航天器范文10篇

摘要：介绍一种用于航天GPS接收机的无源微天线的低噪声放大器设计。内容涉及选择低噪声放大器的输入匹配网络及优化匹配参数；并通过实际测试验证了它在天线中应用的有效性。实验结果表明性能优于已有的星载GPS接收机天线。

关键词：低噪声放大器航天GPS接收机无源微带天线

全球定位系统GPS（GlobalPostitioningSystem）是一种无源定位系统，对海陆空天的运动和静止载体都可应用。研究资料表明，在900km以下的近地轨道，GPS接收机的单点实时定位精度不低于地面的应用水平。GPS的航天应用正影响着未来航天器系统的结构。GPS技术在航天器上的应用，对航天器成本、功耗、重量的降低有显著的效果。GPS能够完成多种传感器完成的功能，测定航天器的航迹、姿态、时间参数及航天器间的相对距离，最终结果可以使航天器上的传感器附件数量减少，增强航天器在轨自主运行的能力[1]。

本航天GPS接收机是L1C/A码导航型接收机，只接收L1C/A信号。对地面应用的接收机，L1C/A信号的最低接收功率为-160.0dBw[2]，有用信号淹没在热噪声信号中。在LEO轨道，考虑自由空间传播损耗和大气损耗都小于地面应用，所以GPS信号功率比地面大1～7dBw。接收机接收到的信号经下变频后，在较低的中频频率进行基带处理。通常无源天线接收的信号强度不满足变频器芯片的输入要求，所以要用低噪声放大器对天线接收信号进行放大。低噪声放大器要满足增益要求且噪声系数尽量小。

1LAN设计

天线和LAN部分设计的框图如图1所示。各部门集成在一起，以降低馈线损耗，减小噪声系数。根据所设计航天GPS接收机的航天应用特点，选用Micropulse1621LW无源天线，它简单、坚固、体积小，适合安装在微小卫星上。在接收机天线处，GPS信号非常微弱，带外射频信号影响LAN和射频前端工作，造成信号失真。尤其当GPS天线与射频发频天线安装距离较近，射频天线的辐射可能导致器件饱和而使GPS接收机不能正常工作。所以需要射频滤波器抑制带外信号，本设计选MuRata公司的滤波器DFC21R57P002HA，特性同线如图2所示。

一、引言

风险有很多不同的定义：若针对某个项目，风险指在项目执行过程中可能出现的不利事件，其发生会引起该项目在限定的费用、时间和技术约束条件下无法完成甚至完全失败；而GJB5852-2006中对风险的定义是在规定的技术、费用和进度等几个约束条件下，对不利于实现装备研制目标的可能性及所导致的后果严重性的度量。从中可以归纳出风险的两个基本要素，即发生的概率和影响的大小，风险发生的概率越大、影响越严重，风险水平就越高。风险管理就是对可能遇到的各种风险进行规划、识别、评估、应对和监控的过程，是以科学的管理方法实现最大安全保障的实践活动的总称。航天器环境试验是在模拟空间环境条件下，对航天器整体或部分进行考核的一系列试验项目的总称，它涵盖的试验项目主要包括：振动、冲击、噪声、模态、热真空、热平衡、EMC、电磁兼容等。从学科来说，这些试验项目基本上涵盖了航天器有关的力学、热学、电磁学、可靠性等学科。由于不同的试验项目涉及的设备、方法、条件等因素都各不相同，这就更加提高了航天器环境试验项目的风险性。环境试验本身是降低航天器研制风险的一种手段，可以通过模拟环境条件来考核或测试产品在空间环境下的功能、性能是否满足设计要求。合理有效的环境试验可以有效降低航天器的研制风险，但是环境试验本身又会引入新的风险，可能给安全、进度、经费等带来负面影响，所以对航天器研制及环境试验进行有效的风险管理十分重要。

二、国外航天领域风险管理的发展情况

（一）美国国家航空航天局（NASA）的风险管理20世纪50年代，美国国家航空航天局（NASA）开始采用概率计算的方法来对航天器的可靠性进行分析，同时应用故障树方法对导弹的可靠性进行了定性分析。60年代美国开始对大型航天项目进行风险管理，主要手段是失效模式及其影响分析（FMEA）和关键相关项目表（CIL），同时NASA开始将风险分析工作制度化。到70年代，为了提高核反应堆的安全性，研究者在故障树理论的基础上开发出了故障树分析（FTA）方法，使风险分析更加量化。80年代概率风险评价（PRA）法作为一种新的定量风险分析方法被用于核工业和化学工业，但并没有引起NASA的重视和应用。但随着1986年挑战者号航天飞机发生爆炸事故造成重大损失，NASA开始采用PRA方法对航天飞机的飞行过程进行全面的风险分析。1988年2月NASA了管理条例8070.4“载人飞行项目中的风险管理政策”，正式将风险分析工作制度化。1998年4月，NASA的程序和指南NPG7120.5A“型号计划和项目的管理过程与要求”中规定计划或项目的主管人员应将风险管理作为决策工具来保证在计划和技术上的成功，将风险管理和资源管理、性能管理、采购管理、安全和任务成功、环境管理并列，并在该文件的4.2节中对风险管理的目的、要求和方法做出了详细的规定。2002年4月，NASA又颁布了NPG8000.4“风险管理程序和指南”，其中详细规定了整个风险管理过程的实施要求，这充分体现了NASA对风险管理工作的重视程度。（二）欧洲空间局（ESA）的风险管理欧洲空间局（ESA）成立的时间相对较晚，但也对风险管理工作十分重视，风险分析贯穿在其航天项目的各个阶段，但各阶段的侧重点有所不同。ESA在风险管理上主要借鉴了美国的概率风险分析技术，并根据实际情况进行了改进。欧洲空间标准化合作组织（ECSS）也制定了风险管理标准ECSS-M-00-03A，这说明风险管理在欧洲也已经制度化和标准化，成为航天工程中的一项重要工作。

