航天技术的发展史范文

导语：如何才能写好一篇航天技术的发展史，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】物理学；牛顿力学；工业革命；人类文明

俗话说：“学好数理化，走遍天下都不怕。”这其中的“理”就是指的“物理”。此话虽然有些片面，但也道出了物理学的重要性。物理学一词，源自希腊文physikos，很长时期内，它和自然哲学（natural philosophy）同义，探究物质世界最基本的变化规律。随着生产的发展，社会的进步和文化知识的扩展、深化，物理学以纯思辨的哲学演变到以实验为基础的科学。物理学研究的对象包括力、热、电、光、磁、声，从宏观领域到微观领域，得到了一系列对自然现象的科学解释并形成理论，最终形成发明创造，推动了人类文明的进步。物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。物理学给人类提供了大量的物质财富，同时也提供了精神财富。

迄今为止，物理学所创造出来的所有成果无一不是人类身体某一部位的延伸和替代。人造卫星、显微镜、望远镜、照相机等等是人类眼睛的延伸；手机、电话、雷达等等是人类耳朵的延伸；汽车、轮船飞机等运输工具是人类腿和脚的延伸；枪炮、导弹和火箭等等是人类胳膊和手的延伸；电脑、机器人是整个人的延伸；现代医学的诊疗手段也离不开物理学，X光、核磁共振、CT、B超、放射性疗法等等都是基于物理学。纵观人类文明的发展史，就是一部物理学的发展史。

一、物理学初建

古时候人们就尝试着理解这个世界：为什么物体会往地上掉，为什么不同的物质有不同的性质，地球、太阳以及月亮这些星体究竟是遵循着什么规律在运动，人们提出了各种理论试图解释这个世界。这些早期的理论在今天看来更像是一些哲学理论。古希腊哲学家亚里士多德创造了物理这门学科的名称，但由于历史的局限性，他对物理的很多认识却是错误的，比如他认为，物体下落的速度与物体的重量有关，物体越重，下落越快。这一理论最终被伽利略的“大球小球同时落地”的实验所。古希腊哲学家、物理学家阿基米德发现了浮力定律和杠杆原理，并发明设计制造了多种机械，如螺旋扬水器、军用投射器。德谟克利特最先提出了原子论，认为万物都是由原子组成的，原子是不可分割的最小微粒。天文学从强势的“地心说”到开普勒发现了行星运动的三大定律：轨道定律、面积定律和周期定律，哥白尼、布鲁诺等天文学家付出了巨大努力。电磁学方面发现了摩擦起电、磁石吸铁等物理现象，并在此基础上发明了指南针。古代物理学还称不上真正的科学，更多的是基于思辨，对于生活经验和自然现象的总结。

二、牛顿出版《自然哲学的数学原理》

牛顿出版的《自然哲学的数学原理》是人类历史上第一次科学革命的集大成之作。这部巨著阐述了万有引力定律和运动三大定律（惯性定律、力和运动关系的定律、作用力与反作用力定律），把物体运动统一在一个严密的理论中――牛顿力学。根据牛顿力学，我们知道了：苹果为什么总是落到地上；惯性是什么；为什么划桨能使船前行；为什么月球围绕地球运转并出现阴晴圆缺等等。这是经典力学的第一部经典著作，也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系，其影响所及遍布经典自然科学的所有领域，并发展出许多学科：宇宙天文学、航空航天科学、工程力学、建筑学、机械制造、原子核科学等等。宇宙天文学的发展，使我们对宇宙的起源有了更进一步的认识。航天科学的发展让人类的飞天梦成为现实。

三、物理学与第一次工业革命

18世纪中期，以蒸汽机的广泛使用为标志的第一次工业革命开始了人类的工业化进程。蒸汽机的发明是基于热学的发展。蒸汽机利用水沸腾产生的高压蒸汽推动活塞做功，产生动力带动机器工作。从18世纪晚期开始，蒸汽机广泛应用在采矿、冶炼、纺织、机械制造、化工等领域，并出现蒸汽轮船、蒸汽机车、蒸汽汽车，蒸汽机成为了当时各行业的主要动力机械。蒸汽机的发明，解放了人类的双手，促成了传统手工业向机械化大生产的转变，陆上和海上长途运输成为可能，极大地提高了生产生活效率。

四、物理学与第二次工业革命

电的使用开启了人类历史上的第二次工业革命。1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流有磁效应，开始人类研究电与磁的相互关系的序幕。1831年，英国物理学家法拉第建立了电磁感应定律，创立了电磁学的基础，使发电机和发动机的制造成为可能。德国工程师西门子根据闭合线圈的磁通量发生改变可能产生电流的原理，发明了第一台自馈式发电机，可以产生较大的功率，同时体积也较轻巧。从此，电能开始成为主要能源并推动工业向前发展，继而出现了电动机、电机车、电灯、电视机和电工仪器仪表等许多改变人类生活方式的电器设备。1873年，苏格兰物理学家麦克斯韦发表的《论电与磁》开创了电动力学，是现代电工学的开端。麦克斯韦提出了光的电磁说，并预言了电磁波的存在。电磁波是现代通信的基础，无线电、手机、卫星就是通过电磁波进行信号传输，实现人类远距离传输和交换信息。

五、物理学与第三次工业革命

进入二十世纪，由于原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域的研究进展，出现了第三次工业革命，这是一场不同于传统工业的信息技术革命，标志着工业进入自动化时代。

（1）物理学与微电子技术

1947年，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿研究出一种点接触锗晶体管。晶体管是20世纪一项重大发明，开启了微电子革命的先声。1954年，贝尔实验室研制出第一台使用晶体管集成电路的计算机。以晶体管为基础的集成电路，也叫芯片，使信息处理设备小型化、便携化。如今，大到工业设备、交通工具，小到各种生活设备，凡是有电的设备，几乎都有芯片对信息进行处理。在当今信息大爆炸的时代，微电子技术使得信息接收、存储、处理更加便捷和高效。计算机以及各种“人机控制系统”广泛应用，使生产、办公、家庭生活自动化。人类社会从机械化、电气化进入到一个更高级的自动化时代。

（2）物理学与能源

工业的发展离不开能源的供应，传统的电能、水能、化学能越来越不能满足日益增长的能源需求。核能作为一种高效、清洁能源能极大缓解能源危机。核能的利用得益于原子核物理的发展。从19世纪末发现放射性到1932年发现中子、正电子和氘，原子核理论为核物理奠定了基础。1938年，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀核的裂变，从而找到了一种利用核能的途径。1942年，美国成功建造了世界上第一座核反应堆，它显示核能时代的到来。目前，我国也有两座正在运行的核电站：秦山和大亚湾核电站，产生的电能为长三角和珠三角地区的经济建设做出了巨大贡献。现在科学家们正在研究可控核聚变，这种核聚变可以用海水和轻核作为原料的，是真正意义上的取之不竭，用之不尽的能源。

（3）物理学与航天技术

20世纪50年代兴起的航天技术使得人类的飞天梦成为现实。1957年，前苏联成功发射第一颗人造地球卫星，开创了人类航天新纪元。如今，人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星，在经济、军事和科研中发挥了巨大的作用。航天技术是一门综合性很强的技术，和物理学密切相关，每一步的发展都离不开物理学的指导和运用。火箭推进技术、人造卫星运行轨道计算、空间通信、载人航天器设计技术、登月技术、深空探测技术等一系列航天技术涵盖了基础物理学的力学、热学、电磁学、光学各个领域。可以预见，未来人类移居外星球、发现外星人、寻找宇宙的起源等等都离不开基于物理学的航天技术的发展。

六、物理学与人类未来

物理学是一门不断改变人类生活和推动社会进步的科学，从宏观的经典物理学发展到微观的电动力学、量子力学等，并将在未来深入到粒子物理、纳米材料物理、天体物理（引力波）、生命科学物理领域。宇宙是怎么产生的，宇宙的组成是什么，物质的最基本粒子是什么，人类是否能穿越时空，人类是否能实现长生不老，这些问题都需要物理学去解决。物理学将继续推动人类文明向前发展！

篇2

人类的活动范围，经历了从陆地到海洋，从海洋到大气层，从大气层到外层空间的逐步拓展过程。二十世纪五十年代出现的航天技术，开辟了人类探索外层空间活动的新时代。

经过近半个世纪的迅速发展，人类航天活动取得了巨大的成就，极大地促进了生产力的发展和社会的进步，产生了重大而深远的影响。航天技术已成为当今世界高技术群中对现代社会最具影响的高技术之一，不断发展和应用航天技术已成为世界各国现代化建设的重要内容。

中华民族在人类发展史上曾创造过灿烂的古代文明。中国最早发明的古代火箭，便是现代火箭的雏形。1949年后，中国依靠自己的力量，独立自主地开展航天活动，于1970年成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星。迄今，中国在航天技术的一些重要领域已跻身世界先进行列，取得了举世瞩目的成就。二十一世纪，中国将从本国国情出发，继续推进航天事业的发展，为和平利用外层空间，为人类的文明和进步作出应有的贡献。

在迈进二十一世纪之际，有必要对中国发展航天事业的宗旨原则、发展现状、未来发展和国际合作等作简要的介绍。

一、宗旨原则

中国政府一直把航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分，坚持为了和平目的探索和利用外层空间，使外层空间造逼于全人类。中国作为发展中国家，其根本任务是发展经济，不断推进国家现代化建设事业。航天活动在维护国家利益、实施国家发展战略中的重要地位和作用，决定了中国发展航天事业的宗旨和原则。

中国航天事业的发展宗旨是：探索外层空间，扩展对宇宙和地球的认识；和平利用外层空间，促进人类文明和社会发展，造福全人类；满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步等方面日益增长的需要，维护国家利益，增强综合国力。

中国航天事业的发展原则是：

――坚持长期、稳定、持续的发展方针，使航天事业的发展服从和服务于国家整体发展战略。中国政府高度重视航天事业在实施科教兴国战略和可持续发展战略，以及在经济建设、国家安全、科技发展和社会进步中的重要作用，将航天事业的发展作为国家整体发展战略中的重要组成部分，予以鼓励和支持。

――坚持独立自主、自力更生、自主创新，积极推进国际交流与合作。中国立足于依靠自己的力量，进行航天技术攻关，实现技术突破；同时，重视航天领域的国际交流与合作，按照互利互惠的原则，把航天技术自主创新与必要的引进国外先进技术有机地结合起来。――根据国情国力，选择有限目标，重点突破。中国发展航天事业以满足国家现代化建设的基本需求为目的，选择对国民经济和社会发展有重大影响的项目，集中力量，重点攻关，在关键领域取得突破。

――提高航天活动的社会效益和经济效益，重视技术进步的推动作用。中国谋求更加经济、更加高效的航天发展道路，力求技术先进性和经济合理性相统一。

――坚持统筹规划、远近结合、天地结合、协调发展。中国政府统筹规划并合理安排空间技术、空间应用和空间科学，促进航天事业全面、协调的发展。

二、发展现状

中国航天事业自1956年创建以来，经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期，迄今已达到了相当规模和水平：形成了完整配套的研究、设计、生产和试验体系；建立了能发射各类卫星和载人飞船的航天器发射中心和由国内各地面站、远程跟踪测量船组成的测控网；建立了多种卫星应用系统，取得了显著的社会效益和经济效益；建立了具有一定水平的空间科学研究系统，取得了多项创新成果；培育了一支素质好、技术水平高的航天科技队伍。

中国航天事业是在基础工业比较薄弱、科技水平相对落后和特殊的国情、特定的历史条件下发展起来的。中国独立自主地进行航天活动，以较少的投入，在较短的时间里，走出了一条适合本国国情和有自身特色的发展道路，取得了一系列重要成就。中国在卫星回收、一箭多星、低温燃料火箭技术、捆绑火箭技术以及静止轨道卫星发射与测控等许多重要技术领域，已跻身世界先进行列；在遥感卫星研制及其应用、通信卫星研制及其应用、载人飞船试验以及空间微重力实验等方面，均取得重大成果。

空间技术

1.人造地球卫星。中国于1970年4月24日成功地研制并发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”，成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。截至2000年10月，中国共研制并发射了47颗不同类型的人造地球卫星，飞行成功率达90％以上。目前，中国已初步形成了四个卫星系列――返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列，“资源”地球资源卫星系列也即将形成。中国是世界上第三个掌握卫星回收技术的国家，卫星回收成功率达到国际先进水平；中国是世界上第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。中国的气象卫星、地球资源卫星主要技术指标已达到二十世纪九十年代初期的国际水平。近几年来，中国研制并发射的6颗通信、地球资源和气象卫星投入使用后，工作稳定，性能良好，产生了很好的社会效益和经济效益。

2.运载火箭。中国独立自主地研制了12种不同型号的“”系列运载火箭，适用于发射近地轨道、地球静止轨道和太阳同步轨道卫星。“”系列运载火箭近地轨道最大运载能力达到9200公斤，地球同步转移轨道最大运载能力达到5100公斤，基本能够满足不同用户的需求。自1985年中国政府正式宣布将“”系列运载火箭投入国际商业发射市场以来，已将27颗外国制造的卫星成功地送入太空，在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。迄今，“”系列运载火箭共实施了63次发射；1996年10月至2000年10月，“”系列运载火箭已连续21次发射成功。

3.航天器发射场。中国已建成酒泉、西昌、太原三个航天器发射场，并圆满完成了各种运载火箭的飞行试验和各类人造卫星、试验飞船的发射任务。中国航天器发射场既可完成国内发射任务，又具有完成为国际商业发射服务和开展其他国际航天合作的能力。

