航空航天存在的问题模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇航空航天存在的问题，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

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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.

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航空航天制造业在经济发展中占有十分重要地位，对国防产业也有举足轻重的作用，并能推动其他相关产业的发展，研究其板块变化也有着实际的经济意义和预测价值。但是，我国航空航天制造还存在技术限制、人才培养质量不高等因素限制，上市规模还相对较小，加之我同证券股票市场尚不成熟和稳定，因此有必要借鉴国外的运营理论和管理模式，总结出适合我国国情的道路。

一、航空航天板块的发展前景

航天航空制造业是我国的军事保障，是一个国家综合实力的体现，其稳定健康的发展有着极其重要的意义。政府也必会对其发展做出扶持政策，对其进行监管和调控，保持其板块价格波动幅度不会太大，从航空板块的见涨，和各大相关股票价格良好发展趋势，利润总额不断增长可以看出我国政策扶持起到了极其重大的作用。而同时航空航天上升到国家利益层次方面，不会产生垄断寡头市场，所以不管股市如何产生巨大波动，该板块也不会因股市影响产生较大不稳定、无规律的变化。

二、政府扶持对航空航天板块的影响

从国家政策层面，通航产业正面临前所未有的历史机遇。2013年12月10日，国务院《关于消息和下放一批行政审批项日的决定》，民航局取消了国内通航企业承担境外通航业务的审批。2013年11月18日，中国人民总参谋部和中国民用航空局联合了《通用航空飞行任务审批与管理规定》，指出军方将国防、领土不相关的通用航空飞行任务的审批权让渡了出来，从而在一定程度上的优化了对通航飞行的流程。

此外，工信部已经完成高端装备制造业五个重点发展方向，包括《航空装备制造业十二五规划》。同时，《民用飞机行业发展条例》也以法律形式明确的表面了对航空制造业的支持政策。在政策的实施下，航空航天制造业出现一片良好的局势。据行业报道：航天科技集团前10个月收入增长近20%，利润总额增长11%，航天科技大股东航天科工三院前10月利润同比增长29.2%。从板块上来看，军工板块继续明显跑赢大盘。兴业竣工板块加权涨跌幅6.7%.平均涨跌幅90/e，上证指数涨跌幅1.1%。航天科工集团和民参军板块明显跑赢其他板块，预示着投资者对其前景的看好。

三、政府扶持对航空航天板块的启示

1.健全股票市场

适合航天航空制造业发展的股市才是促进产业最快发展的道路，航空航天制造业属于一个国家战略性的发展工业，其必会在政策的引导下按预期的道路发展。由于我国股票价格传导的渠道发挥效应前提条件缺失制约了资本市场有效传导政策的效应，因此我国应借鉴西方发达国家经验，健全股票市场，采取有效措施。具体可以分为，（1）扩大股票市场规模，调整优化市场结构。发达国家航空航天股票市值占GDP比重较高，而我国日前比例尚且较低，造成了航天航空制造业不能最优质适合我国国情发展。另外，也可逐渐取消国有股，法人股，公众股不能互相流通的限制，鼓励利社会公民持股，这些建议也可提高该制造业股票的高效流通性，同时，政策适当凋控将减少股价大幅波动情况的产生。（2）提高该制造业龙头公司质量，健全股票发行于续。（3）规范信息披露制度，提高透明度。（4）减少军业及其相关制造业的资源浪费，保持最优质的资源利用率。

2.壮大航空航天产业

从航空航天产业的分布来看，北有沈阳、哈尔滨、石家庄，南有南昌，东有上海，西有西安、成都。产业分度在全国都有完善的发展和制度。同国外的军工巨头相比，国内的上市市场规模较小。可以有如下几个方面发展：（1）加强自主创新能力，推动制造业健康发展。只有拥有自主知识产权，形成系列化发展和良好规模生产，才能使其健康发展。（2）建立配套的政策扶持，将政策进一步优化和系统化，为其发展营造有力的政策环境。

总之，我国已经率先在航空航天和国防领域有了技术突破和创新产业升级。该产业发展前景良好，在未来10年里，证券市场的成熟稳定，为航空航天板块提供了良好的投资环境，航空航天产业将进入一个高速发展时期。只要我国政策的继续实施，不断的总结经验和在失误中吸取教训，不断的对航空航天扶持产生正向效应，我国的航空航天将会走在世界航空航天的最前列。

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2基于工程教育专业认证标准下南航能动专业课程体系优化

通过对国内外本科院校工程教育专业认证的分析与研究，利用对中国近几年的专业认证与评估成果的调查与研究，对其进行梳理，依据工程教育专业认证中课程设置要求，依据南京航空航天大学能源与动力学院能动专业建设相关内容与特色，以培养具有航空航天特色的工程教育专业人才为目标，对南京航空航天大学能动专业课程体系进行优化。以培养要求为基准，着手对课程体系进行优化，并对本科培养大纲进行相应的修订，从而实现培养目标。确定能源与动力专业学生在校期间应修总学分数不能少于180学分。

2.1数学与自然科学类课程

能源与动力专业数学与自然科学类课程是指该专业学生必须掌握的基础课程，主要包括高等数学（11学分）、大学物理（6.5学分）、大学英语模块（10学分）、C++语言程序设计（3学分）等方面共六门课程，总共30.5个学分。因此能源与动力专业数学与自然科学类课程占总学分的比例约为17％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求。

2.2工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程

工程基础类课程和专业基础类课程主要体现数学和自然科学在该专业应用能力培养，而专业类课程主要体现系统设计和实现能力的培养。其中工程基础类课程主要包括电子电工技术（5学分）、理论力学（3学分）、材料力学（3学分）、工程图学（4.5学分）以及机械设计基础（3学分）等课程，总共为18.5个学分；专业基础类课程主要包括工程流体力学（3学分）、工程热力学（3学分）、传热学（3学分）和化学反应动力学基础（2学分）等课程，总共为11个学分。因此工程基础类课程和专业基础类课程必须要修满至少29.5个学分。对于专业类课程，由于能源与动力专业具体有两个培养方向:方向一为热能动力方向，主要陪养就业方向为航空发动机、地面燃气轮机等相关单位；方向二为能源利用方向，主要培养的就业方向为电厂、新能源以及制冷等相关单位。因此其专业类课程既有相同的专业课程，也有自身特色的课程。其中燃烧原理（2.5学分）、燃气轮机原理与构造（3学分）、热能综合利用（2学分）、热交换器原理与设计（2.5学分）以及热工测量原理与方法（2学分）等，总共12个学分，这些课程为能源与动力专业两个培养方向都必须学习的专业类课程。另外每个培养方向又有其特定的专业类课程必须选修，其中热能动力方向专业类课程包括叶轮机原理（2.5学分）、燃气轮机控制原理及应用（2学分）、燃烧技术与分析（2学分）、内燃机原理与构造（2学分）、工程传质与应用（2学分）等共9门课程；能源利用方向专业类课程包括泵与风机（2学分）、供热工程（2学分）、锅炉原理（2学分）、制冷原理与技术（2学分）、可再生能源利用技术（2学分）以及热力发电技术概论（2学分）等共10门课程。无论学生学习哪个方向，共同学习的专业类课程与特定选修的专业课程之和必须要修满至少28个学分。因此,工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程必须要修满的学分数为：29.5＋28＝57.5学分，因此该类课程学分占总学分的比例约为32％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的30%的要求。

2.3工程实践与毕业设计

能源与动力专业设计完善的实践教学体系，主要包括以下几个方面：(1)军事训练，培养学生的吃苦耐力与过硬的身体素质；(2)各种课程的课程设计，如:机械设计基础课程设计、电工与电子技术课程设计、C++语言课程设计等，主要培养学生对各门基础课、专业基础课的实际应用能力；(3)工程训练，主要包括机械加工方面的车、磨、铣、刨、铸造以及焊接等金工实习，锻炼学生的动手能力；(4)下厂实习，大三暑假期间，在指导老师带领下去中航工业集团下属的企业或电厂进行为期一个月的下厂实习，锻炼学生把理论知识应用于工程实际中的能力；(5)毕业设计，指导老师开设的毕业设计题目一般都来源于实际工程问题，学生在老师的指导下，在大四下半年开展为期半年的本科毕业实际，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。能源与动力专业要求学生在实践能力与毕业设计方面修读的总学分不低于42.5，占总学分的23.6％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的20%的要求。

