航天航空概论范文

航天航空概论篇1

随着全球经济的不断发展，民众对物质需求的快速增长，航空业的持续发展需要越来越大的空域容量，因此“最优化可利用空域”的重要性凸显。在世界航空这样的大背景下，中国民航在经过六十多年的发展，安全水平稳步提高，运输总量快速增长，航路航线不断丰富，保障能力逐渐完善，因此从某种意义上来讲中国民航更迫切地需要引进和掌握新航行技术使我国的民航事业更上一个台阶，使我国真正向民航强国迈进。而把基于性能导航（PBN）这项全球瞩目的航行技术系统化、中国化以及普及化正是当前我国民航推动和发展新技术的一项重要课题。

1 概念介绍

传统导航是指航空器依靠地面导航设施（如VOR、NDB、VOR/DME等）所发射的信号进行引导和定位，通过向背台航迹指引进行飞行的一种导航方式。在这种导航方式下，航空器沿固定的航路飞行（因为传统的航路正是基于地面导航设施位置、逐个连接各导航台点而成的），受地面导航台布局与导航设施性能的制约，传统导航呈现出飞行航迹的精度不高、约束性和局限性日益彰显的现实情况。

基于性能导航（PBN-Performance Based Navigation）是国际民航组织（ICAO）建立在区域导航（RNAV）与所需导航性能（RNP）的基础概念之上，以新航行系统（CNS/ATM）为基本架构，并且参考整合了空域概念后所提出的一种航空运行概念。

区域导航（RNAV）是一种导航方法，允许航空器在相关导航设施的信号覆盖范围内、或在机载自主领航设备能力限度内、或在二者结合下沿所需航路飞行。从理论上来讲，实行区域导航的航空器，只要能在导航信号覆盖范围内，可以沿任意期望的航迹飞行。

所需导航性能（RNP）的定义为航空器在一个确定的空域、航路或终端区域内运行时所必需的导航性能精度。RNP不仅对航空器机载导航设备（如FMS）有运行方面的相关要求，还对支持相应RNP类型空域的导航系统（如GPS）也有相应的要求。在ICAO对RNAV与RNP概念的整合管理之后，我们可以这样来理解：RNP除了具备RNAV的能力外，还增加了自主监视与告警功能。

2 两种导航方式之间的比较

传统导航方式在中国民航发展历史上留下了浓墨重彩的一笔，即使到今天，想要新建一个机场、或者是对现有机场进行改造升级乃至搬迁，传统导航方式下的传统飞行程序都是机场最终能够开航运行所必不可少的关键要素。由此可见，传统导航方式在我国发展至今，其依托的导航设施的覆盖性、稳定性、安全性以及经验积累已经到达了一个非常完善与合理的高度，并且在中国民航传统导航的发展过程中，培养了一批理论扎实、经验丰富的基于传统导航方式下的飞行程序设计人员，本人也是一名新进飞行程序设计人员，通过一段时间的了解和学习，更深刻地体会到了传统导航方式的重要性，而许多飞行人员也对传统导航拥有许多自己的习惯和经验。因此本人个人的理解是：传统导航是中国民航导航技术发展的根基与依托，也是我们向新航行技术发展过程中的一个重要的过渡手段，我国民航局目前对传统导航与PBN的方针政策也是并行发展、互为备份。在对传统导航的叙述后，我们接下来再看看PBN对民航发展的重要意义。

PBN是一个经ICAO整合过后的概念，有RNAV和RNP两个分支，这在之前的概念里有过介绍。在这里简单介绍一下PBN的发展历史：最早区域导航（RNAV）概念的提出是为了解决传统导航设施布局局限性的问题，早期的区域导航系统采用与传统的陆基航路和程序相似的方式，通过分析和飞行测试确定所需的区域导航系统及性能，可以使航空器在陆基导航设施覆盖范围内，优化航路航线，对于陆地区域导航运行，最初的系统采用V0R和DME来进行定位，而对于洋区运行，则广泛采用惯性导航系统。而我国正是在这样的国际环境下，于1998年在ICAO新航行系统发展规划指导下，抓住西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条区域导航航路（L888航路）建设，并于2001年1月正式投入运行。国际民航组织ICAO在附件1l《空中交服务》和《航空器运行手册》（DOC 8168）中提出了部分区域导航设计和应用的标准和建议。美国和欧洲等航空发达国家和地区已经积累了丰富的区域导航应用经验，但由于缺乏统一的标准和指导手册，各地区采用的区域导航命名规则、技术标准和运行要求并不一致。国际民航组织ICAO之后正式基于性能导航手册（PERFORMANCE BASED NAVIGATION MANUAL），用以规范区域导航的命名、技术标准，并指导各国实施该新技术。至此PBN概念正式产生。

与传统导航相比，PBN运行具备诸多优势，导航源的选择和导航精度的提高可以在保证民航安全运行的前提下大大增加空域容量和运行效率，有利于航空承运人增加业载、减少航班延误、改善全天候运行的安全性和可靠性、降低运营成本等等。当然，在诸多优势的背后，PBN在中国民航的发展依旧存在硬伤：导航源的选择。众所周知，目前我国PBN导航源主要依赖GPS（全球卫星系统），虽然GPS是由美国政府承诺免费对全球进行开放使用的，但不可回避的一点是，当战争或是一些不可预测不可抗拒的情况发生时，GPS可能会出现无法达到民航可用的精度要求甚至无法使用的情况，因此我们不能一味地依赖GPS系统，毕竟那是美国人的产品。在这种情况下，我国从1983年开始筹划建设独立自主的卫星导航定位系统：Compass系统（北斗卫星系统）。“北斗”不但兼容其他全球导航卫星，还可以提供更多可观测的在轨卫星、增强GNSS的导航准确性、完好性、连续性和可用性等。PBN的启用，已经在我国许多复杂地区诸如高高原机场、山区机场发挥了重要作用，比如玉树、林芝机场以及九寨、黄山机场等，接下来我将针对个别机场进行传统与PBN导航飞行程序分析和讨论。

3 结论

综上所述，PBN在我国民航技术发展还有很长的路要走，我们将在很长一段时间内继续实施PBN与传统程序混合运行的方针政策。我国第一条区域导航航路L888的建立，预示着中国民航向着以PBN为代表的新航行技术迈进。经过数十年的经验积累，我们可以预期，随着PBN在中国的不断发展，中国民航的安全水平将大幅提高、机场终端区和航路容量将大幅提升、航班正常率将有较大提高、复杂地形机场航班运营效益将显著改善、新建机场地面导航设施的建设费用将迅速减少以及航空器燃油将更加节约，当PBN运行结合了我国自主的“北斗”导航系统、再辅以正在西南地区实施的ADS-B监视系统，相信在不久的将来，中国民航将真正迈入民航强国的行列。

参考文献

[1]黄卫芳.浅谈基于性能导航(PBN)[J].空中交通管理,2007,7.

[2]曹洪涛.机载导航性能评估系统的设计与实现[J].南开大学,2009.

[3]陈湘燕等.高原机场及航线实施RNP/RNAV运行优势探讨[J].中国民航飞行学院学报,2007,4.

作者简介

航天航空概论篇2

[关键词]公选课 生命科学概论 非生物专业教学方法

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）01-0143-03

21世纪被公认为是生命科学的世纪，掌握一定的生命科学知识是21世纪高素质、有创新精神的复合型人才知识结构的重要组成部分，是高等教育的任务之一。[1]《生命科学概论》是高校为深化教学改革、提高学生的综合素质、满足社会对复合型人才的需求而开设的一门跨学科公共选修课。中国民航大学从2006年开始对非生物专业的本科生开设了《生命科学概论》公共选修课，本文就民航院校非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学进行探讨。