4.航天测控。中国已建成完整的航天测控网，包括陆地测控站和海上测控船，圆满完成了从近地轨道卫星到地球静止轨道卫星、从卫星到试验飞船的航天测控任务。中国航天测控网已具备国际联网共享测控资源的能力，测控技术达到了世界先进水平。

5.载人航天。中国于1992年开始实施载人飞船航天工程，研制了载人飞船和高可靠运载火箭，开展了航天医学和空间生命科学的工程研究，选拔了预备航天员，研制了一批空间遥感和空间科学试验装置。1999年11月20日至21日，中国成功地发射并回收了第一艘“神舟”号无人试验飞船，标志着中国已突破了载人飞船的基本技术，在载人航天领域迈出了重要步伐。空间应用

中国重视研制各种应用卫星和开发卫星应用技术，在卫星遥感、卫星通信、卫星导航定位等方面取得了长足发展。中国研制和发射的卫星中，遥感卫星和通信卫星约占71％，这些卫星已广泛应用于经济、科技、文化和国防建设的各个领域，取得了显著的社会效益和经济效益。国家有关部门还积极利用国外各种应用卫星开展应用技术研究，取得了很好的应用效果。

1.卫星遥感。中国从二十世纪七十年代初期开始利用国内外遥感卫星，开展卫星遥感应用技术的研究、开发和推广工作，在气象、地矿、测绘、农林、水利、海洋、地震和城市建设等方面得到了广泛应用。目前，国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等机构，以及国务院有关部委、部分省市和中国科学院的卫星遥感应用研究机构已经建立起来。这些专业机构利用国内外遥感卫星开展了气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、灾害监测、环境保护、海洋预报、城市规划和地图测绘等多方面、多领域的应用研究工作。特别是卫星气象地面应用系统的业务化运行，极大地提高了对灾害性天气预报的准确性，使国家和人民群众的经济损失有了明显的减少。

2.卫星通信。中国从二十世纪八十年代中期开始利用国内外通信卫星，发展卫星通信技术，以满足日益增长的通信、广播和教育事业的发展需求。在卫星固定通信业务方面，全国建有数十座大中型卫星通信地球站，联结世界180多个国家和地区的国际卫星通信话路达2.7万多条。中国已建成国内卫星公众通信网，国内卫星通信话路达7万多条，初步解决了边远地区的通信问题。甚小口径终端（VSAT）通信业务近几年发展较快，已有国内甚小口径终端通信业务经营单位30个，服务小站用户15000个，其中双向小站用户超过6300个；同时建立了金融、气象、交通、石油、水利、民航、电力、卫生和新闻等几十个部门的80多个专用通信网，甚小口径终端上万个。在卫星电视广播业务方面，中国已建成覆盖全球的卫星电视广播系统和覆盖全国的卫星电视教育系统。中国从1985年开始利用卫星传送广播电视节目，目前已形成了占用33个通信卫星转发器的卫星传输覆盖网，负责传送中央、地方电视节目和教育电视节目共计47套，以及中央32路对内、对外广播节目和近40套地方广播节目。卫星教育电视广播开播十多年来，有3000多万人接受了大、中专教育与培训。近年来，中国建成了卫星直播试验平台，通过数字压缩方式将中央和地方的卫星电视节目传送到无线广播电视覆盖不到的广大农村地区，使中国广播电视的覆盖率有了很大提高。中国现有卫星电视广播接收站约18.9万座。在卫星直播试验平台上，还建立了中国教育卫星宽带多媒体传输网络，面向全国开展远程教育和信息技术的综合服务。

3.卫星导航定位。中国从二十世纪八十年代初期开始利用国外导航卫星，开展卫星导航定位应用技术开发工作，并在大地测量、船舶导航、飞机导航、地震监测、地质防灾监测、森林防火灭火和城市交通管理等许多行业得到了广泛应用。中国在1992年加入了国际低轨道搜索和营救卫星组织（COSPAS－SARSAT），以后还建立了中国任务控制中心，大大提高了船舶、飞机和车辆遇险报警服务能力。

空间科学

中国在二十世纪六十年代初期开始利用探空火箭、探空气球开展了高层大气探测。在七十年代初期开始利用“实践”系列科学探测与技术试验卫星开展了一系列空间探测和研究，获得了很多宝贵的环境探测资料。近年来，开展了空间天气预报的研究工作及相应的国际合作。从八十年代末开始利用返回型遥感卫星进行了多种空间科学实验，在晶体和蛋白质生长、细胞培养、作物育种等方面取得了很好的成果。中国空间科学在基础理论研究方面取得了若干创新成果，在空间物理学、微重力科学和空间生命科学等领域建立了具有一定水平的对外开放的国家级实验室，建立了空间有效载荷应用中心，具有支持进行空间科学实验的基本能力。近年来，利用“实践”系列科学探测与技术试验卫星对近地空间环境中的带电粒子及其效应进行了较为详细的探测，并首次完成了微重力流体物理两层流体空间实验，实现了空间实验的遥操作。

随着中国社会主义市场经济体制的初步建立和不断完善，国家通过宏观调控引导中国航天活动的发展方向，统筹规划空间技术、空间应用和空间科学的发展，推动航天领域中重大技术的研究开发和系统集成，促进航天科技在经济、科技、文化和国防建设等方面的应用，深化航天科技工业的改革，实现航天事业的持续发展。国家加强法制建设和政策管理，建立航天法规体系，制定航天产业技术政策，保证航天活动有序、规范发展。国家鼓励科研机构、工业企业、商业企业和高等院校在国家航天政策引导下，发挥各自优势，积极参与航天活动。国家支持航天科技，构建有中国特色的航天创新体系，提高自主创新能力，积极推进中国航天技术实现产业化。国家支持公益性航天活动以及具有商业前景的航天研究开发工作，并不断强化对航天行业的监督。中国国家航天局是中华人民共和国负责民用卫星管理及相关的政府间国际空间合作的政府机构。

三、未来发展

二十一世纪将是世界航天活动蓬勃发展的新世纪。中国根据国家发展的现实需求和长远目标，正在制定面向二十一世纪的航天发展战略和规划，加快发展航天事业。

发展目标

近期（今后十年或稍后的一个时期）发展目标：

――建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对中国及周边地区甚至全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。

――建立自主经营的卫星广播通信系统。积极支持商用广播通信卫星的发展，开发长寿命、高可靠的大容量地球静止轨道通信卫星和电视直播卫星，初步建成中国卫星通信产业。

――建立自主的卫星导航定位系统。分步建立导航定位卫星系列，开发卫星导航定位应用系统，初步建成中国的卫星导航定位应用产业。

――全面提高中国运载火箭的整体水平和能力。提高现有“”系列运载火箭的性能和可靠性；开发新一代无毒、无污染、高性能和低成本的运载火箭，建成新一代运载火箭型谱化系列，增强参与国际商业发射服务的能力。

――实现载人航天飞行，建立初步配套的载人航天工程研制试验体系。

――建立协调配套的全国卫星遥感应用体系。统一规划和建设各种卫星遥感地面应用系统，建立覆盖全国的地面卫星遥感数据接收、处理和分发系统，实现资源共享；在对地卫星遥感主要应用领域，形成较完整的业务化应用体系。

――发展空间科学，开展深空探测。建立新型的科学探测与技术试验卫星系列，加强空间微重力、空间材料科学、空间生命科学、空间环境和空间天文研究；开展以月球探测为主的深空探测的预先研究。

远期（今后二十年或稍后的一个时期）发展目标：

――空间技术和空间应用实现产业化和市场化，空间资源的开发利用满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步的广泛需求，进一步增强综合国力。

――按照国家整体规划，建成多种功能和多种轨道的、由多种卫星系统组成的空间基础设施；建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化网络系统。

――建立中国的载人航天体系，开展一定规模的载人空间科学研究和技术试验。

――空间科学取得众多成果，在世界空间科学领域占有较重要的地位，开展有特色的深空探测和研究。

发展思路

中国航天事业的发展思路是：

――促进空间技术及应用实现产业化。引导和鼓励航天科技企业制度创新和技术创新，建立面向国内外市场的运行机制，以通信卫星和卫星通信、运载火箭为重点，分步实施，推进空间技术及应用产业化进程。

――合理部署各种航天活动。统筹规划，协调发展空间技术、空间应用与空间科学。采用“优先安排”、“积极支持”、“适度发展”和“跟踪研究”四种不同方式部署航天活动三个领域的各项工作。

篇3

【关键词】新课程 物理教学 科技意识

随着科学技术的发展，我们的生活正在发生着翻天覆地的变化，从粗粮到细粮再到转基因作物，从土坯房到智能小区，从自行车到现代化的交通工具，可以说我们的衣、食、住、行都发生了变化。随着我国航天事业的发展，同学们对科技的需求急迫，并且科学技术的发展要求现代的学生增强科学意识，中学物理教学应负起这一重担。那么，如何在中学物理教学中培养学生的科技意识呢？如何贯彻新课程的理念，如何培养学生的探究、合作精神？笔者以本文谈谈自己的观点以及做法。

一、 充分发挥课堂教学的主渠道作用

课堂教学是教师传播物理知识的主要阵地，也是学生获取物理知识的主要途径。加强科技意识教育必须从课堂教学做起。

（一）突出知识的实用性

物理是一门实用性很强的科学，大到国防科技，小至工农业生产、日常生活都有着极为密切的联系。在教学中教师应结合具体的教学内容，紧密联系生产和生活实际，突出知识的实用性。如杠杆的应用、吸水笔原理、收音机与电磁波、电视机与磁场、卫星与通信等等。物理规律本身就是人们对自然现象的总结和抽象。通过这些知识的介绍，使学生更加认识到科学知识在日常生活，工农业生产乃至高科技领域中的地位和作用，从而更加相信科学，热爱科学，培养浓厚的学习兴趣。实践说明学生对实际生活中的物理现象特别感兴趣。

（二）注重物理学史教学

物理发展史是物理教学的一项重要内容，是人类文明发展过程中一笔宝贵的精神财富，通过物理发展史的教学，不仅使学生了解物理发展的历史，一些著名物理学家的典型事迹，同时也能较好地培养学生良好的科技意识。教师在实际教学中一定要强化物理学史的教学，根据具体的教学内容，选用适当的物理学史材料，例如“伽利略的自由落体实验”“牛顿运动定律的创立”“法拉第电磁感应定律的发现”“居里夫人和镭”等。同时，在实际教学中，可适当向学生介绍建国以来，特别是改革开放以来，我国在航天领域和高科技领域中所取得的巨大成就。“两弹一星”精神、系列火箭及现在的“神舟”飞船，我国又自主产权的cpu。通过这些知识的介绍，可使学生更加了解科学家们对科学的态度，研究科学的方法以及他们热爱科学、献身科学的精神，了解科学技术给社会发展带来的巨大动力，树立民族自尊心和自信心，从中受到良好的科技意识教育和爱国主义教育。

（三）加强实验教学

加强实验教学，有助于培养学生的动手操作能力、观察能力、独立分析问题解决问题的能力以及实事求是的科学态度和创新意识。同时也使学生受到良好的科技意识教育。根据自己的教学经验，笔者认为加强实验教学可以从以下几个方面入手：（1）改革课堂演示实验教学，把部分演示实验改成学生上台演示或边讲边实验的形式，给学生提供更多的亲自动手操作机会。（2）注重学生实验教学。对学生实验的教学，教师要求学生按“预习-实验-观察记录-分析讨论-总结报告”的形式进行，对实验中出现的问题组织学生认真讨论，分析原因，并找出解决问题的方法，并根据实验的实际情况实事求是地写出实验报告，从而培养学生严肃认真、实事求是的科学态度。（3）加强实验习题的教学。对实验习题的教学，主要采取“自设方案-讨论方案-选择方案-实验验证-总结报告”的程序进行教学，让学生亲自参与实验设计并通过实验验证。鉴于学生的实际情况，此类要求不宜过高，主要培养学生的科研意识和创新意识。

二、 积极组织开展物理课外活动

物理课外活动也是加强对学生进行科技知识和科技意识教育的重要阵地。与课堂教学相比，课外活动具有更大的灵活性和选择性和吸引力。

（一）趣味实验

趣味课外活动中，根据学生的知识基础，精心设计趣味物理实验让学生来完成如“喷气火箭”“纸锅烧水”等等。通过这些实验，既能较好地激发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手操作能力，让学生在实际操作中体验科学探索的失败和欢乐。又能帮助学生破除迷信，解放思想，树立科学的人生观和价值观。

（二）科技小制作

根据学校的实际情况，积极组织学生利用课外活动时间开展科技制作活动，如自制电铃。自制平行光源。制作潜望镜、望远镜。设计楼梯电灯开关电路等，并组织展评科技活动的开展，既能锻炼学生的科技制作能力，又能为学生将来工作后自制简易教学用具打下良好的基础。

（三）举办科普知识讲座

科技知识与社会发展、生产、生活紧密联系在一起，在举办科技讲座时，要认真选择材料，或根据有关资料撰写讲稿，根据平时收集的材料：军事科学、航天技术、通信技术、空间技术、科学家的事例与贡献等材料，对学生进行思想品德和科学素质教育，还可以联系社会生活中的物理，让学生自己搜集资料在班上进行专题介绍，还可以利用板报介绍科普知识及物理知识的应用。

（四）组织社会调查活动

篇4

一、充分发挥课堂教学的主渠道作用。课堂教学是教师传播中学物理知识的主要阵地，也是学生获取中学物理知识的主要途径。加强科技意识教育必须从课堂教学做起，充分发挥课堂教学的主渠道作用。