三、主要风险分析及管理方法

（一）专家评估专家评估法是通过咨询本领域或相关领域的专家，依靠专家丰富的知识和实践经验，对项目中可能出现的风险进行识别、预测和分析，并对风险控制措施提出建议的一种方法。专家评估一般是与评审活动同时进行的，在根据专家意见进行风险评估时可以根据专家的水平对其评估的权重加以调整，通过综合考量多个专家的评估意见形成项目风险识别和分析结果或补充。（二）风险矩阵（RiskMatrixMethod，RMM）风险矩阵法是一种定性和定量相结合的风险分析方法，最早由美国空军电子系统中心于20世纪90年代提出，并在美国军方的项目风险管理中得到了广泛的应用。风险矩阵法的基本思路是将风险的两个要素（发生概率和影响）划分为若干等级，然后分别作为矩阵表的行和列，交叉后的结果就是对风险水平的综合考量结果，根据风险水平高低对风险事件进行相应的处理。（三）故障树分析（(FaultTreeAnalysis，FTA）故障树分析技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，其主要思路是把所关注的系统风险事件作为分析的目标（即“顶事件”），然后逐级寻找直接导致风险事件发生的“中间事件”和无法或不需再深入研究的“底事件”，再用适当的逻辑关系把这些事件联系起来从而形成“故障树”，这样就能表明系统的风险事件和引发风险的众多因素之间的逻辑关系。故障树分析法可用于对风险定性分析，这时可通过故障树的生成和分析找到对风险事件出现起主要作用的底事件，然后采取相应的控制措施。故障树分析法还可以结合布尔运算对具有逻辑关系的故障树进行详细的风险定量分析。（四）失效模式及影响分析（FailureModeandEffectsAnalysis，FMEA）失效模式及影响分析是一种由底至顶的分析方法，是在产品的策划设计阶段，对构成产品的各子系统、零部件逐一分析，找出潜在失效模式，分析其可能的后果，从而预先采取措施以提高产品的质量的一种系统化的活动。这种方法的工作原理为：①明确潜在的失效模式，并对失效产生的后果进行评分；②客观评估各种失效原因出现的可能性；③对产品潜在的失效情况进行排序；④采取措施消除产品存在的问题。（五）概率风险评价（ProbabilisticRiskAssessment，PRA）概率风险评价是一种用于辨识与评估复杂系统风险的结构化、集成化的逻辑分析方法。它综合了系统工程、概率论、可靠性工程及决策理论等学科的知识，主要用于分析那些发生概率低、后果严重但统计数据比较有限的事件。PRA方法通过系统地构建事件链并对其进行量化分析来研究系统风险，事件链由一系列事件组成，这些事件孤立地看可能不严重或不重要，但如果组合在一起却可能引起严重的后果。PRA实施过程包括：定义目标与系统分析、识别初因事件、事件链建模、确定故障模式、数据收集和分析、模型量化和集成、不确定性与敏感性分析、评价结果与分析等步骤。

摘要：“智能制造”是中国制造业未来发展的战略方向，本文首先结合航天企业生产类型分析了构建离散性智能制造的方案架构，设备级状态监控是“智能厂房”作为架构基础，要对标企业智能转型的战略目标，从管理体系、指标衡量、数据监控、数据集中等多个方面进行管理智能化的提高和完善。

关键词：航天企业；智能制造；资产管理

基于工业互联网技术，未来具有“智慧”特征的制造业工厂将可以通过对数字化、智能化工具的创新研发和应用，以及物料流和信息流的高效整合和优化，不断提升生产质量和运营效率。航空航天装备已被确定为中国制造业2025主攻的“十大重点领域”之一。航天制造企业应提前着手找准新一代“工业革命”的切入点，结合自身业务特点，立足企业目标进一步提高资产管理的水平和效率，打好建立航天AIT“智能厂房”的数据基础。

