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【關(guān)鍵詞】:航空航天;主題教育;學(xué)風(fēng)建設(shè);辯證關(guān)系
航空航天產(chǎn)業(yè)是關(guān)乎國防安全和大國地位的重要戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)實力和綜合國力的不斷提升,航空航天事業(yè)取得了豐碩成果。代表航空先進(jìn)技術(shù)的C9飛機的立項研制,載人航天技術(shù)的關(guān)鍵性突破,無不令國人歡欣鼓舞。對學(xué)生開展航空航天主題教育,將進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的愛國愛黨熱情,培養(yǎng)航空航天情結(jié)。學(xué)習(xí)是學(xué)生的天職,加強和改進(jìn)學(xué)風(fēng)建設(shè)是高校教育的長線工作。如何將航空航天主題教育和學(xué)風(fēng)建設(shè)有機結(jié)合起來,把握二者的辯證關(guān)系,是航空類院校學(xué)生工作者思考的關(guān)鍵性問題。
一、航空航天主題教育的內(nèi)涵
高校大學(xué)生主題教育活動是“推進(jìn)校園文化建設(shè)的強大動力【1】”。對于航空類高校來說,航空航天主題教育是特色教育活動。航空航天主題教育是以航空航天為教育為主要內(nèi)容,以弘揚航空航天精神為導(dǎo)向,采取集中觀看、主題座談、主題征文、知識競賽、科普教育等形式對大學(xué)生開展的主題性教育活動。它是情境教育中的一種方式,航空類院校學(xué)生活動中較為常見。旨在使大學(xué)生在以航空航天為主要內(nèi)容的情境中,接受教育,蕩滌心靈,建立以情境為導(dǎo)向的感性認(rèn)識,以此內(nèi)化為成長成才的內(nèi)在動力,達(dá)到引領(lǐng)積極向上的自我教育的目的。航空航天主題教育具有主題性、內(nèi)化性和實效性等鮮明特征。
二、學(xué)生學(xué)風(fēng)建設(shè)的內(nèi)涵
學(xué)生學(xué)風(fēng),從廣義上講就是大學(xué)生在治學(xué)精神、治學(xué)態(tài)度和治學(xué)方法等方面的風(fēng)格,也是大學(xué)生的知、情、意、行在學(xué)習(xí)問題上的綜合表現(xiàn)。學(xué)風(fēng)建設(shè)就是從教、學(xué)、管三方面入手,以提升教師教學(xué)水平、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和加強學(xué)生日常管理等為切入點,在外在教育和內(nèi)在激勵兩方面雙管齊下,加強和改進(jìn)學(xué)風(fēng)的系列舉措。學(xué)生的天職是學(xué)習(xí),學(xué)風(fēng)建設(shè)旨在改變的是學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),激發(fā)的是成才意識。學(xué)風(fēng)建設(shè)同樣具有主題性、內(nèi)化性和實效性等鮮明特征,這與航空航天主題教育基本相同。
三、航空航天主題教育與學(xué)風(fēng)建設(shè)的辯證關(guān)系
航空航天主題教育和學(xué)風(fēng)建設(shè),兩者不是獨立的,而是互相作用、互相補充的。作為一種主題活動方式,航空航天主題教育為學(xué)風(fēng)建設(shè)營造有利氛圍,發(fā)揮情境育人的內(nèi)化作用。另一方面,航空航天主題也能從更大程度上激發(fā)學(xué)生愛校愛專業(yè)的熱情,從而為學(xué)風(fēng)建設(shè)提供原始動力源泉。作為航空類高校的一項重點工作,學(xué)風(fēng)建設(shè)將為航空航天主題教育提供必要的思想保障。對于航空類院校的學(xué)生來講,只要認(rèn)識到了學(xué)習(xí)的重要性,以積極地態(tài)度參與到學(xué)習(xí)當(dāng)中,必然有利于航空航天主題教育活動的有效開展。
1.航空航天主題教育為學(xué)風(fēng)建設(shè)提供環(huán)境條件
航空航天主題教育作為情境教育的一種方式,必然通過營造良好的環(huán)境氛圍來內(nèi)化人的心靈,達(dá)到認(rèn)同教育效果的最終目的。比如開展集中觀看神舟九號發(fā)射等活動,基于發(fā)射活動本身再加上活動氛圍的營造,勢必將激發(fā)學(xué)生的愛國熱情,并形成持久的激勵作用。從中可以看出,氛圍營造的作用是無窮的。學(xué)生深感航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展直接來源于祖國科技的強大,對學(xué)習(xí)、對理想、對成才的追求也就更加地強烈,這就是情境育人的作用所在。作為校園文化的一部分,航空航天主題教育必然為學(xué)風(fēng)建設(shè)提供必要的環(huán)境條件。通過主題教育活動,逐步引導(dǎo)學(xué)生把“個人理想融入到建設(shè)社會主義現(xiàn)代化共同理想【2】”中, 以此強化理想信念教育,對學(xué)生建設(shè)具有重要的推動作用。
2.航空航天主題教育為學(xué)風(fēng)建設(shè)激發(fā)興趣動力
對專業(yè)的認(rèn)同是提升學(xué)風(fēng)興趣的關(guān)鍵所在。對于航空院校的學(xué)生來講,有些學(xué)生所錄取的專業(yè)并非是第一志愿專業(yè),有的甚至是參考專業(yè)。其中一部分學(xué)生為調(diào)劑錄取。這些學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感是不強的,或多或少的對專業(yè)認(rèn)識不清,就業(yè)方向不明確。上述緣由使這些學(xué)生或多或少失去了學(xué)習(xí)的興趣和動力,更談不上具有成長成才意識。主題教育必須與群體特征相互適應(yīng)【3】,對航空類院校的學(xué)生開展航空航天主題教育,將更有效地激發(fā)學(xué)生愛校愛專業(yè)的熱情,從而激發(fā)出原始的學(xué)習(xí)動力,增強學(xué)習(xí)的針對性和實效性。航空類高校可根據(jù)學(xué)生工作現(xiàn)狀,適時組建航空航天科普宣傳團(tuán)隊和未來飛行器設(shè)計團(tuán)隊。前一團(tuán)隊是面向中小學(xué)生源基地,組織學(xué)生團(tuán)隊到學(xué)校開展航空航天科普教育,發(fā)揮學(xué)生的專業(yè)優(yōu)勢,增強學(xué)習(xí)專業(yè)的信心和動力。后一團(tuán)隊是組隊參加校級或省部級以上的未來飛行器設(shè)計大賽,培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐能力。類似于上述活動的開展勢必使學(xué)生增強對專業(yè)的正確認(rèn)識,以切身行動投入到活動中,學(xué)習(xí)的動力更足了。
3.學(xué)風(fēng)建設(shè)為航空航天主題教育奠定思想保障