一、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的必要性

知识经济社会期待的大学毕业生应该是在一定的专业训练的基础上，具有更为全面的知识结构，更为积极的应付挑战的能力以及向多个方向发展的潜力。[2]目前大学生中所存在的问题已经暴露学校在人才培养结构上的缺陷或不足，专业细分化，过于强调专业化培养，使学生知识面过窄，已经很不适应当前社会发展所需要的宽口径、厚基础、创造性、复合型人才培养要求。[3]2012年教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见（教高[2012]4号）》中将“鼓励因校制宜，探索科学基础、实践能力和人文素养融合发展的人才培养模式”作为创新人才培养模式的重要内容。[4]21世纪被公认为是生命科学的世纪，生命科学在农业可持续发展、能源开发、人类健康、生态平衡等领域发挥着重要的作用。[5]近年来生命科学成为科学大系统里最有竞争力的带头学科，引领着世界科技经济的快速发展。因此，世界主要国家都把发展生物科学和生物技术作为基本国策。21世纪世界各国在高科技领域的竞争归根到底是高素质人才的争夺和竞争，在这一历史时期，高校非生物专业开设生命科学课程是新世纪高等教育发展的需要，是历史的必然。作为21世纪的大学生，如果不懂得一点生物学的知识，成为所谓的“生物盲”，将无法适应以生命科学和信息科学为特征的知识经济飞速发展的要求。加强生命科学教育，普及生命科学知识，有利于个人形成正确的人生观、世界观，有利于树立良好的健康观念，提高环保意识，增强学生的社会责任感，促进社会的发展与稳定。[6]因此，在民航院校开设《生命科学概论》对民航人才的培养模式具有重要意义。

高等教育应该是在更高层次上的以整体素质教育为主，有一定专业方向的高层次整体素质教育。《生命科学概论》是一门融合基础知识与前沿进展相结合的综合性课程，是当今高校进行素质教育的重要内容。世界著名大学，如哈佛、剑桥和斯坦福等，早在20世纪80年代就在全校开设类似生物学课程，1995年以来，清华、北大、上海交大等重点理工科大学也陆续把《生命科学概论》列为非生物类专业的限选或必修课程，北京航空航天大学和南京航空航天大学近年来也面向非生物专业开设《生命科学导论》的公修课。随着航空航天事业的飞速发展，生命科学技术在航空航天领域的应用越来越广泛。为发挥航空器整个系统的效率，提高其安全性和可靠性，利用生命科学技术开展航空人因工程研究，开展在航空环境下飞行员的行为及作业工效研究，弄清飞行员与航空器在航空飞行环境下的相互作用与相互关系，提出航空器飞行器的适人性设计要求、安全救生与防护措施、评价方法以及人员的选拔与训练方法等，使人、航空器及其所处的飞行环境有机协调与配合，探讨航空环境对航空人员健康的影响机制及对抗措施，为航空工程提供理论基础和技术支撑，这些将大大促进民航事业的快速发展。

因此，在民航院校开设《生命科学概论》，增加了学生对生命科学知识的了解，尤其是对人体自身的了解，将有利于学生发展仿生的设计思路，落实“以人为本”的根本原则；有利于拓宽学生知识面，改善知识结构，提高学生综合素质，将来更好地为民航服务。

二、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学内容

中国民航大学是一所以工为主，理工结合，集管理学、经济学和法学等学科全面发展的综合性行业院校，在校学生均为非生物专业。学校利用航空医学研究所的师资力量从2006年开始给全校本科生开设自然科学类公共选修课《生命科学概论》，深受学生欢迎，每学年选课人数达到800人。向非生物学专业学生开设《生命科学概论》课程的教学内容定位于“基础性、系统性、趣味性和学科交叉性”，从介绍生命科学基础知识的物质基础入门，衍射到生命活动的基本单位——细胞，从细胞到细胞工程；从生物物质代谢深入到生物遗传的本质——基因，从基因到基因工程，直至现代的分子生物学技术，从分子水平上阐述生物的奥秘；同时还从动物、植物、微生物等不同的生物类群上描述生物的多样性以及生物与环境的关系，通过科学性、趣味性、学科交叉性和贴近生活性的内容介绍生命科学领域的最新进展以及与我们人类自身生存和健康方面的相关知识，使学生的生命科学素质得到提高。讲授内容在注重系统性的基础上包含了最新的科技前沿、最广泛运用的生物学技术手段、最热点的人类疾病、最新的交叉学科等等。我们密切关注科技最新动态，把其中反映生命科学和生物技术最新进展的内容及时移植到我们的教学中去。例如：在“遗传”部分介绍癌症、糖尿病、高血压等现代慢性疾病在遗传方面的研究近况；在“病毒”部分介绍SARS、H7N9等疾病的致病机理、防治途径和治疗方法；在“免疫系统”介绍艾滋病的基本知识及预防；在“环境”部分介绍日本福岛第一核电站泄漏等。这些“时尚”新内容很受学生欢迎，让学生了解生命科学，激发对生命科学的兴趣。

三、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学方法

1.采用多媒体教学手段加强学生的感性认识

《生命科学概论》教学内容庞杂、信息量大、知识难点多。所谓“百闻不如一见”，直观的东西更易于接受、理解和记忆。利用多媒体教学，通过图文声像并茂的组合方式讲授课程，将书本知识化静为动，化虚为实，化抽象为直观，不仅增加了课堂的教学信息量，提高了学生学习效率，而且增强了学生对知识的理解及方法的运用。[7]另外，可在课堂上利用多媒体设备播放一些生物学相关影像资料，给学生更为直接的视觉感受。例如播放科教片《人类消失之后》，让学生充分理解人类和大自然和谐相处的重要性。

2.开展课堂主题演讲激发学生的学习兴趣

为了激发学生学习的主动性，提高课堂教学的参与度，了解生命科学的研究进展，我们组织开展了课堂专题演讲的研究性学习活动。教师初步确定当前生命科学重要前沿问题的题目，如生物芯片、基因工程、干细胞、生态与环境可持续发展、转基因食品等，把学生按5～6人一组分组，每组确定一个主题，学生通过网络和图书馆查阅相关文献资料，小组讨论写成小论文，并做成幻灯片在班上交流演讲。这样增强了同学之间以及同学与老师的沟通交流，活跃了课堂气氛，充分锻炼了学生的文献检索利用、团队协作、论文写作和口头表达等综合能力，收到了良好的效果。

3.引入社会热点问题，开展辩论赛，提高学生理论联系实际的能力

科技是一把双刃剑，生物高科技的发展给人们的生活带来舒适快乐，同时也给人们带来了很多的困惑甚至危机。人们在开发利用生物技术时，有可能出现意想不到的安全问题，生物技术的误用以及生物技术的非道德应用也可能带来很大的安全隐患。[8]这些与生命科学有关的热点问题具有鲜明的时代性和综合性，学生对这些热点问题的探讨有利于增强他们的科学敏感性和社会责任感，以培养他们捕捉信息、分析事物的能力。首先，教师初步确定当前生命科学具有争议性的热点社会问题，如食品添加剂的利与弊、克隆人的利与弊、转基因食品的利与弊、垃圾焚烧的利与弊、安乐死是否应该合法化等。学生通过分组每10个人一组，每2组自由选择一个辩论主题作为正方和反方进行辩论，每个班级推举一名主持人来主持辩论赛。通过辩论赛，增强了学生之间的团结、合作、竞争、进取的意识，为学生提供了一个思考和展现自我的平台，并让学生对科学研究有了更进一步的认识，大大提高了学生理论联系实际的能力。

4.多元化的考核方式

学生的课程成绩由平时成绩和考试成绩组成，其计算方式为：最终成绩=平时成绩（占30%）+期末开卷考试成绩（占70%），其中平时成绩的考核主要由课堂出勤（占10%）、课后作业（占10%）以及课堂小论文（占10%）三部分内容构成，期末考试成绩采用撰写课程论文和期末理论考试相结合的方式。这种多元化考核方式不但评价了学生参与教学活动的态度、完成作业的质量，又考查了学生对知识的了解和掌握程度，同时多元化的考试方式也增加了学生的学习兴趣，减轻了学生的思想压力，且避免了少数学生平时不学习，通过考前突击准备获得较高分数，导致课程成绩不合理的情况发生。[9]

四、思考与建议

目前我校开出《生命科学概论》公选课以来，已有7年的教学实践，选课人数每学年达到了800人，每个班级限200人。由于选课人数多，且学生来自不同专业、不同年级，管理起来难度较大。部分学生是为满足学分而选课，因此迟到、早退、旷课现象时有发生；加上不同专业基础知识差异较大，课程内容多但课时少，难以满足部分学生的需要；随着科学技术日星月异地发展，生命科学知识更新速度很快，现有教材也很难满足课程的需要。

通过对《生命科学概论》课程教学的探索，我们清楚地认识到在今后的教学中要进一步增强课程的知识性和趣味性，加强教学管理和教材建设，提高学生的学习积极性和创新意识，从而增强学生的科学素质。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李娜，毛永强.“生命科学导论”公选课的教学改革初探[J].长春理工大学学报.2011（10）：120-121.

