航空航天体系标准范文
航空航天体系标准篇
[关键词]超级计算机;体系结构;典型应用
中图分类号:文献标识码:文章编号:-()--
超级计算机是获得超高运算性能、解决大型科学计算和海量信息处理问题的重要工具,是各国竞争高端计算领先地位的关键领域。在气象、核模拟、流体力学、人工智能等领域,
超级计算已经成为不可或缺的重要手段。
。世界超级计算机发展简况
超级计算机的广泛应用,可以给社会带来巨大的经济效益和社会效益,世界超级计算机的高端科技主要集中在发达国家,
如美国、日本等。我国的超级计算机虽然起步较晚,但发展相对迅速。
年月,中国科学院计算技术所成功研制出我国第一台大型通用计算机――计算机,
当时它的计算速度是每秒万次,在我国第一颗原子弹的理沦射击和研制中发挥了重要作用。年,
邓小平同志在第一次全国科技大会上说:“中国要搞四个现代化,不能没有巨型机!
”。此后,
在国家/“计划”的支持下,
我国计算机专家奋起直追,经过不懈努力,取得了丰硕成果,年,“银河”在国防科技大学诞生;
年,
“银河”亿次巨型计算机通过鉴定;
年,
国防科技大学计算机研究所研制的“银河”通过国家鉴定。
年,曙光号由国家智能中心推出;
年月,曙光号推出;
此后陆续在年、年推出“曙光―”、“曙光-”超级服务器。
年研制出的“神威”峰值运算速度就已经高达每秒亿浮点。
目前,我国已经成功跻身于世界超级计算机大国前列。
但需要注意的是,
随着社会的进步与发展,超级计算机将会有更大突破,在超级计算机领域,我国与世界先进水平还有相当大的差距。
。超级计算机的体系结构
根据公认度较高的的分类方法,
当前超级计算机的体系结构有对称多处理()、大规模并行处理()、机群()、群聚集等几种。
。超级计算的典型应用
目前,气象(包括大气与海洋模拟)、计算流体力学()(涉及航空航天型号设计、高速交通工具设计)、核模拟(超级计算的重要应用领域,大国竞争的制高点)、生物信息学()/医学、天体物理、地球物理、基本理论计算领域等是超级计算机的典型应用领域。其中,国外(主要是美、日)超级计算机应用已具有相当的规模,
在国防、能源、航空航天和生命科学等关键领域,有很多较成熟实例。当前的应用模拟中,计算网格可高达几百万甚至超过十亿,数据量可达级,
实际性能可达量级;已能对一些物理、化学和武器、飞行器系统进行高分辨率、高逼真度、三维、全物理、全系统的模拟。对一些密集计算应用,如计算、核模拟、分子动力学计算等,处理器规模达到几百到数千个以上时仍然能够有较好的可扩展效率。
而对某些应用,如生物信息学/医学、数字图象处理、数据同化等方面,实际计算时的规模可扩展能力有限。
。体系结构与应用之间的关系浅析
第一,多样性的应用要求超级计算体系结构的多样性。
超级计算的应用领域大致可以分为:计算密集型应用(如核模拟、、气象)、数据密集型应用(如数字图书馆、数据仓库、数据融合)、通信密集型应用(如计算机协同工作、分布式作战模拟)。有的应用兼有一种或数种特性,
如“数字地球”、“数字中国”等属于综合型应用。计算密集型应用、数据密集型应用和通信密集型应用等不同应用特点各异,
对体系结构也就有不同的要求。可以得出结论,
一种单一体系结构不可能满足所有应用需求,没有单一标准能够公正评价所有体系结构的优劣。
第二,用户对机器的可扩展性、效率方面的要求日益提升。
相对于计算机的峰值性能,用户更关心实际可扩展性和并行效率的问题。超级计算机的处理器数目越来越多,对并行度的需求越来越大,
需要设计可扩展的并行算法与应用程序,寻求计算机体系结构与应用间的最优映射。从体系结构方面来说,
需要均衡、可扩展的结构,还要高效的资源管理系统与通信库。
目前来看,向量巨型机因其向量处理器的计算能力强,处理器数目少,降低了对并行度的依赖,而且向量优化技术比标量优化技术成熟,
因而实际计算效率较高。第三,是否具有易编程性是制约超级计算机应用的重要因素。计算机体系结构不断变化,从向量机开始出现了、、、等结构,
导致编程方式不断变化,
出现了向量编程、数据并行()、共享存储编程、消息传递编程、两级并行模式编程等,
编程方式仍然难以标准化。总的说来,超级计算机的编程仍然比较困难,阻碍了各种应用向超级计算机上的转移。需要一些工具来辅助代码向并行系统的移植,
无论它是以库的形式存在还是以其他软件工程工具的形式存在。自动并行(是解决并行编程问题的一条途径,
但其无论理论还是软件都很不成熟。第四,
应用对存储层次的利用关系到性能的发挥。高性能处理器与存储器之间速度的差距日趋扩大。
另外,人们对物理模型愈加精化,很多物理模型将每进行一个浮点运算就要加载一次数据。随着广域网速度的提高,超级计算将向网格()计算发展,
超级计算机将成为环境中的服务器。在超级计算机体系结构方面,、向量巨型机有发展空间。
此外,新的体系结构如、等将可能得到快速发展。在应用方面,超级计算应用将会开辟新的应用领域,更多地向数据处理、事务处理领域延伸,
并从单纯的信息处理向知识获取发展。
未来,受政府行为和市场需求的双重驱动,
超级计算机将向着更高的性能目标迈进。同时,
基于一些新材料、新工艺的光互连技术、超导体计算机、分子计算机和量子计算机等非传统超级计算技术将蓬勃兴起。超级计算机的研制是非常复杂系统的工程,我国超级计算机的整体水平与美国、日本和欧洲发达国家相比仍有较大差距,
进一步发展超级计算机的技术水平及应用,任重而道远。
参考文献
[]胡永生。我国高性能计算机产业发展的挑战和机遇[]。科技日报,
航空航天体系标准篇
年第期
致全国广大的航空爱好者的一封公开信
亲爱的全国航空爱好者同志们:
我们大家都知道今天是怎样一个伟大的时代。在整个世界,
这是东风压倒西风的时代,是人造卫星上天、宇宙航行开始的时代;在国内则是社会主义建设大跃进、生产力大解放的时代。
在这样一个伟大的时代里,
为了我国航空事业的大跃进,我们双手给你们呈献上一件礼物——“航空知识”双月刊。
在我们的礼物——“航空知识”双月刊中,就包含着航空各方面的有趣的知识。把这些知识介绍给你们,
就是这个刊物的光荣任务。
……
但是这个光荣任务的完成,除了党的坚强领导和我们的最大努力外,还有另外的一面。
那就是你们的大力支持。我们恳切地希望并且热烈地欢迎你们投稿,来信提出批评建议和问题,
并介绍给你们的亲友,使航空科学知识能够得到更广泛的传布。只有这样,这个新生的婴儿才能迅速而健康的发育、成长和壮大。
亲爱的同志们,
请接受我们的这份宇宙航行和大跃进时代的礼物吧!致以
革命敬礼
年月
编语:《致全国广大的航空爱好者的一封公开信》是《航空知识》刊发的第一篇稿件,在那个全国上下大搞生产建设的年代,
《航空知识》的诞生说明了当时的人们对于先进科学知识的渴求。
年第期
纪念北京—拉萨安全通航三周年
五月二十六日,
是个具有纪念意义的日子。三年前的今天,英雄的中国人民解放军空军战士,在号称“世界屋脊”的青藏高原上,成功地开辟了北京——拉萨航线,
粉碎了所谓“空中禁区”的神话,创造了航空史上史无前例的奇迹。
北京——拉萨通航三年来,空军部队除了往返接送的人员达四千五百人次外,
还空运物资三百八十五点五吨支援西藏建设,其中包括麦种、树种、医药、疫苗、科学仪器和矿藏标本等。所有这些,对促进西藏地方经济、文化的发展,
密切中央和西藏地方的联系,以及对巩固祖国统一、巩固国防等方面,作出了巨大贡献。不久前,当原西藏地方政府和上层反动集团所发动的叛乱事件发生以后,
航行于青藏、康藏高原的空军部队,曾协同地面部队向叛匪进行围剿。现在,
随着西藏叛乱的平息,西藏也进入了一个新的历史阶段。在不久的将来,
西藏广大穷苦人民,将永远摆脱极其落后的农奴制度,
进入伟大的民主改革和社会主义建设时期。毫无疑问,北京——拉萨航线的通航,
将进一步为加速西藏经济、文化的繁荣和巩固国防,发挥更大的作用。
编语:年,
党中央、国务院在酝酿成立西藏自治区筹备委员会的同时,作出了关于开辟北京—拉萨航线的决定。
开辟拉萨航线,最为关键的问题还在于飞机能否在海拔米以上的高原机场上空成功地进行载重起降。
苏联没有这样的高原机场,
开航使用的伊尔-在设计时也没有考虑到这方面的问题。最终成功通航,无疑是中国航空史上绚烂的一笔。
年第期?祝贺中日正式通航
今天是中日邦交正常化两周年。
在这个具有历史意义的日子,中日两国人民盼望已久的两国间正式通航实现了。
这是两国关系中一件可喜的事情。
我们对中日正式通航表示热烈的祝贺,对搭乘首航班机来我国访问的日中通航友好访华代表团的全体朋友表示衷心的欢迎!
在祝贺中日正式通航和纪念中日邦交正常化两周年的今天,
我们高兴地看到,过去两年来,中日两国间的经济文化交流不断发展,两国人民之间的友好往来日益频繁,
中日友好更加深入人心。尽管还有那么一小撮极端顽固分子,
妄图阻挠中日两国关系的健康发展,破坏中日友好的前进,但是,这股小小的逆流,终究抵挡不了中日友好的历史潮流继续奔腾前进。
编语:年,中日通航成为中日邦交正常化的见证。不幸的是,在今年——中日邦交正常化周年的日子里,曾经的“一小撮极端顽固分子”正变得疯狂和为所欲为——日本右翼势力上演的“购岛”闹剧让中日关系再度陷入低谷。
见证中日邦交正常化的中日航线也随之跌入冰点,~月,
运营中日航线的日本全日空和日航两家公司合计取消机位超过万个,而中国各航空公司取消的机位数量可能超过万个。
年第期?
