航天技术概论篇1
关键词：素质教育；通识教育；航空航天科技
aeronauticsandaerospaceofgeneraleducation
wenXin，Zhangwenhao，QinYuqi
ShenyangUniversityofaeronauticsandastronautics，Shenyang，110136，China
abstract：DiscussedtheproblemofknowledgestructurewhichChinesecollegesanduniversitiesfacingproblemsatthepresentstage，combiningwiththeaerospaceandaerospacegeneraleducation.Bytheirownpersonalexperience，theauthorsummedupthecontent，meaningandpurposeoftheaerospaceandaerospacegeneraleducation.Basedontheanalysisofvariousproblemsrelatedtothe“introductiontoaerospacetechnology”asaliberaltextbook，thisarticlegiventheteachingimprovementandreformproposalsaboutthetextbookofaerospaceandaerospace.
Keywords：quality-orientededucation；generaleducation；aeronauticsandastronautics
随着高校课程改革的不断深入，通识教育在高等教育中的地位和作用越来越受到重视。与此同时，由于科学技术和经济的飞速发展，航空航天技术开始走进人们的日常生活，并影响着人们的思维和观念。特别是近几年来我国航天事业取得了世界瞩目的辉煌成就，更加引起人们对航空航天技术的关注。为了适应时展的需要，目前国内很多知名高校先后成立航空航天专业，如清华大学、北京大学、浙江大学和西安交通大学等高校。与此同时，一些普通高校，如南京财经大学，也将航空与航天（也有的学校称为航空航天技术概论或航空航天技术博览）作为通识课。笔者结合自己的授课经历和体会，并参考欧美高校开设通识课的教学模式，探究航空与航天通识教育教学内容、目的和方法等。
1我国专业化教育模式的问题与通识教育
1.1现阶段我国高校人才培养模式面临的问题
我国现阶段的专业化教育模式是高等教育在特定时期（20世纪80年代）和特定社会背景（生产力亟待恢复）中的选择，这个选择尽管在当时有合理性，并对我国社会发展起到了积极作用，但却不适应今天社会发展的需要。
我国目前的高等教育过分强调专业划分，把学生的学习限制在一个狭窄的知识领域内，不利于学生全面发展。过去大学毕业生就业中的“专业对口”已经不再是一个最优目标了，高等教育的专业化做得越好，学生就越难适应变换了的工作，面临的情况可能就越糟糕。
社会和技术发展日新月异，旧的工作岗位不断消失，新的工作岗位不断出现，高校里专业调整的步伐，无法跟上社会职业更新的速度。应对工作岗位的变化，既要培养学生的专业能力，又要培养学生的“一般”能力。
1.2通识教育起源和目的
通识教育，国外称“Generaleducation”，也称为“普通教育”“一般教育”“通才教育”等[1-4]。
通识教育源于19世纪[6-8]，当时大学的学术分科过于精细、知识被严重割裂，于是提出通识教育，目的是让学生对不同学科的知识有所了解，将不同领域的知识融会贯通。20世纪，通识教育成为欧美大学的必修科目。今天，欧美大学仍在不断完善其通识教育。如哈佛大学的通识教育有着悠久的历史，目前已经经历五次较大的通识教育改革[7-10]。
在我国，通识教育的思想源远古代。《易经》主张“君子多识前言往行”，《中庸》主张做学问应“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。古人认为博学多识就可达到出神入化，融会贯通。《论衡》认为“博览古今为通人”。所以，通识教育旨在培养“通才”，它的培养目的是提高人的整体素质，强调整合不同领域的专业知识，重视培养人的思维方法及敏锐的洞察力，同时也重视培养人的情志等。
2航空与航天通识教育的意义
航空与航天课程在我国一直是航空航天专业院校的公共必修课[1，2]，其目的首先是为学生未来从事航空航天及其相关领域工作培养兴趣，更主要的是为学生专业课学习奠定基础，它在很大程度上起到了专业导论的作用。
近年来，我国一些普通高校将航空与航天课程纳入通识教育，其教学目的包括如下几个方面。
2.1提高大学生的整体文化素质
大学教育的目的是培养全面发展的高素质人才，开展通识教育不仅能增加大学生专业课以外的知识，还可以拓宽学生的眼界。航空与航天课程，不仅可以帮助学生了解有关航空航天的基础知识，同时还能潜移默化地影响学生的世界观、人生观和价值观。
2.2提升大学生的民族自豪感
中国作为东方的文明古国，向往飞翔的梦想由来已久，嫦娥奔月的美丽传说，万户飞天的勇敢实践，表明了古老的中国人渴望飞向蓝天的美好愿望。通过航空与航天课程的学习，让学生了解中国航天事业的发展和取得的瞩目成绩，学习伟大的航天精神，增强学生的民族自信心。
2.3鼓励大学生在困难面前勇于攀登
学生通过航空与航天课程的学习，了解航天先驱身上所具有的优秀品质和坚忍不拔的毅力。在航天开拓者的眼里，“只有想不到的事情，没有做不到的事情”，通过这样的教育，激发学生努力奋进，敢于开拓创新。
2.4启发学生规划未来人生
航空与航天知识可以启发和拓展人们的思维，尤其是航天器的出现，极大地推进了人类对宇宙的探索，人们对宇宙了解得越多，就越能感受到重新思索自身存在的价值的意义。飞过天的宇航员大多存在一个共识：“地球在宇宙中是非常渺小的，生命仅仅是宇宙形成过程中的一个产物。”记得有位美国宇航员说过，“昨天的梦想是今天的现实，今天的梦想是明天的现实。”随着人类对宇宙的认识，很多人开始重新思索这些问题，人类存在的意义何在？人类怎样存在？
3航空与航天通识教育的教材问题与改革
3.1教材方面的问题
航空航天技术在非专业大学生眼里，是十分神圣的，因为宇宙的奥秘神秘莫测，很多大学生对航空与航天课程比较感兴趣。作为通识课，目前我国没有一本适合通识教育的教材，大多采用“代用”教材，如《航空航天技术概论》《航空航天技术》等，由此带来很多问题。
（1）专业性很强
翻开《航空航天技术概论》教科书，插图不少，可是大部分是平面图、结构图、流程图和设计图。对于非工科专业的大学生而言，内容过深，尤其是文科学生，没有工程概念，理解起来非常困难。
（2）内容单调乏味
细看“代用”教材的文字内容，大多是定义和概念，枯燥乏味，对非专业学生而言，即便把这些内容熟记于心，又有何意义？另外，由于书本的空间有限，介绍性的内容往往类似于纲要。
（3）课后练习或思考题没有价值
思考题是运用大脑思考后得出答案的题目，而目前的“代用”教材章节后的思考题，不适应时代的发展，以第一章课后思考题为例，“试述直升机的发展史，试述火箭、导弹发展史”，很多学生认为是“百度题”，学生只要灵活运用手中的工具，就可以“百度”到答案，这类题能算是思考题吗？
（4）条理性很强带来的问题
航空与航天是两个明显不同的概念和领域，尽管有联系，但对于非专业的学生而言，不能混为一谈。目前的大部分“代用”教材在内容安排上每章都是以飞行器设计为主线，航空器、航天器和导弹与火箭等内容相互交叉[1，2]。如不管是火箭发动机还是航空发动机，统统纳入同一章节，对于非专业学生，理解起来稍显费力。再如，《飞行器构造》这章内容中，既有航空器的构造，也有航天器的构造，根据整体教学效果分析，这种航空航天结构的相互交叉会导致概念的混淆。
另外，由于中国基础教育多年形成的以学科为主导的教育模式，加之应试教育的长期导向作用，使基础教育在单一学科教育上越来越深入，学科分化加剧，基础教育功利性越来越明显，而在人文、心灵和智慧等通识教育方面却越来越弱化。基础教育已经走向思想单一、思维狭窄、僵化，缺乏思辨性、创造性思维的模式，对中华民族的智慧培养是非常不利的。
综上所述，航空与航天作为通识教育课程，不是必修课的陪衬，更不是专业课的附庸，其重要性并不比专业课低。“君子性非异也，善假于物也”，学好航空与航天课程，掌握其相关知识，有助于学生在以后的生活与工作中更好地开阔思维。
3.2教材改革的建议
对于航空与航天课程，只有拓宽知识面，全面介绍不同学科研究对象的特点，才能更准确地反映这门课的内涵。为使学生具备开拓新领域的基础，课程内容应具有前瞻性，把本学科领域的最新学术成果、最新技术引入教学内容。在反映学科前沿的同时，拓宽学生的知识面。
航空航天技术涉及领域之广是其他学科无法比拟的。因此，如何保持课程的完整性也值得探讨。作为面向非航空航天专业学生的通识课，该课程内容应集知识性、趣味性于一体，需要教学内容丰富多彩，由风筝飞行延伸到飞机，由早期火箭延伸到各种导弹，由嫦娥奔月延伸到阿波罗飞船，由恐龙灭绝延伸到宇宙探索，让学生在感兴趣的实例中汲取航空、航天和航宇知识。国外有一本航天知识方面的书，名字起得非常好，叫“没有公式的航空航天技术”，值得我们借鉴。
以笔者在神舟飞船、卫星及空间防御领域的工作体会以及在北京、南京几所大学讲授航空与航天知识的教学经验来看，对于航空与航天的通识教育，其知识与内容应该注重“启蒙”，致力于开展大众化的教育，太过学术化反而会让人失去兴趣。教材应该具有趣味性，可以漫画的形式展开。现在已经有的《漫画线性代数》《漫画统计学》等一系列的趣味教科书，以漫画的形式将知识传授给学生，让学生在欣赏之余学习到很多知识，两全其美。航空与航天通识教育课程的教科书可以参照这种形式。
4结束语