[2] 蔡克勇.建设创新型国家，大力培养创新人才[J].民办高等教育研究.2006（4）：1-7.

[3] 宋怡玲，杨军.“生命科学导论”课程体系建设与创新人才培养[J].高等理科教育，2006（6）：37-39.

[4] 郑丽沙，李德玉，荣龙等.面向非生物专业本科生的“生命科学导论教学改革初步探索”[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2012（7）：112-114.

[5] 黄国琼，罗长坤.生命科学前沿的特征与意义[J].医学与哲学（人文社会医学版），2007（1）：1-4.

[6] 晏琼，何金生，侯玲玲，等.研究型生命科学教学在非生物专业理工科创新人才培养中的探索与实践[J].当代教育理论与实践，2013（1）：83-85.

[7] 王伟章，郑敏.生命科学前沿公共选修课教学探讨[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2010（2）：131-132.

[8] 徐明.论生命科技的挑战与立法应对[J].科技进步与对策，2013（5）：106-109.

航天航空概论篇3

[关键词]航天飞行器；控制；发展趋势

中图分类号：DF25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0371-01

1 前言

空间技术是世界上最尖端技术的科学和技术，也是一个国家科技水平和综合国力的重要体现。世界太空强国和工人提供免费获得高度关注和发展空间，提高技术，如空间控制，实现在天地之间，各种先进技术研究项目，新概念的空间太空强国的发展规划，并已取得重要进展。参与航天飞机，本文主要指火箭进入太空，空间，和这种飞机参与控制理论和技术研究领域的热点和困难飞机控制，先进的、基本的、全面的、已经成为支持的重点领域之一，中国航天工业的未来发展。发展成为一个独立的导航、制导与控制技术领域的历史可以追溯到“阿波罗”载人航天计划的时代。近几十年来，还被美国作为高超音速飞行器的五个核心技术之一。

2 航天飞行器控制领域前沿问题与挑战

2.1 可靠进入空间的控制前沿问题与挑战

经过40多年的不懈努力，我国的运载火箭得到了长足的发展，独立自主地研制了14种不同型号的“长征”系列运载火箭，具备发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力，入轨精度达到国际先进水平.虽然我国运载火箭已取得举世瞩目的成就，已在世界商用航天发射市场占有一席之地，并且通过了高密度发射的考核，控制技术得到了充分验证，但是与国外先进的航天运载技术相比，还存在一些不足：

1）运载火箭应对故障的能力不足：由非灾难性故障而导致发射任务难以顺利完成或失败，而这些故障往往可以通过理论方法来克服，需要具备能够采用诊断和预测的方法进行系统故障的监控、检测、隔离，能够评估系统故障的影响并为任务调整提供决策支持的能力，对设备的维护和更换提供指导性建议.

2）火箭发射成本和经济性有待进一步提升：我国运载火箭与国外相比，入轨精度处于同一个量级甚至更高，但现役运载火箭的价格优势正在逐步丧失，同时也暴露出运载能力不足、发射准备周期长、任务适应性差的缺点，难以满足高效率、多样化的航天发射和空间运输需求.

3）对任务的适应能力存在不足：火箭对发射零时的要求较高，现有方法不具备对发射时间敏感任务的适应性.控制系统是运载火箭的神经中枢，提高控制系统的可靠性，对于提高整个运载系统的可靠性至关重要.因此，可以通过制导与控制理论方法的革新来提高运载火箭的可靠性、经济性.同时，系统的高可靠性要求也对控制系统的设计提出了更高的挑战.

2.2 空天飞行器的控制前沿问题与挑战

空天飞行器集航空、航天技术于一身，兼有航空器和航天器的特点与功能，既可以像普通飞机一样在稠密大气层内飞行，又可以在近空间稀薄大气层内作高超声速巡航飞行，还可以穿过大气层进入轨道运行.归纳起来空天飞行器具有五个方面的特点：

1）任务维数多：主要包括在轨运行、再入返回两类任务，在轨飞行任务包括初态建立、轨道机动、轨道维持、高精度对地观测、在轨稳定运行等任务模式，是迄今最为复杂的一类飞行器.

2）飞行状态跨度大：飞行空域跨越几百公里地球轨道至地球表面，速度跨越水平着陆低速到第一宇宙速度，在轨飞行时间达到200天以上，再入返回时间约3000s左右，经历的环境温度从零下几十度到1000度以上.

3）飞行环境恶劣：跨越纯空间、稀薄流区和稠密大气层，经历空间辐照、高低温、气动热等复杂环境.

4）动力学特性复杂：包括轨道动力学和再入动力学，为适应不同飞行环境，配备了RCS（Reactioncontrol system）和多操纵舛舵，如体襟翼、升降舵、V形垂尾、阻力板等，姿控系统结构复杂，且多气动舵结构导致姿控系统存在多维强耦合特性.

5）升力式返回模式：出于任务需要和时间限制，空天飞行器再入模式与飞船完全不同，它采用升力式再入模式，从轨道快速返回，利用高升力体外形在临近空间长时间非惯性、大范围横向机动飞行.

3 航天飞行控制技术发展趋势

基于国际空间飞行器控制技术的研究进展，以及存在的问题的基础和关键技术，进一步发展我国一方面缩短交付系统的未来发展和世界先进航空航天汽车技术差距；另一方面提高中国的国际竞争力空间载波系统本身，促进市场化、产业化、国际化的发展，中国的空间。进入太空的发展趋势是升高的自，可靠性高、重复使用、低成本方向发展。空间对国家安全具有十分重要的战略意义，开发新的太空武器迫在眉睫，太空飞行控制可靠性高、精度高、适应性强、自主飞行的特点，快速的响应，断层重建任务飞行的能力，可以满足未来空间操作，天地之间复杂的任务要求。太空飞行控制技术在我国应该在以下解决方法：

3.1 加强进入空间、空中飞行控制基础理论研究

尽管美国工程方面取得了巨大的成功，但是NASA不仅仅是满意，仍颇具影响力的“先进制导控制技术”的研究计划，持续改进的传统方法，支持控制技术创新和技术改造。应该在中国的重大前沿需求，制定相应的“工艺先进的指导和控制项目”的主要研究计划，吸引国内单位和研发团队开展研究。例如，注意工艺创新布局引起的多学科交叉的非线性动态特性，创新、多样性、混合、异构控制功能的飞机控制新概念，理论和方法的研究关注在信息化环境中，原本独立的飞机控制，计算和通信、控制、决策和管理的集成趋势带来的新概念，理论和方法的研究。

3.2 重视多学科交叉研究

HTV-2两次失败强调跨学科的问题。首先在于气动力和控制问题：飞行HTV-2偏航角的偏航角大于预先设计，和耦合的滚动操作，飞机在滚动方向；二是气动加热和材料问题：严重的气动加热使身体材料剥落，气压变化。和新需求、新布局，新未来飞机控制功能使空气动力学、结构、电厂越来越近，飞行控制耦合电厂不仅提供动力，也有重要的控制功能，不同的控制功能之间的有利和不利影响，多轴控制力矩引起高度耦合，我们应加强多学科交叉设计方法的研究，并积极探索多学科联合，协同设计研究和开发模式，如开展全面的产品设计。

4 结束语

综上所述，航天飞行器控制技术在我国的发展中起着很重要的作用，所以对航天飞行器控制技术的现状和发展趋势进行研究很有现实意义。

参考文献

[1] 王晓东.浅析航天飞行器控制技术[J].中国航天，2013.

[2] 杨勇.航天飞行器控制技术的发展[J].北京大学学报，2016.