2.4人文社会科学类通识教育课程

能源与动力专业在人文社会科学类通适教育课程方面主要包括以下几个模块：(1)通适基础教育平台，主要包括形式政策教育、思想道德修养与法律基础、安全教育、大学生心理健康教育等课程，共19.5个学分；(2)国防军事模块，包括航空航天概论、军事高技术概论等，至少修满1.5个学分；(3)文化素质模块，主要包括文化历史、艺术鉴赏、科技基础、哲学社会等课程，至少要修满6个学分；(4)创新创业类模块，主要包括大学生职业生涯发展与规划、创业基础以及经济管理等课程，共5.5个学分。人文社会科学类通识教育课程总共需修满32.5个学分，占总学分的18％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求，使学生在从事工程设计时能够考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。

2.5航空航天特色类课程的设置

为了突出南京航空航天大学能源与动力专业的航空航天特色，在开设的课程中，如国防军事模块、专业类课程以及工程实践与毕业设计中，课程教学内容包含浓郁的航空航天特色，由于指导老师所从事的科研项目都是来自于国防工业集团，具有丰富的研究经验，因此在专业基础课和专业课的讲课过程中，所列举的实例都是以航空航天为背景的工程问题，特别是毕业设计和下厂实习，因此在能源与动力专业课程优化过程中，充分突出了南京航空航天大学的航空航天特色。

2.6注重科技创新能力培养

学生创新素质的培养直观重要的是培养学生的创新意识，因此积极创造条件让学生能够在大学期间积极的参与科技创新活动。主要包括：(1)鼓励学生积极参加各种科技类竞赛，如:流体力学大赛、节能减排大赛、开设卓越班等，并且科技竞赛获得奖励的同学在保研方面给予政策上的倾斜；(2)安排学生参与教师的科学研究工作，让学生在参与科研过程中更好的掌握好该专业的理论知识，加强学生的动手能力，拓展学生的科研视野。

2.7学习进程

大学生本科期间的各门课程是相互衔接的，因此需要考虑课程之间的匹配与衔接，如图1所示。学习进程主要分成了三部分:一是基础课程，包括高等数学、大学物理、计算机等;二是学科基础，包括结构和流体力学、热学和电学方面的课程;三是专业课程，主要包括了热能动力和能源综合利用两个方向的相关课程。整个课程体系分为三条线:第一是流体和热学相关的课程，如流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学等；第二是结构力学方面，包括理论力学、材料力学等;第三是计算机语言方面的课程。因此在安排各门课程的学期上需要考虑上述课程衔接问题，从而最终制定出合理的能源与动力工程专业教学计划表。

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ICAO所提出的要求将指导国际民航组织所有成员国中的飞行执照颁发当局“对那些需要进行医学评估的飞行执照持者进行适当的航空健康教育，从而降低威胁飞行安全的医学风险。”

在德国之翼空难中，机上的150人全部遇难。尽管法国航空事故调查处尚未完成调查，但初步报告显示，该飞机的副驾驶将机长锁在驾驶舱外，擅自更改A320飞机的飞行路径，使之撞向地面。新闻报道援引德国航空当局的消息，称该副驾驶在获得飞行执照前曾长期治疗抑郁症，此外还有自杀倾向。在商业运输内的航空事故和事件中，很少有直接界定为飞行员心理健康而导致的事故。在某些情况下，事故调查人员一直无法就飞行员的精神状态与事故的发生有何联系而达成一致。然而，近年来，航空医学相关机构修订了指导方针，希望能提高辨别飞行员心理问题方面的能力。 对心理健康的筛查仍待改进

在德国之翼空难发生之前，国际民航组织的上述提议就已经提交并开始接受审定。早在2012年，国际民航组织的“民用航空医学手册”就提出了要特别注意飞行员的心理健康问题的提议。 “尤其是持有飞行执照的年轻人”，该“指南”写道，“飞行员存在的可能影响飞行安全的特定疾病（主要是精神问题和行为问题）与用来检查飞行员的手段（传统的身体检查）明显不匹配。”

航空航天医学会有关心理健康的提议是在2012年3月27日的空难发生后提出的。在那次空难中，美国捷蓝航空的机长关闭了正在驾驶的空客A320客机的无线电装置，并告知副驾驶他已更改原定的目的地，然后开始咒骂耶稣和。

航空航天医学会（AsMA）表达了同样的担忧。德国之翼空难后该协会网站上了一些评论，在评论中，航空航天医学会主席小菲利普・J.斯卡帕（Philip J. Scarpa Jr.）表示，“招聘过程中进行初步筛选后，大多数航空公司不再对飞行员进行任何定期心理健康评估。航空业在飞行员心理健康筛查方面仍有改进空间。”

斯卡帕指出，要预测出突然出现的问题虽然很难，但也“不要为常规测试进行辩护”，抑郁、焦虑、躁狂和其他问题的诊断相对比较容易，而且对这些问题的筛查势在必行。航空航天医学会支持在例行航空医学检查中对飞行员进行“尽量不作更改的、易于操作的有效的心理测试”。除了筛选以外，航空公司也应该教育飞行员和他们的家庭如何辨认和上报精神病的迹象。

斯卡帕表示，此外，航空公司还应为飞行员提供可以报告一切问题的“安全地带”，这对于鼓励飞行员主动上报自身存在的问题十分重要。比如飞行员工会等机构，能够增加飞行员报告心理健康问题和机构向飞行员提供心理援助的概率。

斯卡帕称，这些提议号召对飞行员进行测试。对航空体格检查人员而言，在飞行员已有的定期航空体格检查中操作这些测试非常简单。

航空航天医学会称“不建议将全面的精神病评估纳入飞行员的常规航空医学评估中”，而是“在总体上让航空医学检查人员和航空界更加关注飞行员的心理健康问题，尤其是关注那些可检查出来的、更常见的心理健康问题，以及生活中会影响飞行员和飞行性能的压力源。我们鼓励这么做，方法是提高教育力度，并在全球范围内提高对航空业心理健康的重要性的认识。”

这些指南也建议这些测试可以以向飞行员提问的方式进行，提问的方式有助于营造一种不具威胁性的环境，并有助于医生与飞行员建立融洽关系，从而可以了解飞行员的工作、家庭情况。 飞行员更倾向于“扬长避短”

罗恩・弗雷（Ron Frey）称，航空航天医学会提出了使用“快速有效”的方法来发现飞行员的心理健康问题，然而该提议并没有继续深入。弗雷是一名组织心理学家，还是加拿大渥太华人为因素和事故调查所的资深合伙人。他称国际民航组织和国家监管机构需要“一个更加现代化和完整的方法来评估飞行员的心理健康。”

“航空业存在的问题错综复杂，”弗雷称。他在包括航空业在内的几个行业进行工作心理评估工作。多年来，全面的心理测试在许多行业内的实践效果都很好，且应该将心理健康测试纳入到常规的航空医学检查内，传统上常规检查主要用于检查身体。他表示，如果操作和审查恰当，这些测试就能够辨别出飞行员的心理健康问题，即便受测者试图隐藏自身的问题。

弗雷称，飞行员选择不上报自己的工作压力、劳累、抑郁和焦虑的症状这种情况在航空业内非常普遍。飞行员不上报抑郁和焦虑的症状以及潜在相关的问题，使得评估这些精神健康问题变得很难。据相关研究统计，在普通人群中，10%～15%的人有过精神抑郁的经历，这些抑郁症患者的自杀风险比一般人高出20倍。

