时间:2023-11-14 10:25:36
导语:在航天技术发展的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
从建国初期航空事业的零基础到航天技术的逐步成熟;从神舟一号小试牛刀到天宫一号成功升空。我们可以看到,中国载人航天工程几乎是以一步一个乃至数个跨越的速度在前进,以一个后来者居上的气魄震惊世界。
中国航天技术发展晚,起点低,进步却飞速。天宫一号的成功升天,向世界展示了中国航天技术雄厚实力与吃苦耐劳的精神。标志着改革开放下的中国在雄厚的经济基础支持下,突破西方技术封锁,自主开发航天科技进步迅速,再向航天强国迈出一大步。中国有责任再接再厉,大力发展航天技术,提升国家核心竞争力,同时积极推动航天领域的国际合作,为和平利用太空资源、造福人类万物作出更大贡献。
天宫一号的发射在国庆前期,有人把其称为国庆献礼。的确天宫一号的发射是一件值得举
国欢庆的大事,向世界展示中国经济发展实力的同时也提高了国际地位。我们有什么理由不为其喝彩呢?
相信中国作为世界航天领域的后起之秀,必将勇往直前,向着更远的路进发,那么就让我们期待着一个月后神舟八号飞船与天宫一号的完美对接吧!
Wen Xin, Zhang Wenhao, Qin Yuqi
Shenyang University of Aeronautics and Astronautics, Shenyang, 110136, China
Abstract: Discussed the problem of knowledge structure which Chinese colleges and universities facing problems at the present stage, combining with the aerospace and aerospace general education. By their own personal experience, the author summed up the content, meaning and purpose of the aerospace and aerospace general education. Based on the analysis of various problems related to the “Introduction to aerospace technology” as a liberal textbook, this article given the teaching improvement and reform proposals about the textbook of aerospace and aerospace.
Key words: quality-oriented education; general education; aeronautics and astronautics
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“General Education”,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。
航空航天技术是信息、能源、制造等综合性尖端技术的集合,是一个国家综合科技实力的象征和衡量标志,在国家的军事国防中起着中流砥柱的作用。近几年“神舟”系列载人飞船的成功飞行,以及我国首架具有自主知识产权的喷气式支线飞机ARJ21总装下线等,引发了人们对航空航天技术领域的极大关注,而航空航天类专业更是吸引了不少同学和家长的眼球,被同样怀揣飞天梦想的考生所追捧。
学科优势助推人才起飞
航空航天类专业主要研究飞行器的结构、性能和运动规律,培养如何把飞行器设计制造出来并送上太空的工程技术专业人才。从狭义上讲,航空航天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、飞行器环境与生命保障工程、探测制导与控制技术等主体学科专业。然而,无论是飞机还是航天飞行器,都是综合科学技术的结晶,涉及材料、电子通讯设备、仪器仪表、遥控遥测、导航、遥感等诸方面。因此从广义上讲,材料科学与工程、电子信息工程、自动化、计算机、交通运输、质量与可靠性工程等都是航空航天技术不可或缺的学科专业。随着航空航天事业的迅猛发展,近年来又催生出航天运输与控制、遥感科学与技术等新兴专业。
航空航天类专业对同学们的要求是“厚基础、强能力,高素质、重创新”。同学们要学习和掌握航空航天技术的基础理论和知识,接受航空航天飞行器工程方面的系统训练,通过各种实践性教学环节,可具备坚实的理论基础,良好的实践能力和分析、解决问题的能力,以及创新能力。毕业生在数学、物理、力学、计算机等方面的基础比较扎实,在逻辑、分析、空间想象力、推理等思维上优势明显,知识面宽,适应力强,发展潜力大。本科毕业生考取研究生的比例很高,申请国外大学奖学金的成功率也较高。
有同学认为航空航天类专业就业覆盖面窄,如果毕业后不能进入航空航天类企业,就很难找到专业对口的工作。其实不然,航空航天高科技辐射国民经济各个部门,航空航天类专业扎实的工程技术理论与实践基础平台,促成了其拓展性宽、应用性强、适用面广的专业特点。可供毕业生选择的对口职业有很多,如飞行器设计、制造人员,科研机构研究人员,国防部门研究管理人员,各级政府部门负责航空航天相关工作的研究管理人员,民航企事业单位的技术管理人员等。毕业生不仅可从事航空航天等领域的设计、制造、研发、管理等工作,还可在民航、船舶、能源、交通、信息、轻工等其他国民经济领域施展才华,像微软、IBM、贝尔、方正、海尔等知名企业都曾纷纷到航空航天院校招贤纳才。很多民用部门也都点名要航空航天类专业的毕业生,认为他们基础扎实、学以致用。
行业繁荣点燃人才需求
航空航天科技工业是知识密集和技术密集的高技术领域,航空航天技术的广泛应用影响到政治、经济、军事、科技、文化及通信、气象、能源、探测等领域,成为社会进步的强大动力。从世界范围来看,航空航天科技工业是朝阳产业,在提升国家整体科技水平和综合国力方面起着龙头的作用。
我国经济的快速发展为航空航天工业提供了广阔的发展空间。国务院公布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,关于大型飞机、高分辨率对地观测系统、载人航天工程与探月工程等航空航天领域范畴的工程便占到16个重大专项中的4项。未来我国航空航天发展将重点开发大型飞机设计与制造成套技术,载人航天实现航天员出舱进行航天器交会对接试验活动,直至实现登月计划等。2007年大飞机项目正式上马,给我国的航空业带来了空前繁荣,带活了一批航空类企业,也为航空航天类专业毕业生带来了良好的机遇。
航空航天科技工业极具发展前景,对人才的需求会持续旺盛。据统计,2011年最被看好的12类专业之航空航天产业将引发对航空航天人才的巨大需求,包括航空航天经营管理,航空航天飞机总体设计与研发、发动机研发与制造,零部件研发与设计,航空航天新材料研发、制造及总装技术、计量检测技术、航空航天电子电器设备设计开发、信息及测控技术,航空航天生物技术、航空适航管理、航空维修改装,以及航空航天产品光电通信技术、能源系统设计、力学及环境工程、计算机、仿真、可靠性技术等领域在内的专业人才缺口巨大。有关人士根据教育部公布的相关信息归纳出的“最出人意料的十个高就业专业”,便将航空航天类专业列入其中。
上海作为我国新支线飞机和未来大型民用飞机设计总装基地和重要的航天基地,举办了“上海航展”,展会上举行了航空航天人才大型招聘会。据航展招聘组负责人介绍,目前航空航天项目需要大量人才,仅空客A380一个项目组的技术人员需求数量就超过六千人,而我国这方面人才缺口非常大。