航天航空概论篇4

钱老在1993年7月23日给我的信中，展望了未来载人航天要的创新技术：

我认为人们尤其应该重视遥现技术和遥操作技术，以大大节约人长期在天上“受罪”的巨大代价。我希望我国的航天事业能后来居上，胜人一筹！

航天事业的又一重大发展是空天飞机，尤其是把它作为用半小时即可横跨2万公里的民航工具。所以空天飞机是21世纪的重大成就。但此项技术工作规模和难度空前，耗资达千亿美元以上。今天世界上无论任何国家都无法独家承受此负担，只有国际合作才行。请看，就是花费100亿美元的超导超级质子反质子对撞机（SSC）也是多国共建的，我国将参加，贡献1亿多美元的设备。因此我请您研究以下工作设想：

首先，继续跟踪国外有关空天飞机的发展动态。

其次，研究各种可能的方案，进行国际共同开发空天飞机。

再次，我国作为国际合作的开发者，该如何作准备，也就是争取参加国的资格，人家需要我们。我们能参加SSC，就因为我们通过北京正负电子对撞机工作，使人看到我国的科技力量和加工生产能力。

21世纪的中国人一定要在空天飞机上显一显身手，一件国家大事。

在这封信中，钱老提出了三个未来载人航天的发展方向：

第一，为了实现更便宜、更安全和更灵活的载人航天飞行，钱老建议在我国研制成功载人飞船后，应将航天运输系统的目标，瞄准空天飞机。钱学森在1962年出版的《星际航行概论》一书中，就提出了使用吸气式发动机的概念。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。关于吸气式发动机他提出要“以涡轮喷气发动机起飞，当高度超过10千米及飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动，继续爬高和加速，直到极限，然后第二级火箭脱离第一级起飞。”1990年12月28日致朱光亚的信中指出：“近见美国好几期都有关于高超声速飞机的报导乃至空天飞机研制的报导，美国是主力，其他好几个国家也在搞。看来这是21世纪的航空航天技术。”

第二，钱老强调要发展遥现技术和遥操作技术。钱老认为，人与自动化系统的优化结合，包括采用遥作学的技术，使人在地面更好地参与空间科学实验活动，将是未来航天系统的发展方向。他在1993年8月23日给朱光亚的信中建议将英语中的“teleoperation”译成“遥作”，“telescience”译成“遥作学”或“遥作技术”。对于遥作及遥作技术的意义，他在这封信中说：

回想历史，人们总是想用机器代替人干活，最早是人力、畜力驱动的机床，然后是机器能力的机床，后又有数控机床。再进一步就发展机器人；后来因为机器人太笨，所以开发智能机器人。但就是智能机器人的智能也是有限的，还要操作人在现场管理、调节。但一人管多台机器人，操作人要眼看四方，跑前跑后，十分紧张，一秒也不能休息。日本工厂在机器人生产线上的操作工人据说只能干两三年就退入另外工作，太累受不了。

解决这一问题的方法和途径就是遥作技术，操作人不在现场，可以安安静静，舒舒服服地管好机器人生产线。这是人・机结合概念的扩展；机不只是计算机，还有智能机器人。

这才是遥作技术的革命意义！遥作技术要应用于一切生产。遥操作空间站上的工作只是其中之一而已。

第三，钱老认为国际合作已成为发展载人航天的必然趋势。为了节省投资，加速发展和减少风险，各个国家在载人航天领域愈来愈多地开展各种形式的国际合作。1988年3月10日钱老在致朱光亚的信中指出：“我看根据现在世界形势，今后航天技术将是国际间‘合作―矛盾―竞争―合作’的格局。所以我们的专家们要懂得点政治和经济，不能搞纯技术观点。”在钱老给我的信中，明确指出了只有我们在技术上有所创新，掌握某些别人并不掌握的技术，才能在平等、互利的原则下开展国际合作。

航天航空概论篇5

关键词：军工特色；航天物流组织；质量管理体系

中图分类号：F426.5，F252 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）06-0-01

随着我国军工企业的快速发展，相对应的军工物流产业也得到了极大的促进作用，并形成了一定的规模，其管理质量也是显著提高。这些物流组织主要任务就是负责将军工企业所生产的军事物品以及民事物品保质保量的运送到目的地。其中主要包括产品的各种生产资料、部分机器的零配件等。这类军工物流组织通常都是隶属于某军工企业，是该企业生产以及产品实现流程中的一部分，但是有具有一定的特殊性，其是一个与市场打交道，服务于军工实现过程的相对独立体。

然而，尽管其属于军工企业中的组成部分，军工物流组织同样需要建立起完善的质量管理体系，从而保证军工产品的顺利生产与运输。本文重点探索如何建立军工物流组织的质量管理体系。

一、航空物流的概念

航空物流是以空运为主要运输形式，借助现代信息技术，连接供给主体和需求主体，使原材料、产成品及相关信息从起点至终点有效流动的全过程。它将运输、仓储、装卸、加工、整理、配送、信息等环节有机结合，形成完整的服务供应链，为用户提供多功能、一体化的综合。与传统的航空货运相比，航空物流不仅包括货物的空中运输，还积极参与客户物流运作的全过程，对客户以降低成本为目标的物流运作进行总体设计和管理，因此，航空物流更加强调物流功能的整合和服务环节的协调。参与流通的主体包括航空货运企业、地面运输企业、机场货站服务企业、航空运输企业及客户等，航空物流业是上述活动主体的集合。

二、构建具有军工特色的航天物流组织管理体系

(一)建立军工物流组织的产品识别标准

军工物流组织并不直接参与到军工产品的生产过程当中，而是为生产过程中提供相应的物流保证，所以，这一物流保证服务就应该记为军工物流组织的产品。对于这一产品我们可以将其细分为三类：1.物资供应服务；2.型号产品交付服务；3.产品运输服务。另外加上这三类产品中包括的有形产品。

物资供应服务产品指的是为客户提供所需物资的购买、检查、存储、配料以及发送等服务性活动。其中包括的有形产品主要是指这一过程中需要的材料、配件以及军工配套产品。这些真实可见的产品统称为采购物品。型号产品的支付服务主要是指物流组织为客户提供型号产品的存储、保存以及支付等活动。其提供的有形产品包括客户需要的所有型号产品以及其所有附件等等。并称这些产品为支付产品。产品的运输服务主要是指物流组织为客户所提供的各类产品的运输与与装卸服务。其中的有形产品既包括型号产品，又包括普通的物资以及各类设备，其全部被称为运输产品。

通过以上对军工物流组织的服务产品以及相对应的有形产品的识别，可以帮助航天物流组织明确自身能够为客户提供的产品范围以及服务项目。并在此基础上，建立起相对应的业务流程以及控制执行标准。通过对上述三类服务产品建立的服务控制程序以及作业文件，做到对相关的服务产品进行高效的过程控制，并对与之对应的有形产品进行适当的把控，从而达到提高物流组织服务产品质量的最终目标。通过对服务产品的识别，也使得航空物流组织在飞航军工产品生产供应链体系中的定位更加准确。为此，相关的管理部门要确定“做好科研生产两端物流(物资供应物流、产品交付物流)，服务生产物流和售后服务物流”的发展方向。

(二)构建自我完善机制，促进物流管理体系高效实施

在建立军工物流组织质量管理体系过程中，相关的物流组织工作人员应认真学习领会质量管理的精髓，逐渐形成自我完善与提高机制，并通过不断的理论学习，到实践活动，再到反思与提升。如此循环往复，就会从本质上发现军工航空物流组织在产品的实现以及管理方面的特征，并在此基础上，建立起规范、系统的管理体系。并经常进行组织内部的考核工作，严格控制评审的质量，不断提出相关的改革建议，从而使得航空物流组织系统更加完善。

(三)建立管理标准体系，追求卓越绩效管理

建立文件化的质量管理系，通过开展内部审核、质量监督和管理评审活动使组织形成自我完善、持续改进的机制，这是质量管理的低级阶段。把现有的质量管理体系文件逐步形成组织的管理标准，才能体现质量管理体系的规范性，保持标准的协调一致性、可操作性和长久的生命力。并且，不断对相关的质量管理体系进行更新改进，实现质量管理体系标准化。

通过建立一系列质量管理标准可以大大加强体系文件的可操作性和规范性，进而更好的实现航天物流组织的高效管理。

三、小结

随着我国经济建设的高速发展，我国的航空运输业的发展已经与30年前相比有了质的飞跃，并且，其经营的种类与范围都已经今非昔比，不仅从事民事的航空物流服务，还与许多的军工企业合作，为其提供航空物流服务，然而，具有军工特色航天物流组织由于其所处的特殊地位，无论是在运输、储存以及交付方面都有严格的流程管理章程。为了更好的实现军工航天物流管理质量，本文首先给出航天物流的相关概念，然后，根据目前的航天物流发展情况，提出具有军工特色的航天物流组织质量管理体系。从而促进我国的航天物流组织更好的发展。

参考文献：

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[3]方杰.知识经济时代下航天物流企业的人力资源开发[J].航天工业管理,2006(S1).