對于初到大學(xué)的學(xué)生而言,剛剛完成由高中到大學(xué)的轉(zhuǎn)變,身雖已到大學(xué),但心卻還在高中,思想的轉(zhuǎn)變需要一段時間的適應(yīng)。生活上的不適應(yīng),學(xué)習(xí)方式上的差別,是剛?cè)雽W(xué)的新生所面臨的首要問題。在這當(dāng)中,也定會產(chǎn)生一定的心理落差。因此,對于剛?cè)雽W(xué)學(xué)生的學(xué)風(fēng)建設(shè)來講,首先應(yīng)解決思想認(rèn)識上的問題。采取切實可行的方法和舉措,讓學(xué)生主動去接觸新生事物,去學(xué)會適應(yīng)新的環(huán)境和學(xué)習(xí)方式,應(yīng)該說是學(xué)風(fēng)建設(shè)的首要任務(wù)。思想問題解決了,態(tài)度端正了,學(xué)習(xí)也就主動了。其實對于學(xué)風(fēng)建設(shè)整個工作,思想認(rèn)識應(yīng)該是根本問題。誤區(qū)的糾正為自主學(xué)習(xí)清除了不利障礙,也為學(xué)生培養(yǎng)綜合素養(yǎng)及航空航天情結(jié)提供了思想準(zhǔn)備。打消了思想顧慮,學(xué)生也就愿意去思考自己的專業(yè)以及與專業(yè)相關(guān)的問題也更愿意投入到航空航天主題教育活動中去。
4.學(xué)風(fēng)建設(shè)為航空航天主題教育提供方法指導(dǎo)
學(xué)風(fēng)建設(shè)的基本方法對于航空航天主題教育活動的開展具有重要的借鑒意義。從一般意義上講,學(xué)風(fēng)建設(shè)的基本方法和策略有主題教育、結(jié)對對接、興趣引領(lǐng)、動力激發(fā)等。如此的策略和方法也同樣適用于主題教育,為之提供方法上的指導(dǎo)。主題教育是航空航天教育的常用方式,結(jié)對對接可以用在開展學(xué)生科研實習(xí)活動中,興趣引領(lǐng)和動力激發(fā)是學(xué)風(fēng)建設(shè)和航空航天教育的通用策略。
四、結(jié)論
學(xué)風(fēng)建設(shè)是高校學(xué)生工作的永恒主題,在實際的工作中,我們必須正確處理好學(xué)風(fēng)建設(shè)與航空航天主題教育的辯證關(guān)系,發(fā)揮彼此的促進(jìn)作用,為做好人才培養(yǎng)工作提供必要條件。在理順好兩者的辯證關(guān)系后,如何利用這種辯證關(guān)系并實現(xiàn)兩者有效嫁接是個關(guān)鍵性問題。
參考文獻(xiàn):
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航空動力是工業(yè)皇冠上的明珠,是多學(xué)科耦合、多專業(yè)綜合的最復(fù)雜的智能機械之一,是綜合國力的重要體現(xiàn),對國民經(jīng)濟(jì)和國家安全具有不可替代的作用,是必須下決心走自主創(chuàng)新之路才能實現(xiàn)跨越發(fā)展的戰(zhàn)略必爭領(lǐng)域。
站在國家重大專項實施的十字路口,如何通過自主發(fā)展實現(xiàn)由“跟跑、并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越是當(dāng)前的重大問題。
美國如何“沿途下蛋”
作為人類研制過的最復(fù)雜機械之一,類似航空發(fā)動機這樣的高端產(chǎn)品的特征就是核心技術(shù)堆集,沒有核心技術(shù)就沒有現(xiàn)動機。
這一核心技術(shù)要回答的問題,不僅包括怎么做,還包括為什么這么做。而要回答這些問題,必須以精深的科學(xué)知識為基礎(chǔ),其途徑就是基礎(chǔ)研究。
基礎(chǔ)研究是現(xiàn)代西方發(fā)動機行業(yè)的基礎(chǔ)。西方國家通過幾十年的基礎(chǔ)研究,投入了大量人力、物力、財力,獲取大量工具、準(zhǔn)則和實驗數(shù)據(jù)庫,才基本掌握了核心技術(shù)。
航空發(fā)動機基礎(chǔ)研究面臨的各類問題范圍廣、難度大,因此需要建立長期的國家級發(fā)動機基礎(chǔ)研究計劃。以美國為例,政府通過實施IHPTET和VAATE等計劃,顯著提高了美國發(fā)動機的科學(xué)水平和技術(shù)能力,而且可以“沿途下蛋”,不僅大幅度提高現(xiàn)役發(fā)動機性能,也對四代機F119、F120等研制提供了強有力技術(shù)支持。
在科研經(jīng)費方面,美國NASA每年專用于支持航空發(fā)動機方向的基礎(chǔ)科研經(jīng)費超過1.2億美元。
自美國等國家1959年實施“航空航天推進(jìn)計劃”以來,已經(jīng)連續(xù)不斷地實施了30余項不針對具體型號的航空發(fā)動機技術(shù)研究計劃,這使得美國發(fā)動機技術(shù)處于國際領(lǐng)先的地位。
反觀中國,由于在較長時間內(nèi)對“預(yù)研先行”的客觀規(guī)律缺乏深刻認(rèn)識,預(yù)先研究的投入也不足。在引進(jìn)、跟蹤仿研時,也沒有足夠的經(jīng)費來安排消化吸收,很多技術(shù)問題都是“知其然不知其所以然”,并沒有完全吃透,難以真正掌握關(guān)鍵技術(shù)去再創(chuàng)新,引進(jìn)工作并沒有真正起到促進(jìn)自主創(chuàng)新發(fā)展的作用。
中國正由跟蹤仿研轉(zhuǎn)向自主創(chuàng)新
中國航空發(fā)動機發(fā)展從軍機起步,歷經(jīng)了引進(jìn)修理、跟蹤仿研和改進(jìn)改型三個時期,軍用航空發(fā)動機技術(shù)水平已經(jīng)實現(xiàn)由第二代向第三代的跨越,并向第四代邁進(jìn)。
民用航空發(fā)動機面臨著適航技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)的雙重壁壘,已經(jīng)開始了自主研制,但無論是渦扇、渦軸,還是通航動力的商業(yè)產(chǎn)品基本空白。
目前,在軍用航空發(fā)動機領(lǐng)域,只有美、俄、英、法四國可以獨立研制和發(fā)展一流水平的發(fā)動機;民用航空發(fā)動機市場的技術(shù)、資金和產(chǎn)業(yè)門檻更高,目前真正具有技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢的只有美、英、法三國的四家公司。
無論是英國羅羅公司、美國GE公司、PW公司還是蘇聯(lián),都是引進(jìn)專利后開始自主研制。發(fā)動機強國都走了一條與國內(nèi)工業(yè)發(fā)展水平相適應(yīng)、適度超前的自主發(fā)展道路,形成了鮮明的技術(shù)特色。
從宏觀上看,羅羅公司的三轉(zhuǎn)子構(gòu)型、PW公司的齒輪驅(qū)動風(fēng)扇等不同的技術(shù)路線都實現(xiàn)了高性能指標(biāo),同樣具有商業(yè)競爭力;從微觀上看,渦輪葉片的材料、內(nèi)冷通道和外氣膜冷卻方式各有不同,也都實現(xiàn)了高冷卻效率和長壽命。蘇聯(lián)的軍用發(fā)動機也走出了一條不同于歐美的技術(shù)路線,在四動機上采用了外涵換熱器的獨特結(jié)構(gòu),彌補了材料耐溫不夠的缺陷。
