时间：2023-10-11 09:58:01
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇航空航天技术特征，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：航空概论；教学方法；教学手段
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）37-0172-02
航空航天技术是表征一个国家科学技术先进水平的重要标志，是力学、热力学、计算机技术、材料学、自动控制理论、电子技术、喷气推进技术及制造工艺等技术的综合体现[1]，是衡量一个国家国防实力，工业实力和科研实力的重要指标之一。近年来，国家大力发展航空航天事业，为了振兴国家，促进我国航空航天事业的快速发展。很多航空航天类的院校比如北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等相继开设了公共选修课《航空航天概论》，受到在校大学生的一致认可，特别是“神舟号”系列载人飞船发射成功以后，航空航天知识受到更多学生的关注[2]。因此，开设公共选修课《航空航天概论》，普及航空航天的基础知识，日益受到学生们的欢迎。
《航空概论》课程是我校（郑州航空工业管理学）针对航空特色面向全校开设的公共选修课程。本课程的开设目的有两方面：一是使学生初步建立航空技术的基本概念和基础知识。二是拓宽学生的视野，扩大知识面，培养他们学航空、爱航空、投身于航空事业的兴趣，使他们初步建立航空工程意识，为今后的工作奠定基础。
一、本课程的教学现状
《航空概论》作为一门全校公选课，开设对象以低年级学生为主，选课的学生人数多，学生专业知识背景很复杂，层次参差不齐，而且这门课程涉及的学科也比较多，其中有些理论知识，例如空气动力学、飞机发动机对很多学生来说比较抽象、难理解，特别是人文社科类的学生，感觉课程内容枯燥、机械呆板，提不起学习的兴趣。在教学中，教师讲课费劲，学生厌学，难以取得良好的教学效果，这种情况下，迫切需要采取合适的教学方法和手段，优化教学效果。
二、教学内容的优化
《航空概论》是一门关于航空方面知识介绍的基础课程，基于课程的性质和目的考虑，教学内容应该通俗易懂，不能有太多专业性很强的词汇，要注意扩宽知识面、保持内容的系统性，反映出科学前沿，同时还需要不断加强趣味性与知识性，在实际当中要注意教学内容的丰富多彩，比如有鸟类飞行可延伸到现在飞机，有放风筝延伸到飞行原理，进而讲解飞机的构造原理，让学生在感兴趣的事例中汲取航空知识。这样做即可提高学生学习兴趣，让学生积极主动的学习，又可以达到科学普及的目的。
三、教学方法的多样化
《航空概论》是一门以基础知识为主的课程，信息量大，且大多数内容以讲述为主。为了避免课堂教学枯燥乏味，提高学生的学习兴趣，在授课时，应该采用多样化的教学方法。作为授课教师，通过不断的探索，总结经验，请教有经验的老教师，总结了以下几种教学方法：
（一）互动、自主式教学方法
“教”与“学”是相辅相成的，缺一不可。若要提高教学效率，就要让学生充分参与到教学过程中，变被动学习为主动学习。例如为了让学生更了解世界航空发展历史，教学中可布置作业，让学生收集自己感兴趣的航空器的各种资料，包括航空器的图片、型号、性能、发展概况等，然后上台介绍给大家，通过收集、讲解的方式，调动了学生的积极性，增加课堂的趣味性，同时扩大知识面，增长更多课本之外的知识。
（二）启发、联想、讨论式教学方法
在讲述某些章节内容时，要注意启发学生的想象力，激发学生兴趣，强化学生自主学习和知识迁移的能力。例如，在讲解伯努利定理时，由于公式内容比较抽象，学生不容易理解和记忆，如果直接向学生灌输定理的内容和公式，学生的学习效果不是很理想。在这种情况下，可以设定一系列问题。引导学生自己推导出定理的内容。具体授课过程：两只手各拿一张纸，向纸中间吹气，让学生观察。问题1：发生了什么现象，学生答两张纸相吸了。问题2：两张纸为什么会相吸，学生答两张纸中间的压强变小了。问题3：压强代表的是空气中的那种能量？学生答“势能”。问题4：当压强减小时，空气中哪个参数变大了？学生回答“速度”。问题5：速度代表着空气的哪种能量？学生回答“动能”。问题6：当速度增加时压强为什么会减小？引导学生主动思考、相互讨论，再进一步引导，势能和动能的关系，以及能量守恒定律，最后总结出伯努利定律的相关知识。通过这种问答式的教学模式，让学生自主参加到课堂中，主动思考，积极讨论，提高了学习兴趣。增强教学效果，对所学的知识记忆更加牢固。
四、教学手段的多样性
教学手段的多样性对提高课程的教学效果和质量具有十分显著的作用。对于综合性强、信息量大的航空概论，采用多种教学手段，在有限的学时内，让学生尽可能多的去了解航空知识，显得尤为重要[4]。因此要不断的改进教学手段，充分利用多媒体技术、网络课程、慕课、课外实践等方式，为学生创造一个快捷、高效的学习环境，提高教学质量。
（一）多媒体教学
多媒体技术集声音、图片、视频、动画、文字于一体，有着文字信息无法比拟的优势。很多的知识比如讲解燃气涡轮发动机的工作过程，如果仅仅依靠课本上的文字和教师的口述，学生很难形成直观的印象，甚至费劲口舌，也无法让学生真正的理解。而采用多媒体的形式，通过视频和动画把气流在发动机各部件的工作过程进行完整的演示，可以非常直观和形象的把信息表达出来[4]，便于学生理解、加深印象，获得良好的教学效果。
（二）网络课程开设
我校结合自己的教学实际，开通了网络教学平台，并为每个教师和学生设置了一个网络账号，教师可以通过自己的平台，上传一些与课程相关的资料。可以在网络平台建立：（1）飞机图片库。将国内外典型的军用、民用飞机的形状，特征、尺寸和功能建立档案，通过对比学习，学生可以了解更多飞机知识。锻炼了学生的观察能力，加深理解所学知识，开阔眼界，拓宽思路。（2）飞机影片库。把一些战争场面中飞机的飞行状况和性能通过影片展现出来，使学生身临其境，在感受战争的残酷性的同时更加意识到飞机在现代战争中的重要作用，增强学生航空报国、为国争光的主人翁意识和责任感[5]。（3）老师可以将课程的重点难点上传至网络平台，与学生通过网络进行答疑解惑。学生随时随地可以在线学习，方便快捷，提高学习效率。
（三）慕课
慕课，英文名MOCC（Massive Open Online Course），意思为“大规模、开放性的在线课程”，由教师负责、很多学生参与，集讲课视频、作业、互动、测试相交织的网络教学模式。将慕课翻转课程的教学理念和教学模式应用到《航空概论》的教学实践中，课前学生学习在线课程，积累知识，为上课做准备。课中学生充分参与到课堂中，进行师生之间、学生与学生之间的讨论、交流（包括成果展示）、评价（包括学生互评）等学习活动。一方面提高了学生自主学习、合作学习的能力，另一方面培养了学生创新能力和解决问题的能力。
（四）课外实践活动
为了进一步提高学生的学习兴趣，可以把动手能力强、学有余力的学生组织起来，成立航模队，进行飞机模型的设计与制作。把课堂上学习的理论知识如空气动力学、飞行原理与实践动手相结合。现在，航模队的学生不仅可以做出纸质、木质的飞机模型，还能做出可以遥控指挥的飞机模型。并且，通过自学学习遥控飞行器的技术，已经具备航模飞行表演的能力，个别学生还参加2016年央视春节联欢晚会广州分会场上的飞行表演。通过课外实践，逐步培养学生创新、思考、维修飞机航模的基本能力，增强学生的团队协作、集体荣誉感的观念。同时可以带动更多同学参与到航空航天科普创新活动中，充分利用课余时间，发展学生的个人兴趣，提高学生的创新思维和实践动手能力，增强了我校学生的综合素质。
五、结论
《航空概论》是一门涉及多学科多领域的综合性课程，且选课学生的背景专业存在很大差异，如果采用单一的教学方法和教学手段难以满足课程教学的需要，因此进行教学改进是现实教学发展的需要。通过一系列的措施和教学改进，提高了学生对本课程的学习热情，增强了学生的自主学习和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]谢础，贾玉红.航空肮天技术概论[M].北京：北京航空肮天大学出版社，2005：9-1.
[2]王文虎，“航空航天技术概论”教学改革与实践研究[J].科技咨询，2007，（7）：100.
[3]张秀琴，李涛，王守忠.高等学校选修课设置和教学现状[J].石家庄经济学院学报，2004，27（6）：747-750.
Abstract: Through the introduction of concept of aerodynamics and aerospace technology in modern aerodynamics, the future directions of development of modern aerodynamics and aerospace issues that may be obstacles are analyzed and the technical problems are researched and studied in-depth, which is helpful for our country carrying out deeper aerodynamic research and development.