1、突出知识的实用性。中学物理是一门实用性很强的科学，与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。在教学中教师应结合具体的教学内容，紧密联系生产和生活实际，突出知识的实用性。中学物理知识。中学物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。通过这些知识的介绍，使学生更加认识到科学知识在日常生活，工农业生产乃至高科技领域中的地位和作用，从而更加相信科学，热爱科学，树立良好的科技意识和“科学技术是第一生产力”的思想。

2、注重中学物理史教学。中学物理发展史是中学物理教学的一项重要内容，通过中学物理发展史的教学，不仅使学生了解中学物理发展的历史，一些著名中学物理学家的典型事迹，同时也能较好地培养学生良好的科技意识。教师在实际教学中一定要强化中学物理学史的教学，根据具体的教学内容，选用适当的中学物理学史材料，如“伽利略的自由落体实验”、“牛顿运动定律的创立”、“爱因斯坦创立相对论”等，不失时机地对学生进行中学物理学史教育；同时，在实际教学中，可适当向学生介绍建国以来，特别是改革开放以来，我国在航天领域和高科技领域中所取得的巨大成就。通过这些知识的介绍，可使学生更加了解科学家们对科学的态度，研究科学的方法以及他们热爱科学、献身科学的精神，了解科学技术给社会发展和四化建设带来的巨大动力，树立民族自尊心和自信心，从中受到良好的科技意识教育。

3、加强实验教学加强实验教学，有助于培养学生的动手操作能力、观察能力、独立分析问题解决问题的能力以及实事求是的科学态度和创新意识和创造能力。同时也使学生受到良好的科技意识教育。根据自己十几年的教学经验，笔者认为加强实验教学可以从以下几个方面入手：⑴改革课堂演示实验教学，把部分演示实验改成学生上台演示或边讲边实验的形式，给学生提供更多的亲自动手操作机会。⑵注重学生实验教学。对学生实验的教学，教师要求学生按“预习─实验─观察记录─分析讨论─总结报告”的形式进行，对实验中出现的问题组织学生认真讨论，分析原因，并找出解决问题的方法，并根据实验的实际情况实事求是地写出实验报告，从而培养学生严肃认真，实事求是的科学态度和独立分析问题、解决问题的能力。⑶加强实验习题的教学。对实验习题的教学，主要采取“自设方案─讨论方案─选择方案─实验验证─总结报告”的程序进行教学，让学生亲自参与实验设计并通过实验验证。这样能较好地培养学生的科研意识以及创新意识和创造能力。

二、积极组织开展中学物理课外活动中学物理课外活动也是加强对学生进行科技知识和科技意识教育的重要阵地。与课堂教学相比，课外活动具有更大的灵活性和选择性。

1、趣味外活动中，根据学生的知识基础，精心设计趣味中学物理实验让学生来完成如“飞机投弹”、“喷气火箭”、“纸锅烧水”、等等。通过这些实验，既能较好地激发学生的学习兴趣，锻炼学生的动手操作能力，又能帮助学生破除迷信，解放思想，树立科学的人生观和价值观。

2、科技小制作根据学校的实际情况，我们积极组织学生利用课外活动时间开展科技制作活动，如自制电铃。自制平行光源。制作针孔照相机。制作潜望镜。自制量筒。楼梯电灯开关电路等，并组织展评。科技活动的开展，既能锻炼学生的科技制作能力，又能为学生将来工作后自制简易教学用具打下良好的基础。

3、指导学生阅读科普读物根据学生的知识基础，教师要指导学生阅读有关的科普读物，使学生更多地了解科技知识和科技发展的新动向，增加学生的科技知识，并定期组织“实用中学物理知识竞赛”，以调动学生学习、读书的积极性，使学生掌握更多的科学文化知识，培养学生的科技阅读能力。

4、举办科普知识讲座科技知识与社会发展、生产、生活紧密联系在一起，在举办科技讲座时，要认真选择材料，或根据有关资料撰写讲稿，根据平时收集的材料，利用活动课分班级或集中学习，可以收集军事科学、航天技术、通信技术、空间技术、科学家的事例与贡献等材料，对学生进行思想品德和科学素质教育，还可以联系社会生活中的中学物理，让学生自己搜集资料在班上进行专题介绍，还可以利用板报介绍科普知识及中学物理知识的应用。

5、组织社会调查活动中学物理知识的延伸，在社会调查活动中，学生可以利用教材中的知识，结合实际去解决生活和生产中的实际问题，如学习“水能风能的利用”后，可调查当地能源使用情况、环境污染情况，并提出改进意见，还可以结合教材中的内容，调查噪声污染、热机的使用、农村用电等情况。

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关键词：纺织材料；纺织设计；发展

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2015.24.049

在科技发展史上其最重要的组成部分为材料科学，随着科学技术的发展和进步，高科技和航天技术趋于成熟，其对材料的依赖更重，现代科技对材料的需求是普通的纤维材料所不能提供的，因此这就要求寻找新的替代品，要求其不仅具有较高的强度、易于设计和制作，还需要造价相对便宜。笔者在本文中首先分析了纺织复合材料，然后就其应用的领域和应用优势加以探讨，最后研究了影响纺织结构复合材料的组成与设计的因素，以期进一步促进材料科学的发展和进步，为其更好的服务于人类奠定基础。

1 纺织复合材料技术剖析

和传统的纤维复合材料相比，纺织复合材料具有较大的不同。我们常讲的纤维复合材料指的是经过一定的角度和顺序铺层或缠绕纤维束制成的，纤维材料和基体材料在缠绕和铺层的同时重新组合，最终形成层状物，所以也被我们称之为层压复合材料。同时，存在于纤维复合材料中的纤维相互平行，彼此不叠加。纺织结构复合材料利用的是纤维束制成预定的结构形状，然后以此为骨架，经过固化后形成复合材料。革新这种工艺，让纺织结构复合材料对比普通符合材料具有更大的优越性，然而其细观结构比较复杂，这让分析、设计变得比较繁琐。很多的研究人员经过共同的努力，分析这种模型，虽然一些应用上的问题可以解决，但是还不够成熟，需要进一步的进行探讨，以便于对设计方法、标准等进一步统一，为纺织结构材料的普及、应用夯实基础。

2 纺织结构复合材料实际应用领域

纺织结构复合材料的应用比较广泛，其应用涉及微观世界和宏观世界。

2.1 航空航天工业

如今，作为国家科技水平的象征，航空航天工业获得较快的发展，飞机中最大的负荷之一是其自身的飞行重量，怎样把其负荷重量减轻，需要纺织复合材料为支撑，这也是为什么航天工业如此重视纺织复合材料的原因。如今纺织复合材料的使用不仅仅局限机的内部装修，在其诸如舱门、雷达罩等比较重要的结构部件中都有使用。

2.2 汽车工业

汽车工业自纺织复合材料出现之日起就表现出浓厚的兴趣，重视程度不断提升，在汽车制造业中使用纺织复合材料不仅有效的降低了制造成本，也将其刚度、强度有效的提升。除此之外，在军事工业、体育等行业中也广泛的使用了纺织复合材料。

2.3 建筑行业

使用于建筑领域的纺织机构可以分为两类：刚性复合材料和柔性复合材料，不管怎样，如今的社会中广泛的使用纺织结构材料。

3 纺织复合材料的应用优势

其一，设计性强，可以按照实际的情况增加纤维束的数量，或者以实际需要为出发，构建零部件后完成组合件。这样的有点让其的应用范围大大的扩大，在高精密和机械加工等科学上扮演着重要的角色。

其二，较高的强度和模量，尤其是全方位的增强厚度方向、横向方向，保证材料的耐受性更高，具有较高的韧性；这种特性让纺织复合材料广泛的使用在高压设备等行业，在航空航天领域也有所使用。

其三，比较容易预成型以及整合前便于放置机敏类材料。

其四，能够自动化生产，具有较高的效率，大大减少加工量和连接量。长时间以来，科研院所、企业等致力于寻找一种材料，要求其具有较少的加工量和连接量，这会降低其成本，缩短制造周期，这也就意味着经济效益的提升，科研单位可以在能源节约的研究上获得更大的突破和发现。

4 纺织结构复合材料的组成与影响设计的因素

纺织结构复合材料的形态和自然界的组多生物非常的类似，其不同的为通过现代的纺织技术制造形成多种预定成形结构。纤维束网络骨架在成型后加入一些必要的基体材料，完成固化环节后制作纺织结构复合材料。基体材料是纺织结构复合材料的另一种组分，基体材料主要有四类，分别是：树脂基、金属基、陶瓷基和碳基。就复合材料而言，基体主要扮演着荷载传递、均衡以及固箝支持纤维的角色。唯有有机的协调纤维和基体，才能让各自的性能最大限度的发挥出来，为材料的整体性能贡献力量。

对工程力学进行估算的混合律仅仅是处理工程的一种模式，因此在判定各个组分发挥作用的时候不应该单纯的使用混合律。之所以不能对其单一的使用，是因为基体材料对纺织结构复合材料的力学性质、工艺性质以及环境的温度、介质、导电、导热等产生直接的影响。根据相关研究结构表明，分别固化两组之后，小组之间相互作用的力有四种，让其成为有机的整体：其一，小组自身具有的内聚力；其二，纤维表面的空隙因为基体分子的渗透作用产生的机械作用力；其三，吸附力，包括氢键以及分子间作用力；其四，纤维表面化学基团和基体的化学基团经过复杂的化学反应形成的化学键产生的作用力。这是在考虑工艺方法选择和组分选择中最应该考虑的因素。

5 结束语

不管怎样，纤维和基体材料是纺织结构符合材料设计中首选的。对材料进行选择要分析其温度、湿度、腐蚀性等其他化学性质和化学作用；在其产品特点以及功能特点的要求下，充分的使用固化技术以及预定成形技术；如果使用的环境等条件相同，我们应该考虑其经济性。社会经济的发展让纺织材料和纺织设计具有广阔的发展空间，我们要对其进行深入的研究和探索，发现更多的实用材料，更好的服务于人类。

参考文献：

[1]大势所趋 应运而生 写在中国纺织材料交易中心开业之时[J]. 纺织服装周刊，2012（09）.

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在茫茫的巴丹吉林沙漠腹地，酒泉卫星发射中心历来是一个神秘的地方。自从中国开展航天计划以来，这里的每一个举动都会引起全球的关注。2007年10月24日，这里再一次吸引了全球的目光。担负将嫦娥一号卫星送上太空的是被誉为“金牌火箭”的三号甲运载火箭。在人类探月史上，美国和前苏联在20世纪的探月活动，因运载火箭故障造成的探测失利占了很大比重。因此，运载火箭的高可靠性，是确保探月成功的必要前提。这次发射是三号甲运载火箭的第15次发射，迄今这一型号火箭的发射成功率为100％。

此前，三号甲运载火箭与应用广泛的东方红3号卫星平台曾多次连接试验，每次都取得圆满成功，用这样一个“大力士”来托举在东方红三号卫星平台上研制而成的嫦娥一号卫星，再合适不过了。由于有了之前多次卫星发射的成功经验，嫦娥一号和三号甲火箭的吊装、测试和对接工作进行得十分顺利。

2007年10月24日18时05分。中国第一颗探月卫星嫦娥一号在西昌酒泉卫星发射中心成功发射升空。有着月亮城之称的西昌海拔1500米，这里纬度低、海拔高、气候宜人、交通便利，是发射各类卫星的理想场所。

三号甲运载火箭搭载着嫦娥一号卫星，通过第一、二级和第三级的第一次点火，先将卫星送入近地轨道，并在近地轨道滑行一段时间。在火箭起飞的第1249秒，三级火箭第二次点火；第1373秒，三级火箭三次点火，发动机关机；第1473秒，星箭分离成功，嫦娥一号卫星进入近地点约200千米、远地点约51000千米、运行时间为16小时的大椭圆轨道，成为一颗绕地球飞行的卫星。很快，嫦娥一号开始了它150万公里的奔月之旅。

“嫦娥奔月”是发生在大约3000年前的一个传说，而在600年前，中国有个叫万户的人曾经尝试把奔月变成现寞。万户把自己捆绑在一把椅子上，同时绑上了几十个火箭，自己则手持风筝，希望能够一飞冲天。万户叫人点燃了火箭，随着火箭爆炸的一声巨响，万户消失了。为了纪念这位人类飞天的先驱，月球上的一座环形山就是以万户来命名的。

带着中国人几千年来的奔月梦想，嫦娥一号开始了它的探月之旅。嫦娥一号卫星在近地点200公里、远地点5万公里的椭圆形轨道上运行16小时，飞行了一圈后，2007年10月25日下午，地面注入指令，卫星上的推力为50牛顿的姿态调整发动机开始点火，约4分钟后，推力为490牛顿的主发动机点火实施变轨，将卫星轨道近地点抬高到离地球约600千米的地方。

2007年10月26日下午，当卫星再次到达近地点时，卫星主发动机再次打开，巨大的推力使卫星的远地点由51000千米上升到71000千米，进入24小时轨道。此时，嫦娥一号已经成为了一颗地球同步卫星。

在24小时轨道上运行3圈后，卫星上的主发动机第三次点火，实施第二次近地点变轨，嫦娥一号卫星的远地点由71000千米提高到了120000千米，进入48小时轨道。这一时刻大约发生在2007年10月29日。

在3条大椭圆轨道上经过7天热身后，嫦娥一号卫星正式奔月。2007年10月31日，当卫星再一次抵达近地点时，主发动机打开，卫星的速度在短短几分钟之内，提高到每秒10.9千米以上，嫦娥一号获得了奔向月球的动力。进入地月转移轨道，真正开始了从地球向月球的飞越，这是整个探月工程中最关键的一步，也是最难以把握的一步。