[4]赵金毅,常贵斌,顾廷和.航天物流信息化的实践[J].航天工业管理,2006(S1).

[5]赵金毅,王福生,张辉,贾越.建立军工特色的航天物流组织质量管理体系[J].航天工业管理,2008(12).

航天航空概论篇6

[关键词]相关机会约束；应急调度；机型指派；遗传算法

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.12.103

[中图分类号]F224.3；V352 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2015）12-0-02

航空公司一般会提前1年制订出相应的航班计划，然而这些计划在安排时常被不确定事件打乱。利用恰当的模型与优化算法，提出应急调度方案，有利于保障航空公司快速恢复正常运营，减少航班延误。对此黄为 等论述了航空公司航班应急调度的目标、方法及对策。牟德一 等提出航班调度应急管理鲁棒调度与受扰恢复策略研究。本文引进相关机会约束，在传统的模型中加入随机变量，建立带有相关机会约束的航班调度模型。

1 应急情况下机型指派模型研究

1.1 确定情况下航班调度问题的机型指派模型

1.2 应急情况下的航班调度机型指派问题相关机会约束模型

在应急情况下，管理者期望在花费资金较少的情况下最大概率的实现预期的管理目标，由于在航班应急情况下，许多参量出现一定的随机型，原来的一部分确定型变量转化成为随机变量，传统的确定型数学规划模型无法很好地求解这类机型指派问题，相关机会约束模型，在根据具体条件情况要求下设定一定的优先等级，允许在一定情况一定置信水平下满足约束条件，其模型如下。

2.2 随机拟合仿真的改进遗传算法

由于相关机会模型问题的复杂性，很难利用现有的理论方法求解，采用蒙特卡罗随机仿真拟合的改进遗传算法极大地方便求解模型。基于蒙特卡罗随机拟合的改进遗传算法求解步骤如下。步骤1：确定变异概率Pm，交叉概率Pc及种群数参数N；步骤2：编码优化问题，形成有N个染色体的初始群体，并借用随机拟合技术检验染色体的可行性；步骤3：借用随机拟合技术估算初始种群中每个染色体的适应值；若停止规则满足，则算法停止，否则转下一步；步骤4：估算概率；步骤5：以概率Pi从初始种群中随机选部分染色体构建新的种群；步骤6：按照给定的变异概率Pm与交叉概率Pc，对染色体实行变异与交叉操作，并借用蒙特卡罗随机拟合技术检验后代的可行性；步骤7：重复步骤2至步骤6，直到完成设定的循环次数；步骤8：给出方案结果最好的染色体作为最终最优解。

3 算例分析

A航空公司为应对由风暴等不确定因素引起的大面积航变，提前制定应急预案。该公司有2种机型，6架Ⅰ型飞机，3架Ⅱ型飞机，Ⅰ、Ⅱ机型的座位数分别为185、200。设A航空公司甲、乙城市之间的航班旅客需求为ξ1（去）、ξ2（返）分别为正态分布ξ1～N（150，352）、ξ2～N（160，472），首先来解2.1中的模型，根据算例的数据，得到F={1，2，3，4，5，6}，J={1，2}，M={1，2，3}，N1=6，N2=9，由程序得到最优解确定性模型最小成本为115 608，甲乙往返满足旅客量需求置信水平分别是80%、52%。现引入相关机会约束，设定一定的优先等级，设定满足甲去乙为第一优先级，置信水平不低于90%，乙返回甲地为第二优先级，置信水平不低于80%，满足在相关基础模型参数基础上，求解的相关机会约束模型最小成本为121 956。并且误差不超过2%。结果显示，成本虽然有所增加，却能够以较高的置信度满足旅客需求，模型具有鲁棒性，往返置信水平分别提升到90%、80%以上，有效提升航空公司形象及顾客满意度，有利于长远发展。

4 结 语

在前人成果基础上构建相关机会约束的机型指派模型，并运用蒙特卡罗随机拟合与改进遗传算法等方法求解模型，结果显示模型的可行性及鲁棒性，一定程度上可为航空公司的应急机型调度提供相应参考。但模型仅考虑了不确定旅客需求的随机性，实际情况较为复杂，可以进一步研究同时包含模糊不确定性、随机不确定性的突发状况及应急调度。

主要参考文献

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[3]牟德一，王志新，夏群.基于机组延误概率的鲁棒性机组配对问题[J].系统管理学报，2011，20（2）：207-212.

[4]刘宝碇，赵瑞清，王纲.不确定规划及应用[M].北京：清华大学出版社，2003：84-91.

航天航空概论篇7

【关键词】航天器 航天器集群 群智能 太空探索 微纳卫星

【中图分类号】 V423.9 【文献标识码】A

【DOI】10.16619/ki.rmltxsqy.2017.05.003

自20世纪80年代以来，随着微电子、微机械技术迅猛发展，信息产业发生了翻天覆地的变化，计算机外型越来越轻巧，功能也越来越强大。依靠这些技术的进步，航天器也逐渐向小型化、低成本的方向发展。90年代以硇∥佬羌际醭鱿郑其优势也越来越明显。一方面，以美国、欧盟为首的航天大国已经将现代小卫星技术列为航天技术发展的重点领域之一；另一方面，多颗小卫星协同工作完成复杂太空探索任务已成为当今国际航天领域的一个研究热点，航天器集群的应用与开发必将成为未来国际太空发展的战略重点。

随着小卫星的发展，微纳航天器渐渐地成为了航天领域一个热点问题。由于微纳航天器采用了大量的高新技术，具有功能密度与技术性能高、投资运营成本低、灵活性强、研制周期短、风险小等优点，在计算机网络技术的启发下，由多颗微纳航天器编队飞行而构成的“空间飞行集群”的概念被广泛接受，并迅速成为航天领域学术研究的焦点。

目前，在天文观测、深空探测、对地勘测以及空间技术验证任务方面，美国国家航空航天局、德国宇航中心、欧洲空间局、日本宇航事业部以及中国航天局相继提出并逐渐实施各式各样的航天器集群计划。未来航天器集群飞行模式必然会成为宇宙探索和空间应用领域的主流。

航天器集群概念的产生

“航天器集群”这种新概念主要来源于对昆虫群体的观察。自然界存在很多集群性昆虫和生物，比如蜜蜂、蚂蚁、大雁和鸟等，即使没有明显的类似于人类社会的组织级别，这些生物在大群体中仍然可以共同合作，完成很多复杂的工作。未来，这种集群技术，可以用于清理海洋石油管道、深海探索、军事侦察以及行星探测。

根据文献分析结果可知，集群的概念已经引起国内外航天器设计和导弹设计领域的高度重视，如多弹拦截、智能卵石和小卫星编队等。如美国2008年启动的计划――“分布式模块化卫星系统”也含有集群的技术成分，尽管项目计划困难重重，并且目前已经终止了，但世界各国的权威专家认为：“项目计划终止不等于这种理念终止，而这种理念将永存。”

直到今天，航天器集群还没有统一定义，但有一个共识，即航天器集群是一片被控制的卫星云，一个航天器集群是由多个航天器单体所组成，它们共同合作完成一个任务。在执行任务时，它们形成一个松散的聚集族，本着简单的行为和原则聚集在一起，好像昆虫群体社会。而学术界认为“任何一种受昆虫群体或其他动物社会行为机制而激发设计出的算法或分布式解决问题的策略均属于集群智能范畴”。由此可见，所谓航天器集群，是指数量巨大，至少100颗，甚至数千颗航天器组成的群体。

对于成百上千颗航天器组成的群体，其控制和管理就显得尤其重要，采用常规的集中式的航天器管理模式来管理数量巨大的集群系统显然是不现实的。所以，结合集群理论研究航天器集群系统，探索集群系统的应用，将会丰富和推动空间探索技术的发展。迄今为止，在集群理论探索方面，自组织聚集、自组织分散、连接运动、协同传输、模式构成和自组织建设仍然是热点问题。

大多数的群体都存在一定的结构，内部耦合紧密的群体大多都有如层次等级结构，有些是社会分工造成，有些是以能力高低区分，这种结构使得信息在群体间传播快速且有效，促使集体行为快速执行。不同的群体结构中，个体所发挥的作用也不一样，个体与环境、个体与个体之间的通信效率和通信范围也随之不同，最终导致的群体效果也不同。集群系统应该具备一定的结构，这是建立信息通道、实现个体交互的基础。这里的结构关系包括了结构形式、连接关系以及个体的地位分工等。所以，未来航天器集群系统级也应该具有生物自然群的三种主要功能。