1智能制造的路线

1.1屏障功能。探寻智能制造的战略路线，首先要确定企业的生产形式和生产组织的特点。根据制造生产方式的不同，制造业一般可分为两类：流程型制造企业和离散型制造企业。流程型企业的生产物料是均匀的、连续的按一定工艺顺序运动，其产品和生产工艺相对稳定，流程型生产包括化工、食品、造纸、电力等行业。离散性制造企业的产品往往由多个部件、零件经过一系列不连续的工序加工装配而成，例如航天器、武器装备、飞机、船舶等制造业，都属于离散型企业。1.2现状分析。北京卫星环境工程研究所作为中国航天器总装、试验及环境模拟试验设备研制的核心部门，承担多个任务型号航天器的总装、集成与专业测试、环境试验工作。空间环境模拟试验设备及地面机械支持设备、设施作为重要的科研生产能力支撑，按照空间、位置、规格、专业都进行了具体的部门划分。在航天器产品的总装与测试过程中，为多区域、多专业、多部门、多工种的复杂工况环境，是典型的离散性制造企业。与流程型生产企业相比，航天企业生产更复杂、设备更多样，实施“智能制造”也更为困难，关键是如何打通企业内部各部门间、各分系统间的“信息壁垒”。1.3智能制造整体设计。“智能厂房”利用工业互联网领域的相关技术和设备，加强信息管理和服务，提高生产过程的可控性，采集生产现场数据，以及合理地编排生产计划、调控生产进度。1.3.1设备状态监控系统。设备状态监控系统是“智能厂房”的重要基础，也是企业在自动化建设中要最先完成的工作内容，只有掌握齐备的设备设施监控数据才能实现基于生产现场的精细化管理。其核心是将生产一线的数据采集到数据中心，管理层才能实时有效的掌握生产信息，并对设备、人员、计划、质量等生产要素进行管理和控制。利用设备状态监控系统可对生产厂房内的设备、设施、物流、能源等信息进行实时采集。1.3.2生产管理系统。生产管理系统是“智能厂房”建设中承接中转的重要环节，通过将设备状态监控系统中的数据进行汇总，利用生产管理系统计划生产任务、调度生产资源。打破数据孤岛，将生产活动信息传递至其他信息系统，向下（设备状态管理系统）传递生产任务和工作计划，向上（企业智能决策系统）传递生产进度和过程数据。生产计划、生产活动、生产资源三者形成统筹规划并有序分配，从而确保决策者、管理者和使用者掌握一手的生产信息，做出准确的判断并及时采取干预措施，最大限度地发挥生产效率。1.3.3智能决策支持系统。智能决策支持系统是企业实现全面智能化的顶层应用，不仅汇总了总装过程和试验过程这些直接生产类数据，还有基于生产数据提取分析得到的质量信息和企业资源计划信息，以及设备能源消耗和设备运行状态等基础保障类数据。信息的完整性、全面性、及时性和准确性都能更好地将企业运行情况直观清晰地展示给管理层，建立专业数据分析处理工具，更加有效地提供决策支持。

2资产管理新实践

重型运载火箭研发计划稳步推进，新型运载火箭技术发展受到高度重视

2012年，主要航天国家继续推进一次性重型运载火箭研发，同时通过改进发动机设计、研制新燃料等技术革新降低发射成本。此外，新型运载技术、先进空间推进技术也是运载领域发展的重点。2012年，美国新型重型运载火箭研发继续稳步推进，J-2X上面级发动机、五段式固体火箭助推器按计划进行地面测试。7月，航天发射系统（SLS）先后完成了系统需求、系统定义和初步设计评审，NASA将着手开始火箭芯级初步的制造加工，为2014年的关键设计评审做准备。俄罗斯积极推进安加拉火箭的研发，目前该火箭已运抵发射场，等待2013年的首飞。此外，俄罗斯还计划发展具备探月能力的新型运载火箭，能源公司提交了与乌、哈两国联合建造超重型运载火箭计划。火箭将使用“能源-暴风雪”项目中的技术，运载能力最高达70吨。11月，欧洲航天局部长级会议决定，未来两年将继续推进“阿里安”-5ME和“阿里安”-6小型火箭的研制计划，以及两种运载火箭的通用技术。日本航空航天探索局（JAXA）则在2月宣布将改进H-2A火箭，使其运载能力提高一倍以上，从而提高在商业领域的竞争力。针对未来发展的需求，各国在研制新一代重型运载火箭的同时，也在积极推进可重复使用、亚轨道飞行、低成本快速发射等新型运载火箭技术。美国SpaceX公司于9月、11月和12月三次进行“蚱蜢”可重复使用火箭原型机的验证飞行，目标是研制两级可重复使用的“猎鹰”运载火箭，火箭能够用自身引擎实现基于起落架的着陆。“猎鹰”9火箭燃料成本只占发射成本的二百五十分之一，如果该计划成功，将极大降低“猎鹰”火箭的发射费用。欧洲航天局（ESA）正在准备“过渡性试验飞行器”（IXV）的首次下降着陆试验，为研制可重复使用飞行器提供技术支撑。此外，NASA正在与美国军方联合研制用于发射纳卫星的低成本运载火箭，该火箭能够以100万美元的成本实现24h内的快速发射。日本也计划在2013年进行“艾普西隆”（Epsilon）新型运载火箭的首次发射。该火箭采用了一系列新技术实现低成本和快速航天发射，目标是2017年将火箭的发射成本降低到3900万美元，并争取实现每月发射。在加强深空探索的大背景下，先进空间推进技术成为2012年发展的一个热点。1月，NASA授予诺•格公司合同，目标是研制一种用于“太空拖船”的高功率太阳能电推进系统，这种系统能够从低地球轨道（LEO）向地球同步轨道（GEO）运送卫星，以节省燃料成本和二级推进器的成本。由于太阳能在远离地球轨道的地方作为能源存在劣势，因此，核动力推进技术用于未来深空探索前景广阔。3月，斯科尔科沃基金会核分部负责人称，俄罗斯将在2017年前制造出适用于长距离载人飞行航天器的兆瓦级核推进系统，预计耗资超过2.47亿美元。NASA也正在研制“高级斯特林放射性同位素发电机”（ASRGs），与传统的放射性同位素热电发电机相比，每台ASRG只用1kg钚-238就能产生130W～140W的电力，而现有放射性同位素热电发电机需要4倍以上的钚才能产生同样电力。