关于使用“航天”名词
过去十多年来使用的航天技术名词,各行其是,名目繁多而意义雷同,
主要用过的有“空间技术”、“宇宙航行”、“空间飞行”、“星际航行”以及它们的简称“空间”、“太空”、“宇航”、“星航”等。无产阶级文化大革命中,
有的同志提出用“航天”一词来代替上述所有各词,这个建议得到不少同志的支持。
十多年前,当航天技术刚刚开始发展时,
一些技术名词由外文翻译过来,往往同一名词各人译法不一,同一事物的称呼因人而异,这是难免的。
但是事物发展到一定的阶段,就必然要向合理的统一的方向转化,新的名词就应运而生。目前在航天技术中,
多个意义雷同的名词并存,增加了广大工农兵群众和青少年了解和掌握航天技术的困难,
不利于普及和推广航天技术。所以,
航天技术名词的统一是很有必要的。但是究竟以哪一个名词作为统一的标准,看法是有分歧的。
我们主张:将原来被叫做“空间技术”、“宇宙航行”、“太空飞行”、“星际航行”等词,用“航天”或“航天技术”来统一取代。理由如下:
毛主席教导说:“中国文化应有自己的形式,这就是民族形式。”“航天”一词把外来的这个词,
同汉语的特点结合起来。“航天”不仅是由汉语中常用的字所组成,而且组成的词组完全符合汉语的习惯。
“天”在汉语中自古以来就包含有地球之外的茫茫宇宙空间的意思。例如:“天空”/“天体”、“天文学”、“天涯海角”、“远在天边”等词中的“天”字。
伟大领袖毛主席的“巡天遥看一千河”的著名词句,
是运用传统的诗歌语言说出科学道理的光辉典范,我们应该认真学习,领会精神,
在工作中贯彻。所以,用“天”或“天上”来代替“空间”、“宇宙”、“太空”、“外层空间”,是具有民族特色的。
“航”的意思很清楚,
就是“航行”的意思。同“天”字相结合构成“航天”,就是“在天上航行”或“航行于天上”之意。我国广大群众对于“航海”、“航空”是很熟悉的,
现在与这两个词相类似地出现“航天”也不会感到太陌生。“航天”与“航海”、“航空”二词一样,不仅可以单独使用,而且可以放在其他词前面当作修饰语,
构成一系列与航天有关的词组。如航天工程、航天事业、航天侦察、航天勘测、航天医学、航天站、航天器、航天员、航天服、美国国家航空航天局()等。
编语:这是国内关于“航天”这一学术名词的第一次公开讨论,
最终,“航天”一词被行业正式接纳甚至被广大华语地区所接受,《航空知识》起到了积极作用。
年第期“蓝天白云”素色封面
编语:年月,敬爱的周恩来总理逝世,
举国同哀。但“四人帮”严禁人民群众以任何形式悼念总理,更不许报刊发表悼念内容,全国上下笼罩在一片悲愤之中。
为了寄托哀思,本刊撤去传统的色彩封面,特别设计一幅“蓝天白云”素色封面,封面中只有蓝白两色,寓意“昔人已乘黄鹤去,
白云千载空悠悠”。封底采用正在喷洒的安-飞机照片,寓意总理的骨灰撒遍大江南北。
该期杂志发行后,
万册在全国各地抢购一空,
社会反响强烈,好评如潮。
粉碎“四人帮”后,国家出版局主办的《出版工作》曾专门刊发文章,
对该期《航空知识》悼念周总理的封面处理赞美有加,
称这是用特殊的艺术语言,表达对总理的怀念。
年第期?林彪专机坠毁之谜
一九七一年九月十三日二点三十分,林彪乘坐的三叉戟专机在叛逃苏联的途中,
坠毁在蒙古温都尔汗附近的依德尔默格县境内。机上九人,在深沉的黑夜里丧生于荒野之上。这九个人是:林彪,林彪的老婆叶群,
林彪的儿子林立果,
林彪的死党、原空军党委办公室处长刘沛丰,
以及林彪的汽车司机、飞机驾驶员、机械师、空勤机械师和特设机械师。
林彪的专机是怎样坠毁的?由于能对这个问题作出权威性回答的九个人都已粉身碎骨,因此,
只能靠别人对现场的一些调查和对情况的一些分析来判断。
根据调查分析,专机是在缺油的情况下,迫降未成而坠毁的。
得出这一判断的根据是:
一、十二日晚上,林立果,刘沛丰等人乘坐林彪的专机,
从北京西郊机场飞到山海关机场。十三日零点三十二分,飞机带上了林彪、叶群等又从山海关机场强行起飞。
起飞后,为了暂时掩盖一下叛逃的罪恶目的,飞机先朝西方向飞了一阵,
企图给人一种假象,飞机是往内蒙古西部飞,
然后猛地掉头向北,朝苏联的伊尔库茨克奔逃,中途在蒙古坠毁。
飞机在北京起飞时只加了十五吨油。因林彪一伙出逃仓惶,
飞机在山海关机场没顾得及补充油量。从北京到山海关,飞机飞行了半个多小时,耗油三吨左右。
从山海关机场起飞后,飞机在空中又飞行了将近两小时,费油十吨。因此,这架专机是在只剩下两吨油的情况下,
企图迫降于蒙古温都尔汗附近。
二、飞机坠毁的地方,是两山之间的一块平地,
土质由沙、石、泥构成,上面长有一米高的草。这确是当时能找到的迫降的理想地点。
三、飞机的起落架没有放下。飞机坠毁时抛出的九具尸体上,
没有一个穿鞋,
也没有一个戴手表。由于飞机在迫降时不可避免地会产生强烈的震动,因此,机上的人要摘除身上带的一切硬性的东西,以免在剧烈的震动情况下磕伤人。
这些现象表明,
飞机为迫降作了一系列的准备。
四、在飞机坠毁的现场,有一道右机翼先擦地面留下的几米长的沟痕。这说明,飞机迫降时失去平衡,
继而起火引起爆炸。
飞机之所以迫降未成,
看来是由于深夜没有一点灯光,而且机组人员严重不全,副驾驶员、领航员等都不在机上。在这样的情况下,
飞机要迫降成功是很不容易的。
五、在飞机坠毁现场发现六支五九式手枪和一支冲锋枪。但经对飞机和九具尸体进行调查,并没有发现枪击痕迹,
这说明,飞机坠毁前,机舱内没有发生对抗行为。
林彪一伙已经象一艘破船一样在中国历史上沉没。
异国的茫茫黑夜,为这伙丑类的演出拉下了最后的帷幕。他们的舞台,
从中华大地移到寂静无人的蒙古旷野,只有那里衰败的荒草,能够讲清他们当时从天上摔到地下的情况,而对历史学家来说,这个历史之谜的答案就只能依靠事后的迹象来推断了。
编语:林彪叛逃事件震惊中外,在叛逃事件发生年之后,《航空知识》成为对事件进行详细报道的首批媒体之一——在年第期和第期杂志上,分别刊发了《林彪外逃的三叉戟及其他》和《林彪专机坠毁之谜》,受到读者广泛关注。
年第期
迈向新世纪的中国空天盛会
在世纪的末期,
在香港即将回归之际,月日~日,中国国际航空航天博览会在中国南海之滨美丽的城市——珠海隆重举行。
我国从年代中期开始举办一些航展,如北京的国际航展、上海的国际航展等,
但从展览的规模来说,和国际上一些有名的航展,如英国的范堡罗航展、法国的巴黎航展、新加坡航展等相差甚远,
大都是由一些部门主办,多为一些模型、图片的静展,没有飞行表演。而此次的中国国际航空航天博览会,
才称得上是一次有国际水平的航展。它不仅有.万平方米的室内展馆,还有万平方米的室外展坪,是中国政府按国际惯例组织的、以实物展示、贸易洽谈为主,并带有飞行表演。
这个航展成为中国航空航天界向世界展示自己实力的窗口;也是连接中国空天界与世界各国空天界的纽带。
因此,无论是从规模上和影响上都是前所未有的。珠海人又一次抓住了这个走向世界的契机,
又一次在这座现代化花园式的滨海城市创造了奇迹。
编语:年堪称中国航展元年,自此,中国终于有了属于自己的、用于展示国家航空航天工业实力和科技创新能力的平台。
珠海航展的发展如实地反映着中国航空航天工业的发展,如今,珠海航展业已成为区域内最具影响力的航展之一。
年第期
严厉谴责以美国为首的北约野蛮暴行!
年月日午夜,以美国为首的北约悍然轰炸中国驻南斯拉夫联盟大使馆。枚精确制导炸弹,从不同角度击中了使馆大楼和大使官邸,
造成馆舍严重毁坏,名中国新闻工作者邵云环、许杏虎和朱颖不幸遇难牺牲,另外还有余人受伤。
北约的这一行径是对中国主权的粗暴侵犯,也是对国际关系准则的肆意践踏,
中国政府和人民对这一野蛮暴行表示极大愤慨和严厉谴责,并提出最强烈抗议。袭击事件发生后,北京有成千上万的学生和市民涌向美国驻华使馆门前举行游行示威,
表达他们对以美国为首的北约暴行的愤怒。
……
袭击中国使馆的-轰炸机,
从美国本土的惠特曼空军基地起飞,到南斯拉夫投弹后再飞回,往返连续飞行小时。
“杰达姆”是英文名称(联合直接攻击弹药)字首的音译。-口径(重量)磅(公斤),具有惯性导航加(全球卫星定位)修正制导系统,
毫米波雷达末制导,攻击精度米以内。“杰达姆”是一种尚在继续研制中的机载武器系统,
轰炸南联盟为其首次实战应用。-利用型磅航空炸弹改装。
每架-可带枚。如果在炸弹上加装短翼,其投弹距离可能由目前的~公里,增加到~公里。
编语:年,
北约发动的科索沃战争让南斯拉夫联盟共和国成为历史,
期间,美国-轰炸机轰炸我驻前南联盟大使馆成为国人在世纪之交最为愤慨的记忆。
年第期
中国首飞航天员第一梯队的最后确定
黄伟芬说:“回顾这五年,我们觉得非常艰难。因为我们对名航天员的训练和制造飞船是同步做的,
我们是一边建学校,一边要把学生培养出来。航天员训练要保证与整个工程同步进行。在针对航天器训练时,
难题在于飞船的技术状态没有确定,无法很确定对航天员讲,所以训练大纲和细则都必须跟着调整。
到强化训练阶段,大部分东西都定型了,也就好办了。”黄伟芬说:“性格是反映心理素质的一个方面,性格特点也是我们做测评的一个考察点。
比如是否敏感,是否容易受外界影响,如果易受影响,说明你的情绪稳定性不是很好,杨利伟就属于那种不受干扰型。
”在强化训练中,有一个“数管失效”的应急程序,指飞船进入太空后计算机管理程序失效,就要立刻改为手动操作应急返回。
有报道说,这个程序一共有多道指令、多个动作,
杨利伟能够做得分毫不差。
编语:年月日,
杨利伟成为中国首位进入太空的航天员。作为中国载人航天的重大突破,当期的《航空知识》刊发篇文章,
详细介绍航天员的训练以及选拔过程。
年第期?
直击救灾大空运
月日时分,四川汶川地区发生里氏级地震,
地壳运动累积的巨大能量瞬间释放,大地在剧烈地战栗;大量崩落的山石和震后的泥石流从高山上倾泻下来,
数十万乃至上百万方的砂石把通往震区的道路掩埋,
由于山体滑坡,一些路段干脆随着坍塌的山体“消失”无踪。震后的灾区急需食品、饮用水和急救药,和年前发生在唐山的那次强烈地震不同,
汶川的救援此刻却极为艰难:这里地处山区,平均海拔多米,
在所有公路交通宣告失败的情况下,天空成为了最后的选择。在百姓最需要的时候,
我们空军正在紧张行动,
对灾区实施人员机机降和物品空投……
航空航天体系标准篇
在学习中思考
在首批培养对象位成员中,
我所在的组由位中学校长组成,另有陈玉琨、宋永忠、胡百良等全国著名学者作为我们的导师。三年来,
培养工程组织了丰富多彩的培训活动,有行政领导的政策报告、专家学者的专业讲座和组内同伴的经验交流,我还多次随组外出实地考察,并根据专家推荐,
加强读书研修。
通过学习,我进一步提升了理论素养,凝练了办学思想,
开拓了办学视野。更重要的是,
在学习中,我逐步形成对淮阴中学今后办学定位的思考。我一直在思考,
学校目前已经成立拥有四个校区的教育集团,
已处在高位发展的平台,作为校长,如何领导学校,
使之更加有利于学生的全面发展、高质量发展和可持续发展?如何创建集团办学模式下的精品化、高质量、有特色的现代化学校?