航空与航天通识教育旨在拓宽大学生的知识面，优化学生的知识结构，提高学生的综合素质，所以航空与航天通识教育内容的重点应该放在宏观任务、飞行过程及定性的知识方面，让学生通过对航空航天探索过程的学习，认识“团结就是力量，协作凝聚希望”的内涵。真正认识“综合国力的竞争，不仅是经济实力、科学技术和军事水平的竞争，更是民族精神力量的竞争”；了解航空航天先驱们在攀登科技高峰的伟大征程中，以特有的崇高境界、顽强意志和杰出智慧，铸就了辉煌的航空航天历史。而不应该过多地描述技术及其材料性能分析、机构设计、通信与仪表等工科技术的细节。特别是对于基础理论的要求，应该建立在普及教育的数理化基础上，尤其注意不要作为专业导论。希望改革后的航空与航天通识教育课程在提高学生综合素质方面发挥更多的作用。
参考文献
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航天技术概论篇2
1.应用力学
钱学森在应用力学的空气动力学方面和固体力学方面都做过开拓性的工作。与冯・卡门合作进行的可压缩边界层的研究,揭示了这一领域的一些温度变化情况,创立了卡门――钱学森方法。与郭永怀合作最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。
2.喷气推进与航天技术
从40年代到60年代初期,钱学森在火箭与航天领域提出了若干重要的概念:在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置(Jato),使飞机跑道距离缩短;在1949年提出了火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;在1953年研究了行星际飞行理论的可能性;在1962年出版的《星际航行概论》中,提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。
3.工程控制论
工程控制论在其形成过程中,把设计稳定与制导系统这类工程技术实践作为主要研究对象。钱学森本人就是这类研究工作的先驱者。
4.物理力学
钱学森在1946年将稀薄气体的物理、化学和力学特性结合起来的研究,是先驱性的工作。1953年,他正式提出物理力学概念,主张从物质的微观规律确定其宏观力学特性,改变过去只靠实验测定力学性质的方法,大大节约了人力物力,并开拓了高温高压的新领域。1961年他编著的《物理力学讲义》正式出版。现在这门科学的带头人是苟清泉教授,1984年钱学森向苟清泉建议,把物理力学扩展到原子分子设计的工程技术上。
5.系统工程
钱学森不仅将我国航天系统工程的实践提炼成航天系统工程理论,并且在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,还坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设,并从社会形态和开放复杂巨系统的高度,论述了社会系统。任何一个社会的社会形态都有三个侧面:经济的社会形态,政治的社会形态和意识的社会形态。钱学森从而提出把社会系统划分为社会经济系统、社会政治系统和社会意识系统三个组成部分。相应于三种社会形态应有三种文明建设,即物质文明建设(经济形态)、政治文明建设(政治形态)和精神文明建设(意识形态)。社会主义文明建设应是这三种文明建设的协调发展。从实践角度来看,保证这三种文明建设协调发展的就是社会系统工程。从改革和开放的现实来看,不仅需要经济系统工程,更需要社会系统工程。
6.系统科学
钱学森对系统科学最重要的贡献,是他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。
7.思维科学
人工智能已成为国际上的一大热门,但学术思想却处于混乱状态。在这样的背景下,钱学森站在科技发展的前沿,提出创建思维科学(noeticscience)这一科学技术部门,把30年代中国哲学界曾议论过,有所争论,但在当时条件下没法讲清楚的主张,科学地概括成为思维科学。比较突出的贡献为:
(1)钱学森在80年代初提出创建思维科学技术部门,认为思维科学是处理意识与大脑、精神与物质、主观与客观的科学,是现代科学技术的一个大部门。推动思维科学研究的是计算机技术革命的需要。
(2)钱学森主张发展思维科学要同人工智能、智能计算机的工作结合起来。他以自己亲身参予应用力学发展的深刻体会,指明研究人工智能、智能计算机应以应用力学为借鉴,走理论联系实际,实际要理论指导的道路。人工智能的理论基础就是思维科学中的基础科学思维学。研究思维学的途径是从哲学的成果中去寻找,思维学实际上是从哲学中演化出来的。他还认为形象思维学的建立是当前思维科学研究的突破口,也是人工智能、智能计算机的核心问题。
(3)钱学森把系统科学方法应用到思维科学的研究中,提出思维的系统观,即首先以逻辑单元思维过程为微观基础,逐步构筑单一思维类型的一阶思维系统,也就是构筑抽象思维、形象(直感)思维、社会思维以及特异思维(灵感思维)等;其次是解决二阶思维开放大系统的课题;最后是决策咨询高阶思维开放巨系统。
8.人体科学
钱学森是中国人体科学的倡导者。
钱学森提出用“人体功能态”理论来描述人体这一开放的复杂巨系统,研究系统的结构、功能和行为。他认为气功、特异功能是一种功能态,这样就把气功、特异功能、中医系统理论的研究置于先进的科学框架之内,对气功、特异功能的研究起了重大作用。在钱学森指导下,北京航天医学工程研究所的研究人员于1984年开始对人体功能态进行研究,他们利用多维数据分析的方法,把对人体所测得的多项生理指标变量,综合成可以代表人体整个系统的变化点,以及它在各变量组成的多维相空间中的位置,运动到相对稳定,即目标点、目标环的位置。他们发现了人体的醒觉、睡眠、警觉和气功等功能态的各自的目标点和目标环。这样,就把系统科学的理论在人体系统上体现出来了,开始使人体科学研究有了客观指标和科学理论。
航天技术概论篇3
关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2017）04-0124-03
“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。
一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响
材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。
“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。
二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求
“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。
飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。
该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。
三、多管齐下建设丰富的教学环境
作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。
“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。
航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。
四、结语
航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。
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DiscussiononReformof"engineeringmaterials"Courseteachingforaeronauticmajors
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航天技术概论篇4
1960年2月和1961年9月，上海机电设计院先后发射成功我国第一枚液体探空火箭t-7m及其扩展型t-7，下一步的任务是在提高探空火箭的性能和飞行高度的同时，启动我国的人造地球卫星的研究发展工作。
1963年1月，国务院调整从事研究发展导弹和火箭任务的组织机构，决定将上海机电设计院划归为国防部第五研究院建制。国防部第五研究院成立于1956年，是我国唯一的承担导弹与火箭研究、设计和制造的国防尖端技术研究单位。
成立四人研究小组
上世纪60年代初，通信、气象、导航、照相侦察等卫星刚刚诞生，它们究竟能不能用，效果如何，不仅普通老百姓不知道，就是研制和发射它们的外国科学家也并不清楚，也还处在探索试验之中。在中国(当时，毛泽东主席的“我们也要搞人造卫星”的指示既未公开发表，内部亦未传达)，只有钱学森等极少数科学家对人造卫星和空间技术(当时称为“星际航行”、“宇宙航行”或“空间飞行”)有所了解，并积极主张发展。在国防部五院，发展导弹武器为国防建设服务，是它唯一的、压倒一切的中心任务。从事人造卫星研究理所当然地被认为是“不务正业”。有一位权威的军界领导人批评说，搞卫星是“图虚名”。
著名的航天科学家钱学森当时身兼国防部第五研究院副院长和中国科学院力学研究所所长两个领导职务。他在为我国导弹与火箭技术发展呕心沥血之余，时刻把我国未来卫星和空间事业挂在心怀。1962年，中国研制发射成功中近程火箭，并启动了中程火箭的研究工作。火箭是发展人造卫星的基础。钱学森高瞻远瞩地认为，应尽早为发展人造卫星做一些先期准备工作。首先必须培养少数技术带头人，让他们掌握必要的人造卫星的技术知识，以便为以后全面开展研制工作创造条件。用自己精湛的学识和丰富的经验为国家培养更多的科技人才，是钱学森自1955年返回祖国以后身体力行的一贯主张和强烈愿望。他建议上海机电设计院选派四名年轻技术人员到国防部五院来，由他亲自指导，开展人造卫星研究设计的先期准备工作。