关键词：空气动力学；航空航天；发展
Key words: aerodynamics; aeronautics and astronautics; development
中图分类号：[O355] 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0227-01
0引言
空气动力学是研究物体在同气体做相对运动时的气体流动规律、受力特性以及伴随发证的物理变化，是力学的一个分支。空气动力学是建立在流体力学的基础上，伴随喷气推进技术和航空工业也逐渐发展起来的一门学科。
今后十年或更长一些时间内，航空航天技术必将有更大发展，正在研制和有可能开始投入研制的航空航天飞行器将主要有：高机动性作战飞机、无人侦察作战飞机、武装直升机、大型高速民航机和军用运输机、可重复使用的高超声速空天飞行器、微型飞行器、地效飞行器、智能控制可变形体飞行器等。上述这些飞行器的研制，对空气动力学发展提出的许多具有挑战性的课题，它们一般都涉及高度非定常、非线性、包括物理/化学变化效应，跨越力、热、电磁多种学科，从微观到宏观多种尺度的时/空瞬变流场等，都有很大的难度。空气动力学涉及的多学科、多目标优化，已成为重要的研究领域。下面给出几个空气动力学未来发展需要重点研究的几项课题。
1湍流理论、涡结构、转披和分离机制及主动涡控制技术
流动现象大致可以分为层流和湍流两大类。对层流的研究已经达到了相当成熟的阶段，而对湍流的研究则一直进展缓慢。19世纪初人们认为湍流是一种完全不规则的随机运动，因此，雷诺首创用统计平均方法来描叙湍流运动。1937年泰勒和冯・卡门对湍流下过定义，认为湍流是一种不规则运动，它在流体流过固壁或相邻不同速度流体层相互流过时产生。后来欣策在此基础上予以补充，说明湍流的速度、压强、温度等量在时间与空间坐标中是随机变化的。从20世纪70年代初开始，很多人认为湍流并不是完全随机的运动，而是存在一种可以被检测和显示的拟序结构，也称大涡拟序结构。它的处理与随机的小涡结构不同，它在切变湍流的脉动生成和发展中起主导作用。但是人们对这个说法仍存在争议，有人认为这种大尺度结构不属于湍流的范畴，而有人认为这是湍流的一种表现形式。目前大多数人的观点是：湍流由各种大小和涡量的涡旋叠加而成，其中最大涡尺度与流动环境密切相关，最小涡尺度则由赫性确定；流体在运动过程中涡旋不断破碎、合并，流体质点轨迹不断变化；在某些情况下，流场做完全随机的运动，在另一些情况下，流场随机运动与拟序运动并存。
2气动光学与气动声学
气动光学研究空气动力流场中密度、温度、压力等参数的不均匀变化和脉动特性引起的光线偏折、相位变化等造成的图像偏移、抖动、模糊、强度衰减以及光波在大气中传输时产生的折射、散射、吸收等现象对光传播和光学成像影响。
气动光学对进攻性或防御性高速成像制导武器的目标自动跟踪和瞄准误差有重要影响；对空中侦察、照相的影响是引起图像模糊和定位误差；对激光武器的影响是引起瞄准误差以及靶的聚焦能量衰减，最终造成损伤、摧毁作用的减弱。
流场特性预示是气动光学效应的研究基础。目前，包括激波、剪切层、喷流、湍流、旋涡运动及其相互干扰作用的各种复杂流场变化以及气动加热形成的热辐射影响预示方法都有自己的局限性，必须进一步深人研究和开发满足不同需求的高速流场数值预示方法包括雷诺平均NS方程、大涡模拟和直接数值模拟方法的研究，开展化学非平衡/高温辐射流场的藕合计算方法研究。要大力发展湍流流场试验测试技术，精确测量流场中的各种湍流平均量和脉动量以及它们的时空分布特征。建立和发展高速流场中气动力/热耦合环境下的模拟验证设备和相应测试手段，进一步探索高温流场红外辐射机理及其试验预测方法。要进一步深人研究目标图像和光波传输特征等基本气动光学参数的理论计算及数值仿真及气动光学传输效应验证试验方法，开展流场控制原理、气体热辐射抑制原理及气动光学效应的校正工作。气动声学研究空气动力流场中喷流、激波、分离流、旋涡、边界层压力等脉动引起的噪声辐射及其他声学效应。气动噪声是决定飞行器结构疲劳动强度和仪器舱噪声振动环境的主要因素，对物体表面边界层转挨和阻力特性也有密切的联系。主要研究内容包括：湍流边界层压力脉动特性和噪声产生的机理，激波振荡、分离旋涡、波涡干扰、喷流及其与外部流场的相互作用，物体表面沟槽、空穴、突起物和部件间干扰产生气动噪声的机制、理论和数值预测以及试验研究方法，气动噪声的主动、被动控制技术，噪声抑制机制和降噪原理和方法研究等。
3MAV与低Re数流动
低Re数空气动力学是微型飞行器研制的基础。由于微型飞行器尺度小，飞行速度低，对应的R。数范围为102-104量级。在这样的低R。数下是层流主导的流动，对流动参数的变化非常敏感，在飞行过程中，微小的参数变化都可能使翼面上出现层流分离，形成很大的分离泡，而且一旦分离就很难再附，气动特性明显下降，最大升阻比一般只有3-5左右。在这种条件下，如果按照传统的气动理论设计出的微型飞行器，有效载荷能力非常小，很难满足任务要求。
人们从仿生学研究中得到启示，鸟类和昆虫在飞行过程中能够产生比现有理论预示大得多的有效升力，因此，探讨新的高升力机制成为微型飞行器研制中的关键气动力问题之一。因内外在这方面都开展了很多研究，对扑翼、旋翼和其他仿生飞行模式，进行了广泛的研究，揭示了高升力产生的新机制。微型飞行器面向实用化遇到的另一个重要问题是如何在较大的外界环境干扰(如强风、大气湍流等)下保持稳定飞行，常规的空气舵面控制对非常小尺度、低Re数情况，很难提供足够的控制力，看来，人们也许会从昆虫和鸟类翅膀在飞行中的柔性变形和对外界扰动的自适应外形变化中得到启示。此外，已有的分析计算结果已经表明，低Re数情况下，非定常效应起着非常明显的作用，可以在很大程度上改变流场特性。这些都是有待深入研究的问题。
参考文献：
关键词：航空英语;构词特点;发展趋势
引言：近年来，各国航空航天技术发展较为迅速。我国在此方面也已经取得了举世瞩目的成绩，我国是美国、俄罗斯之后的第三个自主研发载人航天工程的国家。在我国航空航天技术不断发展的过程中，新的技术不断涌现出来，进而大量的新概念与新词汇出现在人们的视野中。因此，了解航空英语词语的构成，不仅有助于研究现代航空英语的构词特点与发展趋势，还能够促进航空英语教学，对掌握现代航空技术具有重要的意义。在分析航空英语构词特点的过程中，从语言学角度出发，属于ESP（Engliish for specific purpose）的重要领域。
一、航空英语词源分析
与其他的科技词汇相类似，航空英语与航空科学知识具有密不可分的关系。在英语发展中，这两者的关系显得越来越密切。依据词源学的角度来看，航空英语词汇主要有两个来源。一种来源是英语自身的词汇。在工业革命以来，英美两国在科学技术方面处于世界的领先水平。直至莱特兄弟举行了人类历史的第一次飞行。因此，较多的航空英语词汇都来自英语本身。例如，embark（上飞机，登机）、checkout（检查，检验）以及checking station（检查站点，检查点）等[1]。另一方面就是很多英语词汇具有不同的构词风格。在过去，英语中大量的科技词汇来源于希腊语与拉丁语。导致在航空英语中存在较多这种类型的词汇。直至现代与近代一些工业化较早的国家其科学技术也已经走向了世界的前列。因此，一些较为先进的科技词汇从工业化较早的国家语言中引入到英语中。这些语言包括了法语、汉语、德语以及俄语等。有的外来词会直接进入英语，有的是间接的传播到英语中来，或者是吸收为英语。一些外来词语被吸收为英语，进而转化为航空领域的使用语言。