面向“文化立校”之本,当前文化建设的方向、重点和途径在哪里?
结合学校的历史积淀和现实状况,
在广泛讨论、形成共识以及专家指导的基础上,我把“成就每一位师生的卓越追求”作为学校核心理念;把“竖起脊梁担事”作为学校精神内核;把“担当教育”作为学校教育品牌;把“追求卓越教育、具有国际视野、质量全国一流的当代学术高中”作为学校发展目标。
要实现这样的宏伟蓝图,我想,今后学校必须以“面向未来”的教育视野,注重优化教育生态、优化课程体系、优化管理模式、优化教师队伍建设,
倡导科研兴校、坚持学生全面发展与特长发展、开发非智力因素,才能真正打造精品教育和人民满意的教育。
在借鉴中实践
在小组中,周围的校长朋友们所在的学校都是江苏一流的中学,各自都有着鲜明的办学思想和办学特色。
有的倡导“全面发展,科学见长”,
培养学生在具有健全人格和人文精神的同时,具备良好的科学素养;有的注重激活学生的创新意识和培养学生的创新精神;有的重视弘扬国学精神,
来滋养濡染学生的中国品格;有的注重面向全体学生,
促进全面发展,培养个性特长,为学生的终身发展奠基;
有的则努力构建以“底蕴、活力、视野、气派”为支撑维度的“品位教育”学校特色……在交流研讨中,校长们畅谈办学思想和办学举措,专家们进行深刻的解剖和指导。
他们给我最大的启发是,办学要抓住关键要素,
以学生发展为核心,
坚持校本化、有特色、创新性、前瞻性,同时要寻求到相应的办学载体或办学抓手,然后依靠师生员工的群策群力,坚持不懈,
才能实现学校的发展目标。
在专家指导下,借鉴兄弟学校的先进经验,我积极进行办学实践探索,推动学校的优质发展。
(一)改革教师评价方式,促进教师主动发展。
我以为,
学校在采取各种培养举措的同时,需要改革传统的教师评价方式,
激发教师自主发展、主动发展的内驱力。
面对建设一支“结构合理、博学严谨、具有现代素养的研究型教师队伍”的目标要求,
淮阴中学创造性地实施“发展性教师评价”,重视对教师的过程性评价,为教师设立优秀教师、骨干教师、学科带头人等不同层面的发展目标,制定相应的评定细则,
明确发展途径和达成标准。学校还将教师日常工作、科研任务、职称晋升、评优奖励等有机联系在一起,同时深化和推广省级课题“中学发展性教师评价研究”的研究成果,对此评价体系进行与时俱进的修订,探索具有校本特色的评价体系,
完善了淮阴中学教师评价机制,较好地促进了教师素养的提升和专业的发展。
(二)推进“精品教育”建设,优化学校特色发展。
我以为,
学校必须注重与时俱进,
敢于推陈出新,不断优化自身特色,才能获得持续发展。
淮阴中学利用建设新校区契机,
已经打造出一座现代化的“精品校园”。
学校同时不断发掘自身文化,
推进校园景点建设,陶冶学生思想情操,努力让校园成为潜移默化、润物无声、春风化雨的隐性教育课程。建校周年之际,邀请校友、南京大学杜骏飞教授创作《淮中赋》,
诠释学校文化精神;
邀请书法家孙晓云先生将之撰写成书法作品,以青铜雕铸,立于校园,作为校庆纪念碑刻,
激发学生奋发进取,追求卓越。
学校积极优化整合德育资源,形成学科德育、人生指导、德育实践、家校联动、爱心助学等五项德育工程。学校以“担当教育”为指向,
健全学生自我管理网络,引导学生全方位参与学校管理,将运动会、艺术节、主题班会等活动交由学生策划组织,培养学生的担当精神,提升学生的综合素质。
学校历来重视课堂教学研究,不断丰富“基于指导的学生促进、基于反思的教师促进、基于学案的学习促进和基于调研的管理促进”四大教学策略的内涵,作为打造“精品课堂”的重要保证。近两年来,学校以深化课堂教学改革为重点,
强化课程建设、教学规范和教学改革执行力度,
依托技术手段和多元评价,加强监控和指导,引领课堂教学研究和发展,
促进课堂教学质量和教学效益的提高,同时减轻学生负担,让他们有更多的自主时间去发展个性特长。
(三)提高学生全面基础素质,着力培养创新人才
在学习的过程中,我愈加认识到,
基础教育应该着力培养创新人才在基础教育阶段必备的基础素质,培养理性和创新兼备的思维品质,培养崇高的社会责任感和坚忍不拔的意志品质。
学校应以课程为载体,开展各种活动,营造良好的创新人才成长环境,
促进创新人才的成长。
淮阴中学目前已经形成良好的办学生态,为培养创新人才提供了良好的条件。学校积极创新办学思路,积极变革人才培养模式,
深入优化课程体系,
开齐开好必修课程和选修课程的同时,加强拓展性课程建设。依托南京航空航天大学,
学校积极建设“航空航天特色课程基地”;
建设学生社团、航空航天体验馆、网络学习等平台,满足学生自主选择、自主发展的时空;整合通用技术课程,
提升艺术体育课程,加强实践课程、阅读课程、体验课程、拓展课程建设。学校组建航空“长空班”和“翔宇社”等多个社团,发现、培养、发展学生的兴趣和特长。学校与淮安市电视台、南京艺术学院和南京航空航天大学等专门机构或高校联合,
探索培养创新人才新的合作机制。
这些举措对学校创新人才培养起到极大的推动作用。
在发展中自省
三年“培养工程”的学习进修,我常怀幸运之念和感恩之心。我知道,它对于一所学校和一校之长非比寻常的意义。三年来,
领导的教诲,
人民的期待,专家的引领,同行的启发,促使我积极投身于每一项活动之中,
在探索中不断反思,在反思中适时调整,在调整中坚定前行。
为此,我取得了一定的成绩,
并赢得了广泛的肯定,被评为中学教授级高级教师,
当选十二届全国人大代表。在成绩面前,
我十分清楚,我只是一个办学探索者、实践者,只求在这项工程采众长,在学习和实践中促进学校和自己的共同发展,
努力促进学生的全面发展、主动发展、特长发展、多样发展,促进学校的优质发展、特色发展,履行一名教育管理工作者应担当的职责。
航空航天体系标准篇
【关键词】航天器航天器集群群智能太空探索微纳卫星
【中图分类号】.【文献标识码】
【】./。。.。
自世纪年代以来,
随着微电子、微机械技术迅猛发展,信息产业发生了翻天覆地的变化,
计算机外型越来越轻巧,功能也越来越强大。依靠这些技术的进步,
航天器也逐渐向小型化、低成本的方向发展。年代以硇∥佬羌际醭鱿郑其优势也越来越明显。
一方面,以美国、欧盟为首的航天大国已经将现代小卫星技术列为航天技术发展的重点领域之一;另一方面,多颗小卫星协同工作完成复杂太空探索任务已成为当今国际航天领域的一个研究热点,航天器集群的应用与开发必将成为未来国际太空发展的战略重点。
随着小卫星的发展,微纳航天器渐渐地成为了航天领域一个热点问题。由于微纳航天器采用了大量的高新技术,
具有功能密度与技术性能高、投资运营成本低、灵活性强、研制周期短、风险小等优点,
在计算机网络技术的启发下,由多颗微纳航天器编队飞行而构成的“空间飞行集群”的概念被广泛接受,并迅速成为航天领域学术研究的焦点。
目前,在天文观测、深空探测、对地勘测以及空间技术验证任务方面,
美国国家航空航天局、德国宇航中心、欧洲空间局、日本宇航事业部以及中国航天局相继提出并逐渐实施各式各样的航天器集群计划。未来航天器集群飞行模式必然会成为宇宙探索和空间应用领域的主流。
航天器集群概念的产生
“航天器集群”这种新概念主要来源于对昆虫群体的观察。自然界存在很多集群性昆虫和生物,比如蜜蜂、蚂蚁、大雁和鸟等,
即使没有明显的类似于人类社会的组织级别,这些生物在大群体中仍然可以共同合作,完成很多复杂的工作。未来,这种集群技术,
可以用于清理海洋石油管道、深海探索、军事侦察以及行星探测。
根据文献分析结果可知,集群的概念已经引起国内外航天器设计和导弹设计领域的高度重视,
如多弹拦截、智能卵石和小卫星编队等。如美国年启动的计划――“分布式模块化卫星系统”也含有集群的技术成分,尽管项目计划困难重重,并且目前已经终止了,
但世界各国的权威专家认为:“项目计划终止不等于这种理念终止,而这种理念将永存。”
直到今天,航天器集群还没有统一定义,但有一个共识,
即航天器集群是一片被控制的卫星云,一个航天器集群是由多个航天器单体所组成,它们共同合作完成一个任务。在执行任务时,
它们形成一个松散的聚集族,本着简单的行为和原则聚集在一起,好像昆虫群体社会。而学术界认为“任何一种受昆虫群体或其他动物社会行为机制而激发设计出的算法或分布式解决问题的策略均属于集群智能范畴”。
由此可见,所谓航天器集群,是指数量巨大,至少颗,甚至数千颗航天器组成的群体。
对于成百上千颗航天器组成的群体,
其控制和管理就显得尤其重要,采用常规的集中式的航天器管理模式来管理数量巨大的集群系统显然是不现实的。所以,结合集群理论研究航天器集群系统,
探索集群系统的应用,将会丰富和推动空间探索技术的发展。迄今为止,在集群理论探索方面,自组织聚集、自组织分散、连接运动、协同传输、模式构成和自组织建设仍然是热点问题。
大多数的群体都存在一定的结构,内部耦合紧密的群体大多都有如层次等级结构,有些是社会分工造成,
有些是以能力高低区分,这种结构使得信息在群体间传播快速且有效,
促使集体行为快速执行。不同的群体结构中,个体所发挥的作用也不一样,个体与环境、个体与个体之间的通信效率和通信范围也随之不同,
最终导致的群体效果也不同。
集群系统应该具备一定的结构,这是建立信息通道、实现个体交互的基础。这里的结构关系包括了结构形式、连接关系以及个体的地位分工等。
所以,未来航天器集群系统级也应该具有生物自然群的三种主要功能。
鲁棒性:航天器集群是在外界干扰和单体波动的情况下运行,协作是分散式的,且构成航天器集群的单体相对简单,载荷是分布的,因此集群对环境的扰动具有鲁棒性。
灵活性:航天器集群中的单体有能力协作其他单体完成任务,也有能力在不同的组里工作,且支持大量单体的自主行为。
扩展性和容错性:航天器集群是个冗余系统,
单体的缺失可以立即由另外一个单体补偿,因此群中某一特定部分的故障不会使其停止工作。
纵观各式各样的航天器集群计划
欧空局的计划。于年月发射,目前仍在运行。
计划是由欧空局提出的,由四颗相同的卫星组成,这四颗卫星运行于大椭圆地球极地轨道,轨道近地点和远地点高度分别为和。在实施太空计划之前,
一般情况下是采用单个航天器对空间环境的局部区域进行探测,当然也有特例,极少数的情况下采用了双星探测,因此在对地球近地空间环境进行探测时无法在三维的视角下完成。然而,
计划的成功实施,为地球空间探测领域开辟出了新的路径。
计划在太空中采用了一个四面体的空间队形进行编队飞行,
并可根据不同探测任务对其星间距离进行调整。这种航天器集群能够监测太阳离子和地球磁场之间的交互作用,从而得到太阳和地球电磁交互的三维模型。
-计划。