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中图分类号 G642.0

文献标识码 A

文章编号 1005-4634（2012）05-0048-05

0 引言

《自动控制原理》是航空航天类本科专业一门重要的专业基础课。以笔者所在的北京理工大学为例，航空宇航科学与技术一级学科下属的飞行器设计与工程、航天运输与控制、飞行器动力工程、武器系统与发射工程、探测制导与控制技术等专业的本科生，均在大三第一学期必修《自动控制原理》经典控制理论部分，包括54个理论课时和10个实验课时，其任务是通过对自动控制理论知识的学习，培养学生对控制系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力。同时，《自动控制原理》还是学习测试技术、飞行器制导与控制技术、飞行器总体设计、航天器测控原理等诸多专业课程的先修课，在航空航天类专业的本科生培养计划中占据着非常重要的地位。

《自动控制原理》的授课模式一般有两种：一是将经典控制理论部分和现代控制理论部分分开讲述，先讲授经典控制后讲授现代控制，目前国内大部分高等院校均是采用的这种授课模式；二是将经典控制和现代控制融合讲授，这种授课模式有助于培养学生从系统角度、全局高度来思考问题的能力，更利于掌握控制理论的实质。由于授课模式的沿袭性及单学期课时数的限制，北京理工大学航空航天类专业的《自动控制原理》采用了前一种授课模式。授课教师采用A、B角的方式，教师队伍中有授课近20年的教师，还有刚刚博士毕业踏上工作岗位的年轻教师，更难能可贵的是，所有授课教师均有出国留学或访问的经历，兼通中西教学模式之长，融蓬勃朝气与丰富经验于一体。

本文主要是以《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“坚持内涵式发展”、“促进高校办出特色”、“创新人才培养模式”、“提升国际交流与合作水平”等内容为指导，结合北京理工大学的学校定位和办学特色，以笔者在《自动控制原理》经典控制理论部分本科教学过程中的思考和认识为基础，对北京理工大学航空航天类专业在《自动控制原理》本科教学改革中的若干有效措施进行总结和探讨。

1 授课内容及学习过程中存在的问题

1.1《自动控制原理》的授课内容

笔者主要讲授《自动控制原理》中的经典控制理论部分，授课内容分为八章，分别是：自动控制系统导论、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析、根轨迹法、频率法分析、控制系统校正、非线性系统和线性离散系统。其中，前六章和第八章是重点讲授内容，第七章是一般讲授内容。就总的讲授内容来说，有理论性强、新概念多、系统性强、与工程尤其是航空航天工程联系紧密的特点，如已列装或在研的大部分导弹飞行器，其自动驾驶仪的设计仍主要是在经典控制理论的框架下完成的。学习过程是先了解控制系统的组成尤其是强调“反馈”的概念，再根据实际的控制系统建立数学模型，然后通过时域法、根轨迹法、频率法等分析系统性能的优劣对比，最后对系统整体性能进行校正和设计，可以说，整个过程是一个完整的体系，更是一个循序渐进的过程。

1.2《自动控制原理》学习过程中的几点问题

无论哪门课程，讲授目的均是希望学习者能够掌握相关知识的基本原理、分析方法并最终做到灵活运用。考试成绩是评价学习者是否达到上述标准的一个参考，但考试成绩并不能表明一个学生是否真正达到了上述标准。为了准确评估《自动控制原理》的讲授效果，真正了解该门课程学习中可能存在的问题，不但要时刻注意本专业学生在修习过程中的反馈意见，而且要广泛调研和阅读其它学校和专业的教师在该门课程上的经验总结。在此基础上，结合笔者的亲身体验和思考，认为航空航天类专业的学生在学习《自动控制原理》过程中可能面对的主要问题包括：（1）部分学生由于数学基础不够扎实，对课程中涉及到的数学知识产生畏难情绪，进而无法很好地掌握控制系统的分析方法；（2）不能将所学的控制理论知识与自己专业的实际案例充分地联系起来，这主要是在学习过程中接触专业案例少造成的；（3）阅读英文文献的能力不足，而且这种不足突出表现在缺乏对专业词汇的正确理解上，这说明《自动控制原理》需要适度地推进双语教学改革；（4）无法将基本理论和计算机辅助设计软件MATLAB结合起来进行更有效地控制系统设计，即割裂了基本理论和计算机辅助软件相辅相成、互相印证、互相促进的关系；（5）从系统角度理解控制系统核心思想的能力不足，即无法做到融会贯通，更谈不上灵活运用，这需要授课过程中注意前后串联，帮助学生建立起系统概念。针对上述问题，结合北京理工大学办学定位和航空航天类专业《自动控制原理》的授课特色，授课教师均提出了有针对性的改革措施。多年来的教学实践证明，这些措施很好地解决了北京理工大学航空航天类专业本科生在《自动控制原理》课程中的学习问题，增强了学生对该门课程的学习兴趣和“自主学习”能力。

2 教学改革的若干举措

2.1从数学基础抓起

“工欲善其事，必先利其器。”《自动控制原理》课程涉及大量的数学知识，如拉氏变换及其逆变换、微分方程、差分方程、复变函数理论、Z变换等。毫不夸张地说，扎实的数学功底是学好该课程的基础。如果学生缺乏必要的数学知识，教师又不能适时补上这个不足的话，很容易造成学生在学习过程中的畏难情绪，不可避免地会影响教学效果。

北京理工大学授课教师的做法是在《自动控制原理》开课伊始，就给学生列出所有需要用到的基础数学知识。一方面引导学生重新复习这些已经学过的数学知识；另一方面，授课教师还会抽出专门的课时来对这些数学知识进行复习和重点讲授。为了不断加深学生对这些数学知识的理解，在用到相应的数学工具时，授课教师都会结合具体的实例进行更详细地讲述。为了尽可能减少学生在学习中的畏难情绪，北京理工大学授课教师在考试中坚持“注重概念，弱化计算”的理念，只要学生思路正确，仅仅是计算错误的情况下，尽量少扣或不扣分。

2.2双语教学，与国际接轨

开展双语教学有助于我国高等教育与国际接轨，是当前教育改革的热点和重点，同时也得到了教育部等相关部门的大力支持。在双语教学的改革中，有一点需要明确的是，专业课双语教学的目的并不是为了增加学生的词汇量，也不是为了提高学生外语的写作水平，更不是为了教学生外语语法，而是为了增强学生阅读专业外文文献的能力和对专业知识的理解能力。近年来，英语已经逐渐发展成为全世界通用的语言，最新的科研成果更主要是以英文形式发表。所以，我国高等教育中大部分的双语教学均是采用中文和英文的双语授课模式。

由于《自动控制原理》涉及到的诸多基本理论和分析方法大都是从国外引进和翻译过来的，加上国外学术界习惯用人名来命名定理的做法，给国内学生记忆和理解这些理论和方法增加了额外的困难。如用于判定线性系统稳定与否的劳斯判据就是以英国数学家Edward John Routh的名字命名的，类似这样的例子还有很多，这对于习惯望文生义的国内学生来说，想仅仅从字面意思来理解劳斯判据本身几乎是不可能的。有鉴于此，基于航空航天类专业《自动控制原理》双语教学改革的目的主要是为了增加学生对专业词汇认知这一基本的出发点，决定了航空航天类专业《自动控制原理》双语教学的授课方针应以中文为主、英语为辅。具体做法是，每当第一次出现新的名词、原理和方法时，授课教师先用中文进行详细讲解，然后告诉大家这些名词、原理和方法在英文中的表示方法和来源，并在以后遇到这些名词、原理和方法时，更多地采用英文表述。如传递函数（Transfer Function）、劳斯判据（Routh Criterion）、阶跃响应（Step Response）、脉冲响应（Impulse Response）、根轨迹（RootLocus）等，都可以采用这种处理方式。此外，还需要注意引导学生适量阅读英文参考书和专业文献，由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一书在世界范围内的广泛被接受性，北京理工大学同样推荐学生将这本书作为英文参考书。