近年来,以航天科技,科工集团,航空一、二集团等为代表的航空航天类企事业单位生产和科研任务饱满,条件大为改善,待遇提高很快,一些单位的员工年薪可达十几万,稍差一些的单位其员工薪资待遇也可达到当地中上水平。航空航天事业的迅猛发展,无异于为年轻学子的成长搭建了理想的平台。像航天空间设计研究院、航空材料研究院等单位都炙手可热,受到重点院校毕业生的青睐。毕业生就业地域以北京、上海、西安、成都、沈阳、哈尔滨、深圳等省会及核心城市为主。
从个人长远发展来看,在航空航天类企事业单位工作,发展前景好,待遇高,成长快。随着载人飞船、探月工程、大飞机等重大项目的深入实施,必将有越来越多的青年才俊在锻炼中脱颖而出。
报考提示
我国目前开设航空航天类专业的重点院校有北京航空航天大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、西北工业大学、南京理工大学、哈尔滨工程大学等。近年来,清华大学、复旦大学、上海交通大学、厦门大学等也相继设置了此类专业。开设航空航天类专业的普通院校有南昌航空工业学院、沈阳航空工业学院、郑州航空工业管理学院、中北大学、中国民航大学等。由于各个院校的发展历史、层次、实力不同,学科专业水平差异也较大,同学们应注意了解自己感兴趣的院校,根据自身实力,准确定位,合理选择。
学习航空航天类专业以及将来从事航空航天技术工作,需要具备较强的学习钻研及动手能力,要求同学们的数理化基础扎实,逻辑思维能力较强,严谨求实,乐于钻研。同学们应从实际出发,量体裁衣。
一些考生和家长误以为报考航空航天类专业,体检的标准要按照军检的标准来进行,其实不然。航空航天类专业主要是培养航空航天领域的专业技术人才,对考生的身体状况没有特殊要求,同学们只要符合《普通高等学校招生体检指导意见》,就可放心报考。
【关键词】空间技术;空间技术问题;解决途径
1.空间技术及其发展历程
空间技术又称航天技术或宇航技术,是探索、开发和利用宇宙空间的技术。目的是利用空间飞行器作为手段来研究发生在空间的物理、化学和生物等自然现象。空间技术的发展使宇宙空间成为人类继陆地、海洋和大气层之后有可能生存的第四种环境。几十年在科技发展长河之中只能算是短短一瞬,但是空间技术在这“短短一瞬”间却得到了惊人的发展。
1957年10月4日苏联制造的人造地球卫星首次飞入了太空,这是航天空间技术崛起的重要标志。在此之后苏联宇航员加加林于1961年4月12日乘坐“东方一号”飞船进入近地轨道,完成了绕地航行一周之后安全返回地面,首次完成了载人航天的壮举。1969年7月20日,2名美国宇航员乘坐“阿波罗”号宇宙飞船登月成功,开创了人类探索地外星球的先河。截止到2006年底,世界各国、地区和组织共进行了4480次成功发射,入轨航天器共计5872个。[1]运载火箭运送航天器的能力从几十公斤增到100吨,卫星获取和传递信息能力大幅度提高,一颗通讯卫星的电话由几十路增至几万路,卫星寿命由几十天增加至几十年,这些主要指标都提高了2-3个数量级,而且成本大幅下降。[2]
2.空间技术的重要作用
空间技术的发展使宝贵的太空资源得以开发和利用,让太空资源为人类造福已成为各国航天活动的主要任务。航天空间技术可广泛应用于国民经济、科学研究和国防等许多方面,在人类生活中产生了非常深远的影响。
2.1有利于解决全球性问题
航天空间技术为资源短缺、环境恶化、人口剧增等使人类生存面临威胁的问题提供了全新的解决途径。在粮食问题方面,太空育种技术的实践应用将起到关键作用。利用航天技术将地球生物送到太空,通过宇宙辐射、微重力、重粒子等太空独有的多因素综合作用,可使其基因实现地面上难以实现的有益变异,从而缩短地面育种周期,提高育种效率。[3]在能源问题上,科学家已经提出了在地球外层空间或月球上建立太阳能卫星发电基地,这对缓解地球能源紧张状况具有重要作用。
2.2为科学研究提供理想的实验环境
与地球环境完全不同,在太空中没有重力、没有病菌、也没有尘埃,利用航天空间技术,就可以在太空建立理想的实验室以进行地球上不能进行的实验。很多特殊的材料都可以在失重的太空环境中制取,用以炼制新材料、新合金。由于没有重力,微电子所用的关键材料单晶硅和砷化镓等可以在太空大量的生产,产品纯度高、体积大,而且可以得到薄膜结构。
2.3大力促进通信技术的发展
在通讯卫星出现以前,短波无限电、电缆以及微波中继站是远距离通讯的三种基本手段,但是这三者都存在着明显缺陷。自从成本低廉、稳定性显著提高的卫星通讯出现后,世界通信技术和体制上变发生了根本变革。为卫星电视、卫星导航、移动通信、远程医疗等上百种服务提供卫星空间技术支持,人类无论身在何处都可以实现实时的通讯,信息最大程度上得到了自由化,弱化了时空所造成的隔阂,使得人与人之间的联系更为紧密。
3.空间技术所引发的问题
空间技术也有其两面性,如果不加以合理地应用、管理和规范,在其表现出积极作用的同时也必然会带来一定的负面效应。
3.1太空环境问题
太空垃圾和太空碎片的增加是太空探索带来的最大环境问题。现在的太空近地范围变成了一个巨大的垃圾场,太空垃圾的存在对地球以及围绕地球的人造卫星和空间站来说都是十分危险的。在这些快速运动中的太空垃圾中,直径仅为几毫米的物体就可能摧毁一架航天飞机。此外,空间探索活动对近地环境也存在一定影响。
几十年间,虽然航天技术迅猛发展却也避免不了航天事故的发生。如1961年邦达连科在训练中被烧死事件;1967年美国“阿波罗1号”意外起火;1967年苏联“联盟1号”和“联盟11号”出现故障导致宇航员死亡;1986年美国“挑战者”号爆炸事件;以及2003年2月,美国“哥伦比亚”号航天飞机失事,造成了7名宇航员全部遇难的惨剧。这些都使航天事业蒙上了一层阴影。
3.2可能引发新的军备竞赛
空间技术的发展使各国争夺的领域从陆地、海洋、天空扩展到了外太空。空间军事化也一度成为某些国家十分重视的问题并着重发展。如美苏两国从20世纪50年代展开了航天空间领域的竞争,到了60年代中期之后,航天器的较量转为军事领域。在冷战时期,两国的军备竞赛主要集中在火箭和导弹技术上,两国相继开发了多种足以毁灭人类和地球的武器。这在一定意义上使得航天技术朝着异化的趋势发展,导致在航天空间领域新一轮的军备竞赛,使人类不和谐关系从地球发展到地外空间,也很可能导致太空霸权主义和太空殖民主义。
4.空间伦理问题的解决途径
4.1有效处理太空垃圾
专家指出,当地球轨道上的太空垃圾和太空碎片的数量达到一定规模时,人类可能就要停止一切航天活动。现在的常用措施是减缓太空垃圾产生,规避已检测到的大碎片,达到保护航天器的目的。长远考虑,人类必须积极寻找处理太空垃圾的办法,同时要求人类要提高太空环保意识,制定政策控制太空垃圾的产生,并且要求各国之间加强互相监督。
4.2重视航天安全问题
在航天技术发展的初期,一些因发展时间短、技术不完善原因导致的事故是可以理解的。但人为失误是必须严格控制的,一点微小的失误就可能酿成重大的伤亡事故。目前全球已有多起因人为失误造成的航天事故。所以为了保证航天员在太空工作与生活的安全性,航天科学家、工程师和医学专家必须付出巨大的努力,在研发技术的同时,必须建立起严格的管理制度,操作规程和行为准则,要求工作人员必须按照规定的工作程序、精度、时间顺序完成规定的操作和行为,防止人为失误的发生。
4.3建立完善的宇宙伦理学规范
随着空间技术的不断发展,人类文明势必将由地球范围内向地外空间扩展,然而由于各种因素的巨大变化,原来的伦理学规范就不能适应新的环境,会出现很多现有伦理规范无法解决的问题,这就要求我们建立一种全新的、适应空间文明要求的宇宙空间伦理学。在发展航天空间技术的同时注重相关伦理道德标准的发展,使其得到完善而不会出现相对滞后的情况。宇宙伦理学规范的重中之重就在于反对太空殖民主义和太空霸权主义,我们必须提出并引入太空伦理和规范,来控制和约束太空殖民等不道德行为。
【参考文献】
[1]范嵬娜.2006年1-12月世界各国发射成功的航天器[J].太空探索,2007,(3).