经上海机电设计院副院长杨南生和总工程师王希季的推荐，设计院派出了孔祥言、朱毅麟、李颐黎和褚桂柏四名年轻人，组成研究小组，赴京受命。这四人虽然年龄都不满30岁，但已经分别拥有3～8年的实际工作经验。
钱学森是卓越的力学专家。他认为力学是一门技术科学，力学工作者一般既具备深厚的理论基础，又拥有潜在的工程设计能力，他们有可能较快地掌握人造卫星的基本设计技术，所以被推荐的四人所学的专业都是力学。李颐黎和孔祥言都毕业于北京大学数学力学系；褚桂柏在交通大学毕业后曾在上海力学研究班进修过。我是以钱学森和钱伟长两位力学大师为正副主任的、中国科学院与清华大学合办的工程力学研究班首届毕业生，曾在北京钢铁学院(现北京科技大学)教过理论力学。
1963年1月，春节刚过，四人小组来到北京国防部第五研究院报到。钱学森副院长说，我们将在他指导下工作一年或稍多一点的时间，任务是收集和学习国外人造卫星和其他航天器的技术资料，并在此基础上编制我国卫星和空间技术的发展规划。
钱学森副院长在繁忙的领导导弹研制工作中，抽出时间每星期召见我们一次，从未中断过，每次大约三到三个半小时，先听取我们报告一周来准备工作的进展，包括收集到的参考资料的名称、大致内容、学习进展情况和下一步打算。然后告诉我们怎样学习和分析参考资料，并提出一些问题，让我们带着问题学，加深理解。例如，有一次他问“太阳同步轨道”是怎么回事。他特别强调，阅读国外的资料一定要独立思考，善于分析，千万不要人云亦云。
收集和学习参考资料
为了引导我们尽快步入卫星和星际航行这一尖端科技(当时不叫“高科技”)的殿堂，钱学森先生采取了三种方式培养我们。
首先，他把我们安排到国防科学技术委员会所属的国防科技情报研究所(现隶属中国人民解放军总装备部)上班，便于我们收集和学习卫星和航天器的参考资料。情报所为我们提供了专用办公室并派该所的研究人员史珍同我们一道工作，协助我们从该所的图书馆和资料室查找和借阅资料。
参考资料基本上都是英文的，俄文资料很少。而仅有的一本名叫“火箭技术”的俄文期刊，其中绝大多数文章也都是从英文杂志上翻译过来的。那时我国的大、中学生在学校学的外语都是俄语，所以我们在学习参考资料的技术知识的同时，还要不断提高英语的阅读能力。我由于在中学时代(1949年以前)学过多年英语，基础较好，所以阅读英文资料比较顺利。
在人造卫星方面，我们收集和学习了“泰罗斯”气象卫星、“发现者”返回式侦察卫星、“子午仪”导航卫星、“回声”被动式气球通信卫星、“电信”主动式通信卫星、世界上第一颗地球静止轨道通信卫星“辛康”等的资料。对“泰罗斯”和“发现者”两种卫星我们特别感兴趣，因为前者公布的资料十分详尽，后者则具有潜在的国防用途。因此我们尽可能详细地收集和研究这两种卫星的资料，这对我们后来的工作起到了重要作用，特别是对“发现者”卫星的了解，加上其他要争口气的原因，促使我们决心早在1965年就开始返回式卫星的设计，1967年召开了方案论证会，最后我国在1975年成为世界上第三个拥有返回式卫星的国家。
我们还收集和研究了加拿大第一颗人造卫星“百灵鸟”、英国第一颗人造卫星“羚羊”和美国第一个月球探测器“徘徊者”的资料；在载人航天方面，我们详细地了解了美国的“水星计划”和当时正在执行的“双子星座”计划的情况。
根据钱先生的指示，我们应在学习了解国外空间技术发展情况的基础上，提出我国1964～1973年十年空间技术的发展规划。于是。由我先起草了规划初稿，然后四人一起讨论、修改、补充，经过一个星期的突击工作，我们在1963年秋完成了一个显然十分粗略的《中国1964～1973年空间技术发展规划(草案)》。尽管这个规划可能是闭门造车，但它毕竟是我国航天发展史上最早的空间技术发展规划(草案)，由于没有存档，今天也就无从查考了。也许就是这项任务成为我后来从事我国卫星与空间技术发展战略与规划研究迈出的第一步。
讲授《星际航行概论》课
钱先生培养我们的第二种方式是交给我们为中国科技大学学生讲授星际航行概论课的任务。“星际航行”，与“宇宙航行”、“空间飞行”等词，自上世纪70年代末以来，根据钱先生的倡议，后来都统一改称为“航天”。钱先生从1961年起在中国科大讲授星际航行概论课。他在讲课基础上撰写的《星际航行概论》专著于1963年正式出版。该书共有14章：
第一章 星际航行与宇宙航行
第二章 火箭发动机原理
第三章 火箭发动机的技术实现
第四章 运载火箭的技术实现
第五章 运载火箭从地面起飞的轨道问题
第六章 星际航行的轨道
第七章 原子能火箭发动机
第八章 制导问题
第九章 星际航行中的通讯问题
第十章 再入大气层
第十一章 防辐射
第十二章 飞船的设计问题
第十三章 飞船中的电源
第十四章 星际航行进一步发展的几个问题
该书不仅囊括了空间技术的基本理论知识，而且凝聚着他本人在指导中国发展导弹和火箭事业中所获得的第一手实践经验。48年前，先生就在该书中正确、鲜明地指出了星际航行(航天)技术的高度综合性，实践的复杂性和艰巨性：
“它几乎包括了所有现代科学技术的最新成就，像近代力学，原子能、特种材料、高能燃料、无线电电子学、计算技术、自动控制理论、精密机械、太空医学等。星际航行的更进一步发展不但将对上述学科，像植物学、动物学、生物物理、生态学、遗传学、地质学等提出研究课题，使这些学科也得到以前未有的推动力，并向新的方向发展。一句话，星际航行是组织和促进现代科学技术的力量；星际航行可以广泛地带动各门科学前进。”“星际航行事业的每一个部门，研究、设计、试验、制造、发射、通讯都需要一个庞大的组织，都需要一个千万名科学家、设计师、工程师、技师、技术员、工人和其它人员组成的队伍。这些部门进行工作所需要的设备在质上要求最高的，在量上也多；因此，没有一个强大和各方面成套的工业，没有一支多种学科和人数众多的科学技术队伍，就不可能设想全面地开展星际航行工作。”
这些话已成为经典，至今常被人们引用作为发展航天事业依据。这本书不仅成为我们难得的学习材料，而且提供了一本很适用的教材，大大方便了我们的备课。我们四个人分担了从1963年9月到1964年1月一学期的讲课任务。我讲授该书的后半部分，即第九章到第十四章。
教育界有一句谚语：“为了给学生一杯水，老师得准备一桶水”。为了完成讲课任务，我们不得不认真钻研《星际航行概论》，参考大量文献资料，写出了几十万字的读书笔记，编写了一系列教案和讲稿。如果说，收集和学习参考资料，使我们开阔眼界，广泛了解国外卫星和空间技术的发展动态，那么讲授概论课，使我们大大加深了对有关星际航行、运载火箭及航天器技术知识的理解。
学期结束，钱先生收集了学生对我们讲课的反映，说我的讲课学生们评价最高，使我很受鼓舞。钱先生曾嘱咐我们帮他修改这本书，补充有关卫星和航天器技术的最新内容，以便再版，还将《航空知识》编辑部谢础同志对该书文字的修改意见转给我们，供修订参考。遗憾的是，后来由于种种原因，我们没有完成，辜负了他的一番厚望。今天，随着我国航天事业的发展，有关航天技术的各类书籍陆续编著出版，但是先生这本书是我国最早的有关航天技术概论的学术著作，具有启蒙和引领的历史意义，是上世纪人们系统学习航天技术知识的唯一读物。不久前，该书又出版新简体字本，向国内外发行。
担任星际航行座谈会的秘书
钱先生培养我们的第三种方式是让我们担任星际航行座谈会的秘书。该座谈会是1961年由钱学森、赵九章、竺可桢等知名科学家发起不定期举行的学术活动。每次座谈会上由一名某一学科或技术领域的专家，就自己的专业与星际航行相关的问题作学术报告，然后自由发言，各抒己见。从1961到1964年的三年间，星际航行座谈会共举行了12次。
星际航行座谈会的日常行政事务另有中国科学院的工作人员负责。钱先生让我们担任座谈会秘书的职务，其实并无实质性工作要做，而是让我们有机会跟他一起去参加座谈会，听学术报告，从中获得更多的星际航行知识。有一次，由一位空间医学专家作空间生理学和生物学报告。讨论中，钱先生说，运载火箭振动对人体的影响是载人航天必须研究的重要问题。首先应分析振动对人眼球的影响，从力学观点看，人的眼眶就像是一个弹性支座，眼球就像弹性支座上的质量。它的共振频率是可以计算出来的。钱先生的分析，既科学严谨，又生动风趣，使我们大开眼界，也引起与会者的极大兴趣和交口赞赏。
为了让我们能从感性上具体了解导弹和火箭，先生还亲自带着我们到地处北京南郊的国防部五院一分院(现在的中国运载火箭技术研究院)总装车间参观火箭总装，到北京西南郊的101试验站观看火箭发动机热试车。
经过一年多在钱先生指导下的学习与准备，我们初步掌握了星际航行和卫星设计的基本知识。1964年春季，我们四个人先后返回上海机电设计院。
成立人造卫星研究室
1964年春，在钱先生的推动下，上海机电设计院以我们四人为骨干，从院内其他研究室调来技术人员，成立了第七研究室，从事人造卫星的设计工作，以后又陆续补充了大批的1964、1965年的应届大学毕业生。
第七研究室设总体设计、结构与温控、姿态控制、电源和跟踪遥测遥控五个工程组。1964年5月，我们开始了我国人造卫星的可行性研究和初步方案设计。卫星设计是一项复杂的系统工程，需要综合应用多种科学与技术的成果，不仅需要靠我们自己的技术能力，而且要寻求上海以至全国有关研究单位和工业部门的合作和支持。
为了了解有关研究所和工厂的技术条件和水平，承担卫星分系统和设备的研制能力，我们先后访问了华东技术物理研究所(现上海技术物理研究所)、上海电池厂、上海光学机械研究所、上海无线电研究所以及上海的其他有关单位。由于人造卫星的研制是一项国家规模的任务，它的正式启动必须得到国家的审查和批准，在没有国务院或其他高层领导机关的决策和任务分工指示的情况下，上海机电设计院领导不敢放手工作，采取“等着瞧”的态度，同时我们接到上级指示，不要到上海以外的地方去调研。因此卫星设计工作进展遇到困难。
钱先生的及时鼓励
我们满怀热情地做了一段卫星设计以后，发现工作难以深入，情绪有所低落。这一情况传到了北京的先生那里，他在1964年11月11日同我讨论远程星际航行问题的来信中，语重心长地说：“听说你们现在工作还有不少困难，任务也不够具体，必须以革命者的干劲来冲破层层障碍!希望你深思!”