国际空间站应用价值凸显，新型航天器发展稳步推进

2012年，国际空间站进入全面运营。俄罗斯的“联盟”飞船完成了4次载人运输服务，“进步”号货运飞船进行了4次货运补给，日本HTV和欧洲ATV货运飞船各进行一次补给任务。航天员进行了4次出舱活动，有效保障了国际空间站的常态运营。欧洲和美国分别召开专题研讨会，讨论如何将国际空间站作为一个技术试验平台为未来空间探索技术发展提供支持。2012年，国际空间站开展了多项空间科学实验和技术试验，空间科学成果倍出。技术试验包括：俄罗斯首次利用激光通信手段将电子数据传送到地面；ESA和NASA测试了星际通信协议，实现对地面机器人的远程操控；JAXA和NASA首次使用机械臂释放5颗立方体卫星，用于科学探测、教育及科技研发；NASA利用“进步”号货运飞船验证“零推进机动”（ZPM）试验；NASA使用加拿大机械臂在国际空间站上成功进行6次在轨燃料加注演示验证（RRM）试验。另外，还开展了几项维持国际空间站长期运行的技术试验，如新型交会对接系统试验、新型前定空间碎片规避机动（PDAM）系统等。这些技术试验的开展，不仅推动科学技术的进步，还为支持小行星、火星探索活动以及月球居住等未来深空探索技术的开发提供支持。2012年，在NASA及私营公司的联合推动下，美国商业航天器研制进展顺利。“龙”飞船完成首次国际空间站货运任务，负责载人商业航天器研制的波音公司、内华达山脉公司及空间探索技术公司（SpaceX）公司均已进入商业乘员开发计划的第三阶段，制定了满足NASA安全和性能要求的商业乘员运输认证计划。NASA“猎户座”飞船进行了系列降落伞试验及水上溅落试验，完成了包括对接窗在内的硬件组装，进行了压力检验测试，在进行热防护装置安装的同时，正在进行与“德尔它”4运载火箭连接适配器的制造，地面发射与运行系统也转入初步设计阶段，为“猎户座”飞船2014年首次验证飞行奠定了基础。2012年12月，俄罗斯宣布已完成其新型载人飞船的设计工作，相比现有的“联盟”飞船，新型飞船具有能发射至国际空间站以远和登月飞行等多重优势，计划于2017年试验飞行。波音公司和SpaceX公司还正在开发创新的发射中止系统，其设计理念是将发射中止系统集成到载人飞船上，在不需要提供逃逸救生功能时，可将燃料转移给飞船的动力系统，在某些情况下甚至具备可重复使用能力，从而在为航天员提供可靠逃逸救生支持的同时，进一步降低了近地轨道载人航天运输成本。

航天员系统研究成果显著，载人飞行逐步向深空探索迈进

2012年，美国和俄罗斯的航天员选拔工作进展顺利，各项航天医学实验全面展开，获得大量珍贵科学数据，NASA新一代航天服Z1通过初步测试。国际空间站航天员驻站时间计划延至一年，标志着未来载人航天飞行正逐步向长期飞行阶段过渡。2012年1月，俄罗斯加加林航天员中心从304位报名者中筛选出8位获选航天员候选人，这是俄罗斯首次公开选拔航天员，也是航天员选拔改革的第一步。未来，俄罗斯联邦航天局还将逐步淡化军事色彩，航天员大队的17名军人航天员退出现役，航天员训练中心余留军人也都转为预备役。2012年，多项医学实验取得阶段性成果：一是航天飞行引发的骨质疏松防治研究取得新进展。NASA研究发现快速诊断骨丢失方法，ESA研究人员发现航天员减少盐摄入量可以预防骨质疏松；二是长期飞行对航天员健康的影响成为研究重点，NASA科学家发现，微重力环境下，视力变化与身体上下肢体液的变化造成颅内压增高之间可能存在联系。视力变化的部分原因可能是由于“叶酸依赖型单碳代谢途径”发生变化，此项研究结果对NASA和未来航天员有着重要影响；三是航天员免疫系统变化影响实验广泛开展，NASA成功运用定量聚合酶链式反应（PCR）技术，针对困扰航天员的皮肤疾病带状疱疹，在早期病变开始前即可检测出免疫系统的变化，使得航天员在病痛出现之前即可接受治疗。11月，俄罗斯联邦航天局和NASA各选定1名航天员，计划进行为期一年驻站考察活动，将于2015年3月搭乘俄罗斯“联盟”号飞船启程。目前航天员及专家已经开始飞行前的准备工作，并确定以下七个重点研究领域：微重力环境下飞行如何影响航天员的视力问题；评估防治骨质流失和肌肉萎缩的锻炼和营养学方法；长时间生活在微重力环境下对免疫系统的影响；评估可以影响平衡和感知的神经前庭系统变化；乘员的行为、表现及人与人之间的关系可能发生的变化；辐射暴露的影响；评估乘员培训程序和可能发生的变化。NASA为航天员设计X1骨骼服与传统的骨骼服相比，X1可增大航天员的活动幅度，令其在空间行走也能感受如地球上一样的重力，这一功能可帮助航天员有效避免肌肉损耗。NASA研制新型舱外航天服Z1这套历时20年研制的新型舱外服拥有更有效的冷却设备以及处理二氧化碳的能力。目前该型航天服已通过初步测试，预计2015年将用于实际的飞行任务。研究人员还将根据Z1的设计继续研发其升级版Z2和Z3，如果试验进展顺利，Z3可能在2017年投入使用。