鲁棒性：航天器集群是在外界干扰和单体波动的情况下运行，协作是分散式的，且构成航天器集群的单体相对简单，载荷是分布的，因此集群对环境的扰动具有鲁棒性。

灵活性：航天器集群中的单体有能力协作其他单体完成任务，也有能力在不同的组里工作，且支持大量单体的自主行为。

扩展性和容错性：航天器集群是个冗余系统，单体的缺失可以立即由另外一个单体补偿，因此群中某一特定部分的故障不会使其停止工作。

纵观各式各样的航天器集群计划

欧空局的CLUSTER计划。CLUSTER于2000年8月发射，目前仍在运行。CLUSTER计划是由欧空局提出的，由四颗相同的卫星组成，这四颗卫星运行于大椭圆地球极地轨道，轨道近地点和远地点高度分别为19000km和119000km。在实施CLUSTER太空计划之前，一般情况下是采用单个航天器对空间环境的局部区域进行探测，当然也有特例，极少数的情况下采用了双星探测，因此在对地球近地空间环境进行探测时无法在三维的视角下完成。然而，CLUSTER计划的成功实施，为地球空间探测领域开辟出了新的路径。CLUSTER计划在太空中采用了一个四面体的空间队形进行编队飞行，并可根据不同探测任务对其星间距离进行调整。这种航天器集群能够监测太阳离子和地球磁场之间的交互作用，从而得到太阳和地球电磁交互的三维模型。

ST-5计划。2006年3月22日，美国成功发射了三颗卫星（Space Technology 5， ST-5），旨在验证未来科学任务试验的新技术。单颗ST-5卫星重24.75kg，采用机载发射方式入轨。三颗卫星排成星座，近乎位于同一轨道面内，每颗卫星相距约354km，通过微推进器实现轨道与姿态的联合控制。

ST-5计划中的卫星虽然在尺寸和重量上都小于其他卫星，但每颗卫星均可提供全套服务，具有动力、推进、通信、制导、导航和控制功能，以及搭载地磁场测量载荷的能力。该计划有效验证了利用星座进行极地极光研究的优势，小型无线电转发器与常规天线、计算机优化天线组成新型通信链路的可行性，小型动力系统的可行性以及地面系统制造技术的可行性。

ST-5计划作为NASA“新千禧计划”的一部分，它的成功实施为美国小型化航天部件、批量制造数十至数百颗微卫星打下了坚实基础。

MMS（Magnetospheric Multiscale Mission）项目。2015年3月，NASA通过“宇宙神”火箭成功发射了MMS项目的四颗卫星，用以实现对地球电磁场的高精度测量。该项目中卫星的结构和功能完全相同，卫星的有效载荷包括等检测设备高能粒子探测仪、电场仪器、数据处理设备离子分析仪、姿态敏感器磁强计和防干扰设备等。四颗卫星组成一个边长从1km到几个地球半径长度变化的四面体，能够在地球磁层中，在三维视角下对磁边界进行相关的测量，以此来分析研究磁重联现象。空间天气的混乱主要是由太阳风对地球磁层的影响造成，研究人员的主要任务就是结合MMS卫星编队对当前的主流磁场理论进行相关的实验验证。

“天拓三号”微纳卫星集群飞行计划。2015年9月，由我国高校自主研制的微纳卫星“天拓三号”搭载火箭长征六号成功发射进入预定轨道。“天拓三号”卫星集群中包含6颗卫星，采用“一主五从”的模式进行编队飞行，其中主星的质量在20kg左右，从星中包含有1颗1kg级的手机卫星和4颗100g级的飞卫星。在整个卫星集群成功入轨之后，从星将与主星分离，以较为形象的“母鸡带小鸡”的方式在太空形成微小卫星的星间组网，实现6颗卫星在空间中的集群飞行。

“天拓三号”星群系统中的主星也称为“吕梁一号”，采用的l星体系结构与立方星类似，即模块化多层板式结构，该星群主要任务是星载航空目标信号监视（ADS-B）、新型星载船舶自动识别系统（AIS）的信号接收、20kg级通用化卫星平台以及火灾监测等一系列新技术验证和科学实验。星载ADS-B能够在全球范围内对航空目标进行准实时的空中流量测量，并实现对航空目标的准实时监测，为航空服务的空管系统提供高时效性的飞行数据，进而能够使得航空飞行的效率提高一个档次。

多规模磁性层测量任务的四星编队。2015年7月19号，美国宇航局执行多规模磁性层测量任务的四星编队首次排成三棱锥队形飞行，也称四面体编队飞行，这是美国宇航局第四个太阳探测任务。采用这种队形意味着科学家们可以利用这些探测器进行三维观察。三棱锥队形对于提供地球空间环境的三维信息是至关重要的，如果四个探测器都在一条直线或一个平面上运动，当它们飞经某个天体结构时，就不能观测到该天体结构的完整形态。

因为四星编队每个探测器的轨道可以单独调整，科学家们可以调节四个探测器之间的距离，类似于望远镜调焦，通过调整四星编队的队形，它们会让不同过程成为我们的焦点，这样就使得他们可以从很多不同的空间方位来研究磁重联。

飓风全球导航卫星器群。美国宇航局计划2016年12月中旬在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射地球科学小型卫星群，其任务是勘测一些科学家感兴趣的关于地球科学的未知信息，从而更准确地理解热带气旋和飓风的形成和强度。

飓风全球导航卫星器群基于GPS道路导航技术，使用8个小型卫星群测量地球海洋的表面粗糙度。科学家将利用这些数据计算海洋表面风速，进而更好地分析风暴的强度。“飓风全球导航卫星群”聚焦于低成本、快速的科学勘测，是人类首次为地球飓风勘测，卫星群将完成单个探测器无法完成的任务，能够穿透“飓风眼壁”的暴雨，获得关于风暴强烈内核的重要数据。所谓“飓风眼壁”是雷暴云层的密集环状结构，它环绕平静的飓风眼，内核区域就像是风暴发动机，从温暖表面海水抽取能量，再蒸发至地球大气层。

“飓风全球导航卫星群”能够持续监测全球热带飓风带纬度海洋的表面风力。每颗卫星能够每秒进行4次风力测量，对于卫星群而言，每秒能够进行32次风力测量。

NASA拟派遣微型机器人舰队探索木卫二。“新视野”号探测器让全世界都知晓了它的任务，花了10年时间飞了50亿公里，确实够震撼。最近，NASA又向美国政府要钱，计划向木星发送一个庞大的微型机器人舰队。

目前，人类对木星探索已经进行了三轮，第一轮美国“旅行者号”飞掠了木星，第二轮伽利略探测器专门研究木星，今年“朱诺号”探测器又抵达木星，这还不算一些借力木星加速的任务。“朱诺号”探测器全副武装，使用了最先进的防辐射技术来抵抗木星辐射。现在，NASA已经开始着手下一轮木星系统的探索，并邀请了全美10所高校参与木星微型机器人舰队的研发，目标是木卫二。木卫二是太阳系中除了地球外，最有潜力拥有生命的星球，目前已经发现了冰下海洋，接下来就要对木卫二实地勘察。

至于NASA为什么要研发微型机器人舰队，这主要出于对经费方面的考虑。以立方星为架构的微卫星是一个方向，每个探测器任务专一，造价较低，比如可以收集木卫二稀薄大气的信息、携带高能粒子探测装置后可研究带电粒子的问题等。但NASA希望研制出更先进的微型探测器，而不是简约型的立方体平台，能够在太阳系内广泛部署。前期任务主要涉及对木卫二的探索，比如对木卫二大气、冰层以及冰下海洋进行针对性调查，后期将拓展至整个太阳系。南加州大学提出并且有能力开发出标准化的微型平台，比如适用于登陆小行星、彗星，以及较大的卫星等。NASA工程师打算研制一种飞往木星的微型机器人，称为“windbots”，这种微型机器人外形呈多面体，穿越木星大气层时，在木星大气的湍流作用下，旋转吸收能量，产生漂浮升力。它允许科学家详细地研究气体行星，也可以应用于地球上的飓风和龙卷风的研究。