2.3融科研于教学

随着我国高等教育改革的不断实施和深入，昔日的“填鸭式”教学已逐步被更能激发学生“自主学习”能力的“启发式”、“案例式”教学所取代。在《自动控制原理》的教学中，如果只是讲授一般的数学公式和物理定理，而与实际工程割裂开来的话，很可能出现的后果就是学生学习后不知道用在什么地方，更不知道如何用，更糟糕的情况是学生在考试后就把所学的东西全忘掉了。为了避免这一状况的发生，有必要将专业案例、授课教师的科研项目融入日常的教学工作中去，让科研带动教学、教学促进科研。

如在第一章讲授自动控制系统定义和基本组成的时候，通用的教材是举一些工业上常见的例子，像室温调节系统和水位调节系统来引入自动控制的专业术语和反馈的概念。这种讲授方法是很好的，有利于学生建立对控制系统组成的直观概念，并认识到自动控制的核心思想所在。对于航空航天类专业的学生来说，在讲述通用案例的同时，还可以结合航空航天领域的应用案例，如引入图1所示的导弹攻击飞机的案例。在这个案例中，导弹根据自己探测到的目标机动特性，依据一定的制导律生成最佳攻击曲线，当弹上的测试设备探测到实际飞行路线和预定飞行路线出现偏差的时候，弹载计算机会依据一定的法则生成控制指令，气动舵机来执行这一控制指令，从而达到控制导弹回到预定飞行路线的目的。按照这一描述可以画出它的系统方块图，如图2所示，和基本的负反馈闭环控制系统（如图3所示）对应起来，预定飞行路线对应给定输入、弹载计算机对应控制器、气动舵机对应执行机构、导弹就是被控对象、实际飞行路线即是实际输出、弹载测试设备即对应测量输出的传感器。这样讲授下来，由于比较贴近专业方向，同学们就很容易理解控制系统的结构，并对输入、输出、被控对象、执行机构、控制器的作用及反馈的概念有了更为直观和深刻的认识。

在讲述控制系统稳态性能和动态性能的时候，大量引入航空航天的专业案例，尤其是一些因为控制系统设计失误或控制系统未能正常工作产生重大损失的失败案例，对引发学生的学习兴趣颇有帮助。从教学的效果看，这些案例的引入，不仅加深了学生对《自动控制原理》重要性的认识，激发了他们学习的热情，同时，还培养了他们对所学专业的兴趣。在此基础上，可以注意吸收一些对自动控制理论或应用感兴趣的学生提前进入实验室，并挑选与任课教师负责项目相关或者处于航空航天控制前沿的研究方向，如临近空间飞行器的制导与控制技术，让他们自由发挥，思考和创新，切实培养他们的动手能力。

此外，授课教师要非常注重“基于书本、超越书本”。比如香农（Shannon）采样定理认为：对于一个连续信号来说，当采样角频率是该连续信号所含最高次谐波频率两倍以上的话，即能做到一个周期内采样两次以上的话，那么经采样后所得到的脉冲序列，就包含了原连续信号的全部信息，可通过理想滤波器把原信号毫无失真地恢复出来。这一表述在数学理论上是没有任何问题的，但在实际工程项目中往往是行不通的，比如一个正弦曲线的测试，一个周期里只采样两三个点的情况下，几乎没有可能复现原信号。类似于这样的问题，授课教师需要在授课过程中向学生特别强调。

2.4计算机辅助教学

由于《自动控制原理》在授课过程中涉及到的数学公式、图形（结构图、框图、根轨迹图、伯德图等）比较多，非常不方便在课堂上进行直接板书，一旦板书不清楚会直接影响学生的学习效果。而这些公式和图形是非常适合以幻灯片（PPT）的形式来进行表述的，学生也更乐意看到这种方式。北京理工大学授课教师同样采用了以PPT为主的授课模式，配以适当的动画，给学生一个更为直观的展示。如在讲授动态性能指标的时候，延迟时间、上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等名词的定义并不是那么容易理解，但通过动画的形式就可以很清楚、明了地向同学们展示这些概念的不同，学生反映良好。再比如在讲授不同阻尼比情况下二阶系统单位阶跃响应特性的时候，只靠文字表述“随着阻尼比的增大，系统的响应越快，但超调量越大”的话，大部分学生是比较茫然的。如果换成通过PPT展示给同学们如图4所示的响应曲线时，就会一目了然，同时，还有助于同学们掌握零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼等情况下单位阶跃响应特性的不同。

MATLAB是学习《自动控制原理》的学生必须掌握的一个计算机辅助分析工具。实际上，一个令人引以为傲的事实是，北京理工大学航空航天类专业本科生的MATLAB基础知识都是在《自动控制原理》的课堂上学到的。由于年轻学生对新鲜事物天生的好奇感，当他们看到教材上一幅幅精美的图片是通过MATLAB展示在自己面前的时候，不但会加深他们对所学知识的理解，更会激发他们学习这门课的热情。比如讲二阶欠阻尼系统阶跃响应的时候，可以首先引导学生思考一个问题：“既然阻尼比越小，系统响应越快，超调量越大，那怎么来选择合适的阻尼比呢？”然后再用教学计算机上装载的MATLAB画出图5，这是阻尼比位于[0.10.9]之间，以上升时间为横坐标、超调量为纵坐标的Pareto图，同时在图中标示阻尼比分别为0.4、0.707和0.8所对应的点。以这个直观的示意图做基础，同学们就很容易理解为什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范围内了，再告诉同学们阻尼比为0.707时控制系统效果最佳，他们也就明白了因果来源。如果更进一步画出阻尼比分别为0.6、0.707和0.8时候的单位阶跃响应曲线来，如图6所示，同学们就会有一个更加明确和直观的印象。此外，授课教师还可以通过课下作业的形式，引导学生利用课堂所学知识编程实现更复杂的响应曲线，使学生可以亲身感受到响应曲线随不同参数变化的规律，不但可以加深学生所学的理论知识，还有助于学生掌握辅助软件的用法。

用MATLAB辅助教学可能会带来的一个副作用就是，同学们可能觉得只要掌握MATLAB就可以了，而忽略了自动控制本身的基本原理和定性的分析方法。这是授课教师在教学过程中需要重点留意并刻意避免的问题之一，北京理工大学授课教师在每次用MATLAB辅助教学时，都会强调基本原理的重要性，同时会刻意用所学的定性分析方法来评估MATLAB结果的正确与否，并一再强调，MATLAB只是一个辅助大家进行控制系统分析的工具，不能取代大家所学的基本原理和分析方法本身，考试中也不会考这方面的内容。

2.5注重前后串联，建立系统概念

《自动控制原理》本身的讲授内容多、跨度时间长，而且学生同时还在修习其它课程，所以用在《自动控制原理》这一门课上的时间是极其有限的。而且一般教材也更倾向于将每个章节的内容独立出来，如仅仅在第二章讲述控制系统模型的建立方法，在以后的学习中就直接拿现成的传递函数来用；再如第三章讲述时域分析法之后，在后续章节的讲述中几乎不会再涉及。很可能造成的一个后果就是学习过程中常常不清楚各个知识点之间的相互联系，也无法真正的做到融会贯通，在遇到实际的工程问题时就会显得束手无策、不知如何下手。这需要授课教师帮助同学们理清线索，弄清楚各个章节之间的因果关系。

篇6

也许是对霍金提议的回应，美国国家航空航天局于2011年12月5曰宣布，他们发现了一颗太阳系外行星。这颗行星被命名为开普勒-22b，与地球环境相似，可能适宜人类生存。美国国家航空航天局的声明是迄今以来对包括霍金在内的一些人提出的移居地球以外星系的比较正面的回应之一，此前，包括美国国家航空航天局和其他一些天文、航天航空专家也提出过人类有可能移居火星、月球等星球。