1中国航空航天制造业国际竞争力影响因素

1．1政府政策影响航空航天制造业国际竞争力“十二五”期间，中国航空航天制造业被列入国家战略新兴产业。其中，飞机制造业在军用领域、民用领域均具有广阔的发展前景。2013年5月工信部《民用航空工业中长期发展规划》（2013－2020年），提出到2020年，国产干线飞机国内新增产量市场占有率达到5％以上，民用飞机产业年营业收入达到1000亿元。目前，中国成为世界上第3个掌握载人航天技术、第5个自主研制和发射人造地球卫星的国家，在世界航空航天制造业领域竞争力增强。1．2国际化水平影响航空航天制造业国际竞争力如表1所示，在航空航天制造业，外商投资企业的个数约是国有企业单位个数的1／3，其从业人员是国有企业的1／13，但是利润总额却达到了国有企业的51％。由此可见，外商企业相比于国有企业，其劳动生产率更高，国际竞争优势更加明显。外商投资企业引进西方先进科学技术和丰富管理经验的优势明显，促进了中国航空航天制造业产业结构的优化升级，提高了中国航空航天制造业国际竞争力优势。1．3技术创新能力影响航空航天制造业国际竞争力1．3．1重组飞机制造企业与空间技术研究中心航空航天制造业是中国现在以及未来若干年保持快速增长的产业之一，伴随着中国大型飞机计划、空间工程计划的启动，有实力的大型集团产业优势明显凸现，并共同重组了一批具有强大竞争力的飞机制造企业与空间技术研究中心。1．3．2有效发明专利数如表2所示，在2000年，中国航空航天制造业有效发明专利数量为139件，其中飞机制造及修理有效发明专利数为102件，航天器制造业有效发明专利数量为37件；至2015年，中国航空航天制造业有效发明专利数量为5339件，其中飞机制造及修理有效发明专利数量为3450件，航天器制造有效发明专利件数为1111。与2000年相比，2015年中国航空航天制造业有效发明专利数增长约40倍，中国航空航天制造业自主创新能力在快速提升。1．3．3研究与开发活动强度如表3所示，2015年航空航天器及设备制造行业中有研究与开发活动的企业为112个，从事研究与开发的人员数为50533人，研究与开发人员折合全时当量为42113每人每年，国家对航空航天制造业研究与开发重视程度有所提升。

2中国航空航天制造业优劣势分析

2．1中国航空航天制造业优势2．1．1获政府大力支持由于航空航天制造业在国民经济中地位具有特殊性，从开始发展就受到了国家的高度关注。国家《十五年规划纲要》强调了中国航空航天制造业必须重点攻克航天制造业与飞机制造技术，这为中国航空航天制造业的发展提供了环境和制度的支持。由于政府政策的支持，航空航天制造业上市公司在数量上逐渐增多，并借助政策的优势，提升研发实力、技术实力与市场影响力。由于航空航天制造业上市公司与世界上其他国家陆续签订了卫星运用及开发等高技术方面的合同，并向其他国家先后出口运载火箭、发动机等相关系列的产品，标志着中国航空航天制造业技术和相关系列产品生产全面走向国际化。2．1．2市场占有率高中国航空航天制造业上市公司在激烈的国际市场竞争中具有优势，主要体现在技术含量高、售后服务到位、产品性能好以及良好的品牌效应。例如航天晨光的汽车类专用系列产品市场销售占全国专用汽车系列类产品的10％，其中飞机、加油车等产品系列名列同行业第一，竞争优势明显；西飞国际的客机性能处于世界先进水平行列，同类产品与其他国家相比，具有价格低廉、质量兼优的竞争优势；成发科技的产品，是中国同行业中产品种类生产最齐全的厂家，也是承接国内外航空航天技术产品最多的生产厂家，从而成为国家出口创汇最大的企业见表4。2．1．3带动相关产业发展航空航天技术是制造业中一项综合性很强的高技术产业，汇集了科学技术许多最新成果。航空航天技术的创新发展，带动了相关系列科学技术的增长与进步，同时促进了相关产业的创新与发展。其中包括地球科学、生命科学、信息技术科学、天文学以及生物技术、信息技术、能源技术、新材料新工艺等发展与研究，同时各种卫星应用技术、空间制造与加工技术、空间生物工程技术、空间能源技术的进步，加强了人类认识自然和改造自然的能力，促进了生产力的发展。2．1．4提高人民生活质量航空航天技术的直接应用为人类社会可持续发展2017开辟了广阔的道路：①航空航天技术的进步使得卫星气象观测能够获得全球范围内昼夜连续的气象资料，观测值更加精确，为气象预报人员和社会大众提供了气候和气象信息，有效避免了传统手段观测出现的弊端，因此现代气象学研究进入到新的高技术阶段：以全球大气作为研究对象，以气象卫星为主要观测工具。②航空航天研发技术的进步，导致卫星遥感技术应用于地球资源勘测检验，为大面积普查提供了便捷、有效的新手段；地球资源勘探技术已被广泛应用于海洋与水利资源调查、农作物产量的估计与病虫害预报、环境监测治理、森林与土壤资源调查、洪涝灾害监测、森林火灾监测、地图测绘研究、地壳活动监视、矿产石油资源普查、城市规划设计、地质分析研究与地震灾害预报等。③航空航天技术的进步，促使卫星导航定位技术可以为地面的人员、车辆、海面舰船、空中飞行器、飞机以及宇宙飞船和天上卫星等目标提供全天候、全天时、连续、实时的测速信息和高精度定位．④航空航天技术的直接应用，全面改善了人类的生活环境，提高了人类生活的质量。卫星通信技术为现代社会提供了电报、传真、电子邮件、电话、救援、移动通信、电视转播、数据收集、数据运输、远程医疗服务等上百种服务，对人类的生活方式产生了重大影响。2．2中国航空航天制造业的劣势2．2．1国家科研经费投入不足随着社会的发展进步，国家对高新技术产业的重视程度不断提高，对航空航天制造业投入的科研经费也随之增加。但是与美国、日本等发达国家相比，中国航空航天制造业科研经费投入占工业总产值比重仍然偏低，有较大的差距。2005年中国研究与开发经费占工业总产值比例为4．36％，而同时期美国为12．49％，瑞典则为15．5％；2015年，中国该项占比有所上升，为0115．4％，但同时期的美国为30．82％，瑞典34．9％，见表5。2．2．2行业布局分散由于航空航天产业具有一定的特殊性，世界上很多国家和地区在开始发展该产业的时候，就考虑到产业构造和布局，都相对比较集中，并且利用产业集群的方式，使得企业之间相互合作成为可能，从而有利于资本的外溢，由此带动航空航天相关产业发展。例如，美国航空航天产业分布比较集中，都在加利福利亚州、德克萨斯州等，在航空航天行业有起色的同时，带动了电子、钢铁、新材料、机械等众多行业发展，形成较长的产业链，使航空航天制造业产品附加值有所增加，促进当地经济发展。中国航空航天产业已经初步形成了一些产业集散群，但是空间分布较为松散，在四川成都、陕西西安、山西甘肃、海南等分散性的地方，没有促进产业链的形成。如表6所示，在东部地区和西部地区，从事R＆D活动的中国航空航天制造业企业个数较多，分别为86个和70个，R＆D人员分别为19108人和20590人；而中部地区和东北地区有研究与开发活动的企业较少，相比东部和西部地区，R＆D人员数量、R＆D活动企业个数都相差很大，并且这些地区的航空航天产业存在很大程度的重复，企业之间缺乏相互合作，对资源的利用没有形成规模化效应，产业集群效应不明显。2．2．3技术创新动力与能力不足中国航空航天制造业在载人航天技术、捆绑火箭技术、静止轨道卫星发射测控技术、火箭发射技术等领域已经具有国际先进水平，但是从整体上看，中国航空航天制造业的创新动力与能力不足，部分技术不能满足社会经济发展需求，与先进国家亦难以进行同行竞争。目前国内航空航天制造业，大部分仍是承接国外大型公司的外包业务，这些领域所运用技术水平低，没有掌握独立自主研制、生产大型飞机的能力。2015年中国航空航天制造业的专利申请量为6279件，占整个高新技术产业的4％，这数字严重低于其他高新技术行业，而且专利申请量中以实用新型专利为主，发明专利所占比重过小。据统计，2008－2014年间，世界各国和各个地区，航空航天制造业专利申请量为33309项，其中欧盟为10967项，占比33％；美国申请专利的数量为8544项，占比26％；日本申请专利的数量为3331，占比10％；中国的专利受理量为1012，仅占比3％，涉及到核心专利的数量更少。由此可见，中国航空航天制造业的自主创新能力还落后于欧盟、美国等航空航天领域的制造强国，在航空航天制造业创新动力与创新能力需要不断提升（图1）。图1世界航空航天专利地区、国家分布数据来源：科技部《2016中国高技术统计年鉴》，中国统计出版社，20172．2．4技术人才缺乏航空航天事业的发展，需要高端专业技术人员的支持，目前中国航空航天技术人才缺乏。2011年中国从事航空航天器制造业的高技术产业研究人员数量为32329人，2015上升到45832人。虽然从事航空航天器制造业的高技术产业研究人员增长了，但是相比其他产业的人员增加之仍有很大的差距。专业人才的缺失，使得研制团队人员非常紧张，无法高质量、有效率的完成大量的设计任务；另外，工资待遇体系不合理，使得大量人才外流。