年月日,
美国成功发射了三颗卫星(,-),旨在验证未来科学任务试验的新技术。单颗-卫星重.,
采用机载发射方式入轨。三颗卫星排成星座,近乎位于同一轨道面内,每颗卫星相距约,通过微推进器实现轨道与姿态的联合控制。
-计划中的卫星虽然在尺寸和重量上都小于其他卫星,
但每颗卫星均可提供全套服务,具有动力、推进、通信、制导、导航和控制功能,以及搭载地磁场测量载荷的能力。
该计划有效验证了利用星座进行极地极光研究的优势,小型无线电转发器与常规天线、计算机优化天线组成新型通信链路的可行性,
小型动力系统的可行性以及地面系统制造技术的可行性。
-计划作为“新千禧计划”的一部分,它的成功实施为美国小型化航天部件、批量制造数十至数百颗微卫星打下了坚实基础。
()项目。年月,通过“宇宙神”火箭成功发射了项目的四颗卫星,
用以实现对地球电磁场的高精度测量。
该项目中卫星的结构和功能完全相同,卫星的有效载荷包括等检测设备高能粒子探测仪、电场仪器、数据处理设备离子分析仪、姿态敏感器磁强计和防干扰设备等。
四颗卫星组成一个边长从到几个地球半径长度变化的四面体,能够在地球磁层中,
在三维视角下对磁边界进行相关的测量,以此来分析研究磁重联现象。空间天气的混乱主要是由太阳风对地球磁层的影响造成,研究人员的主要任务就是结合卫星编队对当前的主流磁场理论进行相关的实验验证。
“天拓三号”微纳卫星集群飞行计划。
年月,由我国高校自主研制的微纳卫星“天拓三号”搭载火箭长征六号成功发射进入预定轨道。
“天拓三号”卫星集群中包含颗卫星,
采用“一主五从”的模式进行编队飞行,其中主星的质量在左右,
从星中包含有颗级的手机卫星和颗级的飞卫星。在整个卫星集群成功入轨之后,从星将与主星分离,
以较为形象的“母鸡带小鸡”的方式在太空形成微小卫星的星间组网,实现颗卫星在空间中的集群飞行。
“天拓三号”星群系统中的主星也称为“吕梁一号”,采用的星体系结构与立方星类似,即模块化多层板式结构,
该星群主要任务是星载航空目标信号监视(-)、新型星载船舶自动识别系统()的信号接收、级通用化卫星平台以及火灾监测等一系列新技术验证和科学实验。星载-能够在全球范围内对航空目标进行准实时的空中流量测量,并实现对航空目标的准实时监测,为航空服务的空管系统提供高时效性的飞行数据,进而能够使得航空飞行的效率提高一个档次。
多规模磁性层测量任务的四星编队。年月号,
美国宇航局执行多规模磁性层测量任务的四星编队首次排成三棱锥队形飞行,
也称四面体编队飞行,这是美国宇航局第四个太阳探测任务。采用这种队形意味着科学家们可以利用这些探测器进行三维观察。三棱锥队形对于提供地球空间环境的三维信息是至关重要的,
如果四个探测器都在一条直线或一个平面上运动,当它们飞经某个天体结构时,就不能观测到该天体结构的完整形态。
因为四星编队每个探测器的轨道可以单独调整,
科学家们可以调节四个探测器之间的距离,类似于望远镜调焦,通过调整四星编队的队形,
它们会让不同过程成为我们的焦点,
这样就使得他们可以从很多不同的空间方位来研究磁重联。
飓风全球导航卫星器群。美国宇航局计划年月中旬在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射地球科学小型卫星群,其任务是勘测一些科学家感兴趣的关于地球科学的未知信息,从而更准确地理解热带气旋和飓风的形成和强度。
飓风全球导航卫星器群基于道路导航技术,使用个小型卫星群测量地球海洋的表面粗糙度。科学家将利用这些数据计算海洋表面风速,进而更好地分析风暴的强度。
“飓风全球导航卫星群”聚焦于低成本、快速的科学勘测,是人类首次为地球飓风勘测,卫星群将完成单个探测器无法完成的任务,能够穿透“飓风眼壁”的暴雨,获得关于风暴强烈内核的重要数据。
所谓“飓风眼壁”是雷暴云层的密集环状结构,
它环绕平静的飓风眼,内核区域就像是风暴发动机,
从温暖表面海水抽取能量,再蒸发至地球大气层。
“飓风全球导航卫星群”能够持续监测全球热带飓风带纬度海洋的表面风力。每颗卫星能够每秒进行次风力测量,对于卫星群而言,
每秒能够进行次风力测量。
拟派遣微型机器人舰队探索木卫二。“新视野”号探测器让全世界都知晓了它的任务,花了年时间飞了亿公里,确实够震撼。
最近,又向美国政府要钱,计划向木星发送一个庞大的微型机器人舰队。
目前,人类对木星探索已经进行了三轮,第一轮美国“旅行者号”飞掠了木星,
第二轮伽利略探测器专门研究木星,今年“朱诺号”探测器又抵达木星,这还不算一些借力木星加速的任务。“朱诺号”探测器全副武装,
使用了最先进的防辐射技术来抵抗木星辐射。现在,
已经开始着手下一轮木星系统的探索,并邀请了全美所高校参与木星微型机器人舰队的研发,
目标是木卫二。木卫二是太阳系中除了地球外,
最有潜力拥有生命的星球,目前已经发现了冰下海洋,
接下来就要对木卫二实地勘察。
至于为什么要研发微型机器人舰队,这主要出于对经费方面的考虑。以立方星为架构的微卫星是一个方向,
每个探测器任务专一,造价较低,
比如可以收集木卫二稀薄大气的信息、携带高能粒子探测装置后可研究带电粒子的问题等。但希望研制出更先进的微型探测器,而不是简约型的立方体平台,能够在太阳系内广泛部署。前期任务主要涉及对木卫二的探索,
比如对木卫二大气、冰层以及冰下海洋进行针对性调查,后期将拓展至整个太阳系。南加州大学提出并且有能力开发出标准化的微型平台,比如适用于登陆小行星、彗星,
以及较大的卫星等。工程师打算研制一种飞往木星的微型机器人,
称为“”,
这种微型机器人外形呈多面体,
穿越木星大气层时,在木星大气的湍流作用下,
旋转吸收能量,产生漂浮升力。它允许科学家详细地研究气体行星,
也可以应用于地球上的飓风和龙卷风的研究。
美国的集群探测系统。
美国受昆虫社会行为的启发,计划于~年发射一个卫星集群探索小行星带,该计划暂命名为()。系统由颗皮星组成,其任务是利用群智能技术,
探索和勘测小行星带的小行星。
系统运行在小行星带内,这其中,空间环境十分恶劣,传统的大卫星是不能生存的。
小行星带介于火星和木星轨道之间,在这里估计有万颗小行星。
系统的主要任务就是想利用价格低廉的皮卫星群完成小行星带的勘探。为了克服任务规划工作带来的挑战,在系统设计时模仿昆虫的“无智能或简单智能的主体通过任何形式的聚集协作而表现出智能行为的特性”,系统按照不同等级进行管理,群卫星体系结构的等级划分包括“队”和“群”,
“群”还包括“子群”等,不同卫星装载的仪器是不同的,所以需要协同工作和共享信息才能很好地完成任务。
在这个群卫星系统里,有几种不同类型的卫星,
一类称为“”,它们载有不同的载荷和仪器,如磁强计、射线仪、质谱仪和可见光和红外相机等,每个“”只能获取一种特定的数据;另一类称为“”,
它们起统治作用,协调各个“”工作,并确定勘测目标;还有一类称“”,
仅仅起通信作用,它们是地球、“”和“”之间的信使。每个“”都会主动勘测所遇到的小行星,然后把信息发送给“”,
“”评估这些数据,形成一个总勘测报告。
系统的皮卫星是依靠一艘飞船运载到小行星带附近的拉各朗日点,
然后释放。在系统中,%的皮卫星是“”,当“”收集到数据时,它们首先把数据发给“”,
同时这些数据也可以判断“”是否被毁坏,大约%的“”穿过小行星带时被毁坏。这就要求它们有足够的队伍重构能力,
同时还要有很好的自恢复能力。
系统飞越小行星时,需要完成许多工作。它们首先要确定小行星的大小、旋转轴、小行星的卫星/月亮、轨道和盘旋点等。
随着获取小行星数据量的增大,还会派更多的子群,参与协作搜集更详细和更全面的小行星数据。
为了实现高度的自主性计划,基于社会结构的推理方法必须运用先进的人工智能技术,如神经网络、模糊逻辑和遗传算法等。为了辅助和维持高水平的自主性,更重要的任务还要考虑自主运行的修正能力,
以便适应环境变化、远距离操控和低带宽通讯等问题。
英国的“天基镜群”方案。英国拉斯哥大学教授在分析小天体变轨的几种流行技术方案的基础上,
提出了一种基于航天器群建立“天基镜子”的方案。该方案的部署是通过火箭将航天器群从地球发射升空,进入预定轨道,然后航天器集群再自主地逐渐徘徊于目标小天体附近,
依靠协同控制技术,进行优化部署后,将太阳光能聚集到小行星表面的某一点上。
首次提出这种方法的并不是教授。早在年,
美国亚利桑那州立大学的曾建议将一面非常大的镜子安放在一颗大卫星上,
以此来达到上述目的。
“天基镜群”的工作原理是发射一个航天器集群,集群中航天器都是纳型重量级的,
每颗纳型航天器携带一个小镜子,一颗纳型航天器就是一个镜子模块,然后通过统一的星务系统进行管理,
建立一个天基群镜系统,这样就可以把反射太阳光聚焦于小天体表面的某一指定点,将小天体的表面加热到至少°,使得小天体汽化。汽化后的小天体内部会喷射出气体,
由牛顿定律可知,
小天体将会产生一个与喷射方向相反的推力,
进而改变小天体的轨道。
基于全球卫星定位系统对航天器集群进行导航,结合自主控制技术,采用数十颗小卫星组成集群,使直径为数百米的小天体变轨是可以完全可行的。
若利用颗纳型航天器群,每颗航天器均承载一个宽的充气镜子,
大约可以在六个月内使一个直径约为的小天体发生变轨;若增加到颗纳型航天器,只需几天的时间就可以完成上述任务;假如要使直径为的小天体变轨,
则需要集合颗纳型航天器,汇聚太阳光至该小行星表面长达年的时间就可以使其发生变轨。
尽管目前控制颗航天器的技术有很多困难,
但随着群智能理论及其应用技术的深入发展,对于数千颗航天器的协调控制,未来将不再是问题。
所以航天器群的概念未来一定具有巨大的应用前景。
航天器集群的管理
目前,从航天器集群的管理技术来看,不同的航天器集群具有不同的技术特征,归纳起来有四类:轨道跟踪法、领航跟随法、虚拟结构法、蜂拥控制法。
轨道跟踪法。
单个的航天器一般都采用周期性轨道控制方法将航天器时刻保持在某特定轨道上,
该方法也适用于微小型航天器集群的飞行任务,
即将群系统中的成员航天器都控制在预先指定的期望轨道上。这种方法无需航天器间的信息交互,适用于群系统规模较小的情况,但对于数量较多的群系统来说,该方法不太现实。
领航跟随法。
在领航跟随法中,引领航天器在规划好的参考轨道上按计划运行,利用传统的周期性机动,使得跟随航天器跟踪引领航天器,保持稳定的相对运动状态。
该方法的优点在于群系统中大多数微小型航天器可以按照引领航天器的绝对轨道自然飞行,只需定期控制就能实现相对状态的维持。在领航跟随法中,由于引领航天器处于一种参考状态,
跟随航天器保持整体构型就需要消耗更多的燃料,因此未来需要围绕能源消耗问题做进一步的改进。