在地月转移轨道，也就是从地球轨道到月球轨道的这段距离，嫦娥一号卫星需要飞行约114个小时。

人类探月活动的历史上，曾多次发生探测器未能实现月球的捕获而丢失在星际间的事故，这大多是由行过程中卫星姿态和速度控制不精确造成的。如果卫星在地月转移轨道近地点有每秒1米的速度误差或1千米的高度误差，飞到月球附近时都将产生几千千米的位置误差。

在高速飞行的过程中，卫星必须在地面的指令下进行中途轨道修正。一般需要进行多次修正，而嫦娥一号只修正了一次，时间是2007年11月2日。

嫦娥一号能如此准确地进入地月轨道，离不开精准的测控技术的支持。在陆地上，我国分别在青岛、北京、昆明、喀什设立了测控站。由于嫦娥一号飞行的距离是过去卫星的十倍以上，卫星发出的信号会有所衰减，使得地面接收月球探测数据的技术难度大大增加。

为此，地面应用系统专门建造了两座被称为射电望远镜的大口径天线：一座在北京密云，天线口径达50米；一座在云南昆明，口径达加米。两座大口径天线像一双巨大的眼睛，时刻注视着嫦娥一号卫星的一举一动，把卫星传输来的信息全部收集起来。同时，在太平洋上还有三艘测量船。这些测控站组成了一个庞大的测控网。

2007年11月5日，当嫦娥一号卫星飞行了30万千米后，嫦娥一号发现了月球。卫星需要进行减速制动，也就是“刹车”。只有这样，嫦娥一号才能被月球引力捕获，成为绕月飞行的卫星。这是实现绕月飞行的一个重要步骤，如果“刹车”晚了，卫星就要撞到月球上去；而“刹车”早了，则会飘向太空。

嫦娥一号卫星成功地进行了第一次近月制动，从地月转移轨道进入12小时月球轨道。从这一刻起，嫦娥一号卫星成为了真正的绕月卫星。

2007年11月6日，嫦娥一号卫星进行第二次近月制动，速度进一步降低，卫星进入3.5小时轨道，并在这个轨道上运行7圈。2007年11月7日，嫦娥一号卫星进行第三次近月制动，进入2小时的月球极月轨道。这个轨道为圆形，离月球表面200千米。这是卫星绕月飞行的工作轨道。至此，嫦娥一号的工程目标已

接下来，嫦娥一号开始准备工作了。首先，它要调整好姿态，它的探测器探头在环绕月球过程中，要始终对准月球。为了把探测结果发回到地球，卫星的通讯天线始终要保持对地球定向。而卫星上的太阳能电池要始终对着太阳。

嫦娥一号在围绕月球转动的过程中，要一直保持这三个定向，被称为三体定向。嫦娥一号有四大科学目标，第一个就是对月球表面进行三维的地图测量。从已经的图片来看，这是人类第一次对月球进行三维测量。之后，嫦娥一号还要对月球上14种有用元素进行探测。探测月壤特性，利用微波辐射计探测月壤厚度及其分布，分析月壤成熟度与表面年龄的关系。最后一项是探测地月空间环境。研究太阳风和月球的相互作用，深入认识空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响。

实现中华民族奔月的梦想，这是千百年来多少代华夏儿女一直期待的。而今，当历史的瞬间真正定格在这一刻，作为中国伟大探月工程的成功实践，不管是在国内还是在国外，这一国际领先技术都是具有里程碑和划时代意义的!正如国家航天局负责人说的那样，中国的探月工程及成果，对中国而言是开创性的，对世界而言，也将为国际空间研究提供宝贵的探索经验。

我们知道航天技术有三个大领域――第一个领域是人造卫星；第二个领域。载人航天；第三个领域就是深空探测。

我们国家在1970年4月24号，成功发射第一颗人造卫星东方红1号，已经实现了第一个里程碑。第二个里程碑，就是2003年，中国用自己研制的火箭和飞船，把我国第一个航天员杨利伟送上天，并且安全返回，也就实现了在航天事业上的第二个里程碑。而这次嫦娥一号绕月的完全成功，就说明我们国家在升空探测方面，实现了第三个里程碑，昭示了中国强大的综合国力。

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关键词：民警素质；理性平和；文明规范；科技支撑；中原经济区建设

中图分类号：D693.65 文献标志码：A 文章编号：1002—2589（2012）27—0069—04

科技是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。科学技术是第一生产力。一个没有科技创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。高科技是当今世界范围内经济竞争的重要因素。因此，历来十分重视科技的作用，在肯定生产力对于社会发展的最终决定作用时，当然也就包含了对科技决定作用的肯定。首先，马克思在强调科技作为一种直接现实的生产力对社会的决定作用时，同时还强调其他要素对社会发展的作用，认为决定社会发展有诸多因素，不能只限于单一因素决定论的模式。其次，马克思不仅强调科技对社会的重要作用，同时还强调决定科技形成和发展的社会基础。科技是决定从一个经济时代过渡到另一个经济时代的生产力中最为积极和活跃的因素。同时也揭示了科技发展，最终是由社会生产所决定的这个历史规律。为此，中原经济区建设亟待人民警察提高素质，营造良好软环境，发展科技硬实力。

一、提升民警素质以适应科技支撑中原经济区建设的启示

为什么要撰写这篇文章？主要出于三点考虑。第一，中原经济区建设需要人民警察的大力支持和密切配合，这是人民警察光荣而艰巨的任务。《大河报》在2011年12月21日（04A版）曾刊登了这样一条消息，标题是“为科技支撑中原经济区建设营造良好的软环境、发展硬实力”。大意是，河南省平舆县公安局的一名交通警察，因为理性平和、文明规范的职业素质，感动了一位台商大老板，他当即决定在平舆县投资人民币100多亿元。这就给人们以启示：河南民警表现好，就能为中原经济区尽一份力量；反之，如果民警表现不好，就会影响中原经济区建设。

第二，就是当前人民警察队伍素质有待提升，个别民警素质比较低，不能满足新形势的需要。譬如腐败、受贿、执法犯法、不能秉公办案等问题比较严重。2012年4月，《大河报》刊登了“河南热点”，标题是“春季严打51名嫌犯被捆绑示众”。这件事对我触动很大。此事有网友在网上披露并曝光了51名嫌犯被五花大绑的视频，立即引发网络“论战”。大意是，在2012年3月31日，河南省项城市召开“春季严打整治推进会”，依法对41名严重扰乱社会秩序的犯罪嫌疑人予以刑事拘留、逮捕。同时，在此次大会上，经法院审理案件判决，并对十名被告人进行了公开宣判。嫌犯大多被反手铐住，五花大绑，胸前挂着白底黑字的牌子，上写着：犯罪嫌疑人某某。此外，八九个嫌犯一组，蹲在地上，用一条绳子串联起来，像穿蚂蚱似的拉到广场游街示众。这是明显违法的行为，它不是这个或那个警察违法，而是项城市政法委综治办的整体违法。我国法律规定，游街示众就是侵犯了嫌犯的人格权，不尊重人权，也是早已禁止的执法方式，不仅不利于罪犯改造，与现代文明也格格不入。何况这些人仅仅是犯罪嫌疑人，未经人民法院审判定罪，还不能算是犯法、也不是罪犯。公安局凭什么把人家捆绑示众，这一做法于法无据，且涉嫌侵犯嫌犯的人身权利。可见，这些政法干警执法方式不妥，还有待提高其职业素质。

第三，在人民警察职业活动中，当然需要科学技术，而且对刑事技术、交通管理和信息网络科技的要求越来越高。人民警察职业的特殊性，使思想道德素质与科技素质的结合非常紧密。光有科学技术还不行，必须要有高素质的思想道德品质。所以说，胆大人艺高，民警就是这样。而且，民警思想道德水平提高了，才能更加积极主动地运用科学技术提高侦破案件的积极性，充分发挥科学技术是第一生产力的作用。对于提高民警素质，促进科学技术的掌握和发挥，进一步加强现代科技，亟待加大这方面的分量，永远以乐观的态度对待科学并重视科技的现实运作。

二、现代科学技术支撑中原经济区建设的理论背景

早在20世纪中期，一场新的科技革命席卷整个世界，迅速改变着社会的经济、政治、文化和社会生产、社会生活的各个方面，引起了社会结构的巨大变化。在21世纪初期，如何正确把握现代科技的性质和特征？如何深入理解科学技术是第一生产力？如何运用科技支撑经济区建设？已经成为事关中原经济区建设发展前景的重大问题。

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[关键词] 遥感；城市规划；应用

Abstract: Urban Remote Sensing Information is one of the urban resources. This paper describes the methods and situation of application of the Remote Sensing Information in urban planning and management， analyses some practical questions， and previews its prospects.

Key words: Remote Sensing; urban planning; application

一、引言

遥感技术（Remote Sensing）是一门建立在空间科学、电子技术、光学、计算机技术、信息论等新的技术科学以及地球科学理论基础上的综合性技术，为现代前沿科学技术之一，具有宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的优势。在新技术迅猛发展的今天，遥感技术伴随着航空、航天技术的发展而不断提高与完善，服务领域因之而不断扩展，受到普遍重视，显示出极其广泛的应用价值、良好的经济效益和巨大的生命力。

城市遥感信息是城市重要的信息资源之一，遥感技术在城市规划与管理方面的应用目标可以归纳为：快速实现城市范围国土资源与生态环境的多层次、全方位综合调查，系统地研究城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，按不同层次、不同内容编制系列基础图件，客观、真实、系统地反映城市的建设成就和存在问题，为制定城市国民经济和社会发展的中长期规划、国土资源和生态环境的综合整治规划以及城市经济可持续发展规划提供科学依据。

二、遥感资料的制图应用

1） 航天遥感制图

所谓航天遥感是指以航天器为传感器承载平台的遥感技术。航天遥感实践中，针对具体应用需求，选择不同的传感器如：成像雷达、多光谱扫描仪等，通过卫星地面站获取合适的覆盖范围的最新的图像数据，利用遥感图像专业处理软件对数据进行辐射校正、增强、融合、镶嵌等处理，同时，借助应用区域现有较大比例尺的地形数据，对影像数据进行投影变换和几何精纠正，并从地形图上获得境界、城市、居民点、山脉、河流、湖泊以及铁路、公路等典型地貌地物信息和相应地名信息，进行相应的标注和整饰，制作数字正射影像图。

当前，高分辨率卫星遥感技术的发展已经到了一个前所未有的高度，法国SPOT 5和美国IKNOS、QUICKBIRD卫星影像的地面分辨率分别达到2.5m、1m、0.61m，据估计，在未来两年内，更高分辨率的卫星遥感影像将进入商业运行。这就使得卫星遥感技术突破了仅能进行定性分析的局限，而跨入定性和定量分析的新境界。因此，航天遥感制图应用也更为活跃，展示出非常好的前景，不仅在国土资源调查、土地利用监测、城市规划监测、重点风景名胜区监测中有了典型应用，而且，国家863计划信息获取与处理技术主题重大课题还开展了利用分辨率为0.61m的QUICKBIRD卫星影像进行城市大比例尺地形图的更新研究。此外，高分辨率卫星遥感影像还可提供立体像对，可用于直接生成DEM数据，甚至可以进行大比例尺地形图的获取与更新测绘。

用于遥感影像处理的专业软件如Erdas、PCI、ENVI、Er Mapper等都来自国外，软件比较成熟，功能较多，并且有些软件还将卫星传感器的参数引入影像处理中，以提高精度。近几年国产化遥感影像处理专业软件相继涌现，如ImageInfo、IRSA等，为遥感影像的广泛应用提供了具有自主知识产权的、高性价比的实用工具。 2） 航空遥感制图

所谓航空遥感是指以航空器如飞机、飞艇、热气球等为传感器承载平台的遥感技术。根据不同的应用目的，选用不同的传感器：如：航空摄影机、多光谱扫描仪、热红外扫描仪、CCD像机等，获取所需资料包括：航摄像片和扫描数据。其制图应用一般包括两大方面：

（1）摄影测量制图

在测绘领域中，摄影测量学已经是一门从理论到实践都非常成熟的学科。按照陈述彭院士主编的《遥感大辞典》给出的定义，摄影测量完全符合遥感的广义定义，与狭义定义虽不够贴切，但从总体上讲，它具有遥感的诸多特征。在我国应用摄影测量的原理和方法测绘地形图有相当长的历史。目前，1:5000及其以下小比例尺地形图的测绘，基本上都采用摄影测量方法施测。在城市测量方面，由于要求成图比例尺较大，过去由于航测仪器及作业水平的局限一直徘徊于有关实验，主要原因是，对于平面精度，只要工序控制完善尚能满足要求，但高程精度难以满足《城市测量规范》的要求。而近年来，计算机技术的发展给摄影测量制图带来了新的发展和变化，不仅在内业测图仪器上实现由测绘线划图到直接测绘数字地形图的转化，而且诞生了抛开了传统的摄影测量仪器设备，以软件实现地形数据采集与处理的数字摄影测量技术，这无疑是摄影测量技术发展史上的一次革命。数字测绘成果既可以通过硬拷贝输出获得线划图件，又可以借助相关的编码技术及格式转换接口，直接为GIS提供基础数据。