钱先生的信给了我们巨大的鼓舞，增强了我们克服困难的信心。在他的开导下，我们重树信心，在客观条件允许的范围内积极主动地开展工作，终于在1965年5月完成了我国人造卫星的方案设想。不料，卫星方案设想完成之日，就是早期准备工作结束之时。因为形势发生重大变化，上海机电设计院的建制和任务都要重新调整。事实上，1965年1月，钱学森等科学家在向国务院的建议中提出：
“自苏联1957年10月4日发射第一颗人造卫星以来，中国科学院和国防部五院对这些新技术都有过考虑。现在看来，弹道火箭已有一定基础，中远程火箭进一步发展，即能发射一定重量的卫星，计划中的远程火箭无疑也有发射人造卫星的能力。工作是艰巨复杂的，必须及早开展有关研究，到时才能拿出东西来。因此要早日列入国家计划，促其发展。”
与此同时，中国科学院提出了《关于发展我国人造卫星工作的规划方案建议》。1965年4月，国防科委提出了1970年至1971年发射我国第一颗人造卫星的设想；卫星本体由中国科学院负责研制，运载火箭由七机部(原国防部五院)负责研制。根据七机部的决定，1965年8月上海机电设计院迁至北京，改名为七机部第八设计院，除继续研制探空火箭外，承担研制我国第一颗人造卫星运载火箭的任务。我们所完成的卫星方案不得不束之高阁。
航天技术概论篇5
关键词：作战环境航天力量综合作战能力
一、建设精干、实用、高效的航天力量，增强我军信息战能力
航天力量作为重要的战役力量直接参与联合作战，对打赢高技术条件下的局部战争具有重要意义。一支精干、实用、高效的航天力量既是重要的战略威慑力量，也是高技术局部战争中有效的实战力量；既能支援宏观的战略决策和战役指挥，又能直接支援具体的战役战术行动；支援陆、海、空、二炮各军兵种作战；为战役军团、战术分队直至单兵提供信息支援。作为一支全方位的信息支援力量，航天力量可以在战前准备、战争实施直至战争结束的整个过程中提供有力的信息支援。
二、完善军用卫星体系，重点建设天地一体化信息获取系统
依据我国国力及积极防御的基本战略和主要在本土和周边地区执行作战任务的特点，建设一支以军用卫星体系为主干，以必要的空间对抗手段为补充，地面支援系统配套完善的航天力量，重点建设天地一体化信息获取系统，能够为未来高技术局部战争提供覆盖全球的战略侦察支援和覆盖我国本土及周边地区的战役战术侦察支援，提供覆盖本土及周边地区的导航、通信支援。
三、加强军事航天技术应用，开展航天作战攻防对抗技术研究
军事航天技术的应用，除了技术条件的因素之外，军事指挥与决策人员对航天系统的军事价值的理解是一个关键。事实充分证明，在高技术条件下的局部战争中，如果忽视军事航天系统的影响和作用，就会束手放弃战场的制信息权，就会处于处处被动挨打的境地。
首先，开展军事航天理论研究，对军事航天系统的应用、对抗与防护的所有领域，包括航天部队建设（指导思想、编制体制、建设规模、建设步骤、条令条例等）、航天作战指挥理论（空间作战、航天发射指挥、指挥自动化等）、航天装备论证（概念、分类、系统评估、发展战略等）、外军军事航天（天军建设、作战指挥理论、航天装备发展、作战应用等），进行深入研究，落实到部队编成和装备之中。
其次，在军事训练和作战的全过程中都应该从应用和对抗两方面重视军事航天系统。应该积极探索利用我国的航天资源和国际商业航天资源进行侦察、通信、导航、定位和气象保障的有效途径，更加重视和采取行之有效的措施，用于对抗、防护国外航天器对军事行动的影响。
航天技术概论篇6
由于遥感航拍消耗太高(获取高分辨率航空影像，1平方公里需要投入近千元)在中国还未成气候，以提供航空航天遥感影像处理和应用、地理信息数据获取、三维数字城市建模等服务的天下图凭借在设备、经验和技术人员的优势，在整合产业链上游的中航四维以及下游的数据应用和GiS系统建设资源后，已成为国内提供综合空间地理信息产业服务的龙头企业。
在中国已经进入数字化时代，谁拥有更先进的高端技术?谁在遥感航拍和影像处理领域更有话语权?现在还不能一概而论，但可以肯定的是，在国家创业风险投资的支持以及天下图自身的优势上，天下图无疑跑得要快的多。
天下图董事长关鸿亮告诉《环球财经》记者，“我们的目标就是做一个多尺度的、多来源的影像的一个库，就是说客户或政府需要哪个地方的数据，我随时能提供，而且能提供最好的，最清晰的影像，满足客户要求。”
整合中国机会
2006年7月，天下图成立的契机也是我国遥感数据处理软件产业相对尴尬的时期。长期以来国内绝大部分市场份额一直由eRDaS、pCi、enVi等国外软件所占据。无论是从国家信息安全，还是从国家软件产业发展的角度考虑，通用遥感数据处理软件的国产化都迫在眉睫。
“其实这个产业在国外已经相当成熟了，但是在我们国内还处于起步阶段，应该说潜力比较大。尤其是我们城市化建设的发展也给这个行业提供了机会。”关鸿亮告诉《环球财经》记者，根据国家统计局2009年9月17日的资料，迄2008年末止，中国城市化率已达到百分之45.68％，从应用地理信息资源的情况来看，超过优于1米分辨率的数据更到总需求的80％以上。目前，天下图在遥感影像领域天下图的优势相对明显(市场占有率约为15％)。
无论是年产值20亿的设想，还是80％的需求量，这些概念对于航空航天遥感企业的概念只有一个――商机。而面对商机，整合发展成为遥感航拍企业最现实的发展之路。
2006年5月，四维航空遥感有限公司引进了我国第一套欧盟开发的“像素工厂”系统，开始承揽包括生产真正射影像项目，项目金额高达几千万元，为南方沿海某市打造三维数码城市。这也为以后天下图打造产业链埋下了伏笔。
2009年7月，为打造完整产业链，天下图要整合数据获取环节。而此时，成立于2001年7月，由中国四维测绘技术总公司和中国航空技术进出口总公司合资成立的中飞四维航空遥感有限公司，成了天下图和关鸿亮的首选。“四维航空和中飞通用航空成立了这个航空摄影专业公司，中飞要退出这个合资公司，天下图就把它控股了”。关鸿亮说。
至此，空间影像数据获取、空间影像数据加工处理、空间影像数据库研发应用以及基于互联网的网络运用，加上天下图自身的数据制作和应用，一条完整的产业链形成了。
至于以后的整合上，天下图有自己的做法。“在两三年之内把这个产业迅速做大，给一些更高端的客户提供服务，这样的话我们就会出现在各个方面产业链的整合，比如说在数据源获取这块，可能会有小的整合，在数据制作这块会出现中等的整合，但在数据的应用这块，应该会跟一些企业合作。把大家的力量集中起来用。而不是说去垄断。谁都想做垄断，但如果和大家一起做，会比自己垄断做得要好，事情会做得更快，我们还是以和谐为主。”关鸿亮说。
做强踏准大势
因为传统航空摄影系统总体造价比较昂贵，数码航摄影像将逐步取代传统影像乃大势所趋。就连国家创业风险投资首次注资天下图，业内人士都称，市场需求巨大，而推进测绘行业产业化进，促进国家综合空间地理信息资源的整合利用是国投高科此次注资天下图的动因。
其实在2001年1月由国家“863”计划立项，开始了遥感测图业务平台研制，2005年研制成功并通过专家鉴定，并在测绘、国土、林业、教育等行业或领域得到推广应用。
幸运的是，天下图正是占到了天时。而这一切是基于天下图的4年积累，尤其是5・12汶川地震和2008年北京奥运会的举办，给了天下图和关鸿亮机会。
在国土资源大调查工程中，天下图利用动态遥感监测，完成了50万人口以上城市的遥感监测。业主单位评价：“满足土地利用现状图更新、动态遥感监测业务需求，为全国土地利用遥感动态监测等项目提供了技术保障。”
在汶川大地震抗震救灾中，天下图在第一时间参与了抗震救灾所需高分辨率航摄数据的获取工作，无偿承担了国土资源部所需大批地震灾区数据的紧急处理任务，在两周的时间内完成了18000平方公里的正射影像图的制作。还在搜救失事直升机的过程中，以最快的速度，提供了高质量的数据。
国家减灾委评价：“首次将低空遥感数据快速获取、遥感数据集群处理、遥感航拍快速测图等技术集成，形成了我国面向重大自然灾害的国家测绘应急响应业务链，提供了先进、实用、快速、可靠的应急响应能力。”
瘦身 模式界定
人们总是看到了自己的短板再思索转型，而成功者却是首先认识到不足，发挥自身的强项而着眼于未来。关鸿亮定下的目标是：选择简单的模式，立足现在，做大做强。
“这个产业主要是获取、制作和应用这三个环节，产业链上的产品很多，但我们主要基于影像。结合自身的优势，以影像为主，再加上一个三维产品，实际上就做两个。其他的我也能做，但现在没做因为投入较多，也不是我的强项，我们是越简单的模式越好。”关鸿亮告诉《环球财经》。
航天技术概论篇7
11月2日下午,迎着随风飘落的黄叶,穿过初冬的寒意,记者在航天大院8号院深处一栋三层红砖小楼,找到了钱学森生活近50年的家,门前两侧已经摆满了社会各界人士送来的花圈。巨星陨落,激起全国各界群众无尽哀思。无数送别者以各种方式悼念这位在新中国奋斗征程上留下璀璨光芒的科学巨人。他们从海内外专程赶来,痛惜、怅惘,脸上写满崇敬和哀伤。
半个多世纪前,有人把钱学森回国比作吹皱中国科学界一池春水,因为他的归国使中国科技崛起,使中国国防崛起。
上世纪50年代的中关村,是一个书声琅琅、景色优美的中关村,钱学森等一批海外学者回国,中国科学院力学所便平地而起,高能所、电子所、自动化所也如雨后春笋般迅速建立,中关村顿时成为“两弹一星”工程的大本营,中国科学事业展示出一片蓬勃生机。
钱学森带给中国的一切足以感动整个中华民族。让我们从他崎岖的“归国之路”去感悟他的爱国情操和崇高人格;让我们从他璀璨的“航天之父”桂冠去深切缅怀他的科学风范和航天成就;让我们从他耄耋“教育之问”的忧思去感悟钱老对科学教育、对青年人才的挚爱。
归国之路
“我在美国前三四年是学习,后十几年是工作。所有这一切都是在做准备,为了回到祖国后能为人民做点事,因为我是中国人。”
“我的事业在中国,我的成就在中国,我的归宿在中国。”
在美国期间,有人好几次问钱学森存了保险金没有,“我说1块美元也不存。因为我是中国人,根本不打算在美国住一辈子。”
关于自己的传奇,钱学森对子女只字不提。多年后,他曾回忆说:“我在美国前三四年是学习,后十几年是工作。所有这一切都是在做准备,为了回到祖国后能为人民做点事,因为我是中国人。”