反觀中國,跟蹤仿研的主導(dǎo)思想導(dǎo)致了技術(shù)路線的搖擺不定,與發(fā)動機強國的差距越來越大,只有找到一條適合中國發(fā)動機發(fā)展的技術(shù)道路,才能彎道超車,實現(xiàn)跨越。
因此,對中國來說,轉(zhuǎn)變發(fā)展方式是必然的。所謂轉(zhuǎn)變就是指由跟蹤仿研主導(dǎo)的逆向設(shè)計研發(fā)體系向自主創(chuàng)新主導(dǎo)的正向設(shè)計研發(fā)體系的轉(zhuǎn)變,這既是我國航空動力近60年發(fā)展經(jīng)驗和教訓(xùn)的總結(jié),也是國家重大專項的戰(zhàn)略要求。
“天地人法”合一的正向體系
我認(rèn)為,要建立自主創(chuàng)新主導(dǎo)的正向設(shè)計研發(fā)體系,總的來說,共涉及四個方面的問題,即“天地人法”。
“天”就是總體,指對航空發(fā)動機的多學(xué)科融合、多專業(yè)綜合以及設(shè)計、材料、制造、試驗、驗證、使用、維護(hù)等全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同的復(fù)雜屬性的認(rèn)識。 2010年12月28日,工作人員正在航空發(fā)動機也容性與外物吸入損傷研究中心內(nèi)進(jìn)行模擬試驗
“天”不強和中國航空發(fā)動機的發(fā)展歷史有關(guān)。中國的發(fā)動機開始于修理和測仿,修理和測仿對總體的依賴度低,既不能從總體的角度對航空發(fā)動機本身的多學(xué)科融合和專業(yè)綜合進(jìn)行系統(tǒng)的流程規(guī)劃,更不能從全產(chǎn)業(yè)鏈的角度對航空發(fā)動機的研發(fā)、生產(chǎn)、使用、退役作全局性規(guī)劃。
跟蹤仿研主導(dǎo)的逆向設(shè)計研發(fā)體系,不能從源頭形成氣動熱力、結(jié)構(gòu)完整性、材料工藝協(xié)同的優(yōu)化設(shè)計,導(dǎo)致材料工藝攻關(guān)變成了常態(tài),從而造成中國的材料牌號遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于歐美和俄羅斯,但數(shù)據(jù)完備、成熟可用的關(guān)鍵材料少之又少的尷尬局面。而且,跟蹤仿研主導(dǎo)的逆向設(shè)計研發(fā)體系,也不能系統(tǒng)牽引基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展,使得基礎(chǔ)研究處在無序發(fā)展?fàn)顟B(tài),導(dǎo)致型號發(fā)展沒有成熟的技術(shù)作為支撐。
“地”就是基礎(chǔ),是指航空發(fā)動機的“氣、固、熱、聲、控、材料、工藝”等多個學(xué)科的應(yīng)用基礎(chǔ),是知其所以然和跨越發(fā)展的基礎(chǔ)。
“地”不厚和中國航空發(fā)動機的發(fā)展路徑有關(guān),沒有“動力先行”自然沒有“預(yù)研先行”,根本沒有時間知其所以然,二、三動機還能仿研,四動機由于設(shè)計、材料、工藝及學(xué)科的高度耦合性,已經(jīng)很難仿制,沒有“地”的支撐,“形似”都很難達(dá)到,更談不到“神似”了。
型號研制和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、甚至基礎(chǔ)研究同時進(jìn)行屢見不鮮,這嚴(yán)重違背了型號研制必須具備的技術(shù)成熟度條件,造成研制工作舉步維艱。沒有對各個基礎(chǔ)學(xué)科規(guī)律的深入認(rèn)識,很難支撐和引領(lǐng)“形神兼?zhèn)洹钡淖灾鲃?chuàng)新。
“人”是這一戰(zhàn)略領(lǐng)域成敗的核心,這是指具有研發(fā)先進(jìn)航空發(fā)動機的合適知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新人才。
對照航空發(fā)動機國際標(biāo)桿企業(yè)的人才結(jié)構(gòu)可以看出,研發(fā)隊伍普遍具有通用型人才(Generalist)、專業(yè)型人才(Specialist)、系統(tǒng)型人才(Universalist)等典型的橄欖型梯次特征。
以羅羅公司為例,其11300名研發(fā)人員中,約2000人為通用型人才、6000名為專業(yè)型人才,系統(tǒng)型人才為2000人。而在中國,各航空發(fā)動機主機研究所和企業(yè)設(shè)計人員已達(dá)到4000人的規(guī)模,但與羅羅公司近萬名研發(fā)人員相比,依然有顯著差距。
“人”不足和兩方面的影響有關(guān),一方面是國家長期未對該戰(zhàn)略領(lǐng)域給予足夠的重視,造成人才流失嚴(yán)重;另一方面是中國航空發(fā)動機的行業(yè)發(fā)展走了以“跟蹤仿研為主”的發(fā)展路徑,對人才的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)要求,從學(xué)歷教育、非學(xué)歷教育到成長路徑都存在系統(tǒng)性缺失。
“法”則是這一戰(zhàn)略領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展的保障。這一方面是指國內(nèi)航空發(fā)動機發(fā)展的立法保障,另一方面是指國際適航規(guī)章。
正如美國《國家關(guān)鍵技術(shù)計劃》所描述的:“這是一個技術(shù)精深得使新手難以進(jìn)入的領(lǐng)域,它需要國家充分保護(hù)并利用該領(lǐng)域的成果,需要長期數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的積累以及國家大量的投資?!?/p>
適航法規(guī)是國際公約的要求,是民用航空產(chǎn)品進(jìn)入民機市場的最低安全標(biāo)準(zhǔn),首要功能是保障公共安全,對后發(fā)展國家來說也成為了事實上的技術(shù)壁壘。中國的航空發(fā)動機領(lǐng)域的發(fā)展還沒有對國際立法體系和技術(shù)深入研究,也沒有上升到國家立法保障的層面,對該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展有深遠(yuǎn)影響。
如何進(jìn)行組織改革
目前,中國航空發(fā)動機正處于從“跟蹤仿研”向“自主發(fā)展”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵階段,這些轉(zhuǎn)變不僅表現(xiàn)在研究內(nèi)容的技術(shù)特征上,也表現(xiàn)在組織模式必須由松散、無序、內(nèi)耗走向系統(tǒng)、有序、協(xié)同,更需要國家基礎(chǔ)研究計劃的持續(xù)支持。