在我国测绘工作者的努力下，我国的数字摄影测量技术水平站在了世界先进的行列，这是中国测绘人可以引以为自豪的。与国外相关产品相比，具有我国自主知识产权的VirtuoZo NT和JX－4两大数字摄影测量系统，性价比更为出色，近几年迅速占领国内城市测绘的制高点，展示了极为广阔的发展前景。目前，应用数字摄影测量技术进行城市大比例尺地形图的测绘与更新，已经非常普遍，很多城市测绘部门已经形成了一定规模的生产能力。

实践表明，应用摄影测量技术进行城市大范围大比例尺空间基础信息的获取与更新，平面精度完全可以满足规范要求，在高程精度方面需要进行特殊的处理（如铺面水准实测）。与常规地面测量相比，其主要的优势在于周期短、成本低。

（2）正射影像图制作

正射影像图是一种既具有地物注记、图面可量测性等常规地形图的特性又具有丰富直观的影像信息的一种图件，是将航摄像片的中心投影经过机械式的或数字式的纠正转变为正射投影形式而生成的影像图件。正射影像图制作的优势在于，生产周期短、成本低。

正射影像图分为“常规正射影像图”和“数字正射影像图”两大类，前者是通过影像拷贝和正射投影仪纠正工艺，以纸基或胶片基承载的平面型影像图件。后者则是应用数字摄影测量技术和工艺制作的以数字形式存在的影像图件，可以方便地输出成纸基或胶片基图件。目前，由于计算机技术和影像处理技术的发展，以数字形式存在的影像图件在生产技术上日趋成熟并不断完善，已经占据主导地位，并与方兴未艾的城市 GIS 技术相得益彰，应用广泛。特别是数字影像图在色彩处理方面的优越性，使其更具应用价值。

利用正射影像图勾绘地物图形进行地形图生产，就是曾经广为应用的像片图测图，这种技术现在仍然有其生命力，2000年实施的“数字海淀城市智能管理信息系统”就是利用城市航空遥感制作的1:2000正射影像图实现地物信息的勾绘并建立系统数据库的。从2002年开始，北京市每年都进行航空摄影，并利用航摄资料制作大比例尺数字正射影像图，逐渐积累将会形成一个记录北京市城市年度变化的信息丰富影像图库。同时，由于城市基本地形和像控点数据变化较小，形成了有效的可持续利用的DEM和像控点库，使正射影像图生产更为经济和快速。

在正射影像图上叠加某些地形信息，如道路信息、房屋信息等，制作复合式正射影像地形图，信息更为丰富，表现力更强，其在城市规划与管理方面的应用更具直观性。

三、遥感影像资料的规划设计应用

城市大比例尺地形图是城市规划设计、管理中应用最为广泛的一个图种，而遥感影像图在规划设计中的应用仍然举步维艰。1992年开展中德技术合作时，国内第一条完整的正射影像图生产线在建设部建成，建设部曾发文推广正射影像图在城市规划设计中的应用，但收效甚微。究其原因主要是，尽管城市大比例尺正射影像图或影像地形图对于城市规划设计的辅助作用要优于线划地形图，但其在城市规划设计及管理方面的应用没有形成易操作的技术思路和方法，没有充分地展示其功能特点和未来发展趋势。1996年完成的建设部科研课题《广州市大比例尺数字正射影像图制作及在城市规划中的应用》研究，应用航空摄影资料制作2054幅1：2000数字影像图和504幅1：5000伪彩色数字影像图，并建成区范围调查、绿化覆盖率调查、水系调查、重大违章建筑的监测等方面开展应用研究，取得了较好的效果，这是国内第一个大范围大比例尺正射影像图生产和应用的实例，是一次有益的、意义深远的成功尝试。

最近几年，由于计算机技术以及数字正射影像图生产技术的发展，数字正射影像图在城市规划设计、建设和管理中的应用日趋活跃，其特点正在被城市规划行业认同并在应用实践中得到进一步发掘，生产市场也日益扩大，城市在进行以基础信息获取与更新为目的的航摄时，一般都要求开展数字正射影像图的制作。

在城市规划设计、建设和管理中，为了更真实、直观地了解城市的地形地貌及环境状况，对数字高程模型和数字景观模型等数据的需求也日益增多，利用遥感信息进行数字高程模型和数字景观模型的生产，在技术上已经日臻完善。实践中人们认识到，应用航空遥感信息进行生成数字高程模型（DEM）所需要平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集的采集，比地面测绘或其它方式更为经济和快速。作为模型化的城市现状的表现形式，城市景观模型对于总体规划设计思想的形成以及把握城市建设和发展的方向，具有重要的作用。传统的城市景观模型是以纸板或其它材料制作的非数字式模型，要想做得逼真，费时费钱。应用数字摄影测量技术所具有的制作城市景观数字模型的功能，在计算机上非常逼真地再现城市现状，并可以多视角浏览，以辅助规划设计与建设的参与者及决策者开展相关工作，毫无疑问，其基础资料来源于各类遥感信息。

除此之外，近景摄影测量和三维激光扫描技术的遥感特征也应被正视，它们面向城市的现实目标体进行信息的获取，对城市规划、建设和管理的信息支持作用也是不可低估的，如文物保护测绘、城市标志性建筑和街区的三维建模等。

转贴于 四、专题遥感调查与研究

城市规划、建设和管理是一个长期的过程，是一个包括城市方方面面的系统工程，与城市的历史、人文、地理环境以及经济建设紧密相关，因此，通过对一些可能影响城市建设和发展的专门课题的调查与研究，获得指导城市规划与建设的决策的信息，有着巨大的社会效益和经济效益，对于城市社会、经济、环境等协调发展具有重要意义。

遥感图像资料是地表光谱特征通过大气层的传播，被航空或航天传感器接收记录为光谱数据，或直接反映在感光介质上成为像片资料。不同的地表覆盖，不同的地物特征，反映为遥感资料的不同色度值、亮度值，它们是地表反照率的函数，为计算机自动分类和准确的目视判读提供了可能，从而提高调查工作的效率和效益。

卫星遥感信息覆盖的范围大，虽然其分辨率有限，但对于宏观定性分析，有着重要的作用与价值。从七十年代中期开始，我国就利用陆地卫星像片开展区域地质调查以及土地资源调查。现在卫星传感器的种类很多，分辨率大大提高，其信息可应用于大范围的区域规划，尤其城市群的规划建设，有巨大效益，应用遥感技术可以开展很多专题的调查研究，如：1）城市土地利用现状调查；2）城市历史变迁动态研究；3）城市水系调查；4）城市道路网络调查；5）城市污染源分布调查；6）城市垃圾调查；7）城市热岛效应调查；8）城市绿化现状调查；9）城市在建工地调查；10）城市旧城改造调查；11）城市防汛设施分布调查；12）城市违章建筑现状调查等等。由具有遥感信息判读经验的技术人员，对包括卫星遥感影像、彩红外影像、多光谱扫描影像以及历史遥感影像等资料进行人工判读识别，结合计算机模式识别与分类等专门技术提取相应的专题信息，然后进行实地调查核实，确定研究对象的性质、特征以及规模等。综合各专题的调查研究，制作专题图件，总结和分析城市建设的成就以及存在的问题，揭示城市资源与环境的空间分布规律及其相互联系、相互制约的关系，提出对于城市可持续发展规划与管理决策等有现实借鉴价值的建议。

国土资源部将土地利用动态遥感监测列入新一轮国土资源大调查“一项计划、五项工程”中，对全国66个人口50万以上的城市进行土地利用变化监测，其成果直接应用于国土资源调查、耕地保护、规划和土地执法检查、土地利用管理及检查各地统计数据的可靠性，为土地管理的依法行政提供了真实可靠的信息支持。该项目最初是利用TM遥感数据，现在已经发展到利用分辨率为2.5m的SPOT 5卫星遥感数据，使监测信息更为准确，定量分析的置信水平更高。项目从1999年开始，目前仍在进行中。北京市于2001年开展了基于卫星遥感影像的土地利用详细调查工作，摸清了城市土地利用现状，为规划和土地管理决策提供了可靠的依据。建设部于2002年底开展全国城市规划监管和国家重点风景名胜区监管项目，也是利用2.5m、1m、0.61m等分辨率的卫星遥感数据与地形、规划数据进行比对，发现和监管违法违规的建设活动，应用效果非常显著。

五、遥感信息的GIS应用

GIS（地理信息系统，Geographic Information System）是一门新兴的边缘学科，是一个在计算机硬件、软件和网络支持下对空间信息进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示和应用的技术体系，是一个在各个领域得到广泛应用的智能化系统。从80年代初开始的二十年间，GIS在我国由探索到实际应用，经历了一个成绩辉煌的发展时期，在许多方面发挥了重要的作用。

我国的GIS研究和应用是以遥感为先导的，而且遥感技术和GIS技术同被列为数字时代的高新技术和核心技术。城市遥感信息是城市空间信息的一部分，也是城市GIS的研究对象。与矢量信息相比较，遥感信息的综合、多层次、多时相、形象直观的优点，可使GIS的分析、显示和决策应用功能能够得到更为生动的表达，其成果使多种层次的使用者如身临其境。有学者预测，随着城市信息化的推进，大量的城市GIS的建设与应用，对城市空间信息的需求将越来越多，人们将面临巨大的信息获取与更新的压力。从技术、经济等角度考虑，遥感技术将成为解决这一问题的最优的和最有发展前景的技术之一。

六、结语

目前，“数字地球”已经成为信息时代的战略制高点，世界各国政府和有识之士正在付出巨大的关注和行动。作为对应策略，我国的“数字中国”规划已经提上议事日程，而作为其重要的组成部分之一的“数字城市”的建设必将扮演举足轻重的角色。城市遥感信息是“数字城市”的多源信息的一个重要的分支，与城市的其它信息相比，有其特点和应用优势。遥感技术也是“数字城市”建设中的关键技术之一。遥感信息的获取与处理技术随着信息时代的到来正在高速发展，人们对遥感信息内在规律的了解也愈加深入，因此，遥感信息在城市领域的应用将越来越广泛，必将推动“数字城市”乃至“数字中国”和“数字地球”的建设，对于提高城市建设的决策、规划和管理水平，提高城市建设的环境、经济、社会等的综合效益，以及城市的可持续发展规划将起到十分重要的作用。

转贴于 [参考文献]

[1] 华瑞林. 遥感制图. 南京：南京大学出版社，1990

[2] 庄逢甘，陈述彭. 卫星遥感与政府决策. 北京：宇航出版社，1997

[3] 杜道生，陈军，李征航. RS、GIS、GPS的集成与应用. 北京：测绘出版社，1995

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[关键词]抽象 太空美术 肌理 表现

一、太空美术的起源及发展

太空美术又称天体美术，是建立在现代天文科学和宇航科学的空间探测及理论研究成果的基础之上、以绘画的形式来展示宇宙天体的真实景色以及未来人类更深入认识太空的构想。（《科学在传播中与艺术的互动——太空美术的形成》作者：张品 中国学术信息网1994-2010。）

太空美术是在天文学研究的基础之上发展起来的，虽然形成时间不长，发展历程却很久远。早在1609年，伽利略就试图通过改造的望远镜来观察天体，并描绘出人类历史上第一幅关于天体的素描写生《月面图》。在这之后的二百多年里，由于摄影技术尚未出现，天体素描画就成为这一时期天文学家研究的记录手段。但是这一时期的绘画是以记录和研究为主的复制写实，和太空美术的概念相比，在审美情趣和表现意识上还略显晦涩。

1711年，意大利美术家克雷绘制了关于太阳、月亮、水星、金星、火星、木星以及彗星的8幅油画作品。当然，太空美术的形成，不仅是一种美术语言的表达就足够成形，美术家们对于太空美术的创作还探寻了其他的创作形式，如1865年，凡尔纳创作出版了天体铜版画《从地球到月球》。

至1893年，摄影术诞生后，作为记录天文学研究的天体画逐渐被摄影术所取代。然而摄影术却成就了天文美术家们，他们开始寻求在科学与艺术审美共生的立足点。以美术的形式诠释科学知识，也以科学的完善来充实艺术内涵的扩展。如阿恩海姆在《艺术与视觉》中所说：“在艺术中，人的心灵运用一切有意识和无意识的能力去接收外部世界的信息，并给这些信息赋以形状和加以解释”（鲁道夫·阿恩海姆，《艺术与视觉》，滕守尧、朱疆源译，北京：中国社会科学出版社。1984。638页。）。

天体画的逐渐退役，反而促使了太空美术向艺术性的方向发展起来。太空美术家开始寻求科学与艺术的契合点，在尊重事实的基础上，融入自我对客观的理解，以及选择不能的创作手法来表达他们的作品而非记录。比如，法国画家特鲁夫洛的15幅天文作品首次成为科学美术作品和教材，并且在1895年发表的《大众天文学》中刊登广告来宣传这部画集。德国画家克兰兹也创作了一些天文美术作品，发表于《宇宙和人类》。天文美术家和天文科学普及工作者吕都，在二十世纪初期拍摄和绘制了多幅作品分别发表于英国和法国的书刊上，用来普及天文知识。这些著作由法国著名的拉鲁斯出版社以巨开本的形式出版。其中包括《天》、《在别的世界》、《天文学——天体和宇宙》（《太空美术与科学普及》，作者：李元《科普研究》第2期2006年6月，44页。）。

美国著名太空美术大师邦艾斯泰也深受吕都影响，创作了大量的太空美术作品。他于1944年《生活》画报上发表的名为“土星世界”的组画，排除了图解说明的性质，而转换成为真正艺术的形式，也成为太空美术成为专门的绘画领域奠定了基础。1946年，他又创作了《月球旅行》组画，以及与火箭专家冯·布劳恩等合作的《征服太空》、《征服月球》、《火星探测》等系列图书画册。