不买房子,也不买保险。从出国那天起,钱学森就从报纸、广播里关注着国内的局势。两院院士、曾经在加州理工学院师从钱学森的郑哲敏至今记得,当他们谈到共产党努力保留和发展少数民族音乐时,钱学森欣慰地笑了。
钱学森参与设计美国第一枚军用远程火箭,建立被西方航空界沿用20年的“卡门一钱近似”公式,他在28岁时即成为世界空气动力知名的力学家,被他的导师、“世界超音速飞行之父”冯・卡门称赞为“美国火箭技术领域最伟大的天才、最出色的火箭专家”。
钱学森在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置,使飞机跑道距离缩短;1949年,他提出火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想。1954年,钱学森发表《工程控制论》的学术著作,引起了控制领域的轰动,并形成了控制科学在上世纪50年代和60年代的研究高潮。
冯・卡门的能言善辩,这对钱老影响很大。听过钱学森讲课或学术报告的人都说:听他讲话是一种荣幸、一种享受,因为他每一次的讲话总能够给人新东西,总能够给人启迪。无论多么深奥的问题,他都能讲得很生动浅显,专家不觉得浅,外行不觉得深。冯・卡门平易近人的民主作风对钱学森的教育思想产生了极大影响。
1950年,钱学森开始争取回归祖国,而当时美国海军次长金布尔声称:“钱学森无论走到哪里,都抵得上5个师的兵力,我宁可把他击毙在美国,也不能让他离开。”钱学森由此受到美国政府迫害,遭到软禁,失去自由。移民局抄了他的家,在特米那岛上将他拘留14天,直到收到加州理工学院送去的1.5万美金巨额保释金后才释放了他。后来,海关又没收了他的行李,包括800公斤书籍和笔记本。他们硬说里面有机密材料。其实,在打包之前,钱学森已交他们检查过。美国检察官再次审查了他的所有材料后,证明他是光明磊落的。
钱学森在美国受迫害的消息很快传到国内,新中国震惊了!国内科技界的朋友通过各种途径声援钱学森。党中央对钱学森在美国的处境极为关心,中国政府公开发表声明,谴责美国政府在违背本人意愿的情况下监禁了钱学森。
1955年,经过总理在与美国外交谈判上的不断努力―甚至不惜提前释放11名在朝鲜战争中俘获的美军战俘作为交换。1955年9月17日,这一天钱学森携带妻子蒋英和一双幼小的儿女,终于登上了“克利夫兰总统号”轮船,踏上返回祖国的旅途。
钱学森等一大批科学家回国了,中国的科学时代迈开了有力的步伐。由于钱学森的回国效力,中国导弹、原子弹的发射至少向前推进了20年。
航天之父
“外国人能搞的,难道中国人不能搞?中国人比他们矮一截?”半个多世纪前钱学森的话语,今天听来仍是掷地有声。
1956年初,钱学森向中共中央、国务院提出《建立我国国防航空工业的意见书》;同年,国务院、中央军委根据他的建议,成立了导弹、航空科学研究的领导机构―航空工业委员会,并任命他为委员。
1956年,钱学森受命组建中国第一个火箭、导弹研究所―国防部第五研究院并担任首任院长。他主持完成了“喷气和火箭技术的建立”规划,参与了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星的研制,直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验,参与制定了中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验,参与制定了中国第一个星际航空的发展规划,发展建立了工程控制论和系统学等。
自1958年4月起,他长期担任火箭导弹和航天器研制的技术领导职务,为中国火箭和导弹技术的发展提出了极为重要的实施方案―对中国火箭、导弹和航天事业的发展作出了不可磨灭的巨大贡献。
据统计,钱学森以十一个“第一”对中国航天和国防科技事业作出的卓越贡献:
―1956年,参与筹备组建中国导弹航空科学研究领导机构航空工业委员会,受命负责组建中国第一个火箭、导弹研究机构――国防部第五研究院,并兼任院长。
―1956年,设立空气动力研究室,组建了中国第一个空气动力学专业研究机构。
―1960年2月,指导设计的中国第一枚液体探空火箭发射成功。
―1960年11月,协助聂荣臻成功组织了中国第一枚近程地地导弹发射试验。
―1964年6月,作为发射场最高技术负责人,同现场总指挥张爱萍一起组织指挥了中国第一枚改进后的中近程地地导弹飞行试验。
―1966年10月,作为技术总负责人,协助聂荣臻组织实施了中国首次导弹与原子弹“两弹结合”试验。
―1970年4月,牵头组织实施了中国第一颗人造地球卫星发射任务。
―1971年3月,组织完成“实践一号”卫星发射试验,首次获得中国空间环境探测数据,为中国研制应用卫星、通信卫星积累了经验。
―1972年至1976年,领导设计制造了中国第一艘核动力潜艇。
―1972年至1976年,指挥成功发射了中国第一颗返回式卫星。
―1980年5月、1982年10月、1984年4月,参与组织领导了中国洲际导弹第一次全程飞行、潜艇水下发射导弹和地球静止轨道试验通信卫星发射任务。
1960年,苏联撤走了援华的全部专家,撕毁全部257个科技合同,包括给我们提供原子弹、火箭、导弹样品的合同。1960年6月10日,也就是苏联专家从中国撤走仅仅17天,在钱学森的领导下,用工程控制论作为指导,用国产燃料发射了中国第一颗近程弹道导弹,准确命中目标。一个多月后,国产近程导弹也相继升空,高准确度地命中目标。1962年,他提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。1964年10月16日,中国爆炸了第一颗原子弹……
在应用力学领域,钱学森在空气动力学及固体力学方面做了开拓性研究,揭示了可压缩边界层的一些温度变化情况,并最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。在系统工程和系统科学领域,钱学森在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设。他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。此外,在思维科学、人体科学、科学技术体系等方面,钱学森也作出了重要贡献。
2007年,感动中国推选委员、北航党委书记杜玉波说,力学、喷气推进、航天技术,钱学森展现了一位科学家在研究上的牛劲;东方红卫星、神舟飞船、嫦娥奔月,钱学森给中国航天事业打了足够的底劲。
教育之问
“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?他对我国科技领域缺乏杰出人才的局面深为忧心。他不仅当面向党和国家领导人反映这个问题,自己也积极思考、寻找对策。
2009年11月11日,安徽高校的11位教授联名给新任教育部部长袁贵仁及全国教育界发出一封公开信:让我们直面“钱学森之问”:为什么我们的学校很难培养出杰出人才?只有直面这个疑问,才能为目前中国教育存在之种种问题寻求真正的解决之道。
人才培养问题是钱老晚年一直思考和忧虑的。他多次说过:我觉得我们国家这些年科学技术有很大的发展,成绩也不少,但是就我个人的看法,自新中国成立以来,还没有培养出世界一流的、站在最前沿的大师级人物。
他对我国科技领域缺乏杰出人才的局面深为忧心。他不仅当面向党和国家领导人反映这个问题,自己也积极思考、寻找对策,提出了理、工、文兼收并蓄的杰出人才培养思路……
对此,钱永刚说,父亲多次说过,高校要按照培养科技创新领军人才的模式来办。他认为,“我们目前大陆境内没有一所大学是按照这个模式办的,所以培养出来的学生不敢说前人没有说过的话,不敢做前人没有做过的事,很多是人云亦云,你好我好,说这是教育体制的问题,进入21世纪了,这个问题应该引起国家的高度重视,否则总有一天会发现,我们国家什么都有,就是没有高质量的人才。到那时候回头反省,就为时已晚了。”
相对自己的成果,他更关心青年的成长、人才的培养。回国后,钱学森在各地开班讲课,有同学问他:为何回国后发表的成果不如在美国时多?“我一个人本事再大一年就一二篇论文,现在我有机会能培养几百个人,你们加在一起贡献当然更大!”这个答案让当年的学生至今难忘。1963年初,孔祥言等几位年轻人跟钱老进修空间技术,并协助他规划1965-1975年航天事业。得知几位年轻人有畏难情绪,他这样鼓励大家:“航天问题不外乎数学、物理、化学等专业……只要钻下去,任何问题都可以解决。”第一代战略火箭获得成功后,国家开始搞第二代战略火箭,他及时建议让第二代航天人来挂帅,一批年轻人由此开始走上总设计师这样的关键岗位。
做了钱学森26年秘书和学术助手的涂元季说:我跟了钱老这么多年,我感觉他对我们国家的教育事业一直有不同的思考。解放后我们照搬苏联模式,对大学的学科设置、课程安排进行了大调整,产生了许多弊端。钱老回国后不久就注意到这一现象,说:“怎么我们大学的样子都变了?清华、上海交大不像原来了,专业分得很细,培养出来的都是‘专家’。要知道在美国‘专家’是个贬义词,如果他们说到谁是‘专家’,意思就是说他就懂那么一点点,而且有点死心眼。”
后来,在钱老和其他科技界前辈的极力倡导下,由中国科学院创建了中国科技大学,实际上就是按照美国加州理工学院模式办的。钱学森亲自编写教材,亲自上讲台授课,将最前沿的知识传授给学生。
航天技术概论篇8
关键词：航天类专业人工智能教学探索
中图分类号：G64文献标识码：a文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0155-02
面对航天科技迅猛发展，现代军备技术快速提升，培养具有专业性的高素质航天类人才，是我国航天科技发展的战略选择，也是航天重点高校面向并有效服务航天事业的历史责任。航天类本科生的教育形式也需要突破传统的方式，着重多样性、前沿性、工程性，因此，该专业的各门课程教育都应该结合专业特点，探索新的教学模式。