3中国航空航天制造业国际竞争力提升对策

3．1保障科研经费投入充足国家保障航空航天技术研究经费投入充足，并鼓励创建多元化、多层次的投资体系。鼓励社会组织与团体，在国家政策指导下，对航空航天制造业技术研发给予资金、人才的支持，共同促进中国航空航天制造业的自主创新能力的提高。3．2制定长远战略发展规划，推动航空航天制造业产业化进程（1）国家对航空航天产业的发展要有长期稳定的政策，统筹规划发展。自主研制飞机从设计到成品的制造需要7～10年的时间，在设计研制之前还需要几年时间对基础理论和关键技术进行研究。因而飞机的研制到投入使用花费的年限在10～12年左右。因此，国家对航空航天产业发展需制定长远战略发展规划。（2）对航空航天产业进行规模化分类，创建若干航空航天产业的发展基地，形成航空航天产业的规模集群效应。积极构建航空航天产业链，实现资源利用的最大化，推动航空航天制造业产业化进程。3．3推进技术创新体系建设，重视基础设施建设中国航空航天工业应学习国际一流大型航空航天企业的经验，建立以企业和科研院所为主体、产业和学术研相结合的先进的技术创新体系。实施重大科技创新工程，聚集优势力量，通过技术和资本的集成，来实现航空航天技术的重点跨越。国家应加强航空航天产品的研制、生产、实验等基础设施建设，促进航空航天工业信息化和标准化发展。3．4完善人才培养计划，实施重大科技工程项目实习机制伴随着载人航天技术进步和太空空间试验站建立，国家应该更加注重空间技术教育，培养航空航天人才。完善人才培养计划，在保证对航空航天学院进行基础理论培养的同时，根据学员的发展特点和个体差异进行因材施教，重点强调实践教育的环节。实施重大科技工程项目实习机制，培养航空航天学员的理论运用能力、技术解决实际问题的能力。