关键词:农作物;太空育种;进展;实践研究
中图分类号:S335.2+9 文献标识号:A 文章编号:1001-4942(2012)10-0037-03
农作物空间诱变育种(或称航天诱变育种、太空育种)是指利用太空运载工具如飞船、返回式卫星和高空气球等将农作物种子带到200~400 km太空环境,利用太空特殊环境(空间宇宙射线、高能粒子、微重力、高真空和弱磁场等因素)诱变农作物种子产生变异后再返回到地面的选育新种质、新材料、新品种的作物育种技术。中国是世界上唯一将航天技术用于育种的国家。通过太空中多种因子的共同作用,可使种子基因实现地面上难以实现的有益变异,从而缩短地面育种周期,提高育种效率。试验表明:该技术具有变异幅度大、有利变异增多、能使作物生育期缩短、抗病能力增强和作物产量提高等特点,是一种很好的育种方法。
1 发展历程
1.1 准备阶段(1987~1995)
1987年8月5日,随着我国第9颗返回式科学实验卫星的成功发射,一批农作物种子、菌种和昆虫等地球生物被送上了遥远的天空,开启了我国农作物种子首次太空之旅。当时,搭载作物种子的目的并非计划育种,只是想观察空间环境对植物遗传性是否产生影响。结果,科学家在实验中发现,上过天的种子中发生了一些意外的遗传变异,因此人们开始考虑利用这种方式进行农作物育种。
此后,在1987年9月9日、1988年8月5日、1990年10月5日、1992年8月9日及1992年10月6日,我国又连续发射了5颗返回式卫星,除了搭载植物种子、菌种、藻类、昆虫、鱼、动物细胞外,还搭载了部分测试仪器,我国航天育种研究工作全面展开。
1991年随着“航天效益工程”的提出,航天育种被列为该工程的重要项目。1994年,有关部门组织一批专家对已搭载品种地面培育情况进行了一次历时3个月的全国范围的调研。经过农业专家、生物专家、航天专家近10个月的评审,航天育种的前景令与会专家充满信心。为进一步推动航天育种事业的发展,1995年,农业部和中国航天等有关部门就进一步加强我国航天育种工作进行了多次专门会谈,并组织召开了多次研讨会。农业、航天和原子能方面的专家一致建议,应将航天育种工程列入国家重大科技工程计划,按照系统工程的办法组织实施。
1.2 立项阶段(1996~2005)
1996年1月16日,第一次全国航天育种技术交流研讨会召开。王淦昌院士联合7位著名专家学者联名给中央写信,建议把航天育种工程列入国家计划,发射一颗农业卫星,为我国农业发展服务。6月,农业部联合中国航天总公司向原国家计委报送了《利用返回式卫星开展农作物航天育种工程项目建议书》。
2000年2月17日,原国家计委批复了航天育种工程项目建议书。10月,农业部和中国航天科技集团公司向原国家计委报送了《航天育种工程项目可行性研究报告》。10月12日,《航天育种工程项目可行性研究报告》通过了国家有关部委的评估。
2003年4月22日,国务院批准了《关于审批航天育种工程项目可行性报告的请示》。同年5月,国家发展和改革委员会、财政部、国防科工委共同下达了“印发《关于审批航天育种工程项目可行性研究报告的请示》通知”。项目建设内容包括育种卫星的研制、发射、回收,地面育种试验,机理研究与模拟试验等部分,总投资2.85亿元。
1.3 发展阶段(2005年至今)
2005年2月5日,农业部和中国航天科技集团公司联合将《航天育种系统工程研制总要求》报送国防科工委。4月19日,国防科工委在北京召开了航天育种卫星工程第一次大总体协调会,明确了“航天育种系统工程研制总要求”的各项内容。7月26日,国防科工委正式批准了《航天育种系统工程研制总要求》,航天育种工程开始实施。
2006年2月15日,国防科工委审查通过育种卫星有效载荷状态。3月14日,农业部、国防科工委联合了《育种卫星装载材料征集指南》。4月26日,农业部组织召开了育种卫星装载材料评审会。6月9日,国防科工委在北京召开了航天育种卫星工程第二次大总体协调会。7月,育种卫星和运载火箭完成全部工厂研制工作,卫星待命进场发射,同期卫星装载种子完成筛选和初步分析工作。9月9日,我国第一颗以空间诱变育种为主要任务的返回式科学试验卫星——实践八号在酒泉卫星发射中心成功发射。9月24日,在轨运行15天后,实践八号育种卫星在四川遂宁回收场成功返回。9月26日,国防科工委将返回的农作物种子正式交付农业部,航天育种进入实质性研究阶段。卫星返回后,经对航天飞行后的种子材料进行必要检测,农业部即按不同的生态区域,组织全国各有关育种科研单位全面展开地面育种研究工作。
实践八号育种卫星共装载包括水稻等在内的九大类作物共计2 020份,总重量208.816 kg,涉及152个物种,包括水稻382份,麦类3种363份,玉米226份,棉麻4种118份,油料5种264份,蔬菜31种201份,林果花卉36种100份,微生物菌种16种116份,小杂粮等52种250份。参与地面育种的科研单位有中国农业科学院所属12个研究所、中国科学院2个研究所、中国农业大学等12所高校以及17个省、市、自治区的农业科研院所。地面育种的研究内容包括,严格按照统一的育种试验规范全面开展地面试验研究,从中筛选具有重要育种利用价值的新材料,培育新品种,进行推广和普及;结合空间环境探测及地面模拟空间环境因素试验,开展空间环境因素与生物体相互作用的效应研究,力求回答航天环境诱发生物变异的机理等基本科学问题,促进航天育种事业的健康持续发展,更好地服务于农业生产。
2 航天育种成就
经太空育种和多年地面种植筛选,截至目前,通过航天搭载已培育出了50多个具有稳产、高产性能的粮食、蔬菜、瓜果、花卉等农作物新品种(系)。其中包括水稻、小麦、番茄、青椒和芝麻在内的30多个新品种或新组合已通过国家或省级审定,并已进入市场推广;几十个后续品系已进入区域试验或品种审定阶段。农业专家表示,传统的农业育种一般需要8~10年时间,而航天育种有可能将时间缩短一半。目前,在资源有限的条件下,品种选育是提高农作物产量的重要出路,航天技术是解决这一问题的有效途径。
例如,福建通过航天育种培育的3个水稻品种,6.7 hm2面积上单产达到12 000 kg/hm2。其“中II优航1号”是全国首个6.7 hm2面积上单产达到13 500 kg/hm2的超级稻,至今仍保持再生稻头季、再生季和全国6.7 hm2面积单产3项世界记录,推广面积达到13.3×104 hm2。它将优质、超高产合于一体,在福建省晚杂优区试中,产量比对照品种汕优63平均增产9.61%,达极显著水平,单产和日产均居参试组合首位,创“六五”攻关以来该省所有参加省区试品种、组合产量最高纪录。经农业部稻米及制品质量监督检验测试中心检测,该品种的精米率、整精米率、粒长、碱消值、直链淀粉含量、蛋白质含量六项指标达优质米一级标准。2005年通过国家审定,现正加速示范推广。