进入二十世纪五十年代之后，随着航天技术的提高，人们对宇宙的认识加深，太空美术进入了大发展时期。1957年10月第一颗人造卫星由前苏联发射成功。1964年，前苏联宇航员列昂诺夫第一个离开飞船走进太空，特别的经历，使他成为了一名出色的太空美术家。他与另一位太空画家科洛夫于1984年，合作出版了著名的《人和宇宙》大型画集，收录了近百幅太空画作。

同时期在太空美术中做出卓越贡献的还有很多。如英国的哈代出版的太空画集《星球世界的挑战》。日本被誉为“东方之星”、“日本的邦艾斯泰”的岩崎一彰，与美国科普作家阿西摩夫合著了《宇宙美景》画集。此外，还有美国的米勒、麦考尔等天文美术家，分别在结合科研的画册出版、油画、壁画等多种绘画形式找到了太空美术的语言和表达，也为太空美术的发展再增成果。

二、中国太空美术创作发展

建国以来，我国的航天事业发展迅速。太空美术也逐渐被重视起来。李元作为天文学家、天文科普专家和北京天文馆的创始人，将大量的国外太空美术作品收集研究，展示给国人。也培养了中国第一批太空美术家，其中就有我国本土著名的太空美术画家喻京川。1954年，李元与卞德培合编了一套大型科普活页图册《天文学图集》，图集中收集了大量的天文图片资料，成为迄今为止收录最全面的天文科普图册。李元又于1984年，在世界著名太空美术评论家、美国宇航博物馆前馆长杜兰特等人的协助下，组织了颇受关注的“宇宙画展”和“宇宙在召唤”太空美术展览。这次展出奠定了太空美术在中国发展的基础。

被称为天文奇才的闵乃世，将天文教育形象化，较早的编撰绘画了大量的天文科普读物，并将天体绘画融入了设计装置艺术的元素——擅长以独特的设计手工和绘画直观的展示天文知识。

深受李元对太空美术的的热情影响，喻京川较早的成为太空美术的探索者。1997年，在北京举行的“97’北京国际科幻大会”中的“科幻美术作品展”中，喻京川以他的《鹰巢探幽》等30幅作品与世界太空美术家列昂诺夫等人同时展出。

此外，天文摄影家周熠君将天文观测与摄影技术相结合，创作了大量充满梦幻色彩的天文摄影作品。他也以不同形式绘制了大量的数码和素描太空美术作品。美术家吴同椿为中国画创作与太空美术构建了一座桥梁。他的作品立意于太空，深受艺术界与天文界的认可，先后被各地天文馆邀请出展。

2008年，美术教育家张鹏教授将科学与艺术的思想联系起来，提出了《油彩艺术的观宇架构》的科研课题，并创作百余幅油画创作，先后举办了三次课题阶段性成果展，其中包括广廷渤的油画《天眼》、张鹏的油画《冰河世纪》、巫晓疆的油画《绚丽的中子星》等作品，从不同视角，不同油画技法和手段表现了画家个人对天文天象的理解和诠释。同时，创作团队发表了多篇的学术论文，包括刘晓红的《新的冲击》、张君的《乾坤万里眼，时序百年心》等。（《仰望星空》主编：张鹏，赵慧平，刘凤山，沈阳出版社 2009，12）此次课题的展开，也揭开了中国太空美术的新方向，一方面，它以课题的形式，集中了一批画家和美术爱好者参与到自然天文与艺术的结合的研究探索中；另一方面，它也发展了中国太空美术的艺术形式，由之前较为单一具象的表现形式发展到以油彩为基础，画家主观想象和主观表达深入其中的多角度、多风格的表现。至此，太空美术创作在我国，出现了抽象的油画表现形式。

三、国内抽象天体油画的创作特点

太空美术，是以科学的形式升华到艺术的层面的一种创作，它既需要创作者尊重科学事实，了解掌握已有的科学知识现状，又需要创作者发挥自主的想象力和分辨力，去完善科学成果和探索路程并发现未来的发展方向。它既要与科学同行，又要走在科学以先，又可以是一种时空倒置错位。

所谓抽象， 朱光潜《形象思维在文艺中的作用和思想性》：“抽象就是‘提炼’，也就是同志在《实践论》里所说的‘将丰富的感觉材料加以去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造制作工夫。’”（《形象思维在文艺中的作用和思想性》，朱光潜，《中国社会科学》1980，第二期）可见，抽象就是指从许多的事物当中，舍弃他们非本质的个别属性，抽取出其本质共性的东西，从而形成一个概念或者一个象征性的符号。是一个由从共同本质出发来加工提炼的结果。进而，我们说抽象绘画，也就是在与具象画相比之下，更为简明的对与事物的加工提炼与概括的绘画。太空美术家喻京川把太空美术分为三类：一是建立在科学研究，且完全遵守科学事实基础之上的太空科学美术；二是以科学幻想为主，具有预测和前瞻性的太空科幻美术；三是以纯幻想为主，表现抽象的太空世界以及人的内心世界、潜意识的太空意向美术。

国内太空美术中的油画创作有相当一部分抽象形式的作品。与国外不同，国内的创作，常以现代天文成果为基础，结合画家对于成果之外的设想，创作结合画家的内心情感。与国外相比，以英国的著名太空美术家哈代的作品来说，他喜欢把历史故事或者是太空幻想加入创作中，注重结合上的分布与形式感，作品的叙事性和故事性较强。东方人保守传统更注重传统的传承，喜欢遵循事物的本质，使事物看起来合情合理，画面也总体现着儒家思想的中庸之道的基调，较比西方人选材的大胆直接、切入主题的特点，显得婉转而隐晦。正因为如此，早期的中国的太空美术家选择了中国传统的中国画表现形式。国画独有的渲染特点在表现宇宙的空寂非常适合，也表现出了中国绘画质朴纯真的一面。但是绘画材料的选择上，水墨轻薄的特质也有其在厚重质感上表现的局限性。这也促使中国太空美术向更多表现手法的探索中前进。

油彩的表现形式，一方面因其自身色彩的饱和度高，提高了画面的光鲜度；另一方面也更容易于厚度和空间表达。国内太空美术的抽象油画创作大多寻求一种肌理厚度来表达人们对未知事物的猜测，更寻求在光源色彩之上有一种厚重感来表达对宇宙奥秘的理解。如《冰河世纪》，画家在创作中较多的选择了肌理质感来处理他的画作品，使画面显得厚重并且视觉冲击力更强。肌理油画的技法并不是简单的油彩颜料堆积，它需要在色彩创作以前有明确的构思和起草，强调以扎实的基本功作为基础，注重写生素材和思想的积累。这种技法注重于底子的制作，与使人想起美国画家费欣的油画创作。但费欣的油画受到俄罗斯传统油画影响，选用厚实快干的底料做底子，适合于快速层层堆厚的表现。《冰河世纪》的肌理干湿结合，稀释的部分却任由颜料流淌在画面上，一部分自然，一部分人为，将二者充分结合自然的表达出效果。同时运用色彩对比和明暗对比，诠释出宇宙间物质色彩及明暗较大的差异和纯粹的真实。

国内太空美术的抽象油画创作，在色彩和塑造上也加强了主观色彩，意在带人们回归到原始朴素的浪漫情节中。追溯其思潮，使人不难联想到德国当代画家安塞尔姆·基弗的创作。作为德国表现主义的先驱，基弗的创作中渗透着对历史及文化的反省和思考，深受二战影响，他努力正视纳粹时期的恐怖及德国的历史、文化与神话，希望为德国理想主义疗伤，助其复兴。安塞尔姆·基弗在绘画上有很大的抱负，他渴望用绘画来重新界定整个德国历史与文化的发展，以这一点与人类其他某种更高尚的才能和天性相结合，引发人们思考。与画面看似相似的国内太空美术作品《宇宙幻想》相比，画面除了巨大和复杂的肌理使作品充满了力量、给人以震撼的视觉冲击力外，基弗的画面渗透出晦暗的色彩，迸发出一股强烈的历史重量感，给人以威胁和压迫之感，它让我们似乎看到了许多存在于人类灵魂深处的邪恶。虽然两幅作品同样引人思考，基弗而在创作的时候感受到了生命的流逝，而《宇宙幻想》引领我们回归原始的思考，与追寻最质朴特质的人生价值的反思，带我们回到了生命之初，在创作思想和立足点上不同于前者。

我国的油画创作在改革开放的三十年中如雨后春笋，百花齐放，从不同角度去探索中国油画的成长方向。比如中国美术学院的许江教授致力于当代油画创作，依托中国社会发展的契机，融汇了东西方文化思想。他不但吸收西方的经验，而且对来自西方的影响作清醒的文化审视并采取策略性的响应。所以他的作品既不同于马远、夏圭的寄情于物，也不同于莫奈、塞尚的视觉印象。但是许江的作品依然追求一种历史文化上的传承。与许江不同，国内太空美术的抽象油画创作大多落实在了科学知识上，以科学的眼光寻求它们的审美趣味。作品融入丰富的天文科学知识，有着丰富的天文材料和理论为依据，在创作手法上结合中国老子的《道德经》提到的“大象无形”的理论，与荷兰画家蒙德里安所强调的“减去次要、偶发因素，追求一种图像的本质”，并融入了瓦西里·康定斯基在1912年的作品《带黑色的弓形， 154号》中所带有的猛烈冲突的动势和紧张的气愤，给人以生动鲜活的想象，甚至能感受到空间的运动。在中国当代油画创作的大背景下，这无疑推动了新一代在知识信息全球化和文化传播等方面的发展。

四、国内抽象太空美术创作的贡献与展望

太空美术发展到今天，在大的自然界背景下，它是状物的一种；在绘画史的背景下，它与中世纪宗教画相比又是一个叫冷门却被随时关注的题材，同时人类从17世纪到如今对太空的不断认知，也催促着艺术家记录一份这样不断发展不断前进的太空科学发展史。

抽象太空美术创作以不同的角度，去观察并解读太空天体的美感，是在认知的基础上进行的艺术加工，并结合不同的创作技法在抽象天体的质感方面进行了描述。是一种思想认知与科学观念的综合之上，与油彩等综合材料表现手段的双重多层次的结合。它要求作者将物象融汇于心，选择最适合的手段方法来表现作者究其本质的理解；它又是客观宇宙的缩影，不会离开宇宙真理的本质，需要我们在探索科学的同时积极的去认识、去思考；它还代表了我国当代艺术的一部分发展，是一个新课题，一个新方向，更是一个新的审美立足点。

抽象油彩的加入，是我国太空美术首次的创作尝试，它将促进我国的太空美术家，描绘太空景致表现形式的发展和思路的扩展。同时，随着油彩艺术的发展，界定于综合材料与油画的边界也越来越模糊，抽象太空美术的表现手段也将在方向和技法等方面，进行更深层次的探索和发展。

参考文献

[1]《科学在传播中与艺术的互动——太空美术的形成》作者：张品 中国学术信息网1994-2010。

[2]鲁道夫·阿恩海姆，《艺术与视觉》，滕守尧、朱疆源译，北京：中国社会科学出版社。1984年。638页。

[3]《太空美术与科学普及》，作者：李元 《科普研究》第2期2006年6月，44页。

[4] 《仰望星空》主编：张鹏，赵慧平，刘凤山 沈阳出版社 2009，12

[5]《形象思维在文艺中的作用和思想性》，朱光潜，《中国社会科学》1980，第二期

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关键词先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展

1前言

20世纪60年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用[1～4]，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域[4，5]。

先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等[1]。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。

先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。

2先进结构陶瓷及其应用

先进结构陶瓷若按使用领域进行分类可分为：（1）机械陶瓷；（2）热机陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化学成分分类可分为：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、赛龙陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它结构陶瓷(莫来石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及复合陶瓷等)[1]。

由于先进结构陶瓷具有耐高温、高强度、高硬度、高耐磨、耐腐蚀和抗氧化等一系列优异性能[4]，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，已成为许多新兴科学技术得以实现的关键，在能源、航空航天、机械、交通、冶金、化工、电子和生物医学等方面有着广泛的应用前景。

2.1 耐高温、高强度、耐磨损陶瓷

2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]

氮化物陶瓷是近20多年来迅速发展起来的新型工程结构陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸盐陶瓷不同之处在于其中氮和硅的结合属于共价键性质的键合，因而有结合力强、绝缘性好的特点。

氮化硅的烧结与一般陶瓷的烧结工艺不同，采用的是反应烧结法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能达到很高的致密度，一般只能达到理论密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高温下进行加压烧结，由此可得到热压氮化硅陶瓷，其室温抗弯强度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化钇和氧化铝的热压氮化硅，室温抗弯强度可达到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最坚硬的物质之一；极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成融体，一直到1900℃才会分解；有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸(氢氟酸除外)和30％以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀，同时又是一种高性能电绝缘材料。由于其热膨胀系数小，抗温度急变能力很强，因此氮化硅陶瓷具有优良的力学性能，在工程技术的应用上已占有重要地位。

氮化硅陶瓷制品的种类很多，应用也日益广泛，例如可做燃气轮机的燃烧室、晶体管的模具、液体或气体输送泵中的机械密封环、输送铝液的电磁泵的管道和阀门、铸铝用永久性模具、钢水分离环等。利用氮化硅摩擦系数小的特点用作轴承材料，特别适合作为高温轴承使用，其工作温度可达1200℃，比普通合金轴承的工作温度提高2.5倍，而工作速度是普通轴承的10倍；使用陶瓷轴承还可以免除系统，大大减少对铬、镍、锰等原料的依赖。氮化硅作为高温结构陶瓷最引人注目的就是在发动机制造上获得了突破性进展。美国用热压氮化硅制成的发动机转子成功地在5000转／min的转速下运转很长时间。