二、航空英语构词特点
（一）缩合词（biend or portmanteaus）。缩合词又被称为拼合词。该类词汇通常由两个或者多个单词的部分混合构成一个新的词汇。从构词的角度分析就可以看出，这类词汇包括了“词首与词首”、“词首与单词”以及“词首与词尾”的缩合。这些说和词与在航空英语与航空技术中都具有其特殊的含义。例如，COMINT通信与情报（communications intelligence）等等。
（二）合成词（compounds）。通常情况下，合成词普遍都是由2个或者是2个以上的单词构成的词。合成词通常被分为2种，即所谓的并列合成词与主从合成词。并列合成词通常都是指词根或者词干之间具有并列关系的词语。例如，cockpit（驾驶舱）、life-and-death（生死攸关的）等等。而主从合成词则是指合成词中不同词根或者词干之间具有主从关系。例如，crosswind（侧风）、cloud-base（云底）等等。无论是具有并列关系的还是主从关系的词语构成合成词，词语之间仍然具有语义关系。
（三）缩写词（abbreviatins）。缩写词其实就是有每一个英语单词的首字母合并组成的缩减新词。该类词汇在结构形式上被称为abbreviatins。这类词汇大多都是由大写字母表示的，航空客机英语缩写死的雨一特征在此方面主要包括了机构的名称、技术设备的名称以及系统技术的名称等。例如，CAB民航委员会（Civil Aeronautices Board）、SPOT卫星定位和跟踪（satellite
positioning and tracking）以及GPS全球定位系统（global posi
tioning system）等等。航空客机的缩写词与在语音特征方面包括了initialisms与acronyms两种，这两种词汇的在使用方面也各不相同。
三、现代航空英语构词的发展趋势
在分析航空科技词汇的过程中，该领域的词汇构成趋势具有这么几项特点。首先，大量的缩合词汇。缩合词汇是对科技词汇系统的综合概括，该类词汇涵盖了大量的组织机构与行业的术语。例如，NTIS（国家技术情报处）、OBC（机上检查）等等。其次，大量的普通词汇被赋予了全新的科技含义。这类词汇极容易产生陌生感。虽然词语看起来不难，但是由于受懂啊专业的限制，难以命名。例如，stream landing（鱼贯着陆）、boxer（轰炸机）等等。再次，大量的合成词汇。合成词会通常具有多种合成方式。但是合成的词汇意义比较固定，常常表达一种较为专业的意义。例如，cargo-floor（货舱地板）、brownout（减少灯光）等。最后就是大量的词缀与词根构成派生词。这次额词汇多数都是较为常见的词缀与词根。这种构词方式不仅会改变词汇原有的含义，还会改变原有词汇的性质[2]。因此，如此看来，航空英语词会构成居有其特殊性，在航空英语使用的过程中规，具有较强的专业性。
总而言之，了解词汇的结构不仅能够对词义有更进一步的了解，还能够加深对词汇的记忆。通过对航空英语词汇构词的分析，找出其相似之处，进而可以牢记词汇的意义。
参考文献：
模拟实验是一种重要的科学技术研究方法，已广泛应用于许多领域[1-3]。社会发展与人类进步，迫切要求研究者日益关注新模拟实验方法的探讨，以发现越来越复杂的科学技术问题的未知特性，更好地揭示其内在运行机制。同时，研究者在科技论文中如何有效展示其模拟实验方法产生的效果，对提升论文价值，突出研究成果的创新性有重要意义。为此，在论述基本模拟类型的基础上，以近年来航空航天领域的某些中文科技论文为主要案例，探讨模拟实验方法的最新进展特征，提出属性依赖法与现场依赖法，为解决更复杂的科学技术问题提供新思路。
一、模拟的类型
1.模拟的基本类型
模拟是以科学技术理论与实践为基础，在一定环境与条件下，将研究对象用其它手段进行模仿的一种实验方法。该方法不直接涉及研究对象固有的现象与过程本身，而是设计一个和该现象与过程相似的模型，并通过该模型间接地呈现出该现象与过程。模拟实验的目的主要是便于经济地检验、验证、再现、发现或揭示该现象与过程的特征、演变规律与内在机制。
模拟的基本类型有物理模拟与计算机模拟。
物理模拟是制作和某现象与过程相似的物理模型，并对该模型研究，获取该现象与过程的特征。
计算机模拟是利用计算机对某现象与过程进行求解、分析、判断以及图像显示等，得出该现象与过程的特征。计算机模拟有模型模拟和统计模拟两种基本方法。
2.模拟实验方法的进展特征
科学技术的发展，对许多航空航天系统有越来越严格的性能要求[4-7]。为探索性能的未知特性，实时评估与预测性能退化轨迹，科学技术研究已经从静态发展到动态、从线性发展到非线性、从确定性参数发展到不确定性参数、从不变性函数发展到多变性函数。面对这些新问题，现有研究所采用的模拟实验方法取得了许多进展。
以近年来航空航天技术领域的某些中文科技论文为案例，经研究发现，模拟实验方法的最新进展以依赖问题的属性信息和现场信息为特征，旨在求解动态、非线性、不确定性与多变性等复杂问题，根据对问题信息的依赖特征，将现有的模拟实验方法归纳为属性依赖法与现场依赖法。
二、属性依赖法
属性依赖法是基于属性、目标属性与层次属性等3个信息要素的模拟实验方法。
属性是问题的抽象刻画，表示问题的性质与关系。性质表示问题的固有特征，关系表示不同问题之间的性质传承与影响。
目标属性是期望得到的对问题属性的某种解答或认知。
层次属性是目标属性的分解，即将目标属性分解为若干个子属性。若子属性彼此独立，则称为同层次子属性;否则称为非同层次子属性。层次按从低到高的顺序分为多层，目标属性依赖于最高层子属性，最高层子属性依赖于次高层子属性，依次类推，直到最低层子属性。
根据目标属性的不同，属性依赖法又细分为同步进化法与层次进化法。
1.同步进化法
同步进化法是将问题分解成低一层次的多个彼此独立的子问题，用基本模拟方法逐个解决各子问题，最后融合出结果。这是一种化整为零、逐个击破、同步进化的方法。具体做法是，若目标属性是由多个低一层次的独立子属性综合构成，则可以根据各独立子属性的特征，进行子属性模拟，然后推断各子属性的模拟结果，使各子属性由低层次同步进化至高层次，获得目标属性特征。
例如，揭示航空发动机非线性动力学特征是相关领域的一个重要问题。为此，文献[7]综合现有方法的优点，提出一种振动耦合动力学模型，计算出系统非线性响应，并在两个航空发动机转子模拟装置上进行模态实验，发现计算结果与实验结果有很好的吻合性。
在这个案例中，非线性响应特征问题被分解为2个同层次的子问题，即理论建模计算与模态实验，2个子问题解答的融合是将计算结果与实验结果进行对比分析。可以看出，解决这2个子问题的实验模拟方法分别是物理模拟和计算机模型模拟，经过对2种模拟结果的对比检验，最终推断出航空发动机非线性响应的某些特征，为探索航空发动机非线性动力学特征提供了新思路。
2.层次进化法
层次进化法是将问题按属性层次由低到高地分解成多个前后有联系的子问题，用基本模拟方法逐步解决各子问题，最后直接得到结果。该方法的特点是化整为零、逐步击破、依次进化。具体做法是，若目标属性可以分解为多个彼此低一层次的关联子属性，则可以根据各子属性的特征，按照设计好的步骤，依次进行子属性模拟，逐步使属性由低层次向高层次进化，逼近目标属性特征。
例如，航空发动机的故障诊断技术对发动机性能的可靠性、维护性和保障性有重要影响。但是，现有研究主要关注故障诊断算法的有效性，尚未有效验证故障检测率、定位率与虚警率等指标，从而无法定量评价故障诊断系统性能。这里的问题是如何定量评价故障诊断系统性能?