本文作者：李昊李东旭陈善广工作单位：中国航天员科研训练中心人因工程国防科技重点实验室

理论与方法基础

虽然航天员舱外作业动力学具有特殊的物理背景，并且非常复杂，但究其本质，仍然符合普遍意义下的运动学和动力学规律，这些基本规律，构成了本文的研究基础。非惯性系中的相对动力学根据动坐标系中对矢量求导的运算，有：（3）其中，n=μ/R3S姨为航天器平均轨道角速度，Δax，Δay，Δaz分别为Δa在相对轨道坐标系中的分量。式（3）描述了舱外航天员在与航天器固连的非惯性系中的动力学规律。多刚体动力学多刚体动力学研究中通常使用的方法包括：牛顿—欧拉法、拉格朗日法和凯恩法。文献[9]对这些方法进行了比较。事实上，这些方法所建立方程中的运动变量可以通过数学变换证明是等价的[10]。换句话说，从数学角度，这些方法只是表达形式的不同，没有本质区别；其主要不同在于方程在物理意义上的差异。由于着舱外航天服航天员多刚体模型的体段和关节较多，关节类型复杂，连接结构复杂，使用复杂的动力学方法难以给出其运动规律的直观解释，也不便用仿真实现，因此使用物理意义最为明确的牛顿—欧拉法建模。牛顿—欧拉法可以用如下方程组进行描述（4）其中，下标i表示体段编号，mi和Ii分别表示体段i的质量和惯量张量；第一个方程为牛顿方程，描述了该体段的平动动力学，第二个方程为欧拉方程，描述了该体段的转动动力学。通过对系统中每个刚体的平动和转动的迭代或回归计算，就可以描述整个多刚体系统的动力学。对于式（4），若沿等号由左至右计算，则为正向动力学，若沿等号由右至左计算，则为逆向动力学。在实际应用中，通常根据已知条件和求解需要，选择正向动力学或逆向动力学解算。

动力学建模

非惯性动力学环境建模根据节的分析可以发现，在以航天器为非惯r咬•图1着舱外航天服航天员的几何模型在该模型性动力学环境中，舱外作业航天员作为研究对象，时时受到非惯性环境的影响，因此，需要对一般在惯性环境中适用的动力学方程进行修改。修改后的牛顿—欧拉法所用的动力学方程变为：（5）其中，F軋t，C表示非惯性环境产生的牵连惯性力和科氏惯性力之和，h軋为该体段其质心到转轴的矢量。按上述模型，将非惯性环境对舱外航天员的影响进一步转化为一组时变的外力和外力矩的作用，能够大大简化整个系统动力学模型的复杂程度。着舱外航天服航天员动力学建模首先建立着舱外航天服航天员体段-关节的几何模型。在传统Hanavan人体模型的基础上，结合着舱外航天服航天员的运动特点，建立几何模型如图1所示。图中，小圆圈表示各体段之间的关节，小圆圈内的数字表示该关节的自由度数，该模型是一个具有16个体段、37个自由度的多刚体模型。在上述基础上做进一步分析，可建立如图2所示的拓扑结构模型。这是一个有向无环图，能够支持文献所提出的动力学分析方法。任一体段的物理模型L定义为如下8元式：L=<ID,CG,m,IT,shape,scale,NoJ,PoJ>（6）其中：ID是该体段的编号；CG是该体段的质心坐标；m是该体段的质量；IT是该体段的惯量张量，用一个3×3矩阵表示，研究中为了简化，一般只取其惯量主轴方向的值，即转动惯量，因此这里的IT为一对角阵；shape表示该体段的形状；scale表示该体段的大小；NoJ表示与该体段连接的关节的数目；PoJ表示与该体段连接关节的位置。根据对L的形式化表示，就可在仿真模型中为着舱外航天服的航天员各体段的物理参数。任一关节的物理模型J定义为如下7元式：J=<ID,DOF,B,F,position,orientation,range>（7）其中，ID是该关节的编号；DOF是该关节的自由度数；B是该关节所连接的基准体段；F是该关节连接的从属体段；position是该关节的位置坐标，可以灵活地选取局部基准坐标系或B的体段坐标系作为参考坐标系；orientation是该关节的方向表示，通常以B的体段坐标系为参考坐标系；range表示该关节每个自由度的取值范围。根据对J的形式化表示，就可在仿真模型中为着舱外航天服的航天员各关节的物理参数。航天服约束力建模舱外航天服除了对航天员的质量和运动属性影响外，由于舱外航天服织物的作用，以及航天服工作状态下内外压强差的存在，导致航天服对航天员各关节的力/力矩表现出一种“迟滞”现象[11]，如图3所示。针对这种“迟滞”现象，目前有许多模型可供使用，如表1。在上述模型的基础上，深入分析舱外航天服的约束力特性，提出一种基于历史信息的加权模型[4]，表示为：其中，τ表示舱外航天服的约束力矩，α表示与约束力矩相对应方向的自由度的关节角，集合｛αi｝表示α的历史信息，集合｛βj｝表示其它自由度方向的关节角信息，qa，b为权值，通过物理实验，参数分析等途径获得。使用此模型，能够充分描述舱外航天服的“迟滞”效应，并适用于关节具有2个以上自由度的情况。图4给出本文模型与美国EMU航天服肘关节的约束力测量曲线[12]的对比，可以看出二者曲线变化趋势基本一致。