“系統(tǒng)”體現(xiàn)在多學(xué)科交叉、多專業(yè)綜合、全產(chǎn)業(yè)鏈融合;“有序”體現(xiàn)在以技術(shù)成熟度為標(biāo)志的技術(shù)承載主體有序、以承載主體特征為標(biāo)志的人才和研究設(shè)施的有序,“協(xié)同”體現(xiàn)在全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)協(xié)同、人力和設(shè)施資源協(xié)同以及系統(tǒng)環(huán)境下的學(xué)科和專業(yè)協(xié)同。
作為大國,這種“系統(tǒng)、有序、協(xié)同”需要圍繞國家戰(zhàn)略產(chǎn)品建立自己的基礎(chǔ)研究體系,設(shè)立專門基礎(chǔ)研究計劃,持續(xù)加大資金投入。 國產(chǎn)大型客機C919計架機在上海總裝下線儀式現(xiàn)場,日前我國正在研制與C919飛機配套的發(fā)動機
這既要借鑒美國等體制,更要結(jié)合自身航空發(fā)動機基礎(chǔ)研究的現(xiàn)實國情。具體組織架構(gòu)上可以分為三層:
第一層次為最高決策層,代表國家意志行使重大事項決策,通過預(yù)算撥款,并對執(zhí)行情況進(jìn)行宏觀調(diào)控。建議由國家成立航空發(fā)動機專業(yè)基礎(chǔ)研究委員會或?qū)iT機構(gòu)。
第二層為計劃和綜合實施層,建議由航空發(fā)動機相關(guān)國家實驗室承擔(dān),采用協(xié)同創(chuàng)新模式,由高校、中科院、企業(yè)中在航發(fā)領(lǐng)域具有優(yōu)勢地位的單位組成。在專業(yè)基礎(chǔ)研究委員會的指導(dǎo)下,進(jìn)行重大、復(fù)雜科學(xué)問題的論證、分解、實施。
目前,我國制造業(yè)已有較好基礎(chǔ),并已成為世界制造大國,工業(yè)增加值居世界第四位,約為美國的1/4、日本的1/2,與德國接近。產(chǎn)量居世界第—的有80多種產(chǎn)品。然而,我國制造的多是高消耗、低附加值產(chǎn)品,大量產(chǎn)品處于技術(shù)鏈和價值鏈的低端。在代表制造業(yè)發(fā)展方向和技術(shù)水平的裝備制造業(yè),我國的落后狀況尤其明顯,大多數(shù)裝備生產(chǎn)企業(yè)沒有核心技術(shù)和自主知識產(chǎn)權(quán)。同時,我國制造業(yè)勞動生產(chǎn)率水平偏低,許多部門的勞動生產(chǎn)率僅及美國、日本和德國的1/10,甚至低于馬來西亞和印度尼西亞。這一差距,尤其明顯地表現(xiàn)在資本密集型和知識密集型產(chǎn)業(yè)上。在此條件—卜,我國制造業(yè)不能繼續(xù)在技術(shù)鏈低端延伸,不能依靠高消耗獲得更多低附加值產(chǎn)品,必須用科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)制造業(yè)運行,轉(zhuǎn)變制造業(yè)增長方式。
二、轉(zhuǎn)變制造業(yè)增長方式必須發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù)
產(chǎn)品技術(shù)鏈,沒有一個固化的定式,但總是由低端向高端發(fā)展。近年,它正伴隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)步不斷向高端延伸。目前,制造業(yè)技術(shù)鏈高端幾乎被現(xiàn)代技術(shù)壟斷,處于技術(shù)鏈高端的產(chǎn)品幾乎都是由現(xiàn)代技術(shù)制造出來的。所以,要轉(zhuǎn)變我國制造業(yè)增長方式,必須抓緊發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù),通過現(xiàn)代技術(shù)促使制造業(yè)及其產(chǎn)品向技術(shù)鏈高端延伸,以便降低技術(shù)鏈低端產(chǎn)品的比重,相應(yīng)提高技術(shù)鏈高端產(chǎn)品的比重。
在知識經(jīng)濟(jì)時代到來之際,微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、生物技術(shù)、高分子化學(xué)工程技術(shù)、新型材料技術(shù)、原子能利用技術(shù)、航空航天技術(shù)和海洋開發(fā)工程技術(shù)等高新技術(shù)迅猛發(fā)展。以計算機廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)的自動化技術(shù)和信息技術(shù),與高新技術(shù)及傳統(tǒng)制造方法結(jié)合起來,便產(chǎn)生了現(xiàn)代制造技術(shù)。
現(xiàn)代制造技術(shù),保留和繼承了傳統(tǒng)制造技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新要求,如增加現(xiàn)有產(chǎn)品的功能,擴(kuò)大現(xiàn)行產(chǎn)品的效用:增多現(xiàn)有產(chǎn)品的品種、款式和規(guī)格:縮小原產(chǎn)品的體積,減輕原產(chǎn)品的重量:簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),使產(chǎn)品零部件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化:提高現(xiàn)有產(chǎn)品的功效,使之節(jié)能省耗等。但是,現(xiàn)代制造技術(shù),在制造范疇的內(nèi)涵與外延、制造工藝、制造系統(tǒng)和制造模式等方面,與傳統(tǒng)制造技術(shù)均有重人差別。
在現(xiàn)代制造技術(shù)視野中,制造不是單純把原料加工為成品的生產(chǎn)過程,它包括產(chǎn)品從構(gòu)思設(shè)計到最終退出市場的整個生命周期,涉及產(chǎn)品的構(gòu)思、構(gòu)思方案篩選、確定產(chǎn)品概念、效益分析、設(shè)計制造和鑒定樣品、市場試銷、正式投產(chǎn),以及產(chǎn)品的售前和售后服務(wù)等環(huán)節(jié)。
在現(xiàn)代制造技術(shù)視野中,制造不是單純使用機械加工方法的生產(chǎn)過程,它除了機械加工方法外,還運用光電子加工方法、電子束加工方法、離子束加I:方法、硅微加工方法、電化學(xué)加工方法等,往往形成光、機、電一體化的工藝流程和加工系統(tǒng)。
三、發(fā)展現(xiàn)代制造技術(shù)的重點方向
現(xiàn)代制造技術(shù)正在朝著自動化、智能化、柔性化、集成化、精密化、微型化、清潔化、藝術(shù)化、個性化、高效化方向發(fā)展。為了轉(zhuǎn)變制造業(yè)增長方式,促使制造業(yè)向技術(shù)鏈高端延伸,我國宜著重發(fā)展以下現(xiàn)代制造技術(shù)。
(一)以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的微型系統(tǒng)制造技術(shù)