为此，文献[4]将问题分解为混合卡尔曼滤波器组故障诊断理论，发动机故障诊断系统和故障诊断实验等3个不同层次的子问题。这3个层次的进化关系为：(1)用计算机模型模拟方法构建混合卡尔曼滤波器组，为发动机故障诊断系统奠定理论模型基础;(2)基于理论模型，针对民用涡扇发动机常见的4种故障，用物理模型模拟方法搭建发动机故障诊断系统，为故障诊断实验奠定基础;(3)基于故障诊断系统，用统计模拟法评价出发动机故障诊断系统性能的定量指标值。
在该案例中，依次解决3个子问题的实验模拟方法分别是计算机模型模拟、物理模型模拟和统计模拟，最终目标是实现故障诊断系统性能的定量评价，为工程实践提供了重要依据。
三、现场依赖法
现场依赖法是基于时间序列和参数序列的模拟实验方法，时间序列和参数序列统称为序列。时间序列是将某现象的某一个指标在不同时间上的各个数值按时间先后顺序排列而形成的序列，序列中的信息与时间密切相关。参数序列是由某现象的某些特征值构成的序列，序列中的信息与时间没有关系。
现场依赖法是指依赖于问题真实现场信息的一种模拟实验方法，其特点是，在模拟实验中有现场的实时信息输入、输出与交流，可以及时矫正评估与预测结果。按照现场实时信息特征，现场依赖法可以细分为时间序列依赖法与参数序列依赖法。
1.时间序列依赖法
时间序列依赖法是根据现场实时信息的输入时间序列来实施输出序列运行轨迹评估与预测的一种模拟实验方法。
不确定性的输入时间序列干扰会导致输出时间序列运行轨迹发生未知的非线性与多变性演化，通过将外界的真实或模拟真实的时序干扰输入模拟实验系统，获取输出时间序列的演化响应机制，及时预测与矫正其运行轨迹，可以为真实航空航天系统的可靠运行奠定基础。
例如，为揭示大气阻力导致卫星轨道衰减的机制，文献[1]构建了模拟实验系统，将地球扁率与大气阻力摄动影响作为输入时间序列，通过模型模拟输出轨道根数变化，获取卫星轨道高度衰减结果即输出时间序列。其中，依赖的现场实时信息是经模拟改进的用某卫星高精度加速度仪测量得到的大气密度数据。尽管热层大气密度数据呈现出明显的动态、非线性、不确定性与多变性时序特征，模拟轨道序列与卫星实际轨道序列仍然保持一致，发现了卫星运行轨迹演变的新特性，研究成果具有创新性。
2.参数序列依赖法
参数序列依赖法是根据现场实时信息的输入参数序列来实施输出序列运行轨迹评估与预测的一种模拟实验方法。
常见参数有刚度、阻尼、固有频率、压力、流量与温度等，多种参数的组合构成参数序列。模拟实验系统的参数序列取值应该与真实系统的参数序列保持一致，才能可信赖地实施输出序列运行轨迹评估与预测。
例如，文献[8]的卫星在轨微振动环境模拟实验，用物理模拟方法构建出低频弹性支撑装置，揭示出自由边界条件对卫星动力学特征的影响机制，为提高卫星在轨微振动地面模拟实验精度奠定了基础。其中，依赖的现场实时信息是微振动扰振，输入参数序列为激振力参数，输出序列为模拟卫星弹性体的模态相应。
四、结 语
基于科学技术问题的属性信息和现场信息特征，提出模拟实验的属性依赖法与现场依赖法，可以解决动态、非线性、不确定性与多变性问题，为模拟实验方法的发展提供新思路。
模拟实验方法归类为科学技术研究方法论，合理运用属性依赖法与现场依赖法可以有效地验证或再现研究对象的表现，揭示其演变规律，发现某些未知特性。
在科技论文中，将属性依赖法与现场依赖法产生的效果充分展示出来，能更好地突出研究成果的创新性。
关键词：高科技产业；经济发展；社会进步；科学发展观
中图分类号：F27文献标志码：A文章编号：1673-291X（2010）34-0195-02
一、中国高技术产业概况
高技术在科学技术和社会经济发展中都有着极其重要的作用，高技术具有高效益、高智能、高投入、高驱动、高竞争、高风险和高速度的特征。中国发展科学技术产业涉及并不晚，1955年中央便出台大力发展科学技术的政策，但是真正意义上的高技术产业于1978年后才渐渐地在中国起步。主要始于沿海经济开发区，之后逐渐的蔓延到上海，辽东半岛等靠海经济开发区，近些年来以沿海为依托，辐射到内陆。发展至今，取得了一定的成绩，并呈现出如下特点：
（一）各项经济指标逐年增加
中国高技术产业近十年来的发展势头良好，随着进入高技术产业的企业的增加，产值逐年增长，越来越多的劳动者从事高技术产业。由于产值的提高，利润和利税也呈逐年上升的态势，对国家经济总产值和财政税收也是有帮助作用的。
（二）各行业发展不平衡
中国高技术产业涵盖医药制造业、航空航天器制造业、电子及通信设备制造业、电子计算机及办公设备制造业、医疗设备及仪器仪表制造业。
纵观整个年总产值图（见图1），电子及通信设备制造业的年工业总产值一直处于遥遥领先的地位，其次是电子计算机及办公设备的年总产值，医疗设备及仪器仪表一直处于落后的位置，说明中国高技术中各行业的发展存在明显的差异。
（三）高技术产业在航空和医疗领域有待开发
中国高技术产业主要集中于电子设备制造和计算机及其相关行业，涉及医疗和航空的高技术产业，其产值都远远低于电子行业。而医疗和航空航天领域也是最能体现一国自主创新能力和综合国力的重要方面，所以中国在航空航天和医疗领域的高技术运用及产业化，还有待进一步的开发。
图1各制造业年工业总产值（单位：亿元）
数据来源：《中国高技术产业统计年鉴》。
二、中国高技术产业同国民经济关系的实证分析
（一） 数据和计量模型
本文依据“技术是经济增长的重要因素”这一理论，建立下面这个计量模型来检验在中国，高技术产业是否已成为经济增长的主要因素。
我们建立只有一个解释变量和被解释变量的简单计量模型，并假设中国GDP值与中国高技术产业总产值存在线性关系。用如下方程（1）表示：
Y=β1+β2X+ut （1）
LnY=β1+β2LnX+ut （2）
其中，Y是被解释变量，代表中国GDP值，X是解释变量，代表中国高技术产业年总产值。Ut 是残差项，表示除X之外的所有影响GDP的因素，β1和β2都是待估计的系数。对上式进行差分，得出如下方程：
ΔLnY=β1+β2ΔLnX+ut （3）
我们选取的计量数据为1995―2007年的年GDP值和高技术产业总产值，数据来自《中国统计年鉴》、《中国高技术产业统计年鉴》。
（二）实证检验
首先，对GDP和高技术产业总产值的原始数据取自然对数，表示其增长率，然后，我们分别对ΔLnY和ΔLnX做过ADF检验，发现两者在显著性为5%的水平下能通过ADF检验，说明，这两组数据都满足一阶单整的条件，其一阶差分后均为平稳序列。接着，我们探讨这两个数据之间，是否存在因果关系，即对一阶差分后的GDP和一阶差分后的高技术产业总产值，进行格兰杰因果关系检验，但发现，即使在滞后4期的情况下，仍然无法通过检验，说明GDP的增长并不是高技术产业总产值增长的原因；高技术产业总产值增长也不是GDP增长的原因。
没有通过格兰杰因果关系检验，只能说明这两个数据并不互为对方增长的原因，但是不代表他们之间不存在协整关系，即使这两个数据各自都存在长期的波动规律，但是解释变量同被解释变量之间仍然可存在长期稳定的比例关系，所以我们最后对这两组数据进行协整检验。
（三）协整检验
我们先对LnY和LnX进行OLS（普通最小二乘法）回归，得出残差序列e，然后对残差序列e做平稳性检验，在无常数项也无截距项的型式条件下（只有一个变量时），查表得：显著水平为1%的临界值是-2.5658，显著水平为5%的临界值是-1.9393，显著水平为10%的临界值是-1.6156。检验的ADF值通过显著水平在10%时的ADF检验，并接近于5%显著水平下的值，且E（-1）值显著不为0，因此，我们可以得出这样的结果：即GDP同高技术产业总产值存在协整关系，两者存在一个长期稳定的比例关系。最后，我们对ΔLnY和ΔLnX进行OLS（普通最小二乘法）回归及偏相关检验。最终模型回归分析表达式为：
ΔLnGDP=0.087754+0.233444ΔLnHT
由于DW=2.175232，当样本数为13，只有一个解释变量时，du=1.340，符合du
（四）模型检验
对模型进行F检验，F=5.313922>F（1.11）=4.84，所以模型的总体显著性较好。可决系数检验：R2=0.726549，修正后的R2=0.589823，说明样本回归函数对样本点拟合较好，解释变量高技术产业总产值对被解释变量经济增长解释程度高。回归系数显著性检验：t0=1.622451，t1=1.794090，取α=0.05，查t分布表，在自由度为n-2=11下：
t0.025（11）=2.201，│t0│< t0.025（11），│t1│< t0.025（11）
所以接受原假设，说明高技术产业总产值对经济增长没有显著影响。
三、实证结果分析
（一）中国现阶段高技术产业发展水平还不够高
中国现阶段的高技术产业发展存在技术水平不够高、总体发展水平也不够高的境地。尽管中国高技术产业的总产出值是逐年递增的，但是自身的增长的比例仍然不够大，不仅比不上GDP自身的增长率，在GDP的占有份额上也不够大。总体高技术水平相对发达国家，仍然处于比较低下的位置，技术水平不高，也就意味着该技术能带来的附加值不高，从而导致平均产出的低下。
（二）中国现阶段高技术产业投入还不够大
中国在高技术产业研发经费的投入上相当的少，但中国高技术产业总产值还能稳步的上升，一定程度上说明我们的投入产出比有所增加。通过同GDP的对比，我们发现高技术产业总产值的增长速度是远远比不过GDP的，那就意味着在未来的发展中，我们仍然需要加大对高技术产业的扶植力度，在基础科研和研发上提供跟多的经济支持。
（三）中国现阶段高技术产业发展还不平衡
中国现阶段高技术产业发展不平衡主要表现在各行业发展的不平衡和地区之间发展的不平衡。发展最快的当属电子和计算机制造业，医疗和航空航天产业水平相对来说很低下，但是并不意味着发展很快的电子行业都是中国自主研发的高技术所带来的结果，很多可能是依托国外来华加工或者是以合资企业形式所带来的高产值。而相对来说，医疗和航空航天技术需要的自主研发能力就要强得多，因为这些技术，特别是航空航天技术，由于每个国家处于国家安全的角度和保存国家实力的角度来说，技术不容易发生外泄，所以主要还是依托每个国家的自主研发，中国的航空航天事业近几年取得了骄人的成绩，如神七成功实现太空遨游，都说明中国在高技术领域有所突破，但要实现产业化，还将有漫长的道路要走。
四、总结
中国的高技术产业虽然起步晚，总体上发展还不平衡，但它依然处于上升发展的势头。面对高技术产业存在的问题，科学发展观给予了我们解决问题的理论依据，要求做到进一步的推进自主创新，走建设新型创新型国家道路，大力提升中国高技术产业的技术水平、产出水平，提高高技术附加值和市场化程度，此外，面对高技术产业地区发展的不平衡，我们要做到统筹区域协调发展，实行区域间的合作和帮扶，发展水平高的地区要大力的给予发展水平低的地区人力、物力、财力的支持，形成合理的区域发展格局，在总体上提高中国高技术产业的水平。
加大高技术产业的发展力度，是实现中国经济增长方式转变的根本途径，也是实现生产力改革，调整产业和变以牺牲环境和资源为代价的粗放型经济发展模式为走自主创新道路，依靠高科技推动发展的集约型发展模式，解决经济发展同环境资源、社会的矛盾。大力发展高技术，这不仅符合科学发展观全面发展、科学发展、协调发展、可持续发展的要求，也是从根本上实现又好又快发展的先决条件。
参考文献：
[1][美]保罗・萨缪尔森，威廉・诺德豪斯.经济学:第17版[M].北京:人民邮电出版社，2004:10.