那么，现在发现的开普勒-22b是一颗什么样的行星，是否与地球完全相同或相似呢?美国国家航空航天局作了一些初步的介绍。

开普勒22b行星位于宜居-带内，宜居带是指行星距离恒星远近合适的区域，在这一区域中，恒星传递给行星的热量适中，行星表面既不太热也不太冷，因此可能适合人和其他生物生存。另外，开普勒-22b属于另一个恒星系，它在这个恒星系中的位置与地球在太阳系中的位置相似，开普勒-22b围绕恒星公转的周期是290天，而地球围绕太阳公转的周期是365天。研究人员据此推测，开普勒-22b表面平均温度大约是22摄氏度。

另外，开普勒-22b的直径为地球的2.4倍，其体积介于海王星与地球之间。研究人员目前认为，这颗星球表面可能被海洋覆盖，而这种海洋可能与地球海洋相同，因此开普勒-22b“可能适宜生命生存”。

此外，美国国家航空航天局还指出，人类可以移居地球以外的宜居星球不止开普勒-22b一个，而有可能超过1000颗。开普勒太空望远镜于。2009年发射至太空的。目的是搜寻与地球类似的行星。开普勒太空望远镜上装有9500万像素相机，其任务是在天鹅座和天琴座的大约10万个恒星系中搜寻类似地球的行星。目前，开普勒太空望远镜已发现1000多颗可能适宜生命生存的星球，其中10颗可能位于宜居带内，但仍需进一步研究。目前只有开普勒-22b被证实是位于宜居带串的行星。

移居其他星球的交通工具

人类移居其他星球确实存在可能，但是，要把这种可能‘变成现实需要解决很多问题，其中一个重要和最直接的问题是，用什么样的运输工具把人类送上其他星球。

把人类移居到开普勒-22b或其他宜居星球有两类运输工具，一是航天飞机或宇宙飞船，二是太空电梯。

人类现在已经能使用航天飞机和宇宙飞船载人飞行，但是对这类航空航天器有非常高的技术和材料要求。例如，航天飞机和飞船升空和返回都要经过大气层，所以进入大气层的角度要经过严格计算。角度小了会脱离轨道，角度大了可能会产生剧烈摩擦而烧毁。另外，载人飞行的航天飞机和飞船还要防止太空中的辐射对人造成伤害。

以防止航天飞机和飞船外壳烧毁为例，现在的航天飞机外壳采用钛合金制作，还要涂上多层绝热材料，例如，改性酚醛树脂。此外，航天飞机最哆R层还有一层隔热瓦，是由特殊陶瓷制成的，并且可以随时脱落。这使得航天飞机进入大气层时当外层温度升到一定程度就脱落掉，相当于脱一层皮，以保护航天飞机和其中的

宇航员

然而，以目前的技术来看，航天飞机和飞船是否能飞行到达像开普勒-22b行星的距离不仅对这类航天器的外壳有更高要求，而且对其飞行和保护飞行器内的生命也提出了更高的要求。因为，开普勒-22b距离地球大约有600光年，人类要乘坐现有的航天飞机或宇宙飞船前往这颗星球需要2200万年。这也意味着，即使航天飞机或宇宙飞船的各项技术符合要求，人类也不可能到达这颗星球，因为按现有人类的寿命，飞船上的所有人在远未到达开普勒-22b之时就早已全部死亡。

太空电梯是另一些研究人员的设想，他们计划建造的太空电梯可向天空延伸620.00英里，只不过这种太空电梯是一种电缆，像一个旋转套索，通过向心力牵引来固定和向天空延伸。而且，随着未来纳米材料和技术发展到实用阶段，可以建造出更轻薄、更坚硬的管材，有望使太空电梯延伸得更高，而且成本更低。不过，这一切现在只是纸上谈兵。即使太空电梯能达到实用的阶段，人类是否能沿着这样的电梯爬向其他星球也存在很多问题，例如，如何防范太空的辐射、超高温和超低温，以及如何在缺少氧气的太空呼吸。

其他星球的环境是否适宜人类?

人类移居其他星球的另一个重要条件是，其他星球必须像地球一样适宜人类生存。而要明确其他星球适宜人类居住必须实地探测。美国国家航空航天局认为开普勒-22b行星适宜人类或生命存在全都是一种猜测，并没有经过实地考察，因此开普勒-22b行星及其他类似地球的星球可能适宜人类居住只是一种理论上的推测。

那么，适宜人类居住的条件应该有哪些呢?水、空气、阳光、适宜的温度和粮食等都是必须的。但是，迄今为止，人类对可以触及的星球的探索都表明，其他星球上这些物质都不存在，有的星球上可能存在一些物质，但也只是一种估计。例如，月球上是否有水也存在争议。2009年11月13日美国国家航空航天局宣布，月球坑观测和传感卫星获得的撞月数据显示，月球上存在水。但是，这一发现也受到质疑。

同样，2007年3月，欧洲航天局的火星快车号探测器发回的数据显示，火星南极地区的冰盖直径约有1000公里，总面积比美国得克萨斯州还大。探测器的雷达设备测出，冰层厚达3.7公里，体积约有160万立方公里。虽然冰层含有颜色偏暗的尘埃杂质，但冰层中固态水的含量估计超过90％。但是，即使月球和火星上有水，这样的水是否适宜人类直接饮用，也有待更深入的调查和研究来确认。

另一方面，迄今为止所有科学研究的发现证明，其他星球和外太空的环境对适应了地球的人类其实是有巨大危险的。其他星球和外太空的环境缺少氧气，充满电离辐射、高能粒子等。另外，人类即使能移居其他星球也还面临着微重力的巨大挑战。

辐射是人类移居其他星球所面临的巨大挑战之一。在太空中的辐射主要有x射线、γ射线、字宙射线和高速太阳粒子。前两者已被大量的事实证明是致人患癌和其他疾病的重

要元凶，而后两者还没有研究结果证明它们对人的危害有多大，但危害是显而易见的。宇宙射线是由低原子的氢到重原子的铀的离子组成，是一些高能粒子。在地面上的粒子加速器上的实验表明，动物吸收高剂量的粒子会造成神经脑组织损伤和癌症等疾病。

男一方面，在太空和其他星球上人类会因微重力环境下的失重而造成肌肉和骨骼的萎缩。

由于失重。还可以造成人的内耳平衡器的失常。导致前庭一视觉反射的损害，长时间都不能把眼光集中到目标上，同时会让人失去方向感。由于存在这些危险，人类在移居其他星球之前必须把上述情况弄清。现在，人类显然不可能弄清开普勒-22b行星上的情况。但是可以通过弄清其他与地球相似的星球来了解这些情况。以火星为鉴

目前，人类正在了解火星上的环境是否适宜人类或生命生存。2004年1月9日，美国航空航天局宣布，勇气号火星车首次测量了火星上的地表温度，发现火星表面温度为零下15摄氏度至零下5摄氏度，这意味着火星上的气候比较“宜人”，与地球上的温差变化有相似之处，可供人类居住。但是，温度只是其，中一项条件，更重要的是其他条件，如是否有氧气、水以及是否有辐射。

有鉴于此，2011年11月26日美国航空航天局又发射了另一个火星车――好奇号去火星，主要是探索火星过去或现在是否存在适宜生命生存的环境。但是，这一任务也极具挑战性，因为好奇号火星车要行进9亿公里，预计于2012年8月6日在火星着陆，展开为期一个火星年(约687个地球日)的探测活动。

通过好奇号上的设备，如火星样品分析装置和全景摄像机，人们可能获得许多关于火星真实环境的清晰图片，以此来推断火星表面之下的水冰是否可以用来提取氧气和液态水，或者可否直接从大气里获得氧气；同时，也能从火星上所获得的样品得知火星尘土是否有毒，火星表面是否有沙尘风暴，人在上面是否会受到影响，人类是否能够在火星上获得可资利用的资源等等。

男一方面，2007年，美国的另一个火星探测器――奥德赛在火星赤道附近发现了一个奇特的地下洞穴系统，其中至少包括7个巨大的洞穴，它们的昼夜气温变化不大，而且能阻挡飞沙走石、狂风暴雨。研究人员运用热红外成像技术对其中两个洞穴进行了进一步勘测。发现其温度在一天之内相当恒定。在白天，洞穴内比地表上能晒到阳光的区域要冷，但比在阴影下地区温度高；在夜里，洞穴温度则高于周围地区。