“納米”是英文nan。meter的譯名,是一種度量單位,是十億分之一米,約相當(dāng)于45個原子串起來那么長。納米技術(shù),表現(xiàn)為在納米尺度(0.1nm到100nm之間)內(nèi)研究物質(zhì)的相互作用和運動規(guī)律,以及把它應(yīng)用于實際的技術(shù)。其基本含義是在納米尺寸范圍認(rèn)識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子創(chuàng)造新的物質(zhì)。納米技術(shù)以混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)為理論基礎(chǔ),以計算機技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)為操作手段,是現(xiàn)代科學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。
納米技術(shù)主要包括:納米材料學(xué)(nanomaterials)、納米動力學(xué)(nanodynamics)、納內(nèi)米電子學(xué)(nanoclectronics)、納米生物學(xué)(nanobi010gy)和納米藥物學(xué)(nan。pharmics)。就制造技術(shù)角度來說,它主要含有納米設(shè)計技術(shù)、納米加工技術(shù)、納米裝配技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米材料技術(shù)、納米機械技術(shù)等。以納米技術(shù)為基礎(chǔ),在納米尺度上把機械技術(shù)與電子技術(shù)有機融合起來,便產(chǎn)生了微型系統(tǒng)制造技術(shù)。
自從硅微型壓力傳感器,作為第一個微型系統(tǒng)制造產(chǎn)品問世以來,相繼研制成功微型齒輪、微型齒輪泵、微型氣動渦輪及聯(lián)接件、硅微型靜電電機、微型加速度計等一系列這方面的產(chǎn)品。美國航空航天局運用微型系統(tǒng)制造技術(shù),推出的一款微型衛(wèi)星,其體積只相當(dāng)于一枚25美分的硬幣。
微型系統(tǒng)制造技術(shù),對制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響,已在航天航空、國防安全、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域嶄露頭角,并在不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
(二)以電子束和離子束等加工為特色的超精密加工技術(shù)
超精密加工技術(shù),一般表現(xiàn)為被加工對象的尺寸和形位精度達(dá)到零點幾微米,表面粗糙度優(yōu)于百分之幾微米的加工技術(shù)。
這項技術(shù)包括超精密切削、超精密磨削、研磨和拋光、超精密微細(xì)加工等內(nèi)容,主要用于超精密光學(xué)零件、超精密異形零件、超精密偶件和微機電產(chǎn)品等加工。
電廣束、離子束、激光束等加工技術(shù),通常出現(xiàn)在超精密微細(xì)加上領(lǐng)域,用來制造為集成電路配套的微小型傳感器、執(zhí)行器等新興微機電產(chǎn)品,以及硅光刻技術(shù)和其他微細(xì)加工技術(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、檢測設(shè)備等。20世紀(jì)80年代以來,超精密加工技術(shù),在超精密加工機床等設(shè)備、超精密加工刀具與加工工藝、超精密加工測量和控制,以及超精密加工所需要的恒溫、隔熱、潔凈之類環(huán)境控制等方面,取得了一系列突破性進(jìn)展。超精密加工技術(shù)投資大、風(fēng)險高,但增值額和回報率也高得驚人。近來,發(fā)達(dá)國家把它作為提升國力的尖端技術(shù)競相發(fā)展,前景非常好。
(三)以節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境為前提的省耗綠色制造技術(shù)
制造業(yè)在創(chuàng)造社會財富的同時,產(chǎn)生出大量廢液、廢氣、固體廢棄物等污染,會直接影響人類的生存環(huán)境,不利于社會的可持續(xù)發(fā)展。所以,需要探索符合環(huán)保要求的節(jié)能、省耗、少污染的生產(chǎn)方法,即綠色制造技術(shù)。綠色制造技術(shù),立足于盡量減少制造業(yè)對環(huán)境帶來的負(fù)面影響,促進(jìn)產(chǎn)品制造與生存環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,在提高企業(yè)效益的同時增進(jìn)社會福祉。
這項技術(shù)的核心內(nèi)容是,產(chǎn)品設(shè)計上,盡量提高可拆卸性、可回收性和可再制造性:生產(chǎn)工藝和設(shè)備選用上,盡量做到低物耗、低能耗、少廢棄物、少污染。這項技術(shù)的其他內(nèi)容,還包括綠色制造數(shù)據(jù)庫和知識庫、綠色制造過程建模、綠色制造集成技術(shù)、綠色制造評價方法等。
2012年,主要航天國家繼續(xù)推進(jìn)一次性重型運載火箭研發(fā),同時通過改進(jìn)發(fā)動機設(shè)計、研制新燃料等技術(shù)革新降低發(fā)射成本。此外,新型運載技術(shù)、先進(jìn)空間推進(jìn)技術(shù)也是運載領(lǐng)域發(fā)展的重點。2012年,美國新型重型運載火箭研發(fā)繼續(xù)穩(wěn)步推進(jìn),J-2X上面級發(fā)動機、五段式固體火箭助推器按計劃進(jìn)行地面測試。7月,航天發(fā)射系統(tǒng)(SLS)先后完成了系統(tǒng)需求、系統(tǒng)定義和初步設(shè)計評審,NASA將著手開始火箭芯級初步的制造加工,為2014年的關(guān)鍵設(shè)計評審做準(zhǔn)備。俄羅斯積極推進(jìn)安加拉火箭的研發(fā),目前該火箭已運抵發(fā)射場,等待2013年的首飛。此外,俄羅斯還計劃發(fā)展具備探月能力的新型運載火箭,能源公司提交了與烏、哈兩國聯(lián)合建造超重型運載火箭計劃。火箭將使用“能源-暴風(fēng)雪”項目中的技術(shù),運載能力最高達(dá)70噸。11月,歐洲航天局部長級會議決定,未來兩年將繼續(xù)推進(jìn)“阿里安”-5ME和“阿里安”-6小型火箭的研制計劃,以及兩種運載火箭的通用技術(shù)。日本航空航天探索局(JAXA)則在2月宣布將改進(jìn)H-2A火箭,使其運載能力提高一倍以上,從而提高在商業(yè)領(lǐng)域的競爭力。針對未來發(fā)展的需求,各國在研制新一代重型運載火箭的同時,也在積極推進(jìn)可重復(fù)使用、亞軌道飛行、低成本快速發(fā)射等新型運載火箭技術(shù)。美國SpaceX公司于9月、11月和12月三次進(jìn)行“蚱蜢”可重復(fù)使用火箭原型機的驗證飛行,目標(biāo)是研制兩級可重復(fù)使用的“獵鷹”運載火箭,火箭能夠用自身引擎實現(xiàn)基于起落架的著陸?!矮C鷹”9火箭燃料成本只占發(fā)射成本的二百五十分之一,如果該計劃成功,將極大降低“獵鷹”火箭的發(fā)射費用。歐洲航天局(ESA)正在準(zhǔn)備“過渡性試驗飛行器”(IXV)的首次下降著陸試驗,為研制可重復(fù)使用飛行器提供技術(shù)支撐。