华航1号水稻新品种穗大粒多、结实率高,可增产10%,单产达7 500 kg/hm2以上,已推广20×104 hm2以上。利用空间诱变技术培育的部分水稻和小麦新材料已分别进入常规育种及杂交稻育种计划,并为全国多家育种单位所引进和利用,对促进稻麦育种起到了重要作用。
经空间诱变技术育出的青椒单果重在250 g以上,单产7.5 ×104 kg/hm2左右,维生素C含量增加20%。江西广昌县利用航天育种培植出了特大粒白莲种卫星3号,每粒莲子2.4 g以上,比常规品种可增产60%,目前成了江西广昌的品牌和脱贫致富产业。利用空间育种,我国科学家还培育出了特大粒的红小豆、特长的油菜、含铁量增加69%的巨穗谷子,紫色、红色、茶色、绿色的水稻,早熟高产的红薯和高产大葱等。专家认为,以上成果均是利用其他育种手段难以获得的罕见种质突变体。
太空5号是我国利用航天技术育成并审定的第一个优质、高产小麦新品种(河南省农科院小麦所育成),两年省区试产量平均较对照增产3.81%,属制作优质饼干、糕点类型品种,2002年9月通过河南省品种审定。经农业部产品质量监督检验测试中心(郑州)分析,粗蛋白质含量10.6%,湿面筋22%,吸水率54.2%,形成时间1.7 min,稳定时间1.8 min,达到国标优质弱筋小麦标准。
我国专家还充分发挥航天诱变种质创新的优势,获得了大量特异性十分突出的稻麦新种质、新材料,如优质抗倒型水稻新种质“航1号”和“航81号”,优质大穗型水稻恢复系“航恢6号”、“航恢7号”、“航恢8号”,优质极早熟小麦新种质“早优8581”等。目前,这些新种质已广泛应用于稻麦常规育种和杂种优势育种。与此同时,航天育种关键技术创新研究也取得重要进展。从粒子生物学、物理场生物学和重力生物学等不同角度研究了航天环境各因素的诱变特异性,开创了地面模拟航天环境诱变作物遗传改良的新途径,为全面探索航天诱变育种机理和建立航天育种技术新体系迈出了坚实的一步。3 问题与建议
目前我国作物航天育种的研究应用总体上还处在初级阶段,在作物空间环境响应或诱变机理、提高突变预见性和选择效率等基础研究方面明显滞后于应用研究。为了适应航天技术发展的需要,必须加强理论方法学及其相关基础研究,明确航天诱变育种作用的机理,特别是要深入探讨空间诱变的分子生物学机理,寻找与空间诱变育种有关的主要环境条件,弄清空间诱变重要性状的遗传规律,为作物航天诱变育种应用奠定理论基础。建议在国家“863”、“973”和自然科学基金等计划中设立重大项目或重点项目,促进航天育种技术研究水平的不断提高。
近年来,我国作物航天育种技术取得了许多进展,但研究的深度和广度与其它育种方法相比还有不少差距。总体而言,目前我国航天诱变育种仅限于植物种子和微生物等材料的搭载,搭载材料的研究工作多数还停留在大田突变体的直接筛选上,而缺乏对于不同作物、品种或组织等对空间条件的敏感性差异的比较研究;我国航天诱变技术在不同作物之间发展还不平衡,在水稻、小麦、番茄、青椒等作物上应用较为成功,但在玉米、大豆、油菜等作物上尚待深入研究应用。将细胞工程技术、分子育种技术等与航天诱变技术有效结合以大幅度提高育种选择效率方面还十分薄弱。作物航天育种的理论、方法和高效育种技术体系有待进一步建立和完善。参 考 文 献:
[1]刘录祥,王 晶,赵林姝,等.作物空间诱变效应及其地面模拟研究进展[J].核农学报,2004,18(4):247-251.
[2]刘录祥,王 晶,赵林姝,等.零磁空间诱变小麦的生物效应研究[J].核农学报,2002,16(1):2-7.
关键词:计算力学;多物理场耦合;先进复合材料;有限元技术(FEM)
中图分类号:V211 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)12-0252-02
1 力学在航空航天领域的支柱地位
作为与材料科学、能源科学并肩的航空航天领域三大基础学科之一,力学在航空航天领域拥有无可辩驳的支柱地位。航空航天技术的发展与力学学科的发展有着举足轻重的关系。同样,力学学科的发展也推动了航空航天技术的发展。从航空航天的历史开端,力学便扮演着开天辟地的角色:莱特兄弟发明飞机前的时代,人类的航空器长期停留在热气球与飞艇的水平,人们普遍认为任何总密度比空气重的航空器是无法上天的;而随着流体力学的发展,越来越多总密度大于空气的航空器被发明出来进行试验,而莱特兄弟的飞机即为第一个成功的尝试,莱特兄弟的L洞也成为一个经典(图1)。从此,航空器的发展步入了快车道,各种结构的飞机翱翔于蓝天,从不到一吨的轻型飞机到上百吨的运输机,直至今天我们对机已经习以为常。
时至今日,航空航天的总体设计已由庞大的力学各分支支撑起来,从最基本的方面分类,可包括:飞行器整体气动外形归属于空气动力学;整体支承结构归属于结构力学以及材料力学;复合材料归属于复合材料力学;材料疲劳性能归属于疲劳分析;结构动力特性归属于振动力学;缺陷结构分析归属于损伤力学以及断裂力学。而对于具体的问题细分,则还有如:针对超高速飞行器的高超空气动力学;针对紊流等大气不稳定情况的非定常空气动力学;针对流固耦合问题的气动弹性力学;以及针对非金属材料的粘弹性力学等。此外,还有众多与力学相关的技术被发展起来,如有限元技术(FEM)等。
展望未来,力学发展的源动力在于航空航天综合多学科的交叉与技术。被誉为“工业之花”的航空航天工业,其研发生产涵盖了目前已知的所有工科门类,如此多的学科交叉下,力学的发展势必会与其他学科进行技术交流,这会带来问题的进一步复杂化,同时也丰富了力学的研究内容。
2 航空航天领域力学发展新挑战
航空航天的发展,给力学带来了新的挑战。结构的日趋复杂,给力学计算带来困难;繁琐的理论公式,需根据工程需要进行必须的简化;新材料的应用在航空航天领域最为敏感,在为飞行器降低结构重量的同时,也带来诸多的不利因素如耐热性能差、环境敏感度高等;而在某些关键部件的多物理场耦合问题也将成为重要的研究方向。
2.1 程序化
航空航天器和大型空间柔性结构的分析规模往往高达数万个结点、近十万个自由度的计算量级,这些问题包括但不限于:飞行器的高速碰撞间题,如飞机的鸟撞, 坠撞,包容发动机的叶片与机匣设计,装甲的设计与分析,载人飞船在着陆或溅落时的撞击等。为了解决这种计算量庞大的问题,上世纪50年代初,力学便发展出一门崭新的分支学科――计算力学。伴随着电子计算机以及有限元技术的发展,计算力学取得辉煌的成绩,这也说明了其本身发展潜力巨大。