虚拟结构法。虚拟结构法,
即根据实际需求,给整个群系统分配一组合适的期望状态,
使得系统的整体状态误差最小。与领航跟随法相比,这种方法的主要优点在于群系统中所有的微小型航天器都有误差存在,但该方法可以从宏观角度考虑这些误差,
并引入燃料消耗加权,从而使得星间燃料消耗达到均衡状态。该方法的关键技术是需要保证微小型航天器之间信息交互的畅通性,
并强调整体的协同。
蜂拥控制法。
群体系统蜂拥控制方法是近年来受到国内外众多领域高度重视热点研究问题,主要借鉴仿生领域关于群体蜂拥行为的研究成果,集中在个体之间交互形成的网络拓扑结构已知条件下的控制问题。
当微小型航天器集群系统中航天器个体数量较多时,若区域信息的交互能够形成一定规则的形状,则可以利用启发式控制算法。大规模的航天器集群往往会带来较为繁重的通信和计算负担,
而蜂拥控制法采用分布式并行处理模式,能够很好地解决这个问题。但是蜂拥控制方法也存在着一定的缺陷,该方法没有将碰撞规避的问题纳入研究范围,且该构形下不是燃料最优的。
结束语
相比于传统的大卫星,微纳卫星的研发成本低、设计周期短、功能密度高。成百上千颗微纳卫星构成的集群灵活性高、鲁棒性高,能完成大卫星无法完成的任务,应用前景广阔,
而发展微纳卫星集群的关键就是高集成模块化技术和分布式协同控制技术,相信在不久的将来,随着其功能的不断完善,将会逐渐取代传统卫星成为空间应用的主流。
从历史上看,航天系统工程的发展将会带动其他学科发展。上世纪年代美国阿波罗登月所研制的新材料、新技术和新工艺推广到各个领域,如果说美国的计算机水平一直领先于世界,可以说是得益于阿波罗计划的推动。
所以,类似地,今天航天器集群的技术也将推动其他科学技术的发展。
从国际上对航天器集群研究和应用状况看,未来的发展将从以下几个方面开展研究工作:)在性能不变的情况下,尽可能地降低空间任务的成本,即用低成本去完成传统的太空探索任务;)通过简单的设计获得高可靠性产品;
)引入群智能理论成果,利用先进的微电子、微机械、微推进和仿生技术等,研究航天器集群的自主或自治的管理技术,完成更复杂的太空探索。
航空航天体系标准篇
载人航天工程不仅仅是尖端科技的集合体,
事实上,更是国家发展战略的重要体现。目前只有美国、俄罗斯和中国拥有完整的载人航天体系,
这是航天大国和航天强国的一个重要标志。另外,
从军事应用领域看,未来战争必然是空天一体化的战争,谁掌握了太空的制天权,
谁就掌握了战争的主动权。中国航天装备能在太空中将两个高速飞行的航天器减速、变轨、接近和对接,意味着中国航天装备具有攻击或捕获敌国军事卫星的能力,
这对维持世界长期稳定与和平发展具有重要的战略意义。
在浩瀚的地球外层空间,“神九”飞船与“天宫一号”的对接,
包含四大技术领域的重要突破。
首先,对中国航天设计人员来说,“神九”飞船与“天宫一号”进行的载人交会对接,
其技术状态新、安全标准高、涉及技术广、天地协同多,是未来建设空间站必须攻克的难题;另外,
“神九”飞船有名航天员参与交会对接,不确定因素多,所以“神九”飞船在空间运动控制、交会对接、组合体飞行、组合体载人的环控生保系统以及整个飞船的可靠性等诸多方面都包含着一系列的创新技术。
其次,“神九”飞天,
航天员首次进入天宫一号。在这次任务中,“神九”飞船与“天宫一号”实现空间连通,
航天员进入在轨的“天宫一号”驻留,并开展失重条件下的各种空间生活和科学实验,
所以,在“神九”飞船与“天宫一号”组合体的控制与管理、舱内温控和生命保障等系统协调配合等技术方面包含着一系列创新技术。
第三,“神九”任务要求宇航员在太空停留超过天。针对飞行时间较长的特点,
为了保障航天员健康,避免抗失重环境对航天员健康的不利影响,“神九”飞船突破一些防护措施。如在飞行中,
新增了自行车训练器、企鹅服、套带等对抗防护和锻炼用品。
另外,因为名宇航员在太空停留超过天,
所以“神九”飞船考核了地面向在轨航天器的工作人员和物资运输与补给技术。
第四,“神九”飞船首次搭载女宇航员。
从航天医学角度看,男性和女性的生理结构不同,
在太空生活期间的生理变化不同,女航天员对环控生保等一系列分系统的要求不同于男航天员。神舟飞船的多项设计考虑女性特点,
在“神七”和“神八”飞船基础上,进行了修改和完善,
在飞行程序设计和在轨运行的生活照料系统等方面,充分考虑到女性需求。
载人航天工程是一项系统化的工程,它与基础科学、材料科学、电子技术及控制工程等多个领域都有着密切的联动关系。“神九”飞天将带动整个中国科学技术的发展与经济繁荣。
过去的年里,航天活动与自然科学和社会科学的每一个学科都有着密切的联动关系。首先,它无可辩驳地证明了近代科学过去所积累的知识绝大部分是正确的。天文、生物学、数学、物理学、化学和唯物论哲学的主要科学理论过去都是在地球上由观察、实验、抽象和推理得到的,
航天事业的实践已经证明这些知识在地球以外也是可靠的、正确的和可以信赖的。
其次,航天活动对现代科学技术的发展产生重大的影响。如地质学是航天探测其它天体的基础,航天探测结果对地质学又产生了重大影响,航天探测通过对月球的直接观察表明,
在地球上找到亿年以前的岩石可能性几乎没有;一批新的学科,如行星地质学和宇宙地质学已经诞生。
航天探测对生命科学的触动最大,使得争论数百年的生命起源问题又进入了新的热潮,在航天活动的推动下,宇宙化学已经诞生,
为了解生命起源提供新的知识。今天,人们不仅认同地外生命存在的可能性,而且竞相实施部级的大科学工程去探测,
如为了挖掘生命起源的“种子”,美国曾设计航天器“深度”撞击彗星。
航天产业的重要特点,就是能够带动其它科技领域的发展,
进而推动社会经济发展。如美国的“阿波罗”登月计划持续近年,耗资达亿美元,但投入产出比却高达:,
在此后的十多年间催生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、高性能电子计算机等一大批高新科技产业群体,
并衍生出了包括航空航天、军事、通信、材料、医疗卫生、计算机及其它方面的多项应用技术成果,并推动了从医药到材料加工等几十种行业的发展,航天工业如今已成为美国在世界上最具领先地位的产业之一。更重要的是,
“阿波罗”计划还引领了科技进步,推动产业繁荣的浪潮,也为此后美国鼓励高校科研社会化和产业化法案的出台奠定基础。
同样,从“神一”飞船到“神九”飞船,
中国航天技术的应用成果已经逐渐开始辐射到新材料、新能源、计算机、生物技术和精密制造等诸多领域。
“神九”飞船与“天宫一号”对接成功,整个中国大地一片欢腾,
载人航天工程与老百姓的生活息息相关。
俄国航天理论先驱齐奥尔科夫斯基曾说过(年):“地球是人类的摇篮,但人类不能总在摇篮里生活。”著名的英国天文学家去年在多伦多大学的讲演中说(年):“地球在近两百年里,
难免有毁灭灾难,
人类要想世世代代的生存下去,必须移民到其它星球上去,所以我支持发展载人航天。”根据近百年天文学理论,地球的资源和太阳的能量总有一天要耗尽的,
人类要可持续地发展,必须飞出地球或太阳系;由此可见,载人航天工程是造福子孙后代的事业,需要我们人类祖祖辈辈的不懈努力。
从历史发展的角度考察,尖端科技一般都会通过推进社会文明、积累社会财富来提升人民福祉,
矫正社会治理方式,深化现代政治国家观念,
并以“人的幸福、人的尊严”为最终旨归。目前,从个人电脑到手提电话,从数码相机到互联网通讯,所有这些都包含着航天科技的结晶,
如果离开航天技术,像导航、数字地球、卫星电视与通信等等,每个人的生活都会与“现代化”相剥离。
上世纪年代以来,
我国已成功地利用返回式遥感卫星进行了数百次多品种的种子搭载实验。经过太空处理的种子能够产生有益的遗传变异,并取得显著的增产效果。利用神舟留轨舱的遥感设备,可以对国土资源进行考察与评估、对防灾减灾的指挥通信发挥着不可替代的作用。
航空航天体系标准篇
(一)带动相关高科技领域发展空间科学技术具有鲜明的多学科交叉的特点,对相关高科技领域的进步具有带动意义。。医疗技术在载人航天过程中,宇航员快速离开地球进入宇宙空间,由于物理环境的急剧变化,
宇航员身体状况及各项生理指标将产生明显不同。通过对宇航员的骨流失、肌肉萎缩现象的监护及防治,可以提高地面骨质疏松等疾病的治疗水平。此外,
通过长时间、实时对宇航员的生理参数进行监测,
医学生理信息遥测技术也得到极大发展和完善,从而间接促进人类的生存健康。。能源学对地观测卫星是石油、煤炭、地矿开发的重要手段,在能源工业中具有广泛的应用,
可以对能源的区域、储量、地质条件等指标进行全面勘测,提高能源的开发效率。当前,科学家已经发现地外天体蕴含丰富的天然资源,
这不仅是地球资源的有效补充和储备,
也间接推动了能源开采技术的发展,对缓解世界能源危机具有积极作用。。生物学太空的高真空、弱重力、微磁场等环境,是地球表面无法具有的。通过在宇宙空间开展实验研究,
可以进行太空作物的培育,
优化农作物生产。在太空微重力环境下可以获得质量更好的蛋白质单晶,利用这些单晶可以获取蛋白质的结构信息,
从而有利于新药的研制[],促进疑难病症的解决。
(二)体现国家的综合实力空间科学技术从诞生之日起就与一个国家的经济、军事、政治实力息息相关。
目前,
世界各国都大力提高本国的空间科学技术水平,
并通过各项政策和措施吸引高端人才、借鉴他国经验技术,其目的就在于增强国家的竞争实力。首先,
空间科学技术是经济发展的“倍增器”,不但通过预测、防治自然灾害减少国家经济损失,
而且催生大批新科学、新技术,促进电子、生物等新产品研发,形成产品的科技优势,增强商业竞争力,
创造经济收益;其次,空间科学技术的发展为国家安全提供保障,不仅信息安全以空间科学技术为依托,军事现代化发展也需要空间科学技术的支持;
最后,空间科学技术发展水平影响国家的国际地位及政治话语权,当今许多重要国际议题都与太空有关,只有提高空间科学技术水平才能避免受制于他国,在国家间的博弈中占据有利地位。
二、空间科学技术发展引发的国际问题
(一)航天器撞击事故时有发生由于轨道资源有限,人类对卫星的控制能力有限,航天器运行中的碰撞时有发生。美国东部时间年月日上午时分,
美国铱星与俄罗斯报废的宇宙-卫星在西伯利亚上空相撞,
这是人类历史上首次卫星相撞事故。事故发生后,
美俄均要求对方对此次事件负责,俄罗斯太空专家指责美国太空总署未能在事前及时发出预警,而美国太空总署则表明发出预警并非他们的职责。事故导致美国卫星服务部分中断并产生了数千个太空碎片,
分布在高度为公里至公里的太空中,