此外,NASA正在與美國軍方聯(lián)合研制用于發(fā)射納衛(wèi)星的低成本運載火箭,該火箭能夠以100萬美元的成本實現(xiàn)24h內(nèi)的快速發(fā)射。日本也計劃在2013年進(jìn)行“艾普西隆”(Epsilon)新型運載火箭的首次發(fā)射。該火箭采用了一系列新技術(shù)實現(xiàn)低成本和快速航天發(fā)射,目標(biāo)是2017年將火箭的發(fā)射成本降低到3900萬美元,并爭取實現(xiàn)每月發(fā)射。在加強深空探索的大背景下,先進(jìn)空間推進(jìn)技術(shù)成為2012年發(fā)展的一個熱點。1月,NASA授予諾•格公司合同,目標(biāo)是研制一種用于“太空拖船”的高功率太陽能電推進(jìn)系統(tǒng),這種系統(tǒng)能夠從低地球軌道(LEO)向地球同步軌道(GEO)運送衛(wèi)星,以節(jié)省燃料成本和二級推進(jìn)器的成本。由于太陽能在遠(yuǎn)離地球軌道的地方作為能源存在劣勢,因此,核動力推進(jìn)技術(shù)用于未來深空探索前景廣闊。3月,斯科爾科沃基金會核分部負(fù)責(zé)人稱,俄羅斯將在2017年前制造出適用于長距離載人飛行航天器的兆瓦級核推進(jìn)系統(tǒng),預(yù)計耗資超過2.47億美元。NASA也正在研制“高級斯特林放射性同位素發(fā)電機”(ASRGs),與傳統(tǒng)的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機相比,每臺ASRG只用1kg钚-238就能產(chǎn)生130W~140W的電力,而現(xiàn)有放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機需要4倍以上的钚才能產(chǎn)生同樣電力。
國際空間站應(yīng)用價值凸顯,新型航天器發(fā)展穩(wěn)步推進(jìn)
2012年,國際空間站進(jìn)入全面運營。俄羅斯的“聯(lián)盟”飛船完成了4次載人運輸服務(wù),“進(jìn)步”號貨運飛船進(jìn)行了4次貨運補給,日本HTV和歐洲ATV貨運飛船各進(jìn)行一次補給任務(wù)。航天員進(jìn)行了4次出艙活動,有效保障了國際空間站的常態(tài)運營。歐洲和美國分別召開專題研討會,討論如何將國際空間站作為一個技術(shù)試驗平臺為未來空間探索技術(shù)發(fā)展提供支持。2012年,國際空間站開展了多項空間科學(xué)實驗和技術(shù)試驗,空間科學(xué)成果倍出。技術(shù)試驗包括:俄羅斯首次利用激光通信手段將電子數(shù)據(jù)傳送到地面;ESA和NASA測試了星際通信協(xié)議,實現(xiàn)對地面機器人的遠(yuǎn)程操控;JAXA和NASA首次使用機械臂釋放5顆立方體衛(wèi)星,用于科學(xué)探測、教育及科技研發(fā);NASA利用“進(jìn)步”號貨運飛船驗證“零推進(jìn)機動”(ZPM)試驗;NASA使用加拿大機械臂在國際空間站上成功進(jìn)行6次在軌燃料加注演示驗證(RRM)試驗。另外,還開展了幾項維持國際空間站長期運行的技術(shù)試驗,如新型交會對接系統(tǒng)試驗、新型前定空間碎片規(guī)避機動(PDAM)系統(tǒng)等。這些技術(shù)試驗的開展,不僅推動科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,還為支持小行星、火星探索活動以及月球居住等未來深空探索技術(shù)的開發(fā)提供支持。2012年,在NASA及私營公司的聯(lián)合推動下,美國商業(yè)航天器研制進(jìn)展順利?!褒垺憋w船完成首次國際空間站貨運任務(wù),負(fù)責(zé)載人商業(yè)航天器研制的波音公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司及空間探索技術(shù)公司(SpaceX)公司均已進(jìn)入商業(yè)乘員開發(fā)計劃的第三階段,制定了滿足NASA安全和性能要求的商業(yè)乘員運輸認(rèn)證計劃。NASA“獵戶座”飛船進(jìn)行了系列降落傘試驗及水上濺落試驗,完成了包括對接窗在內(nèi)的硬件組裝,進(jìn)行了壓力檢驗測試,在進(jìn)行熱防護(hù)裝置安裝的同時,正在進(jìn)行與“德爾它”4運載火箭連接適配器的制造,地面發(fā)射與運行系統(tǒng)也轉(zhuǎn)入初步設(shè)計階段,為“獵戶座”飛船2014年首次驗證飛行奠定了基礎(chǔ)。2012年12月,俄羅斯宣布已完成其新型載人飛船的設(shè)計工作,相比現(xiàn)有的“聯(lián)盟”飛船,新型飛船具有能發(fā)射至國際空間站以遠(yuǎn)和登月飛行等多重優(yōu)勢,計劃于2017年試驗飛行。波音公司和SpaceX公司還正在開發(fā)創(chuàng)新的發(fā)射中止系統(tǒng),其設(shè)計理念是將發(fā)射中止系統(tǒng)集成到載人飛船上,在不需要提供逃逸救生功能時,可將燃料轉(zhuǎn)移給飛船的動力系統(tǒng),在某些情況下甚至具備可重復(fù)使用能力,從而在為航天員提供可靠逃逸救生支持的同時,進(jìn)一步降低了近地軌道載人航天運輸成本。
航天員系統(tǒng)研究成果顯著,載人飛行逐步向深空探索邁進(jìn)
2012年,美國和俄羅斯的航天員選拔工作進(jìn)展順利,各項航天醫(yī)學(xué)實驗全面展開,獲得大量珍貴科學(xué)數(shù)據(jù),NASA新一代航天服Z1通過初步測試。國際空間站航天員駐站時間計劃延至一年,標(biāo)志著未來載人航天飛行正逐步向長期飛行階段過渡。2012年1月,俄羅斯加加林航天員中心從304位報名者中篩選出8位獲選航天員候選人,這是俄羅斯首次公開選拔航天員,也是航天員選拔改革的第一步。未來,俄羅斯聯(lián)邦航天局還將逐步淡化軍事色彩,航天員大隊的17名軍人航天員退出現(xiàn)役,航天員訓(xùn)練中心余留軍人也都轉(zhuǎn)為預(yù)備役。2012年,多項醫(yī)學(xué)實驗取得階段性成果:一是航天飛行引發(fā)的骨質(zhì)疏松防治研究取得新進(jìn)展。NASA研究發(fā)現(xiàn)快速診斷骨丟失方法,ESA研究人員發(fā)現(xiàn)航天員減少鹽攝入量可以預(yù)防骨質(zhì)疏松;二是長期飛行對航天員健康的影響成為研究重點,NASA科學(xué)家發(fā)現(xiàn),微重力環(huán)境下,視力變化與身體上下肢體液的變化造成顱內(nèi)壓增高之間可能存在聯(lián)系。視力變化的部分原因可能是由于“葉酸依賴型單碳代謝途徑”發(fā)生變化,此項研究結(jié)果對NASA和未來航天員有著重要影響;三是航天員免疫系統(tǒng)變化影響實驗廣泛開展,NASA成功運用定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)技術(shù),針對困擾航天員的皮膚疾病帶狀皰疹,在早期病變開始前即可檢測出免疫系統(tǒng)的變化,使得航天員在病痛出現(xiàn)之前即可接受治療。