[关键词] 高技术产品；国际分工；贸易模式
[中图分类号] F752 [文献标识码] A [文章编号]
一、引言
我国自实施“科技兴贸”战略以来，相继制定了一系列鼓励高新技术产业发展的贸易政策和产业政策，这些政策极大地促进了我国高技术产品国际贸易的开展。我国科技部《中国高技术产业数据（2012）》显示，2011年中国高技术产品进出口总额突破万亿美元，贸易顺差达856亿美元；中国香港、美国和欧盟是我国高技术产品的前三大出口市场，共占据61.4%的出口份额，而香港地区多为转口贸易，最终消费地则主要以美国和欧盟为主；我国高技术产品的进口主要来自于亚洲的韩国、中国台湾和日本，三者之和占据我国高技术产品进口市场45.1%的份额，而欧盟和美国则位居其后。
金融危机爆发后，美国推出创新战略，提出“再工业化”之路和清洁能源计划，重振美国经济；我国一直将高技术产业列为重点发展和扶持的产业之一，金融危机后我国制定了《电子信息产业调整和振兴规划》，并将加快培育和发展战略性新兴产业作为应对金融危机的重要举措。鉴于美国在全球高技术领域的重要地位，以及我国与美国经贸关系的相对重要性，分析我国与美国高技术产品贸易，具有重要意义。
二、数据来源与分析指标
（一）数据来源
我国科技部和商务部参照美国先进技术产品（Advanced Technology Product， ATP）进出口目录，确定了中国高技术产品进出口统计目录。该目录包括生物技术、生命科学技术、光电技术、计算机与通信技术、电子技术、计算机集成制造技术、材料技术、航空航天技术和其他技术共九大技术领域，突出了高、精、尖的技术特点。按照国际可比性原则，本文依据海关合作理事会《商品名称及编码协调制度（HS）》，选取六位数《HS2002》版本的上述九大领域高技术产品年度进出口统计数据作为研究对象，样本区间为2002-2011年，数据来源于联合国商品贸易数据库（UN COMTRADE），其中报告国选择中国，伙伴国选择美国，贸易流向包括进口和出口。
（二）分析指标
1.GL指数
Grubel和Lloyd（1975）年提出GL指数，作为衡量产业内贸易（Intra-Industry Trade， IIT）水平的重要指标：
其中Xi与Mi分别表示i产业的出口额和进口额，GLi∈[0，1]，0表示完全产业间贸易，1表示完全产业内贸易。若i产业中包含n种产品，则以每种产品的进出口额占i产业进出口总额的比重为权数计算的i产业内贸易指数：
当产品分类不够精细时计算出的GL指数，容易产生产业汇总偏误，虚高产业内贸易水平，影响实证研究的解释力，因此学者建议至少采用SITC三位数层次或HS四位数层次的贸易数据，衡量产业内贸易水平；由于UN COMTRADE数据库中对于商品成交数量单位的统计，HS统计数据要比SITC统计数据记录得详细，例如对于不同的商品采用升、千克、件数等具体单位，计算进出口单位价值时相对科学。所以，本文选取HS六位数编码统计数据作为研究样本。
2.贸易特化系数
GL指数只是衡量了产业内贸易的水平，不区分国际贸易流向，因此可以借助贸易特化系数（Trade Specialization Coefficient， TSC）加以补充。i产业的TSC表示为：
一般而言，TSCi∈[-1，1]。TSC越接近于1，说明该产业出口额远超过进口额，该产业的国际竞争力就越强；反之，若TSC越接近于-1，则说明该产业出口额远小于进口额，该产业在国际市场上的竞争力就越弱。
3.FF份额指数
Fontagné和Freudenberg（1997）将贸易类型划分为产业间贸易、水平产业内贸易和垂直产业内贸易，进而可以计算不同类型贸易所占的份额。
一般而言，各国出口统计以FOB价格计值，进口以CIF价格计值，考虑到运费、保险和利润等因素，在FOB价格基础上加成25%是合理的，即质量相当的同种产品的出口单价和进口单价之比（ ）应位于合理的区间内，此时双方开展的贸易类型为水平型贸易；若 超出该区间，则双方进行的贸易为垂直型贸易。表1体现了这种思路。
4. FF份额指数扩展
尽管FF份额指数能够显示出产业间贸易、水平产业内贸易和垂直产业内贸易的份额，但不能衡量出贸易国出口产品的价格水平和竞争力水平，从而无法判断在垂直产业内分工中所处的位置。鉴于中美高技术产品产业内贸易以垂直型为主，因此可以在FF份额指数的基础上，进一步将垂直产业内贸易划分为两种类型：低端垂直产业内贸易（VIITL）和高端垂直产业内贸易（VIITH）。若 1.25，则贸易类型为VIITH。从事VIITL的国家以生产和出口低质低价产品为主，在高技术产业链国际分工中处于加工制造环节；而从事VIITH的国家则以生产和出口优质高价产品为主，在高技术产业链分工中处于研发设计和品牌营销环节。
三、中美高技术产品分工与贸易模式分析
（一）产业内贸易水平
九大技术领域中，生物技术和其他技术的产业内贸易水平偏低，样本区间内GL指数均低于0.1，年度均值分别为0.06和0.04，标准差分别为0.01和0.03；生命科学技术和材料技术的产业内贸易水平相对较高，年度均值分别为0.35和0.44，标准差分别为0.02和0.22，材料技术的产业内贸易水平波动相对较大，2011年和2012年产业内贸易水平较高，分别为0.75和0.81；计算机与通信技术产业内贸易水平呈下降趋势，由2012年的0.29逐渐降至2011年的0.05，转变为以产业间贸易模式为主；光电技术和电子技术的产业内贸易水平基本稳定；航空航天技术的产业内贸易水平近年来略有增长。
（二）产品竞争力
九大技术领域中，计算机与通信技术、其他技术产品TSC历年均为正，均值分别为0.88和0.66，说明我国该两类产品具有较强的竞争力和比较优势；电子技术、计算机集成制造技术、材料技术和航空航天技术四类产品历年TSC均为负值，说明我国这四类产品在国际竞争中处于比较劣势；光电技术产品由负值逐渐转变为正值，说明我国此类产品正逐渐建立起比较优势；生物技术产品逐渐由正值转变为负值，说明该类产品的国际竞争力恶化；生命科学技术产品整体而言呈处于比较劣势。
从全部高技术领域产品来看，对美贸易中，我国具有弱比较优势，这似乎与上述按领域分析的结果相矛盾，因而需要做进一步分析。通过计算每个技术领域产品进出口额占所有高技术领域产品的进出口额的比重，可以得到我国高技术产品对美贸易的结构。
由表4可以看出，我国九大技术领域中，计算机与通信技术产品的进出口额占据绝对优势，历年平均比重达67%，其次是电子技术产品和航空航天技术产品， 历年平均比重分别为12%和8%，由此不难解释我国对美贸易高技术领域产品的弱比较优势。
（三）贸易模式
采用FF方法计算的同一产业的产业间贸易份额、水平产业内贸易份额和垂直产业内贸易份额三者之和等于1，因此，可以采用三角形图直观地分析上述贸易类型，离顶点越近，说明该类型贸易份额越多；离顶点越远，则该种类型贸易份额越少。
图1显示出各标志点离水平产业内贸易顶点较远，说明整体而言，我国高技术产品水平产业内贸易比重过低。生物技术、其他技术以产业间贸易为主，这与GL指数相符；材料技术产品以产业内贸易为主，2002年，材料技术产品以垂直产业内贸易为主，而2011年水平产业内贸易则占据近40%的份额；电子技术产品2002年三种贸易类型均占据一定比例，到2011年则发展为以垂直产业内贸易为主，兼有少量产业间贸易；航空航天技术、计算机与通信技术、计算机集成制造技术和光电技术产品以产业间贸易和垂直产业内贸易为主，产业间贸易份额要大于垂直产业内贸易份额；生命科学技术产品产业间贸易和垂直产业内贸易均有，但垂直产业内贸易份额要明显大于产业间贸易份额。
（四）产业分工
由于生命科学技术、电子技术和材料技术产品垂直产业内贸易份额较高，因此，进一步计算这三类产品VIITL和VIITH在垂直产业内贸易中所占比重，从而可以判断出，我们在产业链分工中所处的位置。
由表5可见，各年份我国生命科学技术、电子技术产品VIITL的比重明显高于VIITH的比重，说明这两类产品出口单位价格明显低于进口价格，在中美产业分工中处于产业链低端，对美贸易中，以出口低价格低技术含量、进口高价格高技术含量的产品为主；材料技术产品起初处于产业链高端，然而，近年竞争优势逐渐丧失，2011年对美贸易中，主要出口低端产品。