力学分析技术的发展,特别是对于各种非线性问题(几何非线性、材料非线性、接触问题等)分析能力,是长期存在的。然而在很长一段时间内,受到计算机能力的制约,以及模型建立本身的局限性,力学分析求解停留在解析方法和小规模数值算法中。这对于工程人员的设计工作是一个极大的限制,对于航空航天领域而言则尤甚如此。计算力学的发展,带来的效益是巨大的。首先其可以用计算机数值模拟一些常规的验证性试验和小部分研究型试验,这可以节省很大一笔试验费用。其次,其可以求解某些逆问题,逆问题的理论解往往无法通过非数值的手段得到。最后,从工程管理角度考虑,数值模拟方法大大节省了产品研发的周期,由此单位时间内产生了更多的经济收益。有限无技术分析机翼见图2。
上述计算力学给工程设计方面带来的种种好处,都基于一个很重要的前提。那就是力学问题程序化。如何将力学问题转化为一个计算机可以求解的程序,一直是计算力学研究的重点,比如有限元技术就是其中一个典型代表。目前,有限元技术已经涵盖了大部分力学问题,包括:静力学求解,动力学求解,各种非线性问题,以及多物理场耦合等。但值得注意的是,除了静力学以及相对简单的问题外,其余问题所用的算法目前精度仍然有限,相较于工程运用而言仍存在诸多壁垒。对于这些问题算法的更新,是力学问题程序化必须面对的挑战,仍需研究人员不断探索。
2.2 工程化
力学工程化依然是基于计算力学而讨论的。所不同的是,程序化是针对一项力学问题能不能解决,工程化关注的问题是如何使得力学问题的解决过程更符合工程需求。
21世纪的航空航天,已经越来越趋向于商业化,美国已有数家私有航天企业成立,我国的航天科技集团也在进行着一些商业卫星发射。而商业化的工程问题,所追求的目标永远是效益。因此,力学工程化发展也应基于这一要求。航空航天工程的研发工作,一直给人周期长的印象,动辄10年以上的研究周期,对于目前商业化的运营是不适用的。如何快速的给出解决方案,是今后力学工程化的重要考量。随着软件技术的发展,越来越多的数值计算可以通过可视化、图表化等快捷的交互式设计方法呈现出结果,这可以直观地给予工程师设计反馈,从而达到加快设计进程的目的。同时,直观的结果反馈,也能避免数据分析过程出现人为失误,起到规避风险的作用。
2.3 非均质化
新材料往往首先出现在航空航天领域,其中典型代表便是先进复合材料。先进复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、阻尼减震性好、破损安全性好以及性能可设计等优点。由于上述优点,先进复合材料继铝、钢、钛之后,迅速发展成四大结构材料之一,其用量成为航空航天结构的先进性标志之一。
复合材料的运用给力学提出了新要求,相比于传统各向同性的金属材料,其各向异性的力学特性使得非均质力学应运而生,代表便是复合材料力学的诞生。非均质化力学需要将材料的承力主方向设计为结构中的主承力方向,而非主承力方向则需要保证一定强度,不至于破坏,这是其主要的设计特点。相比各向同性材料,其理论模型更为复杂,相应的数值求解方法也没有那么完善。同时,实际中复合材料的性能分散性和环境依赖性相当复杂, 设计准则和结构设计值的确定还很保守,导致最终设计结果并没有理论中那么完美,很大程度上制约了工程领域大规模使用复合材料。对于国内而言,复合材料研究工作相比国外则更为落后,无论是设计经验还是试验数据积累都有不小差距。
建立完备的非均质化力学模型,积累足够的原始参数,大胆尝试提高复合材料的设计水平以及用量是今后力学非均质化的主要任务,需要研究人员付出更多的努力。
2.4 多物理场耦合
2.4.1 电磁与力学耦合
新时代下的航空航天材料,已不仅仅局限于提供简单的支承作用,功能化是航空航天器新材料发展的重点和热点,其最终目的是为了未来航空航天器发展智能化目标。
目前,越来越多的具有电-力耦合功能的新型材料正成为航空航天器结构材料的选择。因为在对飞行器的自我检测技术方面,具有电-力耦合功能的材料的受力状态与电磁性能存在特定的函数关系,由此系统能通过检测电磁性能达到检测受力状态的效果,这大大方便了对飞行器的健康监测,也有效保证了飞行器的安全。这其中耦合函数的准确性便成为关键,电-力耦合的发展能促进这些技术的健全,具有十分积极意义。
2.4.2 温度与力学耦合
温度场与力场的耦合主要体现在发动机上,对于发动机内部涵道的设计最优化一直是热力学着力解决的问题。
目前大部分飞机均采用喷气式发动机,包括:涡喷发动机、涡扇发动机以及涡桨发动机。上世纪40年代末,涡喷发动机出现,飞机飞行速度第一次能超过音速,带来了一场飞机发动机的技术革命。由此,包括进气道以及发动机涵道的设计成为发动机研发的一个关键点,早期的涡喷发动机,由于涵道上的设计缺陷,导致燃料燃烧产生热能转化为推进力的转化比很低,同时伴随着燃烧不充分,因此发动机耗油量很高且推力较小。经过几十年的发展,目前无论军用还是民用飞机发动机,大部分均采用涡扇发动机,通过优化得到的涵道形状最大化了单位燃油所提供的推力。图3为民用客机发动机涵道。
我国的飞机发动机工业水平距离世界领先水平仍有较大距离,特别是在大涵道比的商用发动机研发上。发展热力学,对热-力耦合问题进行更深入的研究,是发展我国飞机发动机事业的奠基石。
2.4.3 流固耦合
流固耦合是飞行器研制最基本的问题之一。几十年的发展历程中,基于流固耦合研究的飞机外形设计取得了诸多进展,包括整体机身外形的优化,翼梢小翼的出现等。随着飞机飞行速度的不断提高,特别是军用飞机机动性的要求,出现了许许多多新的流固耦合问题。比如针对飞机在大攻角飞行时(一般出现在军机上),传统小攻角气动表示法、稳定理论等均不再适用。因此,解决大攻角非定常问题,需要从飞行器运动以及流动方程同时出发,建立多自由度分析和数值模拟模型。这是典型的流固耦合问题。
同时,以往旧的流固耦合理论,在先进复合材料大量运用的今天,显然已经不再使用。对旧有理论进行必要的修正,也将成为流固耦合问题亟需完成的工作。
3 结语
当前,国家大力发展航空航天事业,作为高精尖产业,其所运用的理论与技术绝不能落后。力学作为一门古老而又应用广泛的学科,其对航空航天事业的发展起着举足轻重的作用。为符合未来航空航天领域发展,航空航天领域的力学应着力向着程序化、工程化、非均质化、以及多物理场耦合化综合发展。
参考文献
[1]杜善义.先进复合材料与航空航天[J].复合材料学报,2007(2):1-11.