人工智能自1956年诞生50多年以来，引起众多科研机构、政府和企业的空前关注，已成为一门具有日臻完善的理论基础、日益广泛的应用领域和广泛交叉的前沿学科。由于航天领域的特殊要求，人工智能在其发展中发挥着不可替代的重要作用，各发达国家都相继开展了人工智能与航天技术相结合的研究，致力于实现可重构的、具有容错能力的、智能的飞行系统和管理系统。因此，“人工智能”作为航天类专业的一门特色选修课，应结合专业特点展开更具有实用性和创新性的教学。
1人工智能课程特点
一方面，“人工智能”是一门多学科交叉的综合学科，它涉及计算机科学、数学、心理学、认知科学等众多领域，具有知识点多、涉及面广、内容抽象、不易理解、理论性强等特点，使得该课程的教学具有较大的灵活度和较高的难度。另一方面，“人工智能”是一门正在发展中的学科，具有较强的前沿性，计算机科学、信息科学、生物科学等相关学科的发展不断的提出了许多新的研究目标和研究课题，使得人工智能的技术和算法也需要不断更新，这在很大程度上增加了“人工智能”课程的教学难度。
2航天类专业特点
首先，航天类专业具有较强的工程性。在专业的教学改革中有统一的特点，即强调要体现航天工程技术的综合性、系统性，注重培养复合型人才。其次，航天类专业具有一定的前沿性。因为航天飞行器作为现代高科技和多种学科技术综合应用的结晶，应及时把现代先进科技融入到了专业基础和专业类的课程教学中，专业知识更新快成为又一特点；另外，航天类专业应注重实践性教育。尊重个性和兴趣，强调动手能力，实验室对学生开放，要求学生自主地设计完成实验，强调对学生设计理念和创造能力的培养。最后，航天类专业应重视产学合作。产学合作的目的在于推动学校与航天产业的持续全面合作，造就一支科学技术研究和工程实践兼备的教师队伍。
3教学模式的探索
3.1教材的选择
人工智能作为一门新兴的学科，其理论与方法都还在不断的发展与完善中。就目前来看，关于人工智能的定义和范围都没有一个统一的标准，不同的教材所介绍的内容也不尽相同。在教材选用方面，需要综合考虑专业特点和学生的知识背景。本课程主要针对航天类专业高年级本科生，该类学生具有一定的数学、计算机、信息论、通信理论等基础知识，对航天应用的基本需求有初步的了解，因此，“人工智能”课程难度应该控制在中级，可以较深入的介绍人工智能的基础算法和应用案例。
中南大学蔡自兴教授积累了多年的教学与科研经验，借鉴了国内外其他专家和作者的最新研究成果，吸取了国内和国外人工智能领域学术书籍的长处，于1987年编写了“人工智能及其应用”一书，该书根据人工智能学科的新发展不断修订，推出四个版本。本课程采用“人工智能及其应用（第4版）”，其中大部分内容适合本科生学习。另外，本课程还给学生提供其他一些参考书目，如n.J.nilsson的“artificialintelligence：anewSynthesis.morganKanfmann”等经典教材。
3.2课堂教学形式的探索
“人工智能”课程内容较抽象，概念较为繁多，若采用单一的课堂讲授的方式，学生容易概念混淆、理解不透，逐渐产生厌倦情绪，导致教学效果差。本文探索不同的课堂教学手段，根据不同内容采用不同的教学手段，有利于学生对课程内容的理解与吸收。另外，考虑到航天类的专业特点，突出课程内容的工程应用，增加研究性质的教学内容与形式，有利于培养学生的创新能力和实践能力。
（1）课件采用图文并茂的ppt。综合利用文字、图像、声音、视频等多种媒体表示方法，在介绍原理和概念时采用精辟的文字，介绍算法流程时采用图像，介绍算法应用时采用视频。在ppt中适当利用不同的字体、颜色或动画来突出重点，细化流程，引导学生的思路，便于集中注意力接受重点内容。
（2）适当增加课堂讨论与练习。对于人工智能的一些基本问题，可以引导学生进行调研和讨论，来深化课程内容的了解，并提高学生的学习兴趣；对于重要的算法和理论，可以增加课堂练习，让学生实际动手进行公式的推导或演算，并在练习中分析学生对问题的理解程度，有针对性的增加讲解或指导。
（3）适当采用类比的讲解方式。对人工智能的不同学派，不同方方法，以及方法的不同应用，广泛的采用类比的形式进行讲解，不仅可以复习已学习的内容，也利于对新内容的理解。并且，通过对不同内容的比较总结相似点、区分不同点，可以避免概念的混淆，清晰的掌握课程内容。
（4）增加研究性教学。研究性教学强调通过问题来进行学习，有必要将实际应用案例或者授课教师的科研项目融入日常的教学工作中去，用“启发式”、“案例式”教学激发学生“自主学习”能力。
3.3课程内容的探索
一方面，鉴于本科生知识结构还不够完善，“人工智能”课程的内容要控制在适应本科生学科基础的中等难度；另一方面，鉴于航天类专业的特点，课程内容应更注重与航天应用相结合的内容，并且在课程中增加具体应用的介绍。具体的课程内容如表1所示。
3.4考核形式的改革
“人工智能”课程注重学生创新能力和实践能力的培养，传统的试卷形式不能全面的反应学生的学习效果，因此，应采用课堂表现和课程报告相结合的方式进行综合考核。
一方面，重视学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，对学生课堂讨论与练习的表现进行考核评分，作为总成绩的参考；另一方面，注重学生课题调研和实践的能力，采取提交课程论文的形式进行考核。正确引导学生根据个人兴趣、课程内容、可行性、实践难度进行合理选题，并根据所选题目进行文献查阅和总结，完成调研报告或算法实现报告。结合者两个方面进行最终成绩的评定，综合衡量学生问题分析能力、论文写作能力和创新实践能力。
4结语
航天类专业的本科生教学需针对专业特点有的放矢，该专业的课程教育都应该趋向于前沿性、专业性和实用性。本文的“人工智能”课程教学改革方案不仅考虑到该课程属于前沿叉学科的特点，也综合考虑了航天类专业的特点。为了使课程教学更好地服务于学生，本文提出的改革方案打破传统的教学模式，将课堂理论讲解、课堂讨论、课后调研、项目实践等相结合，充分调动学生的学习兴趣和积极性，提高学生的创新能力，有利于培养真正符合航天领域所需要的综合型高级人才。
参考文献
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航天技术概论篇9
1相关研究现状及发展动态
基于上述简要分析，影响航天器安全可靠运行的因素很多，但按其来源及影响过程大致可以分为3大类：事故或故障、状态异常变化以及空间环境变化．围绕上述3个方面，简要述评相关领域的国际研究及其进展．
1．1事故调查与故障处置
航天工程系统的事故与故障是影响航天器安全的主要方面之一．据资料统计［2］，1995年底之前，美国和前苏联的249次载人航天发射飞行，出现重大故障166起，1965—1990年，25年间国际卫星组织200多颗地球同步轨道通信卫星和广播卫星，发生的严重故障就多达350余次．近年来，尽管航天器材料、制造、工艺、控制和管理等技术都有显著发展，但国际国内航天界依然故障不断，损失和影响巨大．能否准确查明航天器在轨运行过程中出现的各种事故或故障，及时发现航天器运行过程中隐藏的危险苗头或可能发生的故障，有效地防范后续类似故障发生，或正确地对当前的故障实施有效处置，对保障航天安全至关重要．相关技术的探索和研究一直受到国际学术界和工程界的高度关注．在20世纪40年代或更早，航天器出现之前，人们就为航空器安全运行大伤脑筋，并开始探索飞机运行过程安全管理．飞机出现后的半个世纪历程中，由行过程故障和灾难成为影响航空安全的头号杀手，各航空大国高度关注并着力开展事故调查研究．20世纪30年代，美、英等国花费大量人力和财力加强对重大飞行事故的记录和调查，英国于1937年专门成立航空事故调查组，1944年英国皇家空军还专门成立飞行安全机构，负责军用飞机的重大事故调查，《飞行安全》杂志同年在美国创刊，推进了航空安全事故的调查与分析．二战后至20世纪60年代中期的20多年时间里，美、英空军在不断完善事后追究式的事故记录、调查和分析方法．例如，利用事故调查和分析得到的信息，探究引发系统发生事故的可重复性或共性起因，研究和建立纠正措施，以期从源头上防止类似故障再次发生．这种间接性“事故预防”式处理思路改变，对后续事故的预防带来的效果有明显改进．例如，1955年美国启动“先驱者”号地球卫星计划，进行的11次试验中，发生了8次事故，仅有3次发射成功，其主要原因恰是没能很好地吸取之前经验教训，进行防范，事故预防或预案措施不力，以前出现过的零部件质量控制不严、系统关键部件没有保留设计余度等共性问题一再发生．鉴于此，在随后“大力神”火箭和“双子星座”飞船计划实施过程中，吸收“先驱者”计划的经验教训，采取更严格的事故预防措施，严控质量关，并对导航和供电等关键子系统都采用双余度设计，一系列故障预防措施保证了后续“大力神”火箭在14次飞行试验中仅发生2次事故．这种建立在对历史事故调查和分析基础上的事故预防模式［3］，对探索基于数据挖掘和典型故障案例的航天安全技术有重要的参考借鉴价值．这一阶段形成的事故调查分析法，被美国naSa和欧空局等继承并沿用至今，并推广到航天安全领域．例如，2007年Hubble望远镜故障调查和2010年欧洲对“阿丽雅娜5号”火箭故障调查等，都显示了事故调查法的重要性和实用性．但是，对航天器的安全运行管理而言，由于航天器部件多、结构复杂、功能多样、运行环境千变万化、控制操作遥不可及，事故调查与分析工作无疑要远比飞机故障调查艰难得多．当然，无需讳言，事故调查法本身固有的弱点，譬如事后分析模式不可能用于事故预防，调查分析过程通常持续时间跨度长，存在时间滞后等局限性也一定程度上影响了其时效．20世纪60年代，伴随着系统论和系统思想的提出和广泛被接受，系统安全作为一种新的安全管理思路和模式，受到航空航天领域的关注．20世纪60年代初期，美国空军“民兵”洲际导弹的研制首先引入系统安全原理，并颁布“空军弹道导弹系统安全工程”等军用规范；1969年7月，美国国防部制定“系统及其有关分系统、设备的系统安全大纲”作为军用标准miL－StD－882，明确规定了系统安全管理、设计、分析和评价的基本要求；naSa在参照miL－StD－882标准的基础上，于1970年颁布面向航天工程的“系统安全”标准nHB．1700．