四、结论与建议
依据样本数据计算，2002年中美高技术产品进出口总额243亿美元，顺差41亿美元；2011年进出口总额则增为1150亿美元，顺差扩大至591亿美元。虽然整体而言，我国对美高技术产品贸易呈现顺差，但是我国高技术产品竞争力不均衡，只是在计算机与通信技术和其他技术领域建立了比较优势，对美贸易以产业间贸易模式为主，互补性较强；光电产品领域正逐渐建立起比较优势；而其他6个领域均处于比较劣势，此外，我国高技术产品对美贸易顺差与美国对华技术出口管制有很大关系。
中美高技术产品贸易模式以产业间贸易和垂直产业内贸易为主，而垂直产业内贸易份额较多的生命科学技术、电子技术和材料技术产品分工中，我国处于产业链低端，以加工制造为主，缺乏核心技术和自主创新产品，缺乏国际知名品牌，出口产品附加值很低，国际竞争力不足。因此，建议采取如下对策：
（一）多角度入手解决中美高技术产品贸易失衡问题
在我国具有比较优势的高技术产业领域，如计算机与通信技术领域，鼓励企业积极参与国际分工和和国际市场竞争，扩大对美直接投资数额，实施“走出去”战略，进行国际化经营，有助于减轻对美贸易顺差压力，减少贸易摩擦；改善对美高技术产品贸易结构，适度降低加工贸易所占比重，促进加工贸易转型升级，使其由简单的组装加工向研发设计、营销物流等高端环节延伸；重视进口对于外贸协调发展的平衡作用，在技术管制相对宽松的领域，可以根据产业发展的需要，扩大产品的进口规模，在技术管制相对严格的领域，只要技术条件允许，可考虑进口其中间产品，在国内加工成成品销售，有助于减少贸易顺差；加强与美国在知识产权领域的沟通与协商，敦促其放宽对华技术出口限制，为双边高技术产品贸易营造良好的氛围，有助于扭转高技术产品贸易失衡的局面。
（二）鼓励我国高技术企业向产业链上游攀升，提高在国际分工中的地位
建立有利于企业技术创新的微观激励机制，加大对高技术企业的扶持力度，增加对高技术领域的研发投入。引领企业加快转变外贸发展方式，注重产品质量和经营效益的稳步提高，使企业从依赖低成本竞争向依靠综合实力竞争转变，从规模扩张向集约化生产转变，不断提高自主创新能力，提高产品的附加值，提高拥有自主知识产权的高技术产品的贸易比重，这既是我国开展高新技术产品贸易的关键所在，又是增强我国高技术产品国际竞争力的根本途径。此外，积极探索技术引进新模式，提高技术引进的有效性，打破技术引进中的不良循环，不断提高外资项目的技术含量和层次，制定优惠政策引进我国真正需要的高技术项目。鼓励美国高技术企业来我国直接投资，设立研发中心，不但可以绕过美国设置的高技术产品出口壁垒，而且能够在技术引进的基础上加快消化吸收与开拓创新进程，提高国内技术创新的起点和水平，在产业链国际分工中争取到有利地位。
（三）政府应为高新技术产业营造良好的制度环境
首先，加快推进产业结构调整，使高技术产业成为我国产业结构优化和升级的重要推动因素。其次，加快研究和制定符合WTO规则的产业和贸易政策体系，并根据我国高技术产业的不同发展阶段和技术特征，实施有差别的政策，着力培育和发展技术先进、竞争力强的现代产业体系。与美国相比，我国生物技术、计算机集成制造技术、航空航天技术等关键领域明显处于比较劣势，在今后的政策中应予以倾斜。第三，落实科技兴贸规划，建立和健全国内高技术产业发展的税收和投融资政策，适当加大对部分高技术领域产品的出口退税力度，强化对高技术企业尤其是小微企业的信贷支持和风险资本投入，发挥出口信用保险对高技术产品贸易的支持作用等，解决高技术企业的融资困境问题。第四是加强与国外政府、企业间的交流与合作，坚持以人为本，完善高技术产业人才的培养、培训和激励机制。
[参考文献]
“该死的地球！”埃隆・马斯克笑着对我说，“谁会去关心地球呢？”说这话时，我们就坐在他位于洛杉矶市SpaceX公司（主要研究太空探索技术）总部的大型开放式办公室前面一角的小卧室内。那天是星期四，一个阳光灿烂的午后。马斯克每周有3天会在SpaceX公司办公，星期四就是其中一天。马斯克之所以笑着说，是因为他说的是玩笑话：他极其关心地球。 埃隆・马斯克
当我到达的时候，马斯克正在他的电脑上办公，精神抖擞地回复着一行行电子邮件。我找了个座位坐了下来，然后环顾四周，打量了一下他的工作空间：一个黑色的皮沙发和一张硕大的办公桌，还有一些酒瓶和奖杯，除此之外，房间里空空如也。从窗户向外看去，是一个沐浴在阳光中的停车场。整个办公室的氛围让人感觉平常、实用，甚至有些单调乏味。几分钟过去，我开始担心马斯克已经把我给忘了，但就在这时，有点儿戏剧性的一幕发生了：他突然转过身，一把推开身后的转椅，向我伸出了手。“我是埃隆。”他说。
他的姿态很优美。在人类纪元进入2016年时，埃隆・马斯克已经无须再做过多的自我介绍了。能够抓住文化想象力的技术专家，史蒂夫・乔布斯可以说是美国历史上的第一位，马斯克是第二位。
他的童年在南非度过，12岁时就发明了一款视频游戏，并成功地把它推销了出去。20世纪90年代中期，马斯克移民美国，开始了他的快速崛起。28岁那年，马斯克将他的软件公司Zip2以3亿美元的价格售出，3年后，他又以15亿美元的价格将PayPal卖给了eBay，然后创办了两家非同寻常的公司―― 特斯拉汽车公司和SpaceX公司，将自己的全部身家都投了进去。前者致力实现他用电动汽车取代全世界汽车的梦想，后者致力实现人类殖民火星的梦想。汽车制造和航空航天都是成熟产业，而且在过去都被一些巨头把持。他们在所有的国会选区都设有工厂，能够通过游说议会获得大笔额外预算。对马斯克来说，这都不是问题。他将同时颠覆这两个行业。 “旅行者”号探测器
一
马斯克宣布他的这些宏伟蓝图时，适逢第一次互联网泡沫刚刚破灭不久，当时很多像他这样的科技新贵都被看作中了彩票的暴发户。人们私底下称他是“半瓶醋”。而到了2010年，他已经带领特斯拉汽车公司公开上市，又一次成功跻身亿万富豪之列。SpaceX公司现在依然是一家私人公司，市值达到数十亿美元，马斯克拥有其全部股权的2/3。SpaceX公司的业务是小卫星发射和将货运飞船运送至空间站，因为报价很便宜，所以其火箭发射业务已经被预订到了几年后。现在，该公司已经向载人航天业务领域扩展。2015年9月，SpaceX公司和波音公司一起被美国航空航天局选中，成为将宇航员运送至国际空间站的第一批私人公司。但是他并未止步，在每一次访谈中，他都有新的稀奇古怪的声明发表。这些声明看上去似乎根本不可能实现，他却给这些愿望定好了具体的实施日期。他总是给你新的理由，让你对他充满质疑。
我想和马斯克谈一谈他对太空探索的未来的展望，就用一个老问题开始了这次访谈：在地球上生活都充满难题的情况下，为什么要将如此多的钱花在太空探索上？
把这个问题抛给他似乎并不公正。马斯克只是个私营企业主，不是公立航天机构的负责人。但他最大的客户是美国航空航天局，而且更重要的是，马斯克是一个声称想要影响人类未来的人。马斯克会告诉你他的看法，他不会因为这个命题的宏大而畏首畏尾。马斯克喜欢赚钱，他似乎很享受亿万富翁的生活方式，但他不仅仅是一个资本家，他已经将自己的全部身家押在了解决人类关心的最根本的问题上。因此，我想知道，为什么他会选择太空这个领域。
马斯克并没有说那些老生常谈的原因，比如我们需要开发空间技术以激励人类。他没说太空是一个研发实验室;没有从技术研发的额外用途，如宇航员食品和行军毯等方面解释;也没有说太空是人类智慧的终极试验场。相反，他说，将人类送达火星和让数十亿人摆脱贫困或消除致命疾病同样紧迫。
“我认为，人们对让人类在多个行星上生活存在激烈的人道主义争论。”他说，“开展外星殖民计划，是为了在某些灾难发生的情况下，维护人类的生存。这些灾难与贫穷或疾病毫不相干，它可能导致人类灭绝。最终的结局可能是这样的：贫穷和疾病的问题已经解决了，但人类已经不存在了。”