体积较大的残骸形成两团碎片云,负面影响深远。航天器碰撞不仅会威胁宇航员的生命、给国家造成巨大的经济损失,事故中形成的太空垃圾分布在各个高度的卫星轨道上,也成为今后太空碰撞事故的隐患,
可能引发连锁效应。由于太空垃圾和航天器的相对速度极大,
即使是轻微的摩擦碰撞,也会形成极强的破坏力,造成航天器的重大损坏:极小的垃圾碎片由于数量多、分布密集、覆盖面积广,对其跟踪监测的难度较大,与航天器发生碰撞的概率相对较高,
一旦发生接触,
可能会破坏航天器的表面材料,对器件造成损伤,使航天器的表面性能发生质的改变,影响正常运行及工作;较大的垃圾碎片则有可能改变航天器的飞行姿态,
使其偏离运行轨道,甚至穿透航天器表面,破坏内部结构,摧毁工作系统。报废的航天器残骸及碎片可能会坠入大气层,
虽然大部分会被烧毁,但仍有一些落在地球表面,如果掉入人类聚居区,将会严重威胁人类的生命财产安全。
(二)空间资源争夺日趋激烈。频轨资源频轨资源是卫星系统建立的基础,为卫星提供电波频率及运行轨道,
具有有限性及不可再生性。随着空间科学技术的发展及各国通讯、侦察、军事需求不断增强,
频轨资源日趋紧张,对地静止轨道资源及非静止轨道资源均非常稀缺。由于卫星轨道位于人类共处的宇宙空间之中,属于全人类所共有,
各国都有分享资源的权利,因此必须依据现有规则合理、有序、科学利用,出现纠纷应通过对话协商解决。目前国际采取的开发规则是“先申报即可先使用”,由此各国纷纷加大频轨资源的申报力度,
竞争非常激烈。由于美俄在上世纪五六十年代就开始发展空间科学技术,频轨资源申报远远早于其他国家,因此较好的频段和轨道位置已被占用,
其他国家只能对剩余的频轨资源加紧抢占[]。。物质资源目前,
人类已经在地外天体发现丰富的物质资源,
如铁、镍、铜以及稀土元素,对其他星体矿产资源的开发将有效缓解地球能源紧张。作为航天大国,尽管中、美、俄并未提出具体的开发战略,但都在进行多级超重型运载系统的研发,
以大幅度提升火箭的运载能力。中国的长征九号火箭、美国的太空运载系统以及俄罗斯的安加拉火箭的运载量都接近吨,可重复使用运载系统可以实现载人勘探以及地球和太空之间的货物双向快速运输,
太空采矿已成为国际竞赛的新项目。
(三)太空军事化导致世界局势不稳定。侦察卫星窃取情报破坏政治互信在目前已经发射的军用航天器中,用于窃取军事情报的侦察卫星约占%以上。
美国作为科技大国,为了维护其霸主地位,
早在世纪年代初期就开始发展侦察卫星技术,并于年月发射了第一颗详查型电子侦察卫星。美国利用侦察卫星打造的“美式监听帝国”一直对他国进行军事情报窃取,遭到国际社会的抗议和抵制。特别是年月,
前中情局职员爱德华?斯诺登披露了美国的“棱镜计划”,被监听者的电子邮件、视频照片、语音聊天、存储数据、通话记录、即时消息、文件传输、社交网络资料细节等个人隐私都被美国政府监控和掌握,联合国秘书长潘基文、德国总理默克尔、中国的华为公司均在其监听名单之列。
尽管美国政府以反恐作为窃听借口,依然无法平息各界质疑,引发了强烈的外交地震,
国际间的互信遭到重大挑战。。太空军事竞争使世界安全形势恶化随着科技水平的不断提高,
军事活动的热点区域不断向太空发展。尽管由于成本、技术原因,
当前的空间科学技术在军事活动中只起到辅助性作用,
但军事发展仍呈现太空化趋势,
各国纷纷针对太空战加强军事力量。受科技水平和霸主思想的影响,
美国的太空武器研制和太空军事化水平一直处于世界前列;俄罗斯于年正式组建独立的航天兵部队,成为俄罗斯武装力量的一个独立兵种;
印度于年筹建“航空航天防御司令部”,以管理印度的空间资产,并着手对太空战武器进行概念性研究;日本于年通过了《航空基本法》,
使日本航空自卫队得以利用太空资源,并积极研究、制定相关政策,为未来太空行动奠定法理。自此,
越来越多的国家加入太空军事竞争,不确定性增强、可控性降低,
相对稳定的世界太空格局面临失衡危险。
三、问题产生的深层原因分析
(一)太空垃圾数量多、寿命长自年开始,世界各国出于发展需要将数以千计的卫星送上太空。
由于航天器爆炸的残骸、宇航员丢弃的生活垃圾、报废的卫星以及其他人造物的存在,地球已经被数量巨大的太空垃圾包围。目前,大约有吨左右的太空垃圾绕地运行,
其中可检测的大碎片约为.万,小碎片约为万,
微小碎片则多达几千万[]。大部分的低轨道太空垃圾会落入大气层通过摩擦燃烧殆尽,
但高轨道的太空垃圾寿命都可达上千年,有些甚至会永远在太空中飞行。尽管人类提高了对太空垃圾的监测跟踪水平,
但仅依靠改变航天器轨道高度的方法仍然无法完全避免太空垃圾的撞击。目前,如何清除太空垃圾、保持太空环境的清洁仍然是全世界面临的艰巨问题,至今也没有有效的解决方法,太空垃圾的年增长率已经高达%—%。
(二)地球资源短缺,各国加紧对外扩张目前,太空资源的有效开发依然集中在高远位置、微重力、高真空、无污染等环境资源方面,主要为物理、生物、生命等学科服务。但随着人类生活水平的提高及医疗技术的进步,
地球上人口爆炸,地球资源日渐匮乏,人类面临着土地危机、能源危机、粮食危机和生态危机。
由此,世界各国纷纷将目光转向尚未开发的其他星体,计划开采物质资源、建立太空城市,
以保障人类的长远发展。如今已发现月球富含矿产资源,
在类木行星和彗星上存在大量的氢能资源,火星上的铁矿物质十分丰富。按照当今科技发展的速度,
未来人类极有可能获得其他星体的物质资源及地理空间。
因此,各国都加紧对外扩张的步伐,加快太空资源开发、运输技术的研究,以争取未来在太空资源归属问题上占得先机。
(三)现行的国际太空法存在缺陷自上世纪年代美苏太空竞争以来,
人类不断向地外发展,由此产生了国家间的太空权益与责任问题。目前国际上制定了份关于太空活动的法律文件及项基本法律制度,
确立了人类太空活动的准则,
无限期有效。不仅规范了人类的太空行为,而且为妥善解决太空领域的国际纠纷奠定了法制基础。国际太空法对太空活动应遵循的原则进行了规定,
主要包括保护空间环境、增强国际合作互助、保障全人类对太空的自由探索、维护人类共同利益、国家对自己发射的空间物体保持管辖控制、限制大规模杀伤性武器扩散至太空等方面。但随着空间发展水平不断加深,国际太空法暴露出涵盖面窄、盲点多的弊端,如地外行星矿藏勘探成果归属、太空垃圾的管理、太空开发智能财产权保护等问题均未建立相关条例,导致国际争端的解决尚无完善的法律法规可依。
(四)美国的霸主思想和太空军事化威胁世界和平美国的霸主思想使其在军事上采取前沿存在战略,在世界多个国家和地区派有驻军,
肆意干涉他国事务、发动战争,严重破坏地区稳定。
为了维护霸主地位,美国利用太空科技优势对各国情报进行监听,上至国家政要、下至普通百姓均在其监听范围之内,
严重违反国际法,侵犯人权。在情报安全问题上美国采取双重标准,严于律人,宽以待己,
加剧了国家之间的不信任,对实现世界和平有害无益。美国在海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争及伊拉克战争中依靠太空信息支援体系取得胜利,使其认识到空间科学技术在军事领域的巨大价值。年月美国进行首次太空战演习“施里弗—”;
年月,
美军成功发射可干扰别国军用卫星工作的“—”;
年月,美国空军首架-轨道试验飞行器发射入轨,标志美国加快太空军事化步伐[]。鉴于美国的军事威胁及国防需要,世界各国迅速开展太空军事化活动,
在全球范围内引发了新一轮的太空军备竞争,导致世界安全形势更加复杂。
四、未来空间健康发展的合理化建议
(一)加快太空垃圾清理方法的研究目前,人类尚未掌握有效清除太空垃圾的方法,
主要通过将废弃卫星推到其他轨道、监测避让的方法避免航天器碰撞事故。要从根本上解决太空垃圾问题,关键在于清理方法的研究。目前各国提出的方法主要有通过在地球发射激光分解绕地运行的太空垃圾,
通过“太空风车”清扫太空碎片,通过“太空弹弓”捕获太空垃圾投向地球大气层燃烧以及通过在大气层制造爆炸使人造卫星残骸进入低轨道燃烧,
但都仅停留在假想阶段,
尚未有政府或商业机构付诸实践。
世界各国应通过加强合作、加大投入、加速研发的手段寻求清理方法,以消除太空垃圾带来的潜在威胁。
(二)完善太空领域的法制建设国际太空法是人类太空活动产生与发展的产物,
应随着科技进步及问题的多元化不断完善。首先,各国应达成共识,加强沟通合作,为完善国际太空法律体系提供可行性建议;
其次,进一步明确太空活动的权利与义务,细化法律条约,保障有法可依;再次,
强化法律的执行效力,
维护法律法规的权威;最后,充分保障太空产业尚不发达的广大发展中国家的权益,
《外太空公约》阐明太空属于全人类,
太空资源是全人类共同的财富,各国应携手进行开发研究以解决地球资源紧缺的问题。
(三)增强政治互信,
加强国际合作人类需要的是各国平等共存、互惠共赢的国际关系,但当今世界恐怖主义依然盛行,霸权主义仍然存在,
部分地区局势动荡。面对这种局面,
各国要增强政治互信,合理利用太空军事技术携手打击恐怖犯罪,保障社会长治久安;根据现行的空间法律法规,禁止在太空中进行武器试验及军事部署,
限制发射核动力卫星,以维护太空和平与安全;促进经贸合作,大力发展经济与民生,
以国强民富作为国家目标;加强本国信息安全保护,将空间科学技术应用于国家安全防卫,
共同抵制美国窃取他国情报、干涉他国内政的霸权主义行为。此外,美国应认清国际形势,
放弃对“霸权永续”幻想的追求,停止以太空军事化为筹码的制约、威胁他国的行为。
美国一参议员曾指出:世纪谁控制了太空,谁就控制了地球的命运。
空间科学技术在经济、社会、国防、政治等领域具有重要地位,各国应紧密结合国家发展规划大力推进。但太空垃圾、资源争端、太空军事化等问题的产生严重影响全人类的安全和发展,需要世界各国加强合作共同解决。
与此同时,当前世界局势复杂多变,美国重返亚洲的“亚太再平衡”战略针对性愈发明显,面对挑战我国应努力提升科技创新能力,实现我国空间科学技术发展的历史性跨越,
以维护我国的安全稳定和社会进步。
航空航天体系标准篇
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[模式][反映][物种]。[先例],’’。
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[交换]。’[小行星][攻击],
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[大量出现]。。
[将(另一行星)改造成地球般的人],?