1（V3），并在“阿波罗4号”发射失败后全面采用系统安全的思想，对后续“阿波罗”计划进行了包括故障模式、故障影响及其危害性分析和故障树分析在内的系统安全分析，严格的安全性设计与评价，定性与定量相结合的风险评估，以及全过程的质量管控，收到了好的效果．naSa的“阿波罗”飞船飞行安全程序负责人Lederer曾明确指出，系统安全覆盖了风险管理各个方面，远远超出了设备硬件及与之关联的系统安全工程过程［3］．伴随着系统安全标准的全面贯彻和实施，naSa分别于20世纪70年代末和80年代中期又颁布nHB．5300．4（iD－2）“航天飞机的安全性、可靠性、维修性和质量条例”以及nHB．1700．1（V7）“系统安全手册”．另外，欧空局在“使神号”航天飞机计划中，吸收美国在系统安全方面的成功经验，也制定专门的安全性设计分析与管理程序．纵观美国和欧空局的做法，可明显感觉到系统安全的核心是系统的思想和系统工程的方法．采用系统工程技术，将航天器从设计、发射、测控、管理到最后变成空间垃圾的完整过程作为一个不可割裂的航天器生命周期，将保障安全贯彻在航天器全生命周期的各个阶段、各个环节，在系统的全寿命周期中都必须识别、分析和控制危险与灾变．这种面向系统生命过程的系统安全工程技术和方法，对保障航天器在轨安全运行无疑是有帮助的．20世纪70年代以后，故障检测、诊断与处理技术研究成为跨多个学科的持续性研究热点，同时也逐步成为系统安全技术关注的核心内容之一，既有明确的带共性的研究目标，又有大量兼具基础性和应用性双重特征的科学问题，逐步形成较为复杂的研究体系和多学科知识融合的研究群．在故障检测与诊断（FDD）技术研究方面，自1971年前后Beard和Britov分别提出基于解析冗余的FDD这一创新思想，突破早期设备FDD依赖硬件冗余的局限性之后，经40多年持续发展，现已基本形成的体系：按研究内容分，包括故障在线检测、影响分析、朔源定位、时间推断、幅度辨识、模式识别和反演推演等；按技术手段分，包括基于冗余法（物理、解析、信息、知识冗余等）、关联分析法（故障树推理、petri网、有向图、等价关系、等价空间）、信号处理法（特征分析、残差分析、检测滤波／观测器、统计诊断、模式识别等）和仿真对比法等；按研究领域分，有设备／装备、过程和流程FDD等；按时间关系分，有在线、离线FDD和故障预测等；按量化程度分，有定量和定性FDD等［4－8］．并且，大量学者结合不同应用背景，进行了卓有成效的开发应用，例如，航天工程领域，美国在饱受“阿波罗”登月工程期间的系列重大事故困扰后，naSa和美国海军研究室成立机械故障预防小组，在卫星故障的机理分析、在轨检测、诊断、预测等方面取得大量卓有成效的研究成果；美国HRL实验室的petetinker等建立卫星快速类比推理系统，结果显示可达到80％的准确度；德国maieijvic在20世纪90年代初就开发了基于模式识别的故障诊断专家系统，用于对液体火箭发动机的故障诊断；法国马特拉空间系统中心Dinh等开发基于案例推理技术，建立协助卫星测试期内应对突发性事件的故障诊断系统，分析异常事件成因，能够在异常事件发生时提取事件特征并与相关的历史类似事件检索匹配，融合案例推理、规则推理与模型推理等技术形成一个混合知识系统推理核心，并在异常事件发生时自动生成基于多推理技术融合的诊断方案；国内在测控过程的安全监控、基于系统仿真的FDD［6］和容错设计等方面也有卓有成效的研究进展．在故障处理技术研究方面，典型方法有故障硬处理和软处理两大类．其中，硬处理的常规方法包括故障设备修复、备件替换和故障系统组成的重构等，例如，设计航天器自主自组装可重构模块［8］、采用多agent优化方法等实现多体航天器重构［7］、建立适当形式的混合控制策略［9］实现将多体航天器从一种形态改变到另一种形态，并使系统达到新的稳定状态等，都不失为可尝试的技术途径；软处理的典型方法包括功能重置、功能降级与被动容错等．无论是硬处理还是软处理，通常是建立在模块设计或一定形式冗余基础上的，冗余是实施故障处置的基础．面向航天工程的冗余技术，途径很多，如物理、结构、时间、数据、解析和知识冗余等．适当形式的冗余，可以为选用合适方式进行故障处理（特别是容错处理）提供有利条件．所谓容错，顾名思义就是要求处理手段能容允系统已经发生或正在发生故障，至少不会因为系统故障而发生功能失调或算法崩溃．具体地，在系统或部件发生故障的情况下，仍可利用冗余资源将制定的控制策略、处理流程、软件算法等继续完成．容错处理技术核心就是防范故障和避免非致命性故障带来的不利影响．基于冗余的容错是一种先进理念和提高系统可靠性的先进技术，通过合理的系统设计，使系统在出现某些局部故障时能借助“冗余”实现对故障进行有效处置．容错技术通常可以分为主动容错和被动容错两大类．主动容错大多是以故障检测与诊断为基础，通过对系统进行适当形式重构，达到避免或削弱故障影响的目的［10］；被动容错主要是基于有界影响分析与设计、鲁棒控制、补偿技术和完整性设计等方法，使被控系统对某些类型故障或某些环节故障具备不敏感性、完整性和免疫性［10－11］．近30年来，冗余与容错处理的思想在美国和俄罗斯等航天大国得到广泛应用．例如，美国曾大力研制可用于控制航天器飞行的容错计算方法和容错机，对可靠性要求高的系统用双重、三重、四重甚至五重冗余；前苏联“联盟”tm型载人飞船上也曾使用了三重冗余的主电气系统以及双重冗余的气动液压管路和生命保障系统．至行器故障的容错处理技术，美国naSa的专题技术报告［12］介绍了多个成功实例：一是故障检测和容错计算技术在空间试验室、空间飞船、Hubble望远镜、Galileo卫星、Landsat－7卫星，以及a320和波音777飞机等航天、航空工程中应用情况；二是容错计算等技术在Landsat－7卫星试验中的应用情况，容错系统可进行72h自主安全模式的操作，能满足卫星任何单个部件故障恢复的处理需求，并具备危险分析能力；三是a320飞机飞控等多个子系统进行了容错设计，机上计算机系统具备运行自检功能，若各通道之间的差异超出门限值则隔离自检，并自动地从已检出问题的计算机控制对象切换到另一个，显示了良好的工程价值．此外，在提高航天器在轨运行过程可靠性与安全性方面，“挑战者”号航天飞机爆炸后，促使naSa重新考虑原来的可靠性管理方法有效性，加强对卫星在轨可靠性管理的研究．1991年，美国国防部颁布标准《综合诊断miL－StD－1814》，作为提高新一代卫星可靠性和降低使用维修费用的重要途径，标志着美国卫星可靠性管理研究进入了一个新阶段．近年来，naSa专家还提出了以可靠性为中心的维护（RCm）和可靠性／可维护性／可用性（Rma）方法，以提高卫星在轨运行可靠性．由于拥有低轨运行的航天飞机并参与了国际空间站工程，naSa据此提出建立在轨诊断维修基地（oRB）的系统可靠性管理构想，该构想把航天飞机和轨道空间站作为维修低轨道故障卫星的基地．
1．2状态监控与健康管理
本节所谓状态是一个相对广泛的概念，包括航天器在轨运行状态（如轨道位置、空间姿态），航天器构成部件或子系统的工作状态（如是否正常工作、是否功能衰减），航天器运行趋势，以及航天器各系统或结构部件所处寿命阶段．评估在轨航天器所处状态、分析其运行过程的状态演化趋势、预测其未来时刻状态变化、预估其故障后的剩余寿命、监视与诊断其运行过程及可能的异常变化，不仅是保障航天器按照预期目标安全可靠运行的前提，也是保障航天安全的技术基础．状态监控的核心技术是异变检测．异变检测又称变化检测，是检测和分析系统在其运行过程中发生变化，以及变化的发生时间、部位、表现形式、作用方式和影响大小等相关问题的一门新兴学科．异变检测的理论最早可追朔到20世纪50年代中期page等［13－14］的奠基性工作，但作为一门独立学科则应归功于1993年Basseville和nikiforov在专著《突变检测———理论与应用》中建立的系统性框架和精巧的研究思路［15］．异变检测技术应用面很广，诸如设备运行过程的状态检测、计算机集成制造系统的有条件维护、生产过程质量控制、复杂系统实时监控、核电站安全保障、运载火箭安全控制、载人飞船安全管理、导航系统监视、气候与环境变化监测和预报、地震等灾变预警、人体病理检查、图像边界确定和控制系统故障检测等，都可以在变化检测的框架下探索和研究．最近10年多来，变化检测的理论研究和应用开发一直受到国际统计界和控制工程界广泛重视．国内关于异变检测的技术研究，起步于2000年前后系列文献［16－20］系统地对系统输出、输入－输出和输入－状态－输出等3种不同情形展开研究，并建立了在线检测、幅度估计和突变时间辨识等一系列新方法和算法，提出的“安全管道”设计等方法突破了门限监测模式的局限性，初步实现了门限内异常变化的在线监控．但是，从总体上看，仅处于起步阶段，见诸报道的研究成果大多混杂在故障检测与诊断技术文献中；另一方面，故障检测与诊断领域的大量研究成果中，也有相当部分属于过程与数据异变检测的范畴．健康管理是近30年基于管理工程发展起来的研究热点之一．美、俄等航天大国为保障航天器安全和满足在轨卫星运行管理需要，采用系统分析、管理工程、信号处理和风险评估等多种不同方法与技术，围绕着航天器的运行管理问题，对状态评估及相关问题进行了系统研究，提出和形成了包括趋势分析、过程监控、寿命预测、状态预诊和健康管理等在内的一系列新方法与技术，人们将上述研究统一在健康管理这一研究框架下，形成了有一定影响度和参与度的研究方向．广义的健康管理是一项多功能聚成的综合分析与评估技术，包括了趋势分析、过程监控、余寿预测、影响分析、异变预警、健康状态分析与评估、风险分析与综合管理等作为其重要构成部分的综合性技术，核心是基于智能系统的预诊，从反应性定期维护转向在准确时间对准确部位进行主动的准确维修，借助各种算法（如Gabor变换和FFt变换）和智能模型（如神经网络和模糊逻辑等），预测、监控和管理飞行器状态，实现由事件主宰式事后／定期维修转向基于状态与健康状况维护．健康管理技术较早用于直升机系统，例如，美国海军有综合状态评估系统、p－8a多任务海上飞机有飞机健康监测系统、陆军有诊断改进计划、naSa第2代可重复使用运载器有飞行器综合健康管理系统、航空无线电通信公司飞机状态分析与管理系统近20年来，健康管理技术被推广应用到航天器安全运行管理中，发挥越来越重要的作用．