为了防止人类灭绝，马斯克为殖民火星确定了实现时间――从现在开始10年左右，而且不能推迟。“听起来很有趣是吧？”他说，“并不是每个人都喜欢人类。有些人似乎认为人类是地球表面上蒙着的一层阴影。他们会说：‘大自然是如此奇妙，在四周无人的乡下，一切事物总是更美好。’其实是在暗示，人类和文明虽好，但没有它们更好。我和这些人不是一派的。从古希腊哲学家柏拉图和他的‘洞穴喻’开始，人们一直将意识比作光，因为意识就像光一样，也能照亮世界。是意识让整个世界呈现在人类面前，用伟大的卡尔・萨根的话说，那就是宇宙有‘自知’。但是这个隐喻还不够完美，光子可以渗透到宇宙的每一个角落，而人类的意识似乎在我们的宇宙中极为罕见。人类层级的意识，在某种程度上类似一点孤零零的烛光，在一片广阔无垠而又通风良好的虚空中，微弱地摇曳闪烁。我们有责任保护意识的光芒，确保它继续走向未来。
“我经常思考，为什么在可观测宇宙中智慧生命不可思议地毫无踪迹？当然，迄今人类还没有对地球外智慧生命进行过详尽搜寻。但是，我们所做的工作，相较于随意地在天空中乱看一通，已经有了很大的进步。50多年来，我们已经将射电望远镜对准了附近的恒星，希望能够找到一个电磁信号，一个穿越这无底深渊的灯塔。为了寻找地外智慧生命，我们释放了探测器，已经在太阳系中寻找过了，也检查了与我们处于同一太空区域的恒星。不久以后，我们将对那些与我们相距甚远的行星的大气层展开调查，以寻找合成污染物以及缺失了某些金属的小行星带。这些迹象有可能表明采矿活动的存在。
“这些搜索行动的失败，让人百思不得其解，因为人类智慧在宇宙中不应该有什么特别之处。从哥白尼的时代开始，我们就被告知，我们所处的是一个均质的宇宙，一个延伸达数百亿光年的网状结构。宇宙中每一个布满了璀璨群星的、圆盘状星系的‘枝丫’，都和我们的世界一样，有大量由同样物质组成的行星和卫星。如果大自然的任何一处都遵循相同的法则，那么，毫无疑问，这大量的‘枝丫’肯定包含许多‘大锅炉’。在这些‘大锅炉’中，能量与水和岩石搅在一起，直到这三者如魔法般混合在一起，形成生命。而且，其中有些地方肯定可以培育出第一批脆弱的细胞，并最终进化出智慧生命，从而形成具有远见和持久发展能力、足以制造出宇宙飞船的文明。
“就能力而言，以我们目前技术发展的速度，人类正走在一条成为神的道路上。”马斯克说，“你可以骑自行车，用几十万年的时间到达半人马座阿尔法星。从进化的时间尺度来看，几十万年根本不算什么。如果有那么一个先进的文明，在过去138亿年内的任何一个时间点，在银河系中任何一个可能的地方存在过，为什么它们就不能扩散到银河系的各处呢？即使它们在宇宙中的扩散速度很慢，让它们扩散到无处不在也只需要花宇宙年龄的大约0.01%。那么，为什么事实并非如此呢？” “斯普特尼克”号的内部结构
二
在距今10亿年前，地球冷却了下来，之后，只用了不到5亿年的时间，地球的早期生命就出现了。这表明，无论是在哪里，只要行星能够身处与地球类似的环境，微生物就会出现。但即使每一颗岩质行星都布满滑溜溜的单细胞黏液，也并不意味着智慧生命就可以无处不在了。进化有着无穷的创造力，但似乎一直在摸索前进中，都奔着某些特定的特征去了，比如翅膀和眼睛，生命树的多个树枝都独立进化出了翅膀和眼睛。但是到目前为止，生命树中只有一个树枝发出了技术智慧之芽。也许是因为在一波又一波物种进化的大潮中，我们是第一个制造工具和使用语言的物种。但也可能仅仅是因为智力并非自然选择的优选模块之一。我们可能会认为自己是大自然的巅峰之作，是进化的必然终点，因而像我们这样的生命可能太过稀少，以至于很难彼此相遇。或者，还有可能因为我们是这个宇宙的终极局外人，一群孤独的灵魂。
马斯克有一个更黑暗的理论。他说：“宇宙中的这种无任何明显生命迹象的缺失现象，可能成为支持以下说法的一个论据，那就是，我们的世界只不过是一个数字模拟仿真实验。这就像是你在玩冒险类游戏，你可以看到背景上的星星，但永远也不可能到达那里。如果这不是一个数字模拟仿真实验，那么我们也许是在一个实验室中，而某些高度发达的外星文明出于好奇，正在观察着我们，看我们是如何发展的，就像我们在微生物实验室中观察培养在皮氏培养皿中的霉菌一样。”
关于人类为什么至今也没有找到地外文明的蛛丝马迹这个问题，人们提出了很多可能，每一种都比之前的更让人感到后背发凉。马斯克为所有这些问题找到了一个切入点。“看看我们目前的技术水平你就会发现，有一些奇怪的事情必然发生了。我的意思是，这些必然发生的奇怪的事情，都是向着不好的方向发展的。”马斯克说，“而事实很可能是，在这个宇宙中有很多已经死去的、仅仅局限于一个行星上的文明。如果文明仅仅局限于一个星球上，那么，在这个宇宙中就没有文明可以持续很长时间。有关恒星演化的科学十分复杂，但我们知道，留住地球并为地球上的所有生命提供能源的、我们伟大的恒星――太阳，将来终有一天会膨胀，大到其外层大气烧焦地球，并且杀死地球上的所有生命，甚至可能将地球完全吞没。一般来说，在距今50亿年至100亿年以后，这一事件必定发生。而这几乎就标志着，地球将成为世俗的末世论中善恶大决战的最终战场――‘哈米吉多顿’（哈米吉多顿位于以色列北部米吉多古城，是《圣经》描述的世界末日之时善恶对决的最终战场，是神和人最终面对面的地点――译者注）。到了那时，我们的生物圈能够幸存下来的机会微乎其微。
“50亿年后，太阳将膨胀到足以将地球上的生物圈化为一片焦炭。到那时，地球上的大陆将会熔成一整块。太阳将越来越多的辐射倾泻到地球大气层中，使得地球一天内的温差越来越大。这一整块大陆将遭受越来越猛烈的膨胀和收缩，地球上的岩石将变得脆弱不堪，其硅酸盐将开始以前所未有的速度被侵蚀，同时吸收二氧化碳，沉到海底，沉入地壳深处。最终，大气层将变得无比贫碳，以至于植物无法继续进行光合作用。地球上的森林将被毁去，但少数植物会英勇地坚持站到最后一刻，直到耀眼的太阳将它们全部杀死。跟着遭殃的，是所有依靠植物生存的动物，也就是说地球上所有的动物。
“在100亿年内，所有的海洋将会被完全烧干，地球上只剩下空空的沟渠，其深度要比珠穆朗玛峰的高度还高。地球将变成一个新的‘金星’，一个即使是最顽强的微生物也无法生存的温室行星。而这还是比较乐观的场景，因为在它的假定中，我们的生物圈最终将因为衰老而死，而不是中风或更为突然地死去。毕竟，100亿年是一个很长的时间，长到足以为各种灾难的发生留出足够的概率空间。这些灾难包括那些在人类记忆中从来没有过先例的各种灾难。
“在人类历史上出现过的自然灾害中，洪水是最严重的，人类有关全球性大洪水的传说，都是受到离我们最近的一个冰河时期结束时冰川融化的启发而产生的。还有很少的一些故事，对宇宙灾难有那么一点点描述，例如太阳神赫利俄斯之子法厄同的故事。法厄同未能驾好父亲狂暴的太阳战车，使之撞到了地球上，把地球的表面烧成了一片焦土。
“这是人类古老智慧中引人注目的一页，但是总体来说，人类文明出现的时间太短，还不足以记录下我们在地质记录中找到的更让人感到可怕的东西。人类历史上没有任何一个故事讲述过直径以千米计的小行星撞击地球或者超级火山爆发，以及时不时地将我们的蓝色星球变为白色星球的极度冰封的故事。地球上的生物圈在经历过以上种种灾难的冲击之后，一次又一次地卷土重来，但是在这些灾难中牺牲的物种，数量大到令人发指，而它们再也看不到重生的那一天了。虽然地球具有的最为显著的特征，就是可以恢复生命适宜温度的复原能力，但即使如此，对经历过这一切的地球来说，未来又是一个完全崭新的历程。
“在这100亿年里，我们在银河系中的运行轨道将经历四次变化，其中的任何一次变化，都可能将我们带入与另一个恒星系碰撞的险境，或遭遇超新星爆发的冲击，以及被伽马射线爆烧成灰。我们还有可能被荡出太阳系，走上一条流浪行星的道路，成为银河系数十亿颗流浪行星中的一员，在银河系中两眼一抹黑地漫游。这些流浪行星就像是宇宙中的破碎球，随时可能撞上其他天体。地球如果能够异常幸运地运行下去，它最终也会从现在的位置向太阳慢慢靠拢。
“无论这些灾难是不可预测的黑天鹅事件，还是确定无疑要发生的，如果人类想在这些灾难中存活下来，都只能为了生存而迁徙，这也是生命一直以来都在做的。我们需要发展出新的能力，就像我们的水生祖先曾经做过的那样：进化出可以吞吐空气的肺，以及可以进行原始运动的骨质的鳍，然后艰难地爬上陆地，开辟出一条新的生路。我们需要秉持人类经过艰难跋涉最终到达新大陆的精神，正是因为有了这种精神，离我们最近的祖先才得以在穿越整个大洋之前，如涓涓细流般，从一个岛屿到另一个岛屿，从一个群岛到另一个群岛，直至到达地球的每一个角落。我们需要动身前往新的行星，并最终到达新的恒星。但是，我们是不是需要抓紧点呢？”