2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]

工业化生产碳化硅的方法是将石英、碳素（煤焦）、木屑和食盐混合，在电炉中加热到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和许多陶瓷的不同之处，在于它在室温下既能导电，又耐高温，是一种很好的发热元件。用碳化硅制成的电热棒叫硅碳棒，在空气中能经受1450℃的高温；质量好的重结晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高温，远高于金属电热元件(除了铂、铑等贵金属外)，这是因为它在高温空气中会氧化生成一层致密的氧化硅薄膜，起到隔离空气的作用，大大减慢了内层碳化硅的进一步氧化，从而使它能在高温下工作。用热压工艺可以制得接近理论密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗弯强度即使在1400℃左右的高温下仍可达到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，强度都会急剧下降。因此，碳化硅是在高温空气中强度最高的材料。

高温燃气涡轮发动机要提高效率，就必须提高工作温度，而解决问题的关键是找到能承受高温的结构材料，特别是发动机内部的叶片材料。碳化硅陶瓷在高温下有足够的强度，且有良好的抗氧化能力和抗热震性，这些优良品质都使它极其适合作为高温结构材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高温燃气涡轮发动机叶片的材料，许多科学家认为它和氮化硅陶瓷是最有希望的候选材料。

碳化硅陶瓷的热传导能力仅次于氧化铍陶瓷。利用这一特性，可作为优良的热交换器材料。太阳能发电设备中被阳光聚焦加热的热交换器，其工作温度高达1000～1100℃，具有高热传导性的碳化硅陶瓷很适合做这种热交换器的材料，从试验情况来看，碳化硅陶瓷热交换器的工作状态良好。此外，在原子能反应堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，还可作为火箭尾喷管的喷嘴及飞机驾驶员的防弹用品。

此外，为了提高切削刀具的切削性能，20世纪以来，刀具材料经过了高速钢和硬质合金两次发展过程，目前正在进入陶瓷刀具大发展的阶段。新型陶瓷以其耐高温、耐磨削的特点，已在20世纪初引起了高速切削工具行业的注意。陶瓷刀具不仅红硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成为制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化铝、氧化铝-碳化钛、氧化铝-氮化钛-碳化钛-碳化钨、氧化铝-碳化钨-铬、氮化硼和氮化硅等[11]。以这类材料制作的刀具没有冷却液也可以工作，比起硬质合金来具有切削速度高、寿命长等优点。目前，欧美各国都已广泛使用陶瓷材料做钻头、丝锥和滚刀；原苏联确定了7000多个品种的合金刀具，用喷涂表面陶瓷涂层的办法来提高车刀的工作速度和使用寿命。

陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蚀的特性还可用作各种机械上的耐磨部件。如用特种陶瓷制作农用水泵、砂浆泵、带腐蚀性液体的化工泵及有粉尘的风机中的耐磨、耐腐蚀件或密封圈等都已取得良好的实用效果。此外，高纯氧化铝(刚玉)可制作金属拉丝模，尤其在高温下的热拉丝更显示出陶瓷的优越性；工业陶瓷中纳球磨筒和磨球，金属表面除锈用的喷砂嘴，喷洒农药用的喷头等。总之，凡是需要耐磨、耐腐蚀的场合，几乎都会看到特种陶瓷的存在。

2.2 耐高温、高强度、高韧性陶瓷

新型陶瓷具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损、抗腐蚀等性能，因此在冶金、宇航、能源、机械等领域有重要的应用。由于陶瓷的韧性差，因此也限制了它的使用范围。1975年澳大利亚的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化锆来大大提高陶瓷材料的强度和韧性，自那时起世界各国利用氧化锆增韧这一办法，开发出多种具有高强度和高韧性的陶瓷材料，掀起了寻求打不碎陶瓷的热潮。

氧化锆能够增加陶瓷材料韧性和提高强度的原因，至今虽没有完全搞清楚，但研究结果已经表明，它和均匀弥散在陶瓷基体中的氧化锆晶粒的相变有关。一种增韧理论认为相变膨胀导致的微裂纹可以阻止造成脆断的裂纹扩展；另一种理论认为应力诱导相变，而相变可吸收应力的能量，从而起到增韧的作用[12～14]。总之，在某些陶瓷材料中引入一定量亚稳氧化锆微粒，并使其均匀分布都可大大提高陶瓷材料的强度和韧性。

氧化锆增韧陶瓷已在工程结构陶瓷研究中取得重大进展，经过增韧的陶瓷品种日益增多。现在已经发现可稳定氧化锆的添加物有氧化镁、氧化钙、氧化镧、氧化铈、氧化钇等单一氧化物或它的复合氧化物。被增韧的基质材料，除了稳定的氧化锆外，常见的有氧化铝、氧化钍、尖晶石、莫来石等氧化物陶瓷，还有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化铝基质（强度为400MPa、断裂韧性为5.2 J/m2）材料中，添加16%体积百分数的氧化锆进行增韧处理，制得材料的强度高达1200MPa，提高了3倍，断裂韧性达到15.0J/m2，几乎也提高了3倍，基本达到了低韧性金属材料的程度[12]。最近的研究表明，强度和韧性是相互制约的。尽管如此，许多陶瓷材料通过氧化锆增韧，大大拓宽了应用领域，增强了取代某些金属材料的能力，出现了喜人的应用前景。利用氧化锆增韧陶瓷可替代金属制造模具、拉丝模、泵机的叶轮、特种陶瓷工业用的磨球、轴承，替代手表中的单晶红宝石。日本用增韧氧化锆做成剪刀，既不会生锈，又不导电，可以放心地剪断带电的电线。氧化锆增韧陶瓷还可用于制造汽车零件，如凸轮、推杆、连动杆、销子等。

2.3 耐高温、耐腐蚀的透明陶瓷[4，15]

现代电光源对构成材料的耐高温、耐腐蚀性及透光性有很高的要求，而同时满足这些性能的材料直到20世纪50年代后期才开始得到发展。1957年，美国通用电器公司的科布尔等人在平均尺寸只有0.3μm的高纯超细氧化铝原料中，添加氧化镁，混匀后压成小圆片，放在通氢气的高温电炉中烧制，意外地发现它像玻璃一样透明。科布尔还发现，把透明的陶瓷片放在显微镜下观察，几乎看不到微气孔。经过多次实验观察和研究分析发现，陶瓷的透光能力和内部气孔大小有很大关系，当微气孔的大小在1μm左右时，厚度为0.5mm的陶瓷试样只要含有千分之三的气孔就能使光线的透过率减少90％。一般氧化铝陶瓷中所含的气孔都超过这个数字。因此，构成氧化铝陶瓷的刚玉小晶体本身能够透过光线，而陶瓷还是不透明。使陶瓷透明的关键，是坯体中只能有一种晶型的晶体，而且对称性愈高愈好，否则会发生双折射，此外气孔要愈少愈好，有人做过试验，当气孔小到埃的数量级时，光会沿着微气孔发生绕射现象，这有助于透明度的提高。

氧化铝陶瓷是高压钠灯极为理想的灯管材料，它在高温下与钠蒸气不发生作用，又能把95 %以上的可见光传送出来。这种灯是目前世界上发光效率最高的灯。在相同功率下，一只高压钠灯要比2只水银灯或10只普通白炽灯发出的光还要亮，寿命比普通白炽灯高20倍，可使用2万小时以上，是目前寿命最长的灯。人眼对高压钠灯的黄色谱线十分敏感，而且黄光能穿过浓雾，特别适合街道、广场、港口、机场、车站等大面积的照明，效果极好。目前，许多国家正在推广使用，其发展速度之快，超过了以往任何一种电光源。由此不难看出，新型透明氧化铝陶瓷的出现，引起了电光源发展过程中的一次重大飞跃，带来了巨大的社会经济效益。

除半透明氧化铝陶瓷外，研究得较多的还有氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锆、氧化钇、氧化钍、氧化镧等。透明氟化镁、氰化钙、硫化锌、硒化锌、硒化镉等也有报道。用氧化铝和氧化镁混合在1800℃高温下制成的全透明镁铝尖晶石陶瓷，外观极似玻璃，但其硬度、强度和化学稳定性都大大超过玻璃，可以用它作为飞机挡风材料，也可作为高级轿车的防弹窗、坦克的观察窗、炸弹瞄准具，以及飞机、导弹的雷达天线罩等。

2.4 纤维、晶须补强陶瓷复合材料[12，16～18]

近年来，以陶瓷为基体、纤维或晶须补强的复合材料由于其韧性得到提高而受到重视。碳化硅晶须增韧的氧化铝陶瓷刀具在20世纪80年代初开始研究，1986年已作为商品推向市场。碳化硅晶须的加入大大提高了氧化铝陶瓷的断裂韧性，改善了切削性能。用碳纤维和锂铝硅酸盐陶瓷复合，材料的强度已接近或超过1000MPa，其断裂功高达3000J/m2，即达到了铸铁的水平。用钽丝补强氮化硅的室温抗机械冲击强度增加到30倍；用直径为25μm的钨丝沉积碳化硅补强氮化硅，这种纤维补强陶瓷的断裂功比氮化硅提高了几百倍，强度增加60％；用莫来石晶须来补强氮化硼，其抗机械冲击强度提高10倍以上。可以认为，继20世纪70年代出现的相变增韧热后，晶须、纤维增强、均韧复合陶瓷已成为结构陶瓷发展的主流。高性能(强度、韧性)、高稳定性、高重复性的晶须、纤维复合陶瓷材料的获得，除要求晶须、纤维与基体间化学、物理相容性较好以外，从复合工艺上，还必须保证晶须纤维在基体中能均匀地分散，才能获得预期的效果。最近，利用“织构技术”，在某些陶瓷坯体中生长出纤维状态针状第二相物质如莫来石晶体进行“自身内部”复合，这种复合增韧是一项简便易行的陶瓷补强新技术。目前高性能陶瓷复合材料，还处在深化研究阶段，关键在于改进工艺和降低成本，提高其实际应用的竞争力。

2.5 生物陶瓷[4，5，19]

生物陶瓷材料是先进陶瓷的一个重要分支，它是指用于生物医学及生物化学工程的各种陶瓷材料。它的总产值约占整个特种陶瓷产值的5％。生物陶瓷目前主要用于人体硬组织的修复，使其功能得以恢复。全世界1975年才开始生物陶瓷的临床应用研究。但是，最近10多年间，各国在这方面的基础应用研究很活跃。

目前生物植入材料在人体硬组织修复中应用的有：金属及合金、有机高分子材料、无机非金属材料和复合材料。材料被埋在体内，在体内的严酷条件下，由于氧化、水解会造成材料变质；长期持续应力作用会造成疲劳或者破裂、表面磨损、腐蚀、溶解等，这些都可引起组织反应，腐蚀产物不仅在种植体附近聚集，还会溶入血液和尿中，引起全身反应。因此，对生物植入材料的要求是严格的、慎重的。陶瓷材料作为生物植入材料和其他材料相比，它和骨组织的化学组成比较接近，生物相容性好，在体内的化学稳定性、生物力学相容性和组织亲和性等也较好，因此，生物陶瓷越来越受到重视。目前国内一些高等院校已对羟基磷灰石及氧化铝陶瓷等进行了研究，并已开始临床应用。

随着人类社会物质文明的发展，人们对提高医疗保健水平和健康长寿的要求必然成为广泛的社会需要。可以相信，生物陶瓷材料今后必将会有重大发展。

3结构陶瓷的发展趋势

当今世界，材料，特别是高性能新材料由于以下原因而得到迅速发展：（1）国际军事工业激烈竞争，航空航天技术的发展需要；（2）新技术的需要促进了新材料的发展；（3）地球上金属资源与化石能源越用越少，石油、天燃气等在本世纪末将用尽，开发与节约能源成为当务之急；（4）科学技术的进步为新材料的发展提供了条件[14]。目前使用的金属合金，在无冷却条件下，最高工作温度不超过1050℃，而高温结构陶瓷，如Si3N4和SiC则分别在1400℃和1600℃以上仍保持着较高的强度和刚性[16]。先进结构陶瓷所表现出的优异性能，是现代高新技术、新兴产业和传统工业改造的物质基础，具有广阔的应用前景和巨大的潜在社会经济效益，受到各发达国家的高度重视，对其进行广泛的研究和开发，并已取得了一系列成果。但结构陶瓷的致命弱点是脆性、低可靠性和重复性。近20年来，围绕这些关键问题已开展了深入的基础研究，并取得了突破性的进展。例如，发展和创新出许多制备陶瓷粉末、成形和烧结的新工艺、新技术；建立了相变增韧、弥散强化、纤维增韧、复相增韧、表面强化、原位生长强化增韧等多种有效的强化、增韧方法和技术；取得了陶瓷相图、烧结机理等基础研究的新成就，使结构陶瓷及复合陶瓷的合成与制备摆脱了落后的传统工艺而实现了根本性的改革，强度和韧性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些结构陶瓷的韧性已接近铸铁的水平。

先进结构陶瓷今后的重点发展方向是加强工艺-结构-性能的设计与研究，有效地控制工艺过程，使其达到预定的结构（包括薄膜化、纤维化、气孔的含量、非晶态化、晶粒的微细化等），重视粉体标准化、系列化的研究与开发及精密加工技术，降低制造成本，提高制品的重复性、可靠性及使用寿命。目前，高性能结构陶瓷的发展趋势主要有如下三个方面：