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[杀菌][早先的]。,[污染][细菌],
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[使彻底变革],。
[赞同],
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(,):’[理性的],
[合乎道德的]。[道德,伦理],。[剥夺],
,[精神失常]。
[另一可选择的],,[无情的]。
():注[情节],
“,。’。”,。’。’’’。
在不久的将来,
人类的科技产物也许能把火星从一个寒冷的红色沙漠变成一个适宜居住的星球。
然而,
引入生命并让火星披上绿色,将带来一系列我们从未遇过的问题。克里斯·麦凯(天体生物学家):我们能够让火星恢复宜居的环境。
然而对我来说,我们能够这样做这一事实会引发一个问题:我们是否应该这么做?我想,我们的所作所为将为今后树立一个范例,
反映出我们是一个怎样的物种。
火星将成为我们的先例。
出于这个原因,我认为我们应当谨慎行事,这一点非常重要。
目前火星上没有任何生命迹象,
而且完全有理由相信生命不可能存在于火星表面。火星表面缺乏水,
也没有可以抵挡辐射的防护层——这些条件确保了这一点。
然而,地表之下可能冻结着一些远古微生物,也许只需要温度升高即可复苏。若是如此,
它们便能回答宇宙学上最大的疑问:在宇宙中,生命起源是否不止一个?
几十亿年来,火星与地球一直在互相交换岩块。由于受到小行星撞击而脱离其中一颗行星的物体,
常常会降落到另一颗行星上。
偶有微生物搭上这趟顺风车也不足为奇。因此,
地球上的生命有可能来自火星,反之亦然。尽管这一点很有趣,
但它仍然无法告诉我们生命是否起源于其他地方。
不过,
假如火星生命最终被证实是独立体系——在我们的太阳系中,与我们的地球仅仅一星之隔的这个行星,有着自己的生命起源,
那便意味着只要条件适宜,生命就会萌芽;在一个拥有数十亿星系和数万亿颗恒星的宇宙当中,生命可能随处可见。这也可能意味着,
源于地球的生命可能会对火星生命构成威胁。
那么,假如真有火星生物的话,想把火星改造成地球的人又该如何对待它们呢?
麦凯:让火星变暖之前,我们最好先试着回答这个问题。因为我们要怎样做,取决于我们对这个问题的回答。
假如我们发现火星上有和地球上一样的生命,这个问题便无关紧要了,我们可以一路走下去,与火星共享来自地球的生命。但如果火星上确实存在生命,
并且有其独立生命起源,
那么依我看来,我们要做的事情将截然不同。
麦凯认为,
在这种情况下,我们应该对以往任务中遗留下来的所有太空垃圾进行消毒杀菌。即使数百年后,
火星仍有可能被来自地球的细菌污染。然后,我们应该把火星留给火星人。
麦凯:我认为我们的责任是促进火星上的生命繁荣发展。各个行星的生命多样性是一件好事;我们可以了解很多,
认识到以该生命为基础的另一个生物圈是如何运作的,而这种知识或将颠覆我们对诸如医学和农业等领域的理解;
因为我们有了一个可供对比的生物圈,这会帮助我们更好地认识地球。
然而,
并非所有人都赞同这种做法,尤其是在不辞劳苦地把火星改造成宜居地之后。
罗伯特·祖布林(火星协会主席):我不认为那是一种理性的、合乎道德的见解。
道德的标准要以什么对人们有益——而不是什么对细菌有益为基础。为了将这个地方留给细菌,
而从人类手中——不仅是从人类手中,也是从一个包含动物、植物、鸟类、鱼类等各种生物构成的奇妙生态系统手中——夺走一个活生生的世界,这种想法简直是发疯。
然而,
除此以外我们还有另一种选择,
就是扮演来自另一个星球的无情入侵者。
戴维·格林斯普(天体生物学家):你会联想到《世界大战》那样的剧情,
以及所有令人毛骨悚然的关于外星人入侵的科幻小说,入侵者来到地球,说:“噢!
我们想要你们的星球,
我们要杀了你们。”你知道,我们将这种行径视为邪恶。我的意思是,这可不是一个好邻居做的事。
但我相当肯定我们不会遇到这个问题,因为我认为火星上并不存在生命。
好奇号——新一代火星探测车
被称为“好奇号”的火星科学实验室()是美国国家航空航天局的探测车计划,于年月日发射,年月日成功登陆火星盖尔撞击坑。
好奇号造价高达亿美元,是迄今为止最大的火星探测车,比年登陆的火星探测车“机遇号”()和“勇气号”()重五倍,
长两倍。比起之前其他火星任务,它携带了更多先进科学仪器。
好奇号将会分析数十个样本,从泥土挖出物质,从岩石中钻取粉末,并预计运作至少一个火星年(约两个地球年),
其探测范围比起之前任何火星探测车都要大。它还要调查火星以前或现在维持生命的可能性。
航空航天体系标准篇
总的来说,一名当代的城市观天者在仰望夜空的时候总是要面临两大阻碍,
一是光害,二是雾霾,它们均发生于距地面两三千米的高度范围内。其中光害是全世界天文爱好者都会面临的一大困扰,
而雾霾仅仅是像中国这样的发展中国家在某个特定时期内面临的挑战。
通常来讲,
构成雾霾的颗粒直径都在微米以上,即所谓的.和。而可见光的波长是.微米至.微米,
远小于雾霾的组成颗粒。
因此,雾霾对可见光的干扰主要表现在散射和阻挡,前者令我们看不清太阳,后者令我们看不到星星。
此外,由于城市的热岛效应,雾霾颗粒在城市上空滞留的时间格外长,除非有新鲜空气自外界补充进来,否则很难主动消散。
更糟糕的是,雾霾与光害相遇后对星光的阻隔效果可以加成。
这就好像一束光打在烟雾上,飘浮的雾霾颗粒能够加强光害的破坏力,
并扩大其影响范围。利用天文学中极限星等的概念可以量化此类影响。极限星等表示特定环境下人眼在天顶附近刚好能够察觉到的最暗的星点亮度。
比如在理想的黑暗环境中,
这个数值应为等甚至更高;而在光害最严重的城市,这个数值会下降至等。另一方面,
在雾霾笼罩(.的数值在至之间)的乡村,极限星等一般为.等左右。但是,当类似的雾霾遇上严重的光害时,
这个数值竟会下降到等甚至等!由此可见,雾霾与光害之间的确有“一加一大于二”的非线性关系。
于是,城市观星就变成了一门趋利避害的学问。
下面,我们将从适宜城市观测的地点、时间、器材以及目标等四个方面详加阐述。
首先,地点的选择主要基于光害的分布。
因为雾霾的盘踞经常是大范围的,远远超出一座城市的面积。而城市中常见的光害来源可分为三大类:路灯、车灯及广告牌。前两者一般为钠灯,
照射方向朝下或者水平,因而较容易通过树木、建筑物等加以屏蔽。
相较之下,广告牌的发光类型及照射方向要随意得多,
只能通过尽可能远离的方式减轻其影响。不过,考虑到在安静的小区附近不太可能有刺目的广告牌(如果存在,可以尝试以干扰居民休息为由向有关部门投诉),
小区里的健身公园或居民楼楼顶都是不错的观星地点。
这里也可以对路灯和车灯起到良好的屏蔽效果。
那么,
哪个时间段才是城市观星推荐的观测时间呢?如果你曾有过在小区里彻夜守候星空的经历,就会有这样的感受:子夜过后,尤其是凌晨时分,头顶的夜空似乎比前半夜显得更加幽暗。
这并非你的错觉,因为午夜过后,市区中绝大部分的景观灯和广告牌都会关闭,同时车灯的数目也大为减少,
只留下主干道上的路灯。
鉴于此,城市观星者关注的星空也会与观天者熟悉的模式存在稍许错位,即在顺序上推后一个季节。比如在夏季的子夜观测以飞马座四边形、仙后座为代表的秋季星座,
而在冬季的夜晚观测以北斗七星、狮子座为代表的春季星空;在秋季的晚上观测以猎户座、双子座为代表的冬季星座,
而在春季的凌晨观测以夏季大三角、天蝎座为代表的夏季星空等。
选定了最佳的观测时间和地点,单凭我们的肉眼只能观测诸如流星雨这样的天象。如此单调的观测题材自然无法令人满意。
不必担心,
适用于城市观星的器材种类相当广泛,即便是一架品质合格的口径双筒望远镜也能极大地拓展你的视野。简单的计算表明,
假如你所在地区的极限星等为等,那么前面提到的双筒望远镜将有可能帮你辨认出暗至等的目标,这意味着诸如海王星、灶神星、较明亮的彗星(此类彗星会以一两年一次的频率出现)等天体已经进入你的观测范围了。
当然,口径更大的双筒望远镜可以进一步压暗背景天空的亮度,
提升你的观测能力。
仍以前述的光害条件为例,口径的双筒望远镜可以辨认出最暗.等的目标,
口径的双筒望远镜可辨认.等的目标,口径的大双筒望远镜可辨认暗至等的目标。不过一般来讲,双筒望远镜的体积与重量都会随着口径的增长而大幅增加,
价格也是如此。还有,为了保持镜中视野的稳定,口径超过的双筒望远镜通常都需要额外的辅助支撑(如三脚架),
从而造成携带上的不便。因此,我们不推荐业余爱好者购买口径超过的双筒望远镜,除非你是这方面的狂热发烧友―他们甚至会经常摆弄一些口径超过的巨型双筒观测设备。
不过话又说回来,
通过无节制地增加口径来提升你的暗弱天体观测能力其实是一条事倍功半的笨路子,相信你已经从前面越来越慢的数字增长中察觉到了这一点。假如你带上灵巧的口径的小镜子去极限星等为等的郊野乡村,它的观测效果就会超过市中心的一架口径的大双筒。
这是因为对类似星云、球状星团、彗星等弥散天体而言,一旦光害的亮度超过了其表面亮度,无论怎样增加设备口径都无济于事。
因此,如果你非得观测上述类型的深空天体,
就只能选择离开自己舒适的小区,
背上沉重的行囊跋山涉水。
这是没有办法的事情,基本的光学原理限制了城市观星的范围。不过,
这并不是说大口径设备在城市观星中就没有用武之地,
它在提升观测星等的同时,还可以显著提高目标的分辨率。换句话说,就是让目标变得更清晰,而这一点恰恰是城市观星的优势所在。
由于热岛效应,城市上空的低层大气较野外环境稳定得多,这十分利于大口径设备发挥分辨率方面的优势。另一方面,
如果你的确需要一架口径超过的设备用以提高观测分辨率,那么我推荐你购买业余天文望远镜。
不过我要格外强调的是,这个结论的否命题也成立,
即如果你只需要一架口径为(含)以下的便携式观天设备,那么我不推荐你购买天文望远镜,而推荐购买双筒望远镜。
至于背后的原因,如果你曾经像我一样不幸购买过它们,自然明白它们其实只是一种为学前幼儿准备的光学玩具,而非严谨的观测设备。
另外,
