国空军合作成立黑猫中队，对大陆重要政军据点进行高空侦照，另外成立黑蝙蝠中队进行电子作战，纪录大陆中国人民解放军雷达装备参数。空中作战随着导航技术发展及射程改善慢慢转为利用空对空导弹。
在70年代及80年代，轰炸机的速度及高度不足以抵抗空防力量。因此焦点转移到以低空飞行的攻击机上，因为它能够在几百呎低空飞行来躲开雷达。
在1950年爆发的朝鲜战争成了当时苏联及美国空军军备的实验场所。当时美国以联合国任务为名义支持朝鲜半岛南部的大韩民国，而苏联则以军机、导师及飞机员来暗中支持半岛北部的朝鲜民主主义人民共和国。
战争期间，大量的螺旋桨战斗机由喷射式战斗机所取代。1950年11月10日，喷射式战斗机第一次对战，F-80向米格-15开火。[9]同年，日本开始为美军提供了大量的凝固汽油弹贮油器。[10]1952年8月8日，美军曾经在平壤以南35里投下12000加仑的凝固汽油弹以减低北朝鲜的攻击能力。[11]
1965年爆发的越战是美国战争历史上最具破坏性的轰炸的开端。橙剂及凝固汽油弹被广泛使用。很多令人忧伤的轰炸任务都波及平民身上。虽然凝固汽油弹以2000度摄氏燃烧，但不是对所有受袭人士带来即时死亡。由于凝固汽油可以附着人体燃烧，所以幸存者的大部分肢体都被烧至变形。当时仅仅在越战所投下的炸弹已经超过二次大战时期的数量。
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