美国的ANTS集群探测系统。美国NASA受昆虫社会行为的启发，计划于2020～2030年发射一个卫星集群探索小行星带，该计划暂命名为ANTS（Autonomous Nanotechnology Satellite）。ANTS系统由1000颗皮星组成，其任务是利用群智能技术，探索和勘测小行星带的小行星。ANTS系统运行在小行星带内，这其中，空间环境十分恶劣，传统的大卫星是不能生存的。小行星带介于火星和木星轨道之间，在这里估计有50万颗小行星。

ANTS系统的主要任务就是想利用价格低廉的皮卫星群完成小行星带的勘探。为了克服任务规划工作带来的挑战，NASA在系统设计时模仿昆虫的“无智能或简单智能的主体通过任何形式的聚集协作而表现出智能行为的特性”，ANTS系统按照不同等级进行管理，群卫星体系结构的等级划分包括“队”和“群”，“群”还包括“子群”等，不同卫星装载的仪器是不同的，所以需要协同工作和共享信息才能很好地完成任务。

在这个群卫星系统里，有几种不同类型的卫星，一类称为“Worker”，它们载有不同的载荷和仪器，如磁强计、X射线仪、质谱仪和可见光和红外相机等，每个“Worker”只能获取一种特定的数据；另一类称为“Ruler”，它们起统治作用，协调各个“Worker”工作，并确定勘测目标；还有一类称“Messenger”，仅仅起通信作用，它们是地球、“Worker”和“Ruler”之间的信使。每个“Worker”都会主动勘测所遇到的小行星，然后把信息发送给“Ruler”，“Ruler”评估这些数据，形成一个总勘测报告。

ANTS系统的皮卫星是依靠一艘飞船运载到小行星带附近的拉各朗日点，然后释放。在ANTS系统中，80%的皮卫星是“Worker”，当“Worker”收集到数据时，它们首先把数据发给“Messenger”，同时这些数据也可以判断“Worker”是否被毁坏，大约70%的“Worker”穿过小行星带时被毁坏。这就要求它们有足够的队伍重构能力，同时还要有很好的自恢复能力。

ANTS系统飞越小行星时，需要完成许多工作。它们首先要确定小行星的大小、旋转轴、小行星的卫星/月亮、轨道和盘旋点等。随着获取小行星数据量的增大，ANTS还会派更多的子群，参与协作搜集更详细和更全面的小行星数据。

为了实现高度的自主性计划，基于社会结构的推理方法必须运用先进的人工智能技术，如神经网络、模糊逻辑和遗传算法等。为了辅助和维持高水平的自主性，更重要的任务还要考虑自主运行的修正能力，以便适应环境变化、远距离操控和低带宽通讯等问题。

英国的“天基镜群”方案。英国拉斯哥大学Massimiliano Vasile教授在分析小天体变轨的几种流行技术方案的基础上，提出了一种基于航天器群建立“天基镜子”的方案。该方案的部署是通过火箭将航天器群从地球发射升空，进入预定轨道，然后航天器集群再自主地逐渐徘徊于目标小天体附近，依靠协同控制技术，进行优化部署后，将太阳光能聚集到小行星表面的某一点上。

首次提出这种方法的并不是Massimiliano Vasile教授。早在1993年，美国亚利桑那州立大学的Jay Melosh曾建议将一面非常大的镜子安放在一颗大卫星上，以此来达到上述目的。

“天基镜群”的工作原理是发射一个航天器集群，集群中航天器都是纳型重量级的，每颗纳型航天器携带一个小镜子，一颗纳型航天器就是一个镜子模块，然后通过统一的星务系统进行管理，建立一个天基群镜系统，这样就可以把反射太阳光聚焦于小天体表面的某一指定点，将小天体的表面加热到至少2100°C，使得小天体汽化。汽化后的小天体内部会喷射出气体，由牛顿定律可知，小天体将会产生一个与喷射方向相反的推力，进而改变小天体的轨道。

基于全球卫星定位系统对航天器集群进行导航，结合自主控制技术，采用数十颗小卫星组成集群，使直径为数百米的小天体变轨是可以完全可行的。若利用10颗纳型航天器群，每颗航天器均承载一个20m宽的充气镜子，大约可以在六个月内使一个直径约为150m的小天体发生变轨；若增加到100颗纳型航天器，只需几天的时间就可以完成上述任务；假如要使直径为20km的小天体变轨，则需要集合5000颗纳型航天器，汇聚太阳光至该小行星表面长达3年的时间就可以使其发生变轨。尽管目前控制5000颗航天器的技术有很多困难，但随着群智能理论及其应用技术的深入发展，对于数千颗航天器的协调控制，未来将不再是问题。所以航天器群的概念未来一定具有巨大的应用前景。

航天器集群的管理

目前，从航天器集群的管理技术来看，不同的航天器集群具有不同的技术特征，归纳起来有四类：轨道跟踪法、领航跟随法、虚拟结构法、蜂拥控制法。

轨道跟踪法。单个的航天器一般都采用周期性轨道控制方法将航天器时刻保持在某特定轨道上，该方法也适用于微小型航天器集群的飞行任务，即将群系统中的成员航天器都控制在预先指定的期望轨道上。这种方法无需航天器间的信息交互，适用于群系统规模较小的情况，但对于数量较多的群系统来说，该方法不太现实。

领航跟随法。在领航跟随法中，引领航天器在规划好的参考轨道上按计划运行，利用传统的周期性机动，使得跟随航天器跟踪引领航天器，保持稳定的相对运动状态。该方法的优点在于群系统中大多数微小型航天器可以按照引领航天器的绝对轨道自然飞行，只需定期控制就能实现相对状态的维持。在领航跟随法中，由于引领航天器处于一种参考状态，跟随航天器保持整体构型就需要消耗更多的燃料，因此未来需要围绕能源消耗问题做进一步的改进。

虚拟结构法。虚拟结构法，即根据实际需求，给整个群系统分配一组合适的期望状态，使得系统的整体状态误差最小。与领航跟随法相比，这种方法的主要优点在于群系统中所有的微小型航天器都有误差存在，但该方法可以从宏观角度考虑这些误差，并引入燃料消耗加权，从而使得星间燃料消耗达到均衡状态。该方法的关键技术是需要保证微小型航天器之间信息交互的畅通性，并强调整体的协同。

蜂拥控制法。群体系统蜂拥控制方法是近年来受到国内外众多领域高度重视热点研究问题，主要借鉴仿生领域关于群体蜂拥行为的研究成果，集中在个体之间交互形成的网络拓扑结构已知条件下的控制问题。当微小型航天器集群系统中航天器个体数量较多时，若区域信息的交互能够形成一定规则的形状，则可以利用启发式控制算法。大规模的航天器集群往往会带来较为繁重的通信和计算负担，而蜂拥控制法采用分布式并行处理模式，能够很好地解决这个问题。但是蜂拥控制方法也存在着一定的缺陷，该方法没有将碰撞规避的问题纳入研究范围，且该构形下不是燃料最优的。

结束语

相比于传统的大卫星，微纳卫星的研发成本低、设计周期短、功能密度高。成百上千颗微纳卫星构成的集群灵活性高、鲁棒性高，能完成大卫星无法完成的任务，应用前景广阔，而发展微纳卫星集群的关键就是高集成模块化技术和分布式协同控制技术，相信在不久的将来，随着其功能的不断完善，将会逐渐取代传统卫星成为空间应用的主流。

从历史上看，航天系统工程的发展将会带动其他学科发展。上世纪60年代美国阿波罗登月所研制的新材料、新技术和新工艺推广到各个领域，如果说美国的计算机水平一直领先于世界，可以说是得益于阿波罗计划的推动。所以，类似地，今天航天器集群的技术也将推动其他科学技术的发展。

从国际上对航天器集群研究和应用状况看，未来的发展将从以下几个方面开展研究工作：1）在性能不变的情况下，尽可能地降低空间任务的成本，即用低成本去完成传统的太空探索任务；2）通过简单的设计获得高可靠性产品；3）引入群智能理论成果，利用先进的微电子、微机械、微推进和仿生技术等，研究航天器集群的自主或自治的管理技术，完成更复杂的太空探索。