仿真实现

【摘要】介绍了激光雷达在空间交会对接中的应用,讨论了激光雷达作为一种交会敏感器的基本原

理及其被用于测距、测速、测角和姿态测量的具体实现方案。

关键词空间交会对接;激光雷达;激光应用;激光测量

在航天器与空间站的交会和对接过程中,一般将空间站称为“目标飞行器”,是被动的;将航天

器称为“追踪飞行器”,是主动的。交会对接过程分为如图1所示的三个阶段[1]。

图1交会对接飞行阶段的划分

第四部分言语理解与表达

（共30题） 一、组选：选择一个词语或一个句子，使表达最为准确，你的选择应与题目要求最相符合。

（一）.主题:多少年来，人们一直在幻想研制一种航空航天运输工具，它既能从机场跑道起飞，又能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间，完成航天任务后再入大气层，在机场水平着陆，而经过简单维修后，短期内又能重上蓝天，重复使用几十几百次，这类既具有高超音速运输功能又具有天地往返运输系统功能的重复使用有翼飞行器，被称之为航空航天飞机，简称空天飞机。这是一种新型运输工具，具有一般飞机和航天器所没有的优越性。首先，与普通运输客机相比，它能够以更高速度在大气层上层（或近宇宙空间）机动飞行，从而大大缩短远距离运输的时间，如德国桑格尔空天飞机（第一级改进型）由法兰克福经洛杉矶飞至东京仅需3小时15分钟，美国""东方快车""由华盛顿飞至东京仅需2小时，而由欧洲飞至澳大利亚仅需1小时。再者，与以往的一次性使用飞船和多次部分重复使用航天飞机相比，它在重复使用性、机场水平起降能力，利用大气层能源、灵活机动性、发射操作费用、可维修性和复飞间隔时间等方面均有大幅度改进。如其重复使用次数可增至50至数百次，发射（运输）费用仅相当于运载火箭发射费用的三分之一（甚至十分之一或二十分之一），大型航天飞机发射费用的五分之一，比起用火箭发射小型航天飞机的费用也要降低10-30%。再如复飞间隔时间，空天飞机一般在着陆后数小时或略长时间内即可重新起飞。这是航天飞机所无法做到的。因此，空天飞机有着十分广阔的发展与应用前景，不仅可以进行全球性的高超音速运输，而且可以完成各项成本较低、效益较高的航天运输使命，为空间站往返运输人员和货物，执行各种航天军事任务，展望21世纪，它必然会成为遨游于大气层中与宇宙空间的骄子。

1、空天飞机是指：（）

A、兼具飞机与火箭功能的运输工具

B、能从机场起飞，穿越大气层进入宇宙空间的运输工具

据新华社北京10月16日电（记者钱彤陈芳丁建刚）十七大代表、国防科工委主任张庆伟16日说，举世瞩目的“绕月”工程总体准备情况良好，正在进行10月下旬首飞发射前的各项准备工作。

张庆伟介绍说，这次中国“嫦娥”飞天，对月球的观测主要做三方面的工作：描画月图，不仅画月球平面图，还要在此基础上进行立体测绘，画出月球立体的地形地貌；其次要对月壤进行观测分析，分析其表面成分；第三是对月日、月地空间环境进行研究。

张庆伟代表说，现在卫星已经到了发射场，并完成了加注和测试。

谈到选择首发时间，他说，年内比较适合发射的时段是在4月和10月。在综合考虑气象等因素对发射窗口的要求，经过优化选择，最后定在10月下旬。

张庆伟强调，我国的“绕月”工程是和平利用空间的工程，可以极大地带动我国航天科技的发展，对利用空间资源进行探索。“当然，我们是个发展中的大国，也应该在对月球的探索上作出我们的努力。”他说。

他强调说，“两弹一星”的成功是中国航天史上第一个里程碑。第二个里程碑是载人航天器，使我国成为世界继美国和前苏联后第三个实现这一目标的国家。绕月工程就是第三个里程碑。

受社会经济水平提升的影响，计算机技术的开发越来越深入，尤其是人工智能识别技术的开发与应用，应用范围越来越广，真正提高了生活与工作的便捷性。当前人工智能技术已经在机器人、智能语音识别、人工神经等多个领域得到运用，充分发挥计算机技术的优势提高计算机人工智能识别水平。下面重点围绕计算机人工智能识别关键技术的应用展开分析。

1计算机人工智能识别技术

所谓智能识别技术，即立足于计算机系统、扫描设备、照相机技术等先进技术的基础上，对目标指令、数据信息展开智能识别，提高识别准确性与效率，从而满足目前社会发展过程中对智能识别提出的严格要求。人工智能识别技术是在语音识别技术的基础上延伸而来，语音识别技术主要是在手机控制中得到运用，为人民群众的生活提供高质量服务。随后技术人员开发了人工智能识别技术，在运行过程中更多利用语音识别，语音内容、手机发出的指令比对之后展开分析，从而保证选择的有效性。在实际应用中渗透人工智能识别技术，能够真正减少工作量，提高工作效率，这对于社会的飞速发展有重要作用。

2计算机人工智能识别关键技术现状

目前我国人工智能识别技术的研发、应用依然处于发展阶段，与国外对比还没有非常完善且成熟的技术体系。同时，各个国家就人工智能识别技术展开交流与合作，这为我国研发人工智能识别技术新的机遇。通过不断实践与研发，人工智能识别技术水平显著提升，同时也为人们的工作与生活带来诸多便利。改善了生活条件。同时，我国相关部门对人工智能识别技术给予足够的重视，投入大量资金，市场规模不断扩大。2016年市场规模为16亿元，2017年增加到21亿元，2018年为26亿元，预计2019年和2020年有望突破40亿元。但是，人工智能识别技术在实践应用的过程中依然面临问题，和国外整体发展水平有一些差距，以上便是目前需要解决的解决重点问题。

3计算机人工智能识别关键技术运用