[2]尧南.计算固体力学的发展及其在航空航天工程中的应用[J].计算结构力学及其应用,1993(3):199-209.
目前,3D打印技术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展,其应用领域将不断拓展。3D打印技术的实际应用主要集中在以下几个方面:
产品设计领域
在新产品造型设计过程中的应用3D打印技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用3D打印技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型(样件),这不仅缩短了开发周期,而且降低了开发费用,也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。
建筑设计领域
建筑模型的传统制作方式,渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准,现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试,3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同。
机械制造领域
由于3D打印技术自身的特点,使得其在机械制造领域内,获得广泛的应用,多用于制造单件、小批量金属零件的制造。有些特殊复杂制件,由于只需单件生产,或少于50件的小批量,一般均可用3D打印技术直接进行成型,成本低,周期短。
模具制造领域
例如玩具制作等传统的模具制造领域,往往模具生产时间长,成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合,可以大大缩短模具制造的开发周期,提高生产率,是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种,直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具,间接制模是先制出快速成型零件,再由零件复制得到所需要的模具。
医学领域
在医学领域的应用近几年来,人们对3D打印技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础,利用3D打印技术制作人体器官模型,对外科手术有极大的应用价值。
文化艺术领域
在文化艺术领域的应用,3D打印技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。
航天技术领域
在航空航天领域中,空气动力学地面模拟实验(即风洞实验)是设计性能先进的天地往返系统(即航天飞机)所必不可少的重要环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性,采用3D打印技术,根据CAD模型,由3D打印设备自动完成实体模型,能够很好的保证模型质量。
家电领域
关键词:航天科技;发展战略;科技项目管理
前言
航天科技是国家科研的重要前沿,但是随着科技发展的不断深入与科技含量的不断提高,使得航天科技研发的周期、风险与经费都大大增加,同时航天科技发展的不确定性也越来越高,为更好的促进航天科技的发展,需要在分析现有的航天科技管理模式的基础上对体制进行改革,以使得其能够适应现今快速发展的航天科技的战略需要。
1 航天科技管理发展现状
航天科技对于经济、科技的发展有着重要的促进作用。在国外,航天科技已经形成了较为完备的航天科技的管理体系以及航天科技/技术与装备的发展战略策略。但是在国内,对于航天科技的发展战略的研究还处于初步探索阶段,并未将航天科技管理作为一个主题来进行研究,仅仅在航天科技工业的发展战略研究中有一定的涉猎。在航天科技的发展过程中,通过引入创新发展战略,通过完善航天科技管理制度与管理机制,做好航天科技项目的立项与项目管理,以此来使得航天科技项目从立项、研究直至得出成果都有一套完善的航天科技管理制度来对其进行保驾护航,促进航天科技的发展进步。现今在航天科技的管理中缺乏系统性的航天科技战略管理框架,缺乏系统性的研究从而使得航天科技的管理长期以经验管理为主,其中,在航天科技的管理中主要以战略分析和战略制定为主要管理模式,忽视了对于航天科技管理战略实施监督控制,使得航天科技的战略管理并未取得良好的成果。因此,需要在分析借鉴国外同行成熟、先进的航天科技战略管理经验的基础上建立起符合我国航天科技战略管理需要的航天科技管理新模式,因此来提高航天科技项目的战略管理效率与效益,促进我国航天科技的高速、稳定的发展。
2 国外在航天科技与装备发展战略管理研究中的现状
国外在航天科技与装备战略发展中建立起了一套完善的管理机制,其中以美国和欧洲的航天局为主要代表,下文将对其航天科技与装备发展的战略管理模式进行分析介绍:(1)美国国家航空航天管理局对于航天科技与装备的战略发展主要分为三个层次,其中第一层次是管理局的战略管理,通过对航天科技项目的发展从规划、实施再到监督与控制,建立起一个完善的航天科技项目监督管理反馈回路以确保航天科技项目的规划和项目实时的紧密贴合,并对航天科技项目的实施进度进行监督与反馈控制,以确保航天科技项目的顺利实施。在航天科技项目战略管理的过程中,其主要依靠的是航天科技项目的战略管理原则,以确保航天科技项目研究工作的顺利展开。在航天科技项目的管理过程中通过三委员会的相互作用来构建起航天科技项目的监督管理体系。在战略规划阶段主要通过科学的研究确定NASA的近期及远期的发展规划并做好航天科技项目的战略管理与战略框架责任的安排。在项目实施阶段,则主要负责实施计划的责任安排。在航天科技项目的监督与控制环节,则主要通过内部的评估与评审,建立其内、外部的评价矩阵,负责航天科技项目实施的监督与控制。在第一层的航天科技项目的战略管理中,需要建立起精益治理、责任与决策以及考核与平衡、财务管理等方面的协调与管理,以确保航天科技项目的顺利实施。
在航天科技项目的第二层战略管理阶段,需要做好对于NASA下属企业的航天科技项目战略管理的延伸,在NASA总体战略的指导下,对科技项目的管理流程尤其是战略规划流程进行详细的细化和划分,确保航天科技项目的顺利实施。第三层为航天科技组件的战略管理,做好对于航天科技的实施计划、技术战略的应用以及商业化和教育战略的实施和布局,确保航天科技项目战略的顺利实行,与此同时,NASA对于航天科技项目的群和项目的组合管理的应用也十分重视,通过制定程序文件来对其进行专门的指导和规范。在欧洲航天局(ESA)中为航天科技的发展制定了终点-终点的航天科技战略管理框架,在航天科技的战略管理中主要从以下几个方面入手:为未来航天科技的发展项目建立和准备相应的技术储备、建立起完善的航天科技技术创新奖励机制、支持航天科技的发展并积极参与外部市场的竞争、做好关键技术的独立研发与掌握、积极做好航天科技在非航天领域的应用与商业化方向的应用。同时在航天科技项目的战略发展中,还需要将不同类型的技术项目群整合到统一的技术规划流程中,确保航天科技项目的管理流程更为透明、高效。ESA是多个国家共同组建的,因此在航天科技的管理中需要做好各方的协调,为保障技术发展战略的顺利实施,ESA通过建立欧洲航天技术平台来完成各成员国之间的协调与技术的一体化,在航天科技的战略管理上,ESA在其航天科技项目的战略管理框架中都有着明确的要求与体现,为做好航天科技项目的规范化管理建立起了良好的管理体系。
3 做好我国航天科技项目的管理
相较于国外成熟、完善的航天科技项目的管理体系,我国在航天科技项目的管理上欠缺的是系统性的航天科技战略管理框架,且长期处于以经验管理的状态,其中对于航天科技项目的管理的重点放在战略分析和战略制定上,对于航天科技战略的实施和监督与控制有所欠缺。因此,在研究和借鉴NASA和ESA等在航天科技项目发展与战略管理方面的经验,在了解其在理论研究、战略管理模式以及战略管理原则等方面的研究进展的基础上对国内航天科技项目的管理进行补充与完善,从管理机制与治理结构方面入手,明确在航天科技管理中各职能层、企事业层等的职责与特点,建立起符合我国航天科技发展需求的战略管理框架与管理原则,并以此为基础指导航天科技项目的战略管理,促进航天科技项目的顺利实施。
4 结束语
航天科技项目的战略管理对于促进航天科技项目的发展有着重要的意义,文章在分析了NASA和ESA发展特点的基础上对如何做好我国航天科技项目的战略管理提出了几点建议。
参考文献
[1]朱煜明,等.国际航空航天科技与装备发展战略管理经验及其对我国的启示[J].机械制造,2010,2.