如果人类登陆火星，这些洞穴将是建立基地的最佳选择。因为，人类如果想移居火星和其他星球，需要首先在这些星球上建立基地。这就像在地球上一样，洞穴能为人类提供遮蔽，特别是抵挡沙尘暴和极端的天气。如果在火星上有洞穴，即使在这个红色星球上有各种辐射和危险物质，洞穴也能为移居者提供帮助，比如它们能抵挡流星雨、太阳风暴、紫外线和太空高能粒子对移居者和探索者的侵袭。

移居火星要等1000年

显然，火星是人类目前所探索到的最理想的移居地，因为它的各种环境与地球相似。火星是除金星之外离地球最近的行星，它离地球5570万～12000万公里。火星比地球小一些，半径为地球的53％，体积为地球的15％，质量为地球的11％，表面重力为地球的38％。火星有稀薄的大气，95％是二氧化碳，还有3％的氮，大气密度约为地球大气的1％。火星每24.63小时自转一圈，并在围绕太阳公转，周期为687天，因而与地球一样，有四季分明的气候。

美国火星协会制定了一个人类移居火星的计划，在％000年后人类可能移居火星。

第一步是给火星加热，因为火星表面温度为零下15摄氏度至零下5摄氏度。加热的方法有多种，如让一颗直径2.5公里左右的小行星去撞击火星，撞击产生的巨大能量将使火星上的1万亿吨冰融化成水，或者把一面直径超过120公里的大镜子安装在火星表面21公里以上的轨道，让太阳光反射到火星。

第二步是形成雨雪等天气现象。对火星加热后，火星土壤中释放出来的二氧化碳可以在20年内让火星温度再升高5.6摄氏度，这时候一些冰开始融化成水，水也开始蒸发，并形成雨雪等天气现象。

篇7

“这是一个完全可行的想法。”美国航空航天局喷气推进实验室的工程师约翰·布罗菲说。他参与组织了这次研讨会。

事实上，此类想法多年来一直是美国航空航天局所实施的诸多地球防御计划中的一部分。它们的主要研究对象就是那些可能会对地球构成威胁的星体，不过目前还没有发现什么潜在的目标。根据美国航空航天局的估计，在距离地球约4500万千米的范围内，一共存在着约19 500颗至少有100米宽、利用望远镜足以观测到的小行星。虽然对天体进行重新布局这一做法多少有些过分，但是这一行动也有其优点。奥巴马政府已计划把宇航员送到近地小行星上，他们需要在一个微型航天器里待上3个-6个月，同时还要面临深太空航程可能遇到的所有风险。相对来说，使用机器人不仅能够近距离接触小行星，而且只需1个月的时间就能抵达目的地。

可以把小行星停在地球和太阳的引力平衡点（即所谓的“拉格朗日点”）上，成为人类探索外太空的一个固定基地。这一工程具有许多优点，其中之一是：从地球向太空发射物体需要大量的电力、燃料和资金来使发射物摆脱地球的引力，而利用小行星上开采的资源，则能够非常容易地在太阳系中穿行。

“许多小行星能够为人类探索外太空提供不少帮助。比如行星上的金属元素（例如铁）可以用来建造空间基地；有些行星上含有大量的水，不仅能够用于维持生命，而且可以将其分解成氢气和氧气，用于制作燃料；同时，宇宙飞船船体周围的小行星风化层能够屏蔽来自深太空的射线辐射，从而保证飞船能够更为安全地前往其他行星；小行星也可能成为人类在月球上建设营地的补给站之一，为基地提供足够多的资源，从而使人类对太阳系进行更加深入的探索。”行星协会的创始人之一、加州理工学院研讨会的另一个组织者、工程师路易斯·弗里德曼说。此外，小行星上还有许多潜在的矿产资源，可以开采后带回地球。即使是一个体积比较小的小行星，其含有的金属都可能是人类历史上所开采的全部金属量的30倍左右，估计价值70万亿美元。另外，天文学家也有机会对太阳系的早期星体进行近距离的观察和研究，从而获得一些重要的科学数据。

虽然这一计划在技术上是可行的，但是要移动小行星并不是一件容易的事，因为小行星的重量基本上都在百万吨以上。大多数的小行星是不规则的岩石块，它们沿着不规则的轴进行无序的自转，这要求工程师能够对这个具有巨大潜在危险的“大家伙”进行绝对的控制。行星协会的工程师马尔科·坦塔蒂尼说：“这和行星防御完全相反，如果做错了某件事情，那么可能会酿成另一起‘通古斯事件’。”他提到的“通古斯事件”是一起于1908年发生在俄罗斯地区的由流星或彗星引起的巨大爆炸事件。当然，根据计划，任何一颗被带回地球的小行星都会足够小，以避免发生类似悲剧。

尽管如此，对于那些喜欢克服各种潜在困难的工程师来说，这些问题都有可能被一一解决掉。工程师路易斯·弗里德曼说，小行星移动计划将有助于展示人类在外太空中建设空间基地的能力。例如，该计划将告诉工程师怎样去捕获一个不合作的目标，而这对于未来的行星防御来说是一种非常好的前期实践。如果捕获一颗比较大的小行星的任务过于艰巨，研究人员可以首先以那些体积较小的行星（例如直径为2米～9米）为目标，然后随着工程师各项技术的提高，再处理大一些的小行星。

2010年，工程师约翰·布罗菲曾帮助美国航空航天局喷气推进实验室进行过一项有关的研究，探讨了将一颗宽约2米、重约10吨的小行星带到国际空间站的可行性。这项任务将能够帮助宇航员和工程师，使他们学会如何在太空中处理小行星上的有关材料和矿石。喷气推进实验室的研究表明，机器人使用一些简单的工具（例如用凯夫拉纤维制成的大袋子）就能够捕获到小行星，并将其带到空间站或放置在“拉格朗日点”处。当然，这样的小物体不会对大型目的地产生什么大的影响。美国航空航天局兰利研究中心的工程师丹·马扎内克说：“美国航空航天局并不想去那些比自己的宇宙飞船还要小的地方。”

不论捕获体积大还是小的小行星，实施这些计划都需要巨大的投资。据估计，即使捕获一颗很小的小行星也需要至少10亿美元；而对于那些大一些的小行星来说，可能需要上百亿美元。因此，怎样去说服纳税人通过这些方案，将是一件非常棘手的事情。考虑到任何一颗小行星上都会存在一些可以利用的资源，民营企业可能会有兴趣参与到该计划中来。一个可能的方案是：首先完成计划的第一部分——把小行星推到近地轨道上，然后通过商业竞价让胜出的开发商登陆小行星进行有关的开采。

虽然这一科研计划已经足以使人兴奋，但这并不是专家的最终目的。单纯地判断那些小行星被带回地球轨道后所产生的价值是不够的，因为小行星还有助于人类对太阳系进行更深入的探索。美国航空航天局戈达德太空中心的化学家约瑟夫·纳斯说，利用无人驾驶的机器人进行的任何一项太空探索活动都比较省钱。约翰·布罗菲说：“最终，我们将实现这样一个目标：帮助人类前往太阳系的其他地方。”

虽然专家还没有就该计划所有的细节达成一致意见，但他们会在以后的研讨中对有关细节及规范进行商定，并有可能获得美国航空航天局的支持。最后，许多人一致认为，把一颗小行星带回地球轨道，将有助于创建一个能够重复使用的载人航天飞行基地，同时为人类在未来探索深太空提供宝贵的经验。

最近，美国航空航天局的科学家宣布，正在筹划捕捉一颗500吨的小行星并重新部署它，把它变成一个空间站，为宇航员前往火星提供一些帮助。

篇8

中图分类号：G64 G42 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2012）10-0090-01