20世纪90代中期，naSa在戈达德航天飞控中心、休斯敦任务控制中心、马歇尔航天飞控中心等建立具有卫星健康状态综合分析、状态评估、寿命预测、降级运行策略分析制定等功能的在轨卫星运行管理系统；俄罗斯借助自身在健康监控技术方面的先进技术和丰富实践经验，Katorgin等开发了大功率液体火箭发动机RD－170健康监测和寿命评估与预测系统，Vasilchenko等开发了“暴风雪”号航天飞机轨道实时自动监测、预测系统，并向航天员提供可视化信息，便于其监测和控制航天飞机运行状况．近10多年，naSa通过在轨卫星运行管理系统实时对在轨航天器健康状态进行综合分析、评估、寿命预测、故障预防预警，并对已丧失部分功能的在轨卫星采取合理、有效的测控，有力地保障了在轨航天器的稳定、可靠运行，充分发挥在轨航天器应用潜能，取得了巨大效益．近年来，美国投大量资金用于研制集成健康管理系统（iVHm），包含机载健康管理分系统和地面健康管理分系统（iGHm），机载健康管理分系统负责实时监视和管理航天飞机的运行状态，对异常现象进行本地诊断后，诊断结果连同其他信息下传至iGHm，该系统则依据航天器下行健康信息，进行远程专家会诊，诊断结果用作航天飞机机载诊断系统诊断结果的补充和校核，连同处理策略被回传至航天飞机，整个iVHm系统实际上是一系列使航天器健康管理行为自动化工具和过程的集合．据资料介绍，iVHm系统的投入应用，使航天飞机飞行风险降低了50％，运行预算降低了1／3．
1．3环境监测与碎片规避
复杂多变的空间环境也是影响航天安全的重要因素．本文所谓的环境不仅包括航天器运行过程依存的自然环境，也包括长期航天工程产生的外在环境以及航天器本体的内部环境．文献［21］中指出，空间环境对卫星等各种航天器安全运行带来的潜在威胁和影响是不可忽视的，根据统计卫星故障的40％与空间环境有关．例如，对于高轨道航天器，高真空度环境的压力差效应可能会导致机载设备因外压力的剧变而变形、损坏、泄露，美国第一颗航天飞机爆炸致7人罹难的事故，就是因泄漏引发爆炸造成的；对于低轨航天器，低真空范围的放电效应和辐射传热效应，会直接影响到航天器安全运行．另外，太阳辐照、太阳风暴、空间碎片也无时不威胁着航天器在轨安全运行．例如，2010年4月，国际通信卫星组织intelsat公司“银河－15”卫星故障，就是因4月3日—5日期间太阳风暴引起的［22］，类似事故还多次发生在国内外不同卫星上，如1998年“银河－4”卫星．至于空间碎片引发事故和灾害性事件以及对卫星通信系统的破坏性影响，更是司空见惯．对于空间环境异常变化对航天安全的影响和空间碎片对航天器的威胁，从安全技术的角度必须区别对待．环境扰动是不可控的，其影响与危害多采用提前预测和区别性防范．对太阳及空间环境变化及其对航天器影响，美、俄、韩等国家多位学者围绕太阳活动周期性、地磁活动、辐射带电子通量模型ae－8和离子通量模型ap－8及改进南大西洋异常区检验、大气密度影响和空间环境对航天器安全运行的影响等，从不同角度进行了多项研究［22－23］．并且，为研究和利用空间环境，多个国际组织在全球各地布设了广泛的地面站（如noaa空间气象预报中心和nwRa／SwS）与天基观察网（如美国行星际、地球同步轨道、中轨、低轨等不同轨道天基空间环境监测系统），监视太阳活动、行星际扰动和近地空间环境扰动．对大量存在于太空中的各种碎片或垃圾，多采用提前预示和及时规避等方法，防范其威胁航天器的运行安全，国际学术技术界对此有大量研究，通过数学模型或数学方法描述空间的分布、运动和物理特点，建立可用于预示确定域10年内空间碎片分布和碎片数量的短期碎片环境状态模型和预示空间碎片10年以上环境演变数学模型，采用屏蔽防护和规避机动等不同的方式规避其对航天器安全运行的威胁．其中，屏蔽防护法是采用屏蔽方式对微小碎片进行防护；规避机动法则是对直径大于10cm的大型空间碎片进行碰撞规避．规避机动决策方法，主要有Box区域判定方法和基于碰撞概率法等．Box区域判定法通过定义航天器周围警戒区域和规避区域，用以判断航天器与空间碎片之间的距离是否构成碰撞危险，进而采取相应对策，属平均方法，偏保守；碰撞概率主要考虑两目标交会时的位置、速度、几何关系以及危险目标的位置／速度的不确定性以及误差协方差矩阵等信息，当碰撞概率大于黄色门限时，在机动动作不会对主要任务和有效载荷造成冲击就进行机动规避．空间环境研究是一项长期的研究工作，特别是空间环境对航天器的安全可靠运行方面，需要长期地观察数据的积累．
2几点思考
航天技术概论篇10
关键词空中交通；空域资源；流量管理
中图分类号V35文献标识码a文章编号1674-6708（2014）111-0085-02
国民经济的持续高速发展使得空中交通流量迅猛增加，特别是在中东部经济较发达地区，可用空域逐渐减小，空中飞行矛盾越来越突出。为解决空中交通拥挤问题，需要针对空域使用情况采用适当的流量管理方法、技术和策略对空中交通进行管控和协调，在保障飞机飞行安全性的同时提升民航服务效率和质量。
1空中交通流量管理概述
空中交通流量管理是空中交通管理的一个重要组成部分，其主要负责空中交通的安全呢，通过调整飞机飞行时间、飞行顺序以及其他因素等保障空中交通容量并维持空中交通处于长期流通状态。
空中交通流量管理侧重于对一定区域内的空域使用情况进行监控和疏导，以最佳的决策来维护空中交通服务的畅通高效，同时避免因管理不当所引起的事故情况的发生。
该管理过程可以分为战略流量管理和战术流量管理两个阶段。前者又被称为先期流量管理，主要是在长期范围内，如数月到七天之内，的飞行活动进行管理、分析与协调，提前性地对空中交通需求进行评估，确认和调整各飞行任务之间的协调性，制定适当的解决方案避免飞机飞行过程中出现问题。该阶段也负责制定年度空中交通容量计划、航路分配计划等内容。
后者又分为预战术流量管理和战术流量管理两部分。预战术流量管理，即飞行前流量管理，是在飞机执行飞行活动前的一直七天内对具体的飞行计划和管理活动进行确认和调整，依照当前的空域资源和飞行需求调整空中流量到最佳状态。该阶段会通过相关平台具体的飞行与流量管理信息。在飞机执行飞行任务当日所开展的管理活动为战术流量管理，即实时流量管理，该过程主要是对当日实际的空中交通情况和空域可承载的容量对飞行计划进行更新或细微调整，并向飞机分配具体的路径和时隙等。
2空中交通流量管理方法
对空中交通流量管理方法进行分类，可以将其分为空域容量管理和空中交通流量管理两类。前者主要是对地面的机场和跑道，空中的飞行区域结构以及飞机类型和管制程序等进行改进和完善，进而实现空中交通流量的管理。显然该方法涉及内容多，协调难度大，实现周期长，不能够完全承担空中交通流量管理相关任务。后者则是对飞机的起飞时刻、飞行航线、降落时间等进行调整与管理，进而实现调整流量的目的。该方法可行性高，应用非常广泛。
3空中交通流量管理系统及其关键技术
我国空中交通流量管理起步于二十世纪八十年代，但是就其发展与应用来看，扔存在非常大的发展空间。设置专门的管理机构，开发专业的管理系统，应用先进高效的管理技术对空中交通状况进行管理，不仅能够有效提高空中交通效率，还能够降低空中管制人员的工作负荷，推动空中交通向科学化、高效化发展。
目前空中交通流量管理先进系统和关键技术主要集中在以下几方面。
1）增强型交通管理系统
该系统是美国当前所使用的空中交通流量管理系统，主要是在流量控制专家的分析和研究的基础上所开发的。其可在全国范围内对飞行流量范围和空域系统容量进行调控和平衡。
系统包括数据交换、协同决策、流量分析、动态监控与显示等几部分模块。数据交换功能可以支持管理部门和具体执行飞行任务的航空公司之间进行数据交换与传输，可实现空中交通流量状态的实时共享；协同决策功能则是允许各单位或部门之间对具体的流量管理方法和管理内容进行协商和联系；流量分析则是定期对管理空域范围内的飞行状态进行评估；其他功能还包括流量监控与显示、地面延误控制、调度执行等。
2）终端雷达管制自动化控制技术
基于该技术可以对空中交通状况进行评估和模型建立，然后依照所建立的模型制定最佳的决策方案对交通管理、飞机时间间隔以及航路/下降任务等进行咨询，辅助实现空中飞行航路的协调管制。
3）协同航路调节技术
该技术以历史数据和现有监控数据为基础，根据各飞行计划信息对未来空域航路的拥挤度、容量大小等信息进行处理，查找和确定未来飞行计划中存在的问题，并对备选航路、改航影响进行分析，进而制定可行的拥挤度减轻、危险天气避让等策略，协助管制员和空域范围内的用户完成流量管理。
4）全空域和机场建模
对空域和机场进行建模主要是对跑到容量、滑行道容量、停机位容量、路径分配、航路容量、冲突探测与解决等进行仿真，建立与实际情况相匹配的分析模型，进而利用该模型对管理效能进行评估，设计与制定可提高空域容量和地面容量的规划方案，协助完成空中交通流量管理技术决策的制定。
5）定期航班规划与数据管理
高质量的空中交通流量管理离不开合理的航班计划方案，特别是空域环境越来越复杂，管理越来越困难的当前环境下，航班计划需要经常进行检查和校正，确保各数据的有效性。该内容涉及数据库技术、数据处理技术以及信息管理技术等多种技术，可实现对定期航班计划文件的存储、处理以及更新。
此外，基于数据库技术开发设计空中交通服务环境数据库，还可以对管理区域、扇区、航路以及相关设施等进行存储与管理，并为其他系统或功能提供数据支持。
6）计算机辅助时隙分配
该技术可以对每一架飞机的起飞时间进行计算和时隙分配，以期更加合理地分配飞机时隙，监视航班运行，为定期航班处理提供数据支持。高精度的时隙分配可以在有限容量内降低飞行冲突状况出现的概率，提升空中流量管理效果。
4结论
随着我国经济的快速发展，空中交通市场得到了极大的繁荣，但是在空中交通市场发展的同时空域流量问题也日益凸显。为提高空域资源的利用率，保障空中交通的安全，促进空中交通向更有序更快捷的方向发展，就必须使用适当的流量管理技术和管理系统对空中交通流量进行管理。
参考文献
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