【关键词】河北省廊坊市 航天战略 新兴产业
【中图分类号】F276.44 【文献标识码】A
我国社会主义现代化建设,经过改革开放多年努力,已经取得了重要实质性成果,尤其表现在我国社会经济快速增长。但是,随着全球经济和金融一体化趋势不断深入,我国各项产业正面临着严峻考验,2008年金融危机以来,国民生产总值和贸易出口额获得了进一步增加,这一结果主要还是以高额资源消费为代价。世界各国都更加关注高新科学技术和构建未来可持续发展的制高点,如何构建符合我国国情的产业结构和培植具有核心竞争力的新产业,已经成为国家宏观政策制定的主要方向和学术界研究的一个热点问题。
2012年,我国出台关于《“十二五”战略性新兴产业发展规划》,更加明确我国着力发展新兴产业的相关政策和指导方针,由于航天产业从自身建设和功能性外延等特征,更加成为我国战略新兴产业发展的关键性支撑石。2011年,河北省政府与中国航天科技集团公司签署区域地方和航天产业系统发展战略框架协议,在“十二五”期间,共同促进河北省社会经济和航天产协同发展,主要包括:运载火箭制造及实验、战略性新兴产业等五个主要内容。而廊坊市在河北省具有得天独厚的位置优势,廊坊航天战略新兴产业建设,对于我国航天工业可持续发展、京津航天产业的拓展和延伸、地方传统产业调整和产业结构全面系统升级都有着关键性的实践性理论意义。
航天战略性新兴产业是基于高新技术和新兴产业相互融合,代表着我国科技创新和产业发展方向,近年来,河北省在推进产业结构调整和突出新兴战略产业方面,推出了一系列具有导向性政策措施,而这些实践性政策性策略,对于航天战略新兴产业长足进步起到关键性作用,并且取得一定的成效。但是不可回避的是,河北省产业调整和战略产业培育过程中,受到理论和经验等多维度影响,以及实际客观条件局部限制,产生很多新问题。
河北省航天产业发展的必要性
航天产业发展将会直接带动一系列战略新兴产业培育和学科技术的融合式发展,我国经过几十年的航天工业的探索和建设,已经构建出我国航天产业体系结构,并且航天产业的发展迈入了一个新发展阶段和历史时期。
航天产业具有重要的战略导向性。航天产业的发展直接关系到我国高端装备制造建设和发展,是我国众多行业中具有高新科学技术应用产业之一,同时对于我国企业产业发展,起到战略导向性作用。①航天产业技术创新和应用,对于我国社会经济的发展起着重要的技术支撑和推进性作用效果,在提升我国人民生活质量、国际地位和综合国力方面,更加强调其战略性影响意义,一方面代表着我国在国际航天发展领域地位,另一方面也能够表示我国核心国防实力。例如美国航天协会关于航空航天技术的相关说明,②即该技术是否领先于世界水平,直接关系到国家各个方面战略性安危,发展航空航天技术是现在乃至未来长期投入和建设国家安全战略。可见,航天产业在我国社会经济和军事中占据核心地位,河北省航天战略性新兴产业建设,将会直接关系到我国航天产业整体规划和可持续发展。
航天产业的技术多样性和链条可扩性。航天产业建设和发展具有战略现代性作用,主要体现在航天产业技术的构成技术多样性和链条可扩展性,一是技术多样性,航空航天产品制造和生产是一项高精端、多学科技术融合而成,从某种程度上讲,航空航天产业发展水平能够直接代表我国先进科学生产力的基础建设情况。由于航天产品生产工艺的复杂性要求,制造生产需要在特定环境下完成,涉及多个学科和技术领域的协调配合,例如要求航空航天材料具有高可靠性新材料、新工艺和新技术,这也能够进一步说明航天产业在我国各产业领域前瞻性地位。同时技术多样性还体现在,生产航天产品需要小批量和多零件构成,这也要求在加工工艺选择和技术上,呈现出明显柔性生产力。二是链条可扩性,据有关部门相关数据统计,③航天战略新兴产业发展带动我国80%的新材料研发,促进多产业链条企业之间融合式发展,技术能够直接提升企业核心市场竞争力,能够更加有效促进其他产业结构的有效调整。未来10年,一个航天项目与产业效益的比值为1:180,推进国民生产总值增长值为 0.714%。
河北省航天产业发展存在的问题
河北省在航天性战略产业培育和发展方面,具有独特发展优势。一是区域位置属于京津经济的三角区域,符合产业延伸和资源互相渗透互补的要求,河北省航天产业的发展,将带动区域多元新兴产业发展,并且能够具有影响和被影响的区域经济发展优势;二是河北省的产业优势,2012年底,河北省物流产业呈现出快速增长趋势,同比2011年增加23.4%,物流产业已经成为河北省现代服务性的优势性产业,这也为航天战略新兴产业全国协同发展,提供重要基础性保障,同时河北省在推动我国“十二五”新兴产业方面,具有明显的发展成果,尤其是先进制造、新材料和高科技电子信息技术等;三是河北省航天产业政策性优势,主要体现在“十二五”纲要中明确指出进一步促进和实现河北省沿海地区发展,这也为河北省航天产业发展,提供上层政策性保证。由于河北省航天产业建设过程中基本无样本参照,属于探索性发展模式,目前,河北省航天产业发展的过程中,依然存在两个重要问题。
航天战略新兴产业集群模式偏低。从国家统计据的相关数据分析可知,④河北省是我国一个重要经济型大省,但是从河北省国内生产总值产业分布情况看,不属于一个以新兴产业为主导经济强省。主要体现在河北省的基础性还是以粗放式、高资源消耗为主的,例如钢铁等传统产业,企业规模虽有所增加,但是系统化归类集成程度不明显,低水平生产现象还很明显,这也是河北省产业发展过程中一个基础性问题。河北省航天产业有其自身特有发展模式,航天战略性新兴产业需要从布局上,充分考虑集中性,并通过相应产业集群模式,进行统筹式发展,构建出航天产业企业之间协调、多赢和技术互补促进融合的创新发展模式,并积极带动与之相关辅产业发展,初步形成以廊坊市为主的新兴航天产业集群,而对比河北省其他产业来说,还是属于较小规模产业集群,并且还需要进一步完善系统框架上的组织协调发展,形成航天战略新兴产业的协同发展机制,形成大产业链条下的规模性循环经济,从而形成以河北廊坊为中心的航天产业集群基地。