一、工业设计教学现状对CAID教学的影响

工业设计教学的一项重要内容即是计算机辅助工业设计教学，因为当今几乎所有设计图纸都要经过计算机绘制并呈现给审视者。以目前的专业分类来讲，工业设计本身是相对完整的一门学科，然而工业设计本身的跨学科特点又造成了其内容不局限于某一个特定范畴。就拿最基本的工业设计学科大类来讲，工业设计在本科阶段会有不同院校根据不同实际确定其属于文科或者工科。比如笔者本科就是以理工科类考生入学并取得工学学位，而目前执教的单位本科生是艺术类生源却可以拿到工学学位；而有些院校则可获得文学学位；现如今随着艺术类成为一个独立的大类，工业设计又可以拿艺术学学位。凡此种种，都是对工业设计跨学科特点的直接印证。

工业设计专业本身的学科特点必然造成的一个结果就是给许多人留下巨大的创造空间。从专业领域内的专家角度看，这是一个有争议的事情。因为不同的学科建设方向将导致不同的教学内容安排，以CAID为例，工业设计专业本身已经被演化成（甚至直接被命名）产品设计、3C设计、交通工具设计、家具设计、汽车内饰设计、汽车造型设计、珠宝设计等等方向。无限制的划分方向必然导致混乱，而这些工业设计的子方向似乎又非常贴切，所以让工业设计学科负责人头疼的事情随之而来――有没有一个万全之策，让教学内容系统有条理、有目标。

CAID教学的软件种类也因为上述问题而不断的变化。大多数院校的本科生培养计划中规定了计算机辅助教学的学时数，通常专业设计软件的学习课时数大约在100左右（约5学分）。而教学软件则通常需要涉及平面像素（Photoshop）、平面矢量（AI或Coreldraw）、三维Nurbs（Alias Studio 或 Rhino/犀牛）、三维栅格（3Dmax）、渲染（Showcase、V-ray、Keyshot）、工程（ProE、UG、CATIA、Solidworks）等等这几大类，必备是平面软件（像素和矢量），其他的都根据各自学科方向加以配置。但无论如何配置都需要有一个系统全套搭配的软件群体系，最基本的配置是平面软件两个（像素和矢量）、三维软件一个、渲染软件一个，即最少学习四个软件就可以完成设计的基本需要，而且似乎是随意搭配出这样一个软件群体系就能满足教学要求。

二、特定方向对CAID教学要求

但是没有哪个院校甘心只培养一个最基本的入门型专业人才，每个院校都希望有自己的特点，因此而出现的问题就开始有点复杂了。因为这涉及到教学管理体系，比如某一个大学是重点突出航空航天方向的，那它所辖学院的设计专业就会重点打造航空航天领域的设计专门人才。而此对应到CAID教学就需要努力打造一个航空航天专业可能涉及到的重点应用软件群体系。工业设计专业学科的负责人要在此努力打造航空航天领域的专门人才，那么CAID教学就要在软件群体系中放入工程软件，特别是航空航天领域常用的软件，调查之下发现CATIA是最佳选项。于是就可以出现一个最基本的配套，即平面两个、三维一个（用工程类的CATIA）、渲染一个。

这样的航空航天方向CAID教学的目标到了一个阶段，学时分配就又成了一个新问题。因为通用型的CAID教学只要求学生掌握最基本的设计软件，而且主要以设计表现为主，即把效果图呈现给审阅者。这是现阶段许多人对CAID教学的认识，而这样的认识确实不利于CAID教学。要有航空航天方向的特点，那就一定要比其他院校的设计专业有特点，CAID教学也一定是要力求塑造此特点。那么CAID教学就一定是要突出三维（工程类的CATIA）这个软件的应用实践能力，而这个三维（工程类的CATIA）软件恰恰是最难的一个。正常的100个学时要完成所有四个软件学习就显得那么力不从心了，因为一个CATIA的学习往往就要耗费掉大部分的学时。这还会导致工业设计学科负责人与本科培养计划制定者、专业方向负责人甚至是院校掌舵人之间的不断博弈，而这样的博弈通常又难以持续，因为本科生培养总学时不变的情况下，要追加CAID教学学时来增强某方面设计应用能力只能是压缩其它科目课时数，这在现行教学体系下是个非常麻烦的事情，通常无果。

三、软件技能的培养需要启发式教学

篇9

机器人航天员“Robonaut2”昵称R2，它的外形十分像人，有头、臂和躯干，是美国国家航空航天局和通用汽车公司联合研制的仿真机器人，造价250万美元。它集合了各种先进控制、传感和视觉等技术于一身，并且其接口不需要做任何调整就可以与空间站上的各项设施连接。它可以使用所有航天员使用的工具，协助太空人处理一些枯燥或危险的作业，节省太空人的时间和保证太空人的安全。目前R2只能在实验室中工作，未来提升功能后，将能在空间站内四处移动和进行太空行走。

R2进入空间站以后，其任务可分为3个阶段：第一阶段是在圣诞节前后，对R2进行测试。那时，R2将被固定在一个固定支架上，工程人员测试它在太空失重环境下的工作情况。第二阶段在2011年，美国航空航天局将R2的腿送往太空，使它成为一个完整的机器人，以便能在国际空间站内协助航天员完成更多的任务。设计者也将检测它在执行不同任务时的功能，找出存在的问题，以便更好地改进。第三阶段在2012年，地面工程人员将对R2实施电脑升级，使它有能力执行太空行走任务，为今后更先进的太空机器人承担更繁重任务铺路。一些参与设计R2的工程人员说，仿真太空机器人可能在未来承担国际空间站的清洁任务，在宇宙空间极冷、极热的条件下为航天员拿各种工具，处理有毒气体泄漏、起火等紧急状况，甚至代替航天员到舱外执行一些太空行走任务。另外，更加先进的太空机器人有望前往小行星、火星或更远的星球执行任务，为人类到达那里探路。

篇10

幸福航空公司发展战略SWOT分析，是从幸福航空公司面临的发展优势、发展劣势、发展机遇和发展调整各个方面，全面解析幸福航空公司当前发展战略具体情况和存在问题，并据此提出幸福航空公司发展战略构建思路，为幸福航空公司发展战略重构，提供前导性研究支持。

1.优势分析

第一，政策环境良好

中国经济发展正处在快车道，2010年GDP总量已跨过40万亿大关，跃居世界第二经济大国，从1999年总书记在西安提出西部大开发战略以来，国家将西部发展作为今后一段时期的历史任务和基本国策来抓，从中央层面实施了较大的扶持力度。2009年国务院将西安发展目标定位为建设国际化大都市，批准了西安阎良国家航空航天基地和西安国际港务区的建设申请，推出以建设大西安为引擎辐射整个关中――天水一线城市带建设的关中――天水经济带建设规划。同时，民航总局在2010年开始试点民用航空旅游业的发展，而西安-蒲城-阎良-秦岭一线作为先导性产业发展试点基地，已然开始了卓有成效的建设工作。陕西省、西安市也将发展航空航天产业作为高科技产业发展的主要发展方向。无论从国家宏观层面，还是地方中观层面，以及企业发展政策层面，当前阶段，是西安航空业企业发展的黄金机遇时期。

第二，区位优势明显

幸福航空公司以西安-咸阳国际机场为中心，依托西安国际化大都市建设实现西部民用航空产业发展，具有得天独厚的区位优势。首先，西安本身就是我国传统的航空航天产业科研教育基地，拥有丰富的航空产业发展所需的高端人力资源。其次，西安咸阳国际机场、西安阎良飞机城和国家航天航空产业基地以及蒲城等地民用航空旅游业试点发展，为西安市航空航天产业发展奠定了良好的产业发展基础，使得幸福航空公司等民用航空产业发展具有较为雄厚的产业发展根基。再次，西安作为西部大开发的桥头堡城市，不仅具有对西部航空市场的强大辐射力，同时也是全国乃至世界航空市场中关键的战略高地。幸福航空公司以西安市为中心基地，天然地享有坚实的产业积淀和人才支持，同时又获得了西部航空市场广阔的战略发展纵深，也为未来幸福航空公司发展壮大后走向全国和迈向国际提供了天然地地利条件。