三
物理学家弗里曼・戴森宣称，研究载人航天在短期内是一种愚蠢的行为。人类的技术仍然处于起步阶段，要知道，人类学会用火到现在也不过100万年。从人类燃起第一堆篝火，到将燃料注入火箭中推动我们挣脱地球引力的束缚，我们取得的进步是神速的。但并不是每一个坐在火箭上的人都能够安全地回来。为了在另一颗行星上播下殖民的种子，我们需要将航天员队伍扩大。或许，现在我们应该暂停载人航天任务，而是通过无人驾驶宇宙飞船上的仪器继续探索太空，比如最近脱离了太阳系的“旅行者”号行星际探测器，让它们向我们发送对星际空间的探测结果。我们可以等到将目前这个科技时代的全部成果收入囊中后，到21世纪末，或者下个世纪再重启载人航天。因为我们知道，我们可能即将在能源、人工智能以及材料科学领域迎来大的变革。以上这些领域中的任何一个取得突破，都会让载人航天成为一件更容易的事情。
“在航空圈里，你会经常听到这样一种说法，”我说，“近期将重点放在载人太空旅行上，完全是放错了地方……”
“什么重点？根本就没有一个重点！”马斯克打断了我的话。
“但是从某种程度上说，你目前正在倡导这种载人航天。”我说，“现在有一种观点，认为除非我们在技术上有重大突破，否则最好还是发送探测器，因为哪怕只有一个人出现在航天器上，也会使工程的难度成倍增加。”
“我们也正在发送探测器！”马斯克说，“而且，顺便说一句，它们都非常昂贵。探测器也不完全都是便宜货。我们最近发送到火星上的一个遥控火星车，花费就超过30亿美元。火星真是一个机器人的地狱。有了这些钱，我们本应该能够将很多人发送到火星上去的。”
马斯克很喜欢给人讲有关SpaceX公司创始神话的一个故事，就是他如何熬了一个通宵，在美国航空航天局的网站上查询有关载人火星任务的信息。那是2001年的事情了，当时航天飞机还在飞行。航天飞机发射时呈现在世人面前的稳定轰鸣的画面，正好足以使漫不经心的观察家相信，载人航天技术并未出现大幅度下滑。而在今天，要想维持这种错觉是不可能的了。
自从有了神话开始，人类终有一天将冒险进入太空的想法就已经产生了，但是直到科学革命以后，当望远镜使天空清晰地呈现在人们眼前时，这一想法才开始变得似乎是一个可以实现的目标。1610年，天文学家约翰尼斯・开普勒在一封给伽利略的信中写道：“假设我们创造出能够航行于苍穹之上的船和帆，那么肯定会有很多人面对空虚荒芜的太空毫无惧色。同时，为了这些勇敢的太空旅客，我们应当准备好天体地图。”
在热气球和飞机被发明出来以后，就有少数有远见的人开始规划太空移民了。但是，直到太空竞赛的出现，人们对宇宙宿命的清晰认识才成为主流。太空竞赛从1957年苏联第一颗人造地球卫星“斯普特尼克”号升空开始，到1969年人类第一次登月结束。它激发了整个文化圈和亚文化群，使得关于人类未来的故事成为占主导地位的世俗故事之一。但现实远远没有跟上。
“美国航空航天局，这个世界上资金最充足的航天机构，上一次将一个人送入轨道已经是6年前了。现在，想要飞往国际空间站的美国人必须乘坐俄罗斯的火箭，从哈萨克斯坦发射升空，这还得俄罗斯总统普京乐意才行。即便这样的旅行（用他们的方式来理解是成功的）也足以证明，人类的载人航天技术实际上是在走下坡路的，因为空间站与地球的距离只有月球到地球距离的1/1000。看到美国航空航天局的宇航员到访国际空间站，简直就和看到哥伦布航行到了伊维萨岛一样让人振奋。”（此处是讽刺。）
关键词 机电一体化 技术运用 机械制造
中图分类号：TH-39；TD63 文献标识码：A
1机电一体化概要
机电一体化是指在机械的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
2航空工业领域机电一体化的发展状况
航空工业机电一体化的发展大体可以分为三个阶段：
20世纪60年代以前为探索阶段。在这一时期，各国都在积极探索航空航天技术，并将最新电子技术积极的运用于完善航空机械产品的性能方面，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了航空工业的发展，对于先进战斗机的需求，推动了航空领域机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，进一步推动机电一体化技术的普及。但是，由于工业技术基础的限制，这一阶段总体上还处于探索阶段，对于机电一体化技术运用程度还不深，也无法进行广泛的推广；20世纪70到80年代为初步发展阶段。这一时期，由于计算机技术、控制技术、通信技术等更先进技术的出现，航空技术领域得到了蓬勃发展，规模集成电路和微型计算机等充分运用到了航空工业领域，为机电一体化与航空工业的深度融合奠定了坚实的基础；20世纪90年代为快速发展时期。这一时期，机电一体化技术世界航空工业领域得到比较广泛的承认，以机电一体化技术为基础的航空工业得到了极大发展，基本成为航空工业的支柱性技术，90年代后期，航空工业开始向智能化方向迈进，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；21世纪以来，人类进入了宇宙时代，航空工业领域对于机电一体化的运用更为精纯，大规模系统的建模设计、分析和集成方法、人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为航空领域的机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。
3航空工业领域机电一体化的发展趋势
3.1航空制造业的智能化
在现代信息技术的支持下，智能化已经成为目前航空工业领域机电一体化技术的一个重要发展方向，也是最主要的方向。人工智能的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。特别是在飞行系统的建设，自动导航、自动驾驶等以机电一体化技术为基础的航空智能化已经取代传统的飞行操控方式，成为航空领域主要的飞行控制技术。
3.2航空管理技术的网络化
航空管理技术的网络化也是机电一体化技术背景下，航空工业技术发展的必然趋势。20世纪90年代，计算机技术得到突破性发展，世界进入计算机时代。计算机技术的兴起和飞速发展给航空工业带来了巨大的变革，计算机网络将整个航空技术领域和各种设备连成一体，实现了生产和操作、空中和地面的一体化发展。而基于计算机技术的各种航空远程控制和监视技术本身就是机电一体化产品。因此，航空工业机电一体化朝着网络化方向发展成为必然趋势。
3.3航空设施设备的微型化
得益于机电一体化技术，航空设施设备还呈现出了微型化的发展趋势。微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。而航空航天工业中所需要的各种特殊材料的生产、重要零部件的制造、关键技术的革新都都离不开设施设备的微型化。机电一体化技术无疑为实现航空设施设备的微型化提供了条件。
3.4航空工业生产的绿色化
节能环保、绿色生产也是航空工业领域探索的重要方向、航空技术的发展为人类的航天事业提供了极大的便利，但是由于航空工业是一个大动力、高耗能、高投入的产业。在自然资源不断减少，生态环境受到严重污染的背景下，探索绿色航空工业技术成为航空领域的重点攻坚任务。在机电一体化技术的帮助下，绿色航空产品概念应运而生。机电一体化使航空工业在设计、制造、使用过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。因此，促进航空产业的绿色发展，也是航空工业机电一体化发展的重要趋势之一。
参考文献
[1] 徐晓娜，朱柏龙.机电一体化技术的发展与思考[J].科技致富向导，2014（17）.
[2] 刘磊，涂万阳.机电一体化在数控机床中的应用[J].经营管理者，2014（04）.
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