3.1 单相陶瓷向多相复合陶瓷发展

当前结构陶瓷的研究与开发已从原先倾向于单相和高纯的特点向多相复合的方向发展[20]。复合的主要目的是充分发挥陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀性并改善其脆性，其中包括纤维(或晶须)补强的陶瓷基复合材料；异相颗粒弥散强化的复相陶瓷；自补强复相陶瓷（也称为原位生长复相陶瓷）；梯度功能复合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米复合材料中,微米尺度的第二相颗粒(或晶须、纤维)全部分布在基体晶界处，增韧效果有限,要设计和制备兼具高强度、高韧性且能经受恶劣环境考验的材料十分困难，纳米技术和纳米材料的发展为之提供了新的思路。

20世纪90年代末,Niihara教授领导的研究小组报道了一些有关纳米复相陶瓷的令人振奋的试验结果,如Al2O3-SiC(体积分数为5%)晶内型纳米复合陶瓷的室温强度达到了单组分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下强度达1500MPa[8～12，22～26]，这些都引起了材料研究者的极大兴趣。从那时直到现在,纳米复相陶瓷的研究不断深入[13～17，27～31]，我国也相继开展了一系列的工作,目前对纳米复相陶瓷的研究已处于国际一流水平[18～22，32～36]。

3.2 微米陶瓷向纳米陶瓷发展

1987年，德国Karch等[37]首次报道了纳米陶瓷的高韧性、低温超塑。此后,世界各国对发展纳米陶瓷以解决陶瓷材料脆性和难加工性寄予了厚望。从20世纪90年代开始，结构陶瓷的研究和开发已开始步入陶瓷发展的第三个阶段，即纳米陶瓷阶段。结构陶瓷正在从目前微米级尺度(从粉体到显微结构)向纳米级尺度发展。其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸以及缺陷尺寸都属于纳米量级，为了得到纳米陶瓷，一般的制粉、成形和烧结工艺已不适应，这必将引起陶瓷工艺的发展与变革，也将引起陶瓷学理论的发展乃至建立新的理论体系，以适应纳米尺度的需求。由于晶粒细化有助于晶粒间的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒细化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上发生突变甚至出现新的性能或功能。纳米陶瓷的发展是当前陶瓷研究和开发的一个重要趋势，它将促使陶瓷材料的研究从工艺到理论、从性能到应用都提升到一个崭新的阶段。

纳米陶瓷的关键技术在于烧结过程中晶粒尺寸的控制。为解决这一问题,目前主要采用热压烧结、快速烧结、热锻式烧结、脉冲电流烧结、预热粉体爆炸式烧结等致密化手段[39～43]，但总的来说,以上各种手段，虽对降低烧结温度、提高致密度有一定作用,但对烧结过程中晶粒长大的抑制效果并不理想，大块纳米陶瓷的制备一直是目前国际上纳米陶瓷材料研究的前沿和难点。目前纳米陶瓷在商业应用方面尚未取得突破性进展，若能制备出真正意义上的纳米陶瓷，则将开创陶瓷发展史上的新纪元，陶瓷的脆性问题也将迎刃而解[44]。大量的研究结果表明[45～49]，将等离子喷涂技术与纳米技术相结合，以纳米陶瓷粉末为原料经等离子喷涂技术制备的纳米陶瓷结构涂层表现出极其优异的性能，已经使纳米材料的应用逐步进入大规模实用化的阶段。

3.3 由经验式研究向材料设计方向发展

由于现代陶瓷学理论的发展，高性能结构陶瓷的研究已摆脱以经验式研究为主导的方式，陶瓷制备科学的日趋完善以及相应学科与技术的进步，使陶瓷材料研究工作者们有能力根据使用上提出的要求来判断陶瓷材料的适应可能性，从而对陶瓷材料进行剪裁与设计，并最终制备出符合使用要求的适宜材料。

陶瓷材料常常是多组分、多相结构，既有各类结晶相，又有非晶态相，既有主晶相，又有晶界相。先进结构陶瓷材料的组织结构或显微结构日益向微米、亚微米，甚至纳米级方向发展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常产生着关键影响。因此，材料设计需考虑这两方面的因素。另外，缺陷的存在、产生与变化、氧化、气氛与环境的影响，对结构材料的性能及在使用中的行为将产生至关重要的作用。所以这也是材料设计中要考虑的重要问题，材料的制备对结构与缺陷有着直接影响，因此人们力求使先进陶瓷材料的性能具有更好的可靠性和重复性，制备科学与工程学将在这方面发挥重要作用。

陶瓷相图的研究为材料的组成与显微结构的设计提供了具有指导性意义的科学信息。最近提出的陶瓷晶界应力设计，企图利用两相或晶界相在物理性质(热膨胀系数或弹性模量)上的差异，在晶界区域及其周围造成适当的应力状态，从而对外加能量起到吸收、消耗或转移的作用，以达到对陶瓷材料强化和增韧的目的[1]。为克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生结构设计，通过模仿天然生物材料的结构，设计并制备出高韧性陶瓷材料的新方法也成为研究热点[12，50]。

4结语

先进结构陶瓷材料在粉体制备、成形、烧结、新材料应用以及探索性研究方面取得了丰硕的成果，这些新材料、新工艺、新技术，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环境保护、提高生产效率，延长机器设备寿命以及实现尖端技术等方面，已经并继续发挥着积极的作用，促进了国民经济可持续发展、传统产业的升级改造和国防现代化建设。

先进结构陶瓷材料的研究，需要跟踪国际科技前沿，对新设想、新技术进行广泛探索。自蔓延高温燃烧合成技术(SHS)、凝胶注模成形技术、微观结构设计已成为研究热点。

陶瓷材料的许多独特性能有待我们去开发，所以先进陶瓷的发展潜力很大。随着科技的发展和人们对陶瓷研究的深入，先进陶瓷将在新材料领域占有重要的地位。

参考文献

1 郑昌琼主编.新型无机材料[M]. 北京：科学出版社，2003

2 朱晓辉，夏君旨. 从材料科学的发展谈陶瓷的发展前景[J].中国陶瓷，2006，42(5)：7～9

3 韩以政. 高技术陶瓷发展简论[J].陶瓷研究与职业教育,2007,2:45～48

4 耿保友. 新材料科技导论[M]. 杭州：浙江大学出版社，2007

5 尧世文,王华,王胜林.特种陶瓷材料的研究与应用[J].云南冶金, 2007,36(8):53～57

6 代建清，马天，张立明. 粉料表面氧含量对GPS烧结氮化硅陶瓷显微结构的影响[J].稀有金属材料与工程,2005,34，2：8～11

7 祝昌军，蒋俊，高玲. 氮化硅陶瓷的制备及进展[J].江苏陶瓷,2001,34 (3):10～13

8 吴明明，肖俊建. 氮化硅陶瓷在现代制造业中的应用[J].机电产品开发与创新, 2004,17(2):1～4

9 李 缨,黄凤萍,梁振海.碳化硅陶瓷的性能与应用[J].陶瓷,2007,5:36～41

10 黄凤萍,李贺军等.反应烧结碳化硅材料研究进展[J].硅酸盐学报,2007,5:49～53

11 仟萍萍. 氧化铝基复合陶瓷的制备和性能测试：硕士学位论文[D]. 合肥：合肥工业大学，2004

12 穆柏春等．陶瓷材料的强韧化[M]．北京：冶金工业出版社，2002

13 王柏昆. 结构陶瓷韧化机理的研究进展[J].中国科技信息，2007,19：264～273

14 王正矩，余炳锋. 陶瓷基复合材料增韧机理与CVI 工艺[J].中国陶瓷，2007，43(6)：11～14

15 李双春. 激光陶瓷的粉体制备研究：硕士学位论文[D]. 西安：西安电子科杖大学,2006

16 周玉编著. 陶瓷材料学(第二版)[M]．北京：科学出版社，2004

17 李 缨. 碳化硅晶须及其陶瓷基复合材料[J].陶瓷，2007,8：39～42

18 王双喜,雷廷权. 碳化硅晶须增强氧化锆复相陶瓷材料的组织观察[J]. 中国陶瓷,1998,34(2):9～11

19 孙玉绣. 羟基磷灰石生物陶瓷纳米粒子的制备、表征及生长机理的研究：博士学位论文[D]. 北京化工大学，2007

20GUO J K.The Frontiers of Research on Ceramic Science[J]. J Solid State Chem,1992,69(1):108～110

21 郭景坤,诸培南.复相陶瓷材料的设计原则[J].硅酸盐学报,1996,24(1):7～12

22 NIIHARA K. New Design Concept of Structural Ceramics-ceramic Nanocomposites[J].J Ceram Soc Japan,1991,99(10):974～982

23 NIIHARA K, NAKAHIRA A. Strengthening and Toughening Mechanisms in Nanocomposite Ceramics[J].Ann Chim Fr,1991,16:479～486

24 HIRANO T,NIIHARA K.Microstructure and Mechanical Properties of Si3N4/SiC Composites[J].Mater Lett,1995,22:249～254

25 HIRANO T,NIIHARA K.Thermal Shock Resistance of Si3N4/SiC Nanocomposites Fabricated from Amorphous Si-C-N Precursor Powders[J].Mater Lett,1996,26(6):285～289

26 SAWAGUCHI A,TODA K,NIIHARA K. Mechanical and Electrical Properties of Alumina/Silicon Carbide Nano-composites[J].J Ceram Soc Japan (Japanese), 1991,99(6): 523～526

27 EBVANSA G. High Toughness Ceramics[J].Mater SciEng,1988,A105/106(11-12):65～75

28 ZHAO J,STEARS L C, HARMER M P, et al. Mechanical Behavior of Alumina-silicon Carbide Nanocomposites. [J].J.Am CeramSoc,1993,76(2):503～510

29 KENNEDY T,BROWN J, DOYLE J,et al.Oxidation Behaviour and High Temperature Strength of Alumina-silicon Carbide Nanocomposites[J].Key EngMats,1996,113:65～70

30 PEZZOTTI G, AKAI M.Effect of A Silicon Carbide Nano-dispersion on the Mechanical Properties of Silicon Nitride[J].J.Am CeramSoc,1994,77:3039～3041

31 NAWA M. Microstructure and Mechanical Behaviour of 3Y-TZP/Mo Nanocomposites Possessing A Novel Interpenetrated Intragranular Microstructure[J].J.Mater Sci,1996,31:2849～2858

32 王 昕,谭训彦,尹衍升等.纳米复合陶瓷增韧机理分析[J].陶瓷学报,2000,21(2):107～111

33 焦绥隆,BORSACE.氧化铝/碳化硅纳米复合陶瓷的力学性能和强化机理[J].材料导报,1996,10(增刊):89～93

34 郭景坤.关于先进结构陶瓷的研究[J].无机材料学报,1999,14(2):194～202

35 SHAO G Q,WU B L,DUAN X L, et al. Low Temperature Carbonization of W-Co Salts Powder[A].Ceramic Engineering & Science Proceedings-23rd Annual Conference on Composites, Advanced Ceramics,Materials, and Structures:A[C]. Ohio: The American Ceramic Society,1999.45～50

36 张志昆,崔作林. 纳米技术与纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2000

37 KARCH J, BIRRINGER R, GLEITER H. Ceramics Ductile at Low Temperature[J].Nature,1987,330(10):556～558

38 Liao S C,Mayo W E,Pae K D.Theory of High Pressure/Low Temperature Sintering of Bulk Nanocrystalline TiO2[J]. Acta Mater,1997,45(10):4027～4040

39 Yoshimura M,Ohji T,Sando M,et al. Rapid Rate Sintering of Nano-grained ZrO2-based Composites Using Pulse Electric Current Sintering Method[J]. Mater Let, 1998, 17(16): 1389～1391

40 Kim H G, Kim K T.Densification Behavior of Nanocrystalline Titania Powder Compact under High Temperature[J]. Acta Mater,1999,47(13):3561～3570

41 Li Ji guang,Sun Xudong. Synthesis and Sintering Behavior of A Nanocrystalline Al2O3 Powder[J].J Acta Mater,2000,48:3103～3112

42 李晓贺. 纳米复相陶瓷材料的烧结技术[J].中国陶瓷,2007,43(7)：43～46

43 傅正义. 陶瓷材料的SHS 超快速致密化技术[J].硅酸盐学报,2007,35(8)：949～956

44 高 濂，李蔚著. 纳米陶瓷[M]. 北京:化学工业出版社，2001

45 B H Kear. Plasma Sprayed Nanostructured Powders and Coatings[J].Thermal Spray Technology,2000,9(4):483～487

46 H Chen, S W Lee,H Du,et al.Influence of Feedstock and Spraying Parameters on the Depositing Efficiency and Microhardness of Plasma-Sprayed Zirconia Coatings[J]. Materials Letters,2004,58:1241～1245

47 E P Song,J Ahn,S Lee.Microstructure and Wear Resistance of Nanostructured Al2O3-8wt.%TiO2 Coatings Plasma-Sprayed with Nanopowders[J].Surface & Coatings Technology,2006,201 (3～4)：1309～1315

48 J X Zhang. Microstructure characteristics of Al2O3-13 wt.%TiO2 Coating Plasma Spray Deposited with Nanocrystalline Powders[J]. J. of Materials Processing Technology,2008,197:31～35

49 徐滨士.纳米表面工程[M]. 北京化学工业出版社,2003

50 黄勇等.陶瓷强韧化新纪元――仿生结构设计[J].材料导报，2000，14（8）：8～10

Research Progress on Advanced Structural Ceramic Materials

Lu XuechengRen Ying

（Handling Equipment Mechanical Department, Academy of Military TransportationTianjin300161)