关于大口径设备,我要提到的第三个优势就是它们允许你为其添加必要的滤镜,比如月亮滤镜、行星滤镜、光害滤镜、滤镜等,尤其是光害滤镜。前面我们提到绝大部分路灯和车灯都是钠灯,
波长集中在钠双线上(波长.纳米和.纳米)。光害滤镜的原理就是在可见光的波段中重点过滤以上两个波长的光线,
提高目标与背景的反差。相关设备在天文照相领域首先被采用,对目视效果的提升也有显著作用。它们适用于大口径天文望远镜的原因也显而易见:滤镜本质上是一类筛选特定光线的筛子,
有减弱设备进光量的作用,因此对小口径望远镜而言,滤镜会显著劣化它们的像质。
拥有了合适的设备,下面我们就来看看它们都能在小区的楼顶上干点什么―当然,
我指的并不是对面女性住户的窗户。真正专注于观天的爱好者通常不会将他们设备的仰角降到°以下,因为地平线附近的雾霾和光害尤其严重,更何况大部分的天文望远镜都呈倒像或反像,这不利于地面景物的观察。
当然了,不同口径的设备擅长的目标也会不同。
下面按照由俭入奢的顺序分别讲解它们。
一、纯粹的目视。前面提到,纯粹的肉眼观察即可满足观赏流星雨的需要,
尤其是每年定期赴约的三大流星雨:月的英仙座流星雨,月的双子座流星雨以及月的象限仪座流星雨。它们会在当月的某个夜晚迎来极大流量,
具体日期随年份的不同稍有不同。你可以通过互联网查询到当年的准确时刻。若彼时天气晴朗且没有月光干扰,
你就可以如约守候在小区楼顶,静静等待流星划过。一般来说,
城市中的数小时蹲守足可以收获十几颗到几十颗流星。如此差强人意的表现或许与它们名字中的“雨”字不怎么相符。的确,壮丽的天象都是百年罕见的,
这是你成为天文爱好者之后需要适应的第一件事情。
此外,于日落后不久的黄昏和日出前的黎明找寻低轨道人造卫星也是件很有趣的事,
其中尤以国际空间站和铱星闪耀最具观赏性。另外,中国发射的“天宫”号及哈勃空间望远镜也能用肉眼直接看到,只是找寻的难度比前两个要高。你可以在相关网站上查询到它们经过你所在地区上空的准确时刻和过境轨迹,
并提前守候在那里。
二、小型双筒望远镜。
如前所述,双筒望远镜的优势在于观察尖锐的星点,而非弥散的深空天体。其适宜的观测目标几乎囊括了城市观星中的绝大部分天体,包括但不限于:崎岖的月面、各类月食、月掩星、太阳黑子及日食(须在双筒望远镜前端加装巴德膜)、星座、变星、七大行星(从水星到海王星)、明亮的小行星(如灶神星和谷神星)、明亮的彗星、疏散星团、暗弱的人造卫星等。
当然,
你也可以在白天尝试用双筒望远镜寻找金星和木星。看到它们并非难事,
难的是定位。
我敢说,对每一个在大白天看到星星的人而言,那一瞬间的体验足以终生难忘。
三、口径以上的天文望远镜。
这类设备当然可以观察到双筒望远镜能触及的所有目标,并带来全新的、令人吃惊的观感体验,只是如何定位并跟踪它们是一项十足的技术活。要知道,
天上的星辰每时每刻都在东升西落之中,地球的自转效应在倍率以上的目镜视野里会变得非常明显,甚至令人生厌。为此,
你可以考虑将自己的望远镜挪到赤道仪上,或者加装电动跟踪设备以抵消地球的自转效应。但对一个新手而言,
每次安装与校准这样的设备又是一项烦琐的任务。
不过,一旦你花时间弄清楚了其背后的原理和操作流程,
它带来的回报也相当丰厚。届时,你将可以使用更高倍率的目镜仔细欣赏月面上的陨石坑的细节、大行星表面的云带、挨得很近的双星,
以及形状怪异的行星状星云等。这里尤其要推荐的是双星,
天上有大把的此类目标适合在城市中心观测,并且双星间的姿态、颜色组合变化万千,每一对都极具观赏价值。
讲到这里,我想,
你完全有理由试着为自己挑选一个无月无风的晴夜,于整座城市沉入梦乡的时候,独自端坐于心爱的望远镜旁,慢慢找寻星表为你推荐的那些漂亮天体。然后,
在寂静无声的凌晨,一个人慢慢享受天文观测为你带来的每一丝兴奋和感动,当然,
还有那一份难得的心灵放松。
远离尘世,与星为伴,
绝对是一件挺惬意的事。
最数字
倍
现代汽车集团日前通过博客公开了正在研发中的“钢铁侠”实物。据称,研发中的“钢铁侠”包括能将体力提高倍的液压式可穿戴机器人,
在构造上无须遮蔽全身,系上安全带即可使用。这个机器人计划主要用于工厂等一线现场、未来的武器体系以及辅助残疾人生活等三个方面。
千米
土星北极的六边形神秘风暴一直吸引着科学家的目光,但实际上,
在土星南极上空也存在一个巨型风暴系统。
这个被称作“黑暗之眼”的风暴系统直径大约千米,几乎相当于地球直径的/。
近日,欧空局对外了一张关于这一风暴系统的最新图像,展示了该风暴内部剧烈对流的云层结构,
其清晰度超出以往任何图像的倍以上。欧空局在声明中指出:“先前的图像展示了这一风暴系统边缘的云系结构,
而最新图像能够让我们洞察其内部景象。”
万美元
年月日下午,美国航空航天局公布了新一轮的资金支持计划,
将资助个面向未来的项目,
目标是将人类送往太空深处。这个项目是“创新先进概念”项目集的一部分,在为期年的研究中,
每个项目将获得最多万美元的资助。这些项目听起来都像是科幻小说中的设想。
例如,一种“磁电机外壳”将帮助飞船软着陆,来自的太空居住舱可以使宇航员进入深度睡眠。
毫米
正在国际空间站驻站的英国宇航员蒂姆?
皮克近期在推特上发出一张照片,显示空间站舱体的窗户外层玻璃上有一圈裂纹。欧空局说,这个裂孔可能是由极薄的碎片或直径仅千分之一毫米的金属垃圾造成的,直径差不多毫米。
为躲避太空垃圾,空间站时常调整飞行轨道。直径超过厘米的太空垃圾可能击穿舱体,
大于厘米的垃圾则可能直接撞碎卫星或航天器。
月球泳池
坦白地讲,
在月球上游泳是一件很酷的事,把它作为当初我们登月的理由也不为过。最起码要比肯尼迪总统给出的理由更棒。说到在水中漂浮的感觉,
月球上和地球上差不多,因为在水中受到的浮力,
取决于你身体的密度以及水的密度,与重力没有关系。
在月球上潜泳的感觉也与在地球上很相似。游泳时阻力的主要来源是水的惯性,
而惯性是物质的一种独立属性,也与重力无关。潜泳者在月球上能达到的最高泳速与地球上差不多,
大概是米/秒。
但除此之外的其他事情,在月球上做就与在地球上时截然不同了,往往变得更有趣。
月球上的浪更大,
会溅起更多水花,
游泳的人甚至可以像海豚一样跃出水面。
你还想知道这个人能跃出水面多高?
得出近似答案的最简便的办法,
就是把游泳者看作一个简单抛物体。抛物体抛出的高度,可以通过这个公式算出:
速度/(×重力)。
也就是说,
在地球上,能游出米/秒速度的游泳健将,
可以跃出水面约厘米。
这样算并不完全正确,但已经足以令我们意识到,在地球上,
人类不可能像海豚一样跳跃。
不过,为了得到更准确的答案,也为了得出月球环境下适用的方程,
我们还需要考虑一些其他因素。
当游泳者跃出水面的瞬间,他并不需要支撑身体的全部重量,浮力分担了一部分体重。
随着身体逐渐露出水面,浮力逐渐减小,这是因为身体排开水的体积越来越小。因为身体的重力并未改变,
所以游泳者需要支撑的重量在增加。
你可以计算出要将你的身体竖直提出水面一定高度需要多少势能,但这牵涉到复杂的积分(处在水中的那部分身体的排水量对身体竖直移动距离的积分),而且还与身体的形状有关。如果游泳者的移动速度快到能够使绝大部分身体跃出水面,
那么这一因素会使他最终跃出水面的高度相差约半个躯干;如果速度没那么快,影响就会小一些。
我们还需要考虑一个因素,
即游泳者的一部分身体离开水面后,他还可以继续踩水。当身体完全没于水中的游泳者以最高速度游动时,水产生的阻力和踩水以及击打等产生的推力大小相同。我不知道该怎么描述游泳时双臂的动作,
我的第一反应就是“击打”,但我觉得肯定不是这个词……
无论如何,一旦游泳者的身体露出水面,产生的阻力几乎消失,
但他还可以继续踩水一段时间。
要想弄清楚这样会增加多少能量,你可以拿踩水产生的推力乘以身体露出水面后继续踩水的距离,因为能量等于力乘以距离。这段距离差不多是躯干的长度,
为米至.米。至于踩水产生的推力,随便搜索一下《救生员规范》就可以发现,一个游泳健将能将一个.千克的物体举在头顶游上一小段距离,
这意味着他需要产生多牛的力。
我们把上述因素全部综合起来,可以得出这样一个公式:
跃起高度=[(/×身体质量×最高速度+踢水推力×躯干长度)/(地球重力加速度×身体质量)]+浮力修正项。
要计算出游泳者跃出水面的高度,需要考虑多种因素,
但在月球上,普通人最起码也可以跃出水面米,迈克尔?
菲尔普斯跃出两三米都没问题。
如果再考虑到鳍,这个数字还会更令人惊喜。
穿戴鳍的游泳者比普通泳者很可能完成跃出水面四五米的动作。也就是说,他可以在月球上进行反向跳水。
而且结果可能更加惊人。年,
公共科学图书馆综合杂志《》发表过一篇论文,标题为《低重力环境下人类在水面行走》,得出的结论是:虽然在地球上人类无法在水面行走,
但在月球上有可能勉强做得到。我强烈建议大家读一读这篇论文,就算只看看第页那幅搞笑的实验装置图也好。
由于月球上重力减小,水会溅得更高,
这和游泳者能跃起更高的道理是一样的。结果就是溅起的水花更高,飞溅的水滴更多。用术语来说,月球上的游泳池更容易“飞溅”。
(飞溅程度的国际标准单位是“溅度”。)
要避免泳池中所有的水都溅出来,就得专门设计一下池岸上的排水系统,
让水能迅速流回泳池。
或者加高池壁,但这样的话,会毁了月球泳池最关键的一项乐趣―像幻灯片滑动换页那样在池岸上滑行着上岸。
我完全支持这样的想法。
如果我们真的要建一个月球基地,我认为一定得在上面建一个大型游泳池。
当然,
要运送一个游泳池所需的水(相当于匹马的重量)到月球表面,将是一个耗资不菲的大工程。(一个游泳池所需的水,如果用升的瓶子装,个一组,
要组,将它们运到月球上大概需要亿美元。)从另一方面看,
月球基地建成后,肯定要有人在上面居住,所以无论如何都需要把水运到月球上去。运送补给用水和过滤系统可能比每三四天就送新的宇航员来替换要划算得多,我建议美国航空航天局好好算算这笔账。
这一切并不是完全不可能。一个游泳池,
其重量大概相当于个“阿波罗”号月球着陆器。新一代的重型运载火箭,比如波音公司生产的太空发射系统(),或者公司制造的“空间”号猎鹰重型火箭,
应该能用尽可能少的往返次数,将游泳池所需的水运送到月球表面。