11月,俄羅斯聯(lián)邦航天局和NASA各選定1名航天員,計劃進(jìn)行為期一年駐站考察活動,將于2015年3月搭乘俄羅斯“聯(lián)盟”號飛船啟程。目前航天員及專家已經(jīng)開始飛行前的準(zhǔn)備工作,并確定以下七個重點研究領(lǐng)域:微重力環(huán)境下飛行如何影響航天員的視力問題;評估防治骨質(zhì)流失和肌肉萎縮的鍛煉和營養(yǎng)學(xué)方法;長時間生活在微重力環(huán)境下對免疫系統(tǒng)的影響;評估可以影響平衡和感知的神經(jīng)前庭系統(tǒng)變化;乘員的行為、表現(xiàn)及人與人之間的關(guān)系可能發(fā)生的變化;輻射暴露的影響;評估乘員培訓(xùn)程序和可能發(fā)生的變化。NASA為航天員設(shè)計X1骨骼服與傳統(tǒng)的骨骼服相比,X1可增大航天員的活動幅度,令其在空間行走也能感受如地球上一樣的重力,這一功能可幫助航天員有效避免肌肉損耗。NASA研制新型艙外航天服Z1這套歷時20年研制的新型艙外服擁有更有效的冷卻設(shè)備以及處理二氧化碳的能力。目前該型航天服已通過初步測試,預(yù)計2015年將用于實際的飛行任務(wù)。研究人員還將根據(jù)Z1的設(shè)計繼續(xù)研發(fā)其升級版Z2和Z3,如果試驗進(jìn)展順利,Z3可能在2017年投入使用。
空間科學(xué)研究醞釀新發(fā)現(xiàn),深空探索技術(shù)取得突破
2012年,以美國“火星科學(xué)實驗室”為代表的深空探索計劃取得成功,標(biāo)志著人類深空探索技術(shù)取得了突破性進(jìn)展,同時推動了太陽系空間科學(xué)研究的發(fā)展。5月,NASA的月球探測器“圣杯”(GRAIL)完成其主要研究任務(wù)并于12月成功撞月。根據(jù)GRAIL傳回的數(shù)據(jù),NASA繪制了首個高分辨率月球重力場圖。9月,美國的“黎明”號探測器完成了對灶神星的考察,隨后飛往谷神星,成為第一個環(huán)繞兩顆不同天體運行的無人探測器;“信使”號探測器發(fā)現(xiàn)水星上大量冰水物質(zhì);“旅行者”1號探測器接近太陽系邊緣,即將成為首個進(jìn)入星際空間的探測器;“哈勃”望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)迄今最古老螺旋星系。這些空間科學(xué)研究使得人類對宇宙的認(rèn)知不斷深入。8月,迄今為止質(zhì)量最大、性能最先進(jìn)的火星探測器———“好奇”號成功著陸火星?!昂闷妗碧柺状尾捎脽o線電通信技術(shù),實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速度的最大化;利用導(dǎo)航計算機、反沖推進(jìn)火箭和“天空起重機”技術(shù),實現(xiàn)了安全準(zhǔn)確著陸火星;以“多任務(wù)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器”為核心的能源系統(tǒng),具有連續(xù)供電能力強,供電量大,供電能力不受著陸位置的影響等特點;采用酚醛樹脂浸漬碳燒蝕體”(PICA)為材料的“好奇”號隔熱罩具有可拼接擴(kuò)展性和苛刻環(huán)境承受性;此外,“好奇”號搭載了10種科學(xué)研究儀器,不僅能對目標(biāo)進(jìn)行拍照和取樣,還可用于火星巖石土壤的化學(xué)成分分析,對火星大氣及環(huán)境進(jìn)行評估等。“好奇”號的成功,是人類深空探索的重要里程碑,標(biāo)志著深空探索領(lǐng)域取得顯著技術(shù)突破,將對美國乃至世界載人航天發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。2012年,各航天國家根據(jù)本國國情和航天發(fā)展戰(zhàn)略,相繼確立了自己的深空探索計劃。俄羅斯在4月公布的“2030年前空間探索戰(zhàn)略”中明確提出,2020年前俄羅斯將利用一系列登陸探測器,深入開展月球研究,并采集、帶回月球土壤樣本。2030年前進(jìn)行月球載人試驗飛行,實現(xiàn)航天員在月球表面著陸并返回地球,2030年后則進(jìn)一步落實月球開發(fā)的大型項目,實現(xiàn)定期月球載人飛行,在月球部署空間站科學(xué)實驗室,開發(fā)探索月球所需的可重復(fù)使用航天運輸系統(tǒng)。此外,俄羅斯還準(zhǔn)備在2020至2025年間,實施若干個探索太陽系重要行星的項目,向金星、火星和木星等地球周邊的行星發(fā)射探測器。5月,ESA通過了木星冰月探測計劃,該計劃耗資10億歐元,預(yù)計2022年完成。ESA還與俄羅斯正式簽署協(xié)議,將于2016年和2018年合作進(jìn)行“地外火星”任務(wù)。2012年底,NASA公布其未來數(shù)年的火星計劃,其中包括2020年發(fā)射可能攜帶樣本返回的火星漫游車。此外,印度的火星軌道器最早將于2013年11月升空,其主要任務(wù)是研究火星大氣。為此,印度政府2012財年已經(jīng)向ISRO撥款2500萬美元。
載人航天國際合作日趨緊密,各方更加注重自身利益實現(xiàn)
祝融之神力
中國新一代自主研發(fā)的大推力重型火箭“”5號即將踏上她的征程,為中國航天的近地軌道探索提供25噸的運載能力,同時也能夠為深空探測帶來更多的可能。這款與歐空局的“阿麗亞娜”火箭處在同一級別的重型火箭將開啟中國航天的大推力時代。未來,數(shù)字化的、高效環(huán)保的“”5號和“”7號等火箭將逐步替代“”2號和“”3號火箭,執(zhí)行大量的載人和貨運任務(wù)。不過,在新一代火箭和老一代功勛火箭并存的這段時間里,我們當(dāng)然不能停留在已經(jīng)取得的成就上而停下奔跑的腳步。
放眼望去,更大型的運載火箭已經(jīng)在美國和俄羅斯這樣的航天強國中得到了立項。美國推出了“空間發(fā)射系統(tǒng)”(SpaceLaunch System,簡稱“SLS”火箭)的設(shè)計概念。這是一種從航天飛機系統(tǒng)中演變而來的運載火箭,由美國國家航空航天局(NASA)設(shè)計,主要是為了取代已遭取消的星座計劃,并取代已經(jīng)退役的航天飛機。在美國2010年的授權(quán)法案后,NASA計劃將戰(zhàn)神一號與戰(zhàn)神五號合并為一個既可載人也可載物的運載火箭:之后再陸續(xù)發(fā)展為更大酬載量的版本。整體而言,SLS火箭與“土星”5號火箭比較相近。SLS火箭的發(fā)展分為兩個階段。第一階段以載重量70噸的“星座計劃”載人任務(wù)為主,發(fā)射時將產(chǎn)生3810噸的推力:第二階段則會發(fā)展出載重量130噸的貨運型火箭,發(fā)射推力約合4173噸,其高度和總重量將分別為117米和2948噸。初步預(yù)計第一階段的SLS火箭將會在2017年年底之前M行繞月載荷發(fā)射測試。今后,這款火箭將具備將人類送上火星的能力。蘇聯(lián)解體后,俄羅斯開發(fā)了的一個全新的火箭系列,使用新一代的RD-170發(fā)動機替代了“質(zhì)子”火箭的RD-275發(fā)動機和“聯(lián)盟”火箭的RD-107發(fā)動機。按照重型火箭的新的命名方式,該系列火箭以西伯利亞東南部的安加拉河為名。這款由國營聯(lián)合火箭航天集團(tuán)公司研發(fā)的火箭采用模塊化設(shè)計,可借由捆綁多個通用火箭模組隨任務(wù)需要組合出不同推力的火箭,將巨型貨物運送到近地軌道?!鞍布永被鸺坏珜⒊蔀槎砹_斯未來重型火箭的主力,也會被其他一些國際客戶所重視。