航天航空概论篇8

一、我国航空法学职业化实践教育培养模式提出的背景

目前，我国正处于由民航大国向民航强国发展的过程中，民航产业的做大做强，对民航人才需求不断加强，而能够服务民航的航空法学实务人才更是促进民航由大到强转变的重要影响因素之一。但由于目前我国民航院校的法学教育培养模式存在问题，没有形成以航空法为特色的法学教学体系，导致我国航空法学人才并不能满足现实需求，人才数量与质量均与民航强国战略不太适应，不仅在微观上影响民航院校法学学生的就业及航空法学的发展前途，而且在宏观上影响民航强国战略的实施。为此，民航院校的法学必须改革现有的教育培养模式，在遵循教育外部关系规律的前提下，主动适应民航经济的发展，重新定位办学目标、教学培养模式等，形成系统的综合的职业化实践性教育培养模式，以促进民航工科院校法科学生的就业，同时也促进民航强国发展战略的实施。

二、我国航空法学教育培养模式存在的问题

1.学科专业体系缺乏特色性。目前，全国共有近600所院校设置了法学专业，其中将近一半以上的工科院校也设置了法学专业。民航院校属于典型的行业特色工科院校，不仅工科专业较多，而且立足于特色民航专业。这样院校中的法学专业，相比较政法类专业院校和综合性大学中的法学专业，在办学规模、师资力量和学生生源等方面确实存在一定劣势，不具备其他综合性院校和法学专业院校培养的法学本科生的就业优势，缺乏较强的竞争能力。我国高校中专门的航空类院校仅限于中国民航大学、中国民航管理干部学院、四川广汉飞行学院、广州民航职业技术学院、北京航空航天大学、南京航空航天大学、沈阳航空航天大学，但专门设置法学院的只有中国民航大学和北京航空航天大学。wWW.133229.CoM目前我国民航院校的法学专业人才培养计划或方案中普遍没有区分专业方向、特色课程，没有充分发挥民航行业与法学相结合的优势，没有形成以航空法学为特色的完备学科体系。

2.教育培养模式缺乏实践性。目前的民航院校法学专业由于受人才传统培养模式、办学客观条件等因素的影响，没有重视教育教学的实践性主旨，忽视了将法律运用到民航生产工作一线的要求，导致培养的法科学生只懂法学理论，不懂民航实践，这种教育培养模式将严重影响法科毕业生的实践操作能力，危及就业。

3.教育培养方式单一化。在市场经济条件下，教育培养的学生必须符合企业的需求，适应市场的需求，这就需要产学研的通力合作。而目前民航院校的法学教育培养方式单一，缺乏与民航行政机关、企业的合作，挖掘利用多种教育资源不够。一方面不能体现航空的行业特色；另一方面也不能发挥民航企事业单位实践的优势为教学所用，培养出来的法学学生不能很快地融入和适应民航企事业单位。

4.教学体系不能切合民航实际的需求。第一，课程设置。课程设置主要围绕国家统一的法学十四门核心课程，缺乏航空法学系统课程体系。虽然目前有些民航院校的航空法学专业安排了部分航空法课程，但缺乏航空法学的法律实务实训等技术性课程。第二，教学方法。只有改革教学方法，才能吸引学生的注意力，更好地教授课程内容。我国目前的航空法学教育缺乏调动学生主动性、思考性和动手性的教学方法，培养出来的学生一旦接触到实务便束手无策，一筹莫展。第三，考核与评价机制。当前的航空法学教育对学生的考核一般以书面的试卷考试为主，缺乏对学生航空法律掌握能力的分析评价，没有形成综合的实践考核与评价机制。

三、我国航空法学职业化实践教育培养模式的构建

航空法学职业化实践教育本文由收集整理培养模式改革是一个系统工程，需要结合民航强国战略精心设计，从基本框架、培养方式、课程设置、教学方法、考核评价等各个方面进行合理构建。

1.基本框架。为了构建具有明确目标性、系统性和特色性的航空法学职业化实践教育模式，我们提出“四个一”工程。具体是指：“强化一个重点，即建设民航强国为重点；发展一个专业，即建设与发展具有行业特色的航空法学专业；夯实一个平台，即打造航空法学职业化实践教学平台；培养一批人才，即培养大规模的服务民航的航空法学人才。

2.培养方式。积极加强与民航实务部门的联系，进行校企等联合培养，以拓展教学资源，共享教学成果。民航企业和民航院校共同构建基于行业标准的教师与学生培养平台：一方面选派教师到航空企事业单位学习，打造具有行业认可、理论实践结合的“双师”素质航空法学专业教学团队；另一方面，选派优秀学生到航空企事业单位学习实习，加强产学合作，满足市场需求的航空法实务技能人才，实现“双赢”。目前，中国民航大学法学院研究生导师遴选实行“双导师”制，研究生可在“二导”所在单位实训，参加他们的课题或案件。

3.教学体系。法学具有的先天职业背景决定了法学教育是一门应用性学科，具有较强的社会性和实践性特点；而民航业更是一门实践性学科，所以航空法学天生具有职业化、实践性的特点。因此，在教学体系上必须满足航空法学的职业化性质和民航的实践性本质。具体表现在：

第一，课程设置。课程设置上既要强调学术性，更要强调实践性。具体包括两大模块：第一模块是民航与法学基本理论知识，第二模块是航空法理论与实践课程。第一模块以民航概论和法学十四门必修课为导航课，具体包括民用航空基础、航空器基础知识、空中交通管理、机场及空港、航空运输及运营、航空运输安全及监管、法理、宪法、民商法、刑法、诉讼法、国际法等。第二模块的航空法理论课主要分为航空法概论、航空法律文献检索、航空公法、航空私法，在此基础上根据不同院校的优势和特色细分为航空商业与法律、航空运输法律和政策、航空保险法、航空电子信息服务法律、航空航天知识产权法、航空器事故调查与法律，航空刑法、航空犯罪与预防、航空保安法、卫星通讯与法律，民航行政监管、国际航空法、比较航空法、航空航天法、外层空间法、国际航空法等。

第二，教学方法。航空法学不仅仅是给学生传授航空法学理论，而且还要让学生运用相关理论解决航空运输生产实践中碰到的法律问题，这就需要充分运用各种教学方法，从听说读写四个方面锻炼学生的实际能力和素养。听是指听教师传授各部门法的课程；说指通过辩论法、情境模拟法、案例教学法、探讨教学法等锻炼学生的语言功能，将之用于民航法律的实务中；读是指大量阅读在法律文献课程中查找到的文献书籍、法院判例等，深入了解民航与法律知识；写是通过学年论文、毕业论文、读书报告、案例分析报告、实习报告、模拟法庭法律文书等锻炼学生的动手能力。总之，运用这些教学方法增强学生对航空法学的感性认识，激发学习的兴趣，最大限度地调动和提升他们的应用能力与实践能力。

第三，考核与评价体制。航空法学人才的考核与评价体制要脱离传统的单一考核方式和评价体系，不再单纯以“分数”论英雄。而是设计一套合理的、综合的评测体系。首先，制定考评标准。针对不同的理论课程与实践课程设计不同的标准。理论课程注重理解与分析，实践课程注重操作与运用，所以应有不同的标准。其次，考评主体应多元化。为了发挥学生的主动性能力，在考评过程中应采用以教师考评为主，学生自助互评和实习单位考评为辅的考评方式。最后，考核方式多样化。学习内容的丰富多样决定了考评形式的多样化，不限于传统的笔试，还可以采取口试、实践报告、现场答辩等。考评方法不仅重学习结果，更重学习过程，对于评价学生的综合素质，特别是实践能力具有重要意义，能够反映出学生的航空法学实践能力与理论功底。

第四，实施效果评价。构建的航空法学职业化实践教育培养模式是否能够真正实现，能够为实现民航强国战略目标服务，需要一个合理的实施效果评价机制。为此，我们一方面从教学角度进行检测，主要从三个维度检测上述提出的培养目标、培养方式、课程设置、教学方法等落实到位，具体包括培养航空法法学素养的深度、拓展民航通用知识的广度和强化航空法务应用技能的熟练度。另一方面从学生就业角度进行评价。航空公司如果只要懂法律的，大可以从一些综合性名牌大学或政法院校招人，民航企事业单位更希望能够有具备民航知识背景和技能的多元化复合型实践人才从事具体的工作。因此，是否落实了航空法特色实践教育，就看民航院校是否培育出了真正能为民航单位服务的毕业生，使其能够从容上岗就业。所以，可以从学生就业的角度评价航空法学实践教育模式，一方面从学生是否能进入民航企事业单位就业来评价，另一方面从就业后能否获得就业单位良好的反馈进行评价。