缺失高新核心支持性技术。全球范围内已经掀起了新一轮航空航天产业发展新时期,我国航空航天产业虽然在一些关键性技术领域,例如载人和火箭技术,已经达到国际航空航天的世界领先技术,但是从整个航天产业发展上,却具有明显的缺点和不足,主要体现在两个方面:一是航天产业原始创新能力还存在着明显的差距性,尤其是一些关键性核心支撑技术,不能满足我国社会经济发展要求,例如民用和军用飞机在我国社会生产生活中需求量急剧增加,而我国大型航空工业,还承接一些国外外包业务,严重影响航空科技技术创新资源。同时航天产业相关技术研发过多关注于数量而不是质量,2012年航天制造产业的申请专利数达到908件,但是具有整个行业高新技术比例不足2%,美国申请8654项,核心技术占26%,这一数据显示,我国航天产业原始创新能力和驱动力存在着较为严重问题,这也是河北省航天战略新兴产业发展的一个关键性问题。二是创新体制上存在着一定问题,尤其是在航天产业高新技术研发和市场结合方面的问题,河北省政府与中国航天科技集团具有战略性协同发展关系,在航天战略新兴产业发展过程中,已经感觉到中国航天科技集团具有明显的计划经济体制形态,企业之间管理上还存在行政领导关系,各个企业的自主经营权受到了重要限制,这也是导致原始创新动力不足的一个重要原因,同时,中航集团强调科研是主要,直接影响科研成果的市场性技术转化,导致与河北省航天战略新兴产业发展中的资源浪费和技术搁置情况,这也是河北省以及廊坊市航天战略新兴产业发展过程中的一个关键性抑制性问题。
促进航天战略性新兴产业发展的对策和建议
河北省航天产业发展是一项多技术、多企业相互融合,协同发展的高新技术产业模式,在河北省产业结构调整和新兴产业配置中,具有特殊的重要作用和意义。
地处京津两大城市之间的廊坊市其地理位置优越,并且具有较好的航天产业发展基础和条件,已建成的固安航天科技城正在成为对接北京、借势发展的契合点,预计在未来几年,固安航天科技城将形成航天技术研发、应用、服务一条龙的完整产业链,抢占战略性新兴产业发展的制高点。此外,廊坊市还拥有较好的科学研究平台,“河北省航天产业发展软科学研究基地”和“河北省航天遥感信息处理与应用协同创新中心”均设在廊坊市北华航天工业学院,这将为我省航天产业发展提供高质量的研究成果。在我国“十二五”规划的指导推动下,廊坊市航天产业必然会成为河北省社会经济发展的新的增长点。因此,在促进河北省及廊坊市航天战略新兴产业发展过程中,可以以廊坊市航天产业发展为着眼点,集中一切优势资源,制定符合区域经济发展可行性政策引导和支持,完善航天产业链条发展支持性渠道,运用多维度协同共进机制和手段,加大培养和促进航天战略性新兴产业发展。具体建议及对策如下:
促进廊坊航天产业集群模式和产业链条协同创新。航天产业自身特点是一个大型复杂、多技术、多产业组合,要实现国家航天战略创新导向目标,不断创造和提升航天战略新兴产业发展增长点,就要更加关注和强调航天产业集群模式合理化构建和产业链条中各个相互企业之间协同创新能力。廊坊市航天战略性新兴产业可持续发展,需要产业系统良好外界政策性环境和产业链条中各个企业创新,两者直接相互协调,直接影响航天产业发展实质性效率,也制约着航天产业价值链条各企业均衡性发展。因此,河北省及廊坊市航天新兴产业发展,就要不断完善和优化航天产业各企业外部发展环境,即给予政策性的引导和税收支持,构建出符合产业发展航天产业链条各个企业协同创新和共生平台,加大对于产业关键性核心共性产业技术研发突破,作为其他产业发展的技术导向和配套支持,从而更好服务于河北省传统产业结构转型和新兴战略产业发展。
实现廊坊特色航天产业核心技术创新。河北省航天战略新兴产业发展要充分和依靠自身,地理、科研和政策性优势,强调和突出以廊坊市为产业中心,支持和培养企业核心技术发展。核心技术企业发展是航天产业链条中心脏组成部门,直接代表着航天产业专业化和高信息技术性,这也直接需要政府政策性导向和引入社会资本进行长期可持续建设和发展。例如,国际上航天产业的一些核心技术都是由寡头企业垄断,由于利益驱使,其更加注重核心技术保护,使得其他国家难以获取。而我国在掌握航天产业关键技术中,具有较好产业发展优势,核心技术研究就是要依靠企业原创性,要耐得住长期投入和风险,建议河北省构建出航天产业核心技术创新保障平台,增加航天产业核心技术研发抗风险能力,关注国外航天同类技术反向工程求解、结合我国本土技术,进行核心技术再创新。在实现以河北省廊坊市为代表的航天产业核心技术创新的过程中,要始终明确两个支持问题:一是结合国内外航天产业发展新形势,解决关键性技术核心问题,以点盖面,充分把握住航天产业发展必要性和特殊性,建立廊坊市航天战略新兴产业良性发展合理化机制,形成一种产业优势发展稳定环境。二是以中央国企混合制改革为背景,不断整合河北省航天战略新兴产业链条,推进航天产业军用和民用相结合模式,更好地实现航天产业研发性向服务性模式转化,促进河北省及廊坊市区域社会经济航天新兴产业和其他产业的联动协调发展。
结语
航天战略性新兴产业的可持续发展,直接关系到我国社会经济发展和国际地位,航天产业发展的必要性,主要体现在航天产业具有先天的战略导向性和航天产业的技术多样性和链条可扩性,战略导向性是航天产业发展的必要前提,而产业技术多样性和链条可扩性是航天产业推进自身和促进其他产业建设的着眼点,可见构建我国大战略背景下的航天产业航母,促进河北省航天战略新兴产业发展具有现实客观需求。河北省在产业结构调整和培育新兴战略产业上,具有更加突出的京津翼黄金三角区地域优势、更加完备的产业配套服务保障体系和航天战略新兴产业发展的政策性扶持导向优势。
近几年,河北省航天战略性产业发展取得一定成绩的同时,也暴露出一些明显不足和问题,主要是航天战略新兴产业集群模式偏低和缺失高新核心支持性技术,而产业集群模式是航天战略新兴产业价值链条协同发展的保障性措施,高新核心技术支持是航天战略性新兴产业发展基础,也是推进河北省其他产业模式创新发展推动力。对于当前所存在的问题,文中建设性提出促进航天战略性新兴产业发展的对策和建议,主要包括,航天产业集群模式和产业链条的协同创新,及河北省具有特色航天产业核心技术创新。河北省航天战略产业发展需要来自各方面的多维度创新,只有创新才能走出一条符合我国实际情况的航天产业发展之路。我国航天战略新兴产业发展,是一项理论和实践反复结合的工作,需要更多机构和学者,进行系统性和关键问题研究,希望笔者文章关于河北省廊坊市航天战略性新兴产业发展问题探究,能起到抛砖引玉之作用,更加有利于航天战略新兴产业可持续发展的进一步探讨和研究。
(作者单位:北华航天工业学院;本文系2013年度北华航天工业学院科研基金项目“加速廊坊战略性新兴高端产业发展,助推绿色崛起”阶段性成果并受“河北省航天产业发展软科学研究基地”资助,项目编号:KY―2013―24)
【注释】
①傅培瑜:《我国战略性新兴产业发展的研究》,东北财经大学硕士学位论文,2010年,第6~9页。
②张春玲:“加快培育我国战略性新兴产业的对策研究“,《生态经济》,2013年第3期,第30页。
③王新新:“战略性新兴产业的培育与发展策略研究“,《生产力研究》,2011年第8期,第155~157页。