按照中國古代的傳說,燧人氏了發(fā)明鉆木取火,但有了火種不會保留和使用,后由祝融發(fā)明了使用火和保留火種的方法。黃帝于是封祝融為主管火的正火官。祝融擁有駕馭和使用天火的神力。希望祝融能夠用這種神力庇佑在問天之路上求索的航天人,用更大推力的火箭突破近地軌道25噸的限制,早日讓中國的運載火箭的運載能力達(dá)到100噸以上。這樣,載人登月、載人探火的計劃就可以更為順利地推進(jìn)下去。
魯班之神技
隨著中國載人空間站計劃的穩(wěn)步推進(jìn),在不久的將來,我們就能看到一個由多個艙段組合而成的中國長期有人照料的空間站運行在太空中。不過,隨著空間站的任務(wù)越來越復(fù)雜,艙段越來越多,我們需要有一款功能強大且可靠耐用的太空機械臂。
1969年,加拿大受NASA的邀請,參與了航天飛機計劃。1975年,NASA和加拿大國家研究理事會簽署了一個合作諒解備忘錄,加拿大開始為航天飛機研制遙控機械手系統(tǒng),也就是經(jīng)常被提到的“加拿大臂”。升級版的加拿大臂能夠在太空中抓取和運送3 293千克的物體。這種有6個關(guān)節(jié),450千克重,15.2米長,直徑為38厘米的機械臂在航天飛機和國際空間站上都得到了大量應(yīng)用。在釋放和捕獲衛(wèi)星、維護(hù)保養(yǎng)哈勃望遠(yuǎn)鏡、搭建國際空間站等任務(wù)中表現(xiàn)出色。
據(jù)說中國的鋸子、墨斗、鉤強、曲尺、古代大門扇上用來裝飾及敲門的鋪首都是魯班發(fā)明的。但愿善于發(fā)明工具的魯班之精神能夠被航天人所傳承,在今后中國制造的太空機械臂上發(fā)揮出精巧和精密的特點,為中國空間站的裝配和大型航天器的抓取和釋放提供條件。
老君之神丹
隨著空間站技術(shù)和其他相關(guān)的太空技術(shù)的飛速發(fā)展。把人送入太空并長期生活早已不再是空間站存在的唯一意義。太空育種和太空制藥將會成為人類航天探索的重要成果。實際上,早在上世紀(jì)60年代,人類就已經(jīng)對在太空環(huán)境中的種子和胚胎進(jìn)行了相關(guān)論證。如今,水稻、小麥、玉米、高粱、棉花、西瓜、辣椒等數(shù)十幾類作物近500個品種進(jìn)行了與太空育種有關(guān)的研究。經(jīng)過太空育種和地面選種之后的作物,其生長周期、營養(yǎng)物質(zhì)含量和產(chǎn)量等方面的指標(biāo)都可以變得非常優(yōu)秀。而太空制藥更是把航天器對人類的貢獻(xiàn)提升到了一個新的高度。
在微重力環(huán)境中,試管中的細(xì)胞不會沉降到容器底部,這些悠然懸浮在培養(yǎng)液中的細(xì)胞能夠比地球上的細(xì)胞保持更加旺盛的生命力。由它們生產(chǎn)出來的生物制劑就會有更大的產(chǎn)量。從藥品質(zhì)量的角度來看,太空制藥有著難以被地球上的任何一家藥品研制單位企及的獨特優(yōu)勢。在制藥環(huán)節(jié)中,分離和提純是兩個常用的工藝。借助太空的微重力環(huán)境,電泳分離的方法制藥的效率會得到大幅提升。早在上世紀(jì)70年代,美國和蘇聯(lián)聯(lián)合進(jìn)行的人類歷史上第一次由兩個國家的航天器配合完成的空間試驗任務(wù)中,太空制藥的優(yōu)勢就已經(jīng)表現(xiàn)了出來。當(dāng)時,在美蘇兩國宇航員的配合下,他們從5%的腎細(xì)胞中分離出了尿激素。雖然這個數(shù)據(jù)看起來感覺效率不高,但實際上這樣的分離效率是地面實驗室分離效率的將近10倍(微重力環(huán)境中,小顆粒不會像在地面上那樣受重力影響而產(chǎn)生明顯的沉淀現(xiàn)象,從而能夠大幅提高電泳效率)。尿激素是一種用于能夠溶解血栓的抗凝血特效藥。以往因為其分離效率低從而極其昂貴,而當(dāng)太空電泳制藥能夠大規(guī)模運作的時候,尿激素的產(chǎn)量會變得足夠大,且成本會大幅下降。根據(jù)當(dāng)時科學(xué)家的初步估計,僅抗凝血特效藥這一種產(chǎn)品,僅在美國這一個國家,每年就足以拯救5萬人的生命。
在中國古代神話中,煉制長生不老神丹的太上老君將他的八卦爐設(shè)在了天庭上的“離恨天兜率宮”中。我們不妨將其看做是一種隱喻,或許在不久的將來,中國人也能夠在天上的宮闕中擁有一個和八卦爐有著同樣神奇的能力的太空制藥設(shè)備,為保護(hù)全人類幸福健康謀福利。
干將之神工
載人空間站在實現(xiàn)了成功運營之后,就不再是一個需要借助科研經(jīng)費和政策扶持才能夠堅持下去的大型空間科研設(shè)備,而是一個能夠為大工業(yè)提供有力支持的生產(chǎn)工具?;仡?990年6月11日,在“和平”號空間站上,一個碩大的機械臂幫助“晶體”號艙段與“量子”2號艙段實現(xiàn)了對接?!熬w”號由兩個密封艙組成:儀器載荷艙和儀表對接艙。作為“和平”號空間站的第二個徑向艙,“晶體”號肩負(fù)將空間站由科研設(shè)備向工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)型的重要使命。利用太空的微重力和高潔凈度等有利條件,“晶體”號在結(jié)構(gòu)材料、電子器件、生物制劑和植物栽培工藝上都有良好的表現(xiàn)。這個艙段從科學(xué)研究的角度來看增強了“和平”號空間站的地球資源勘察和天體物理實驗的能力,從航天員生活的角度來說,增大了空間站的空間,為長期載人飛行帶來了更加有利的條件。但是,從更長遠(yuǎn)的角度來看,“晶體”號艙段里面的4個半導(dǎo)體爐在7個月內(nèi)生產(chǎn)了價值1000萬美元的空間材料具有更大的意義。
高溫渦輪葉片、高純度巨型單晶、高性能軸承中渾圓的滾珠、高性能光纖、高透明度的玻璃等都需要在微重力和高潔凈度環(huán)境中來進(jìn)行生產(chǎn)。另外,太空金屬冶煉技術(shù)能夠創(chuàng)造在地球上難以出現(xiàn)的新合金。工業(yè)純鋁的比重為2.71,鉛的比重是11.34,鉍的比重是9.78,當(dāng)在地面上的人們試圖將這三種金屬合成合金的時候,會發(fā)現(xiàn)融化的鋁液會漂浮在鉍鉛層的上方。因為鋁的比重和這兩種金屬的差別實在太大,在地球表面的重力作用下,很難相互融合成為合金。而在太空的微重力環(huán)境中,比重的差別不會對金屬的受力情況帶來太多的影響,于是,這三種金屬便有了形成合金的可能。借助美國的航天飛機,日本科學(xué)家已經(jīng)制成了鋁鉛鉍合金。這種在太空熔爐中以1300%加熱半小時形成的合金在極低溫度環(huán)境中會呈現(xiàn)出“超導(dǎo)”特性。今后,隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展,類似鋁鉛鉍合金的這種生產(chǎn)方法將會得到大量應(yīng)用。
傳說中的干將莫邪善于打造寶劍,而在空間站中打造的新型材料和部件會為科學(xué)探索和工業(yè)生產(chǎn)提供強有力的支持,為人類文明的進(jìn)步披荊斬棘。
諸葛之神策