第三，硬件技术先进

幸福航空公司自成立以来，订购选用的主飞机型是当今国产飞机中最先进的新舟60机型，该机型融合了国外先进机型设计理念，同时在我国航天工业数十年发展经验基础上，针对我国具体航空航天天体环境设计而成，经过实践检验具有较高的安全性和优良的航空性能。同时，驾驭这些主飞机型的飞行机师均来自东方航空等国内著名航空公司资深航天飞行员，具有丰富的航空作业经验，而且，幸福航空公司还拥有一支专业化高水平的飞机维护技师队伍，对所用飞机定期进行专业保养和维修，确保了在硬件技术上具备对国内同类型区域民用航空公司的相对优势。

2.劣势分析

幸福航空公司目前发展战略是基于幸福航空公司作为西部航空业后起之秀的角色定位和历史发展情况而产生的。幸福航空公司当前经营发展战略劣势可以从组织管理、产品服务、市场营销以及资源整合几个方面来具体分析。

第一，组织层级较多，管理体系僵化

组织管理体系是幸福航空公司运营依托的主要管理、决策和执行体系，影响着幸福航空公司发展的模式选择。幸福航空公司目前组织管理体系采取的是国企传统的垂直式管理方式。这种组织管理框架，按国企领导级别划分职能部门和工作岗位，内部管理等级制度严格，职能部门与公共服务部门交相混杂分工不清，而且其中中间层级设置较多，工作岗位权责匹配度不高，各层与各部门间协调成本较大，整体管理框架过于机械僵化，针对员工和各级管理者的激励机制极不健全。

第二，业务结构单调，服务缺少纵深

东方航空公司以在中国西部支线航空市场提供中短途航空交通服务为主要业务发展内容，目前虽然已经初步建立起了以西安为基地，覆盖陕西、山西、河南、甘肃、宁夏、四川和新疆等多地多个城市的地方支线航空服务网络。但就具体提品服务的形式而言，多为常规性的线路，没有充分凸显出地方特色和资源优势，显得服务比较平淡，产品结构比较单调，和大的全国性航空公司存在同质性竞争，而且在服务上，目前强调的是在航服务，而较多忽视了航前和航后的服务。

第三，市场营销手段传统，智力支持严重不足

幸福航空公司在市场营销方面，基本沿用传统营销手段，以专业销售人员和机械营销方式为主，虽然不断提升营销理念，提出渗透营销概念并初步将之运用到公司的营销实践中，但总体来看，尚没有形成全方位立体式的营销渠道和手段体系。幸福航空公司2011年市场开发资金分布中，电视、广播、专业期刊、报纸、电话等渠道推广占比均在10%以上，而在网站建设、微博推广、博客推广和移动传媒推广上比例均比较低，特别是微博推广上甚至仅为3%，而当前航空客户群体中以网站和微博为信息接收渠道的比例已经超过70%，这种市场推广的渠道构成显然与当前航空市场和客户信息接收偏好是不相符合的。

第四，发展战略格局较小，影响公司全面跃进

就幸福航空公司总体发展情况而言，无论其组织管理、还是产品服务，抑或市场营销等等方面，之所以存在不足，其根本原因是幸福航空公司本身在发展定位和战略格局制定上，囿于地方航空公司、特别是西部民用支线航空公司本身局限，无法从更为广阔的商业运营视角和长期市场发展动态过程去看问题，导致战略制定总体格局较小，战略基本视界较为短视。

3.机遇分析

第一，西安建设国际化大都市与国际港务区契机

西安建设国际化大都市是幸福航空公司发展潜在的机遇。建设国际化大都市，首先必须要发展的就是航空等基础交通事业，西安已经明确要建设中国西部国际航空港和国际航空航天基地，因此幸福航空公司发展航空交通业务正当其时。此外，西安建设 灞国际港务区，将航空与物流两者结合为一体，积极拓展航空业发展的产业半径，更是为幸福航空公司将单纯航空服务拓展向航空物流综合服务进行产业链扩展提供了绝佳切入点。

第二，国家民用航空旅游业发展契机

国家民航总局于2011年推出民用航空旅游试点项目，西安-蒲城-秦岭一带已经作为初步试点基地，进行基于航空体验和超短线旅游线路的试点开放。这是一个相较一般航空交通等业务更具有产业发展前景的新领域，它将航空业与旅游业紧密结合起来，通过航空旅游体验对具有较强消费能力的潜在重要客户群体产生强烈吸引力。

第三，航空市场网络化发展契机

航空市场网络化是互联网时代航空业发展最为显著的特点。中国互联网用户已经超过8亿，同时移动网络使用者已逾3亿，而且中国互联网用户，特别是移动终端使用者中，大多数为年轻白领阶层，具有对航空服务和航空体验较强的消费需求和支付能力。因此，当今时代，航空公司要发展，必须在市场推广上加倍重视网络信息宣传和业务推广工作。

4.威胁分析

第一，其他航空公司的竞争威胁

幸福航空公司当前最为主要的发展威胁来自同类型其他航空公司的同质竞争。幸福航空公司目前主要的竞争对手有成都航空公司、重庆航空公司和南方航空新疆公司等。这些公司与幸福航空公司均属区域性航空公司，均致力于发展区域性城际支线航空运输业，均已在西部支线航空市场占据了一定市场份额，形成对幸福航空公司全方位的直接竞争威胁。

第二，其他交通工具竞争压力

随着交通技术不断发展，新兴交通工具在速度和安全性上表现愈来愈成熟完善，构成了对航空运输业的巨大挑战。特别是高铁在时速上已愈来愈接近客运飞机时速，其安全性能上几乎与飞机不相上下。最为重要的是高铁具有航空运输不可比拟的价格优势，在准点运行上几乎完胜航空客运。这就构成了对航空运输的直接挑战。

5.结论分析

综合以上SWOT战略分析，可以得出幸福航空公司发展战略设计的前导线索，具体以战略矩阵形式分析如表1-1。

机会与威胁因素＼&优势（Strength）＼&劣势（Weakness）＼&（1）政策环境良好

（2）区位优势明显

（3）硬件技术先进

＼&（1）组织层级较多，管理机制僵化

（2）业务结构单调，服务缺乏纵深

（3）市场营销手段传统，智力支持严重不足

（4）发展战略格局较小，影响公司全面跃进＼&机会（Opportunity）＼&SO战略＼&WO战略＼&（1）西部大开发，西安国际化大都市和国际港务区建设契机

（2）国家民用航空旅游支线试点契机

（3）航空市场网络化契机＼&幸福航空公司如何利用其优势把握它的机会？

（1）抓住西部大开发等有利政策实现跨越式发展

（2）抓住西安民用航空旅游支线试点和国际港务区建设契机实现业务革新和产业链拓展

（3）抓住航空市场网络化契机利用硬件技术优势实现以小博大式市场扩张＼&幸福航空公司如何克服劣势把握机会？

（1）优化组织架构，提升管理效率

（2）丰富业务内容，激励业务创新，实现全程式立体服务

（3）利用信息技术创新营销手段，积极完善公司人才培养、市场研究和产品创新机制

（4）提升战略目标，树立公司发展远大抱负，以更宏大视野审视公司发展战略＼&威胁（Threats）＼&ST战略＼&WT战略＼&（1）航空业同业竞争

（2）高铁等其他交通方式竞争

＼&幸福航空公司如何利用其优势应对所面临的威胁？

（1）健全公司管理机制，完善服务体系，提升服务质量，实施差异化竞争策略，积极开展同业差异化竞争

（2）大力提升服务质量，拓展业务半径，以优质服务和特殊产品，赢得与其他交通方式竞争优势＼&幸福航空公司如何克服其劣势以应对所面临的威胁？

（1）大力培养和引进科技和市场推广人才，建立有效的人才激励机制。

（2）深入研究市场规律，坚定实施差异化竞争策略＼&]

参考文献：

[1]庄选时.我国中小民营企业发展战略研究[D].湖南工业大学硕士学位论文，2008.6