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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇航空航天進(jìn)展，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
摘要:碳密封材料是空間領(lǐng)域中的一種具有良好應(yīng)用前景的摩擦密封材料。本文主要對應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的碳密封材料的種類和工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的制備工藝進(jìn)行了探究。
關(guān)鍵詞:碳密封材料;航空航天;應(yīng)用
制備工藝航空航天工業(yè)是事關(guān)我國國防事業(yè)的重要工業(yè)。在航空航天工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，這一領(lǐng)域研究人員開始對應(yīng)用材料的密封可靠性問題展開了深入的研究。密封材料的性能是密封可靠性的主要影響因素。碳密封材料在這一領(lǐng)域有著優(yōu)異的特性。
1航空航天領(lǐng)域常用的碳密封材料
1．1柔性石墨密封材料
從石墨自身的性能來看，它可以成為高溫環(huán)境和低溫環(huán)境下常用的密封材料。柔性石墨密封材料主要由石墨紙、柔性石墨卷材等材料組成。這種材料是天然鱗片石墨進(jìn)行特殊加工的產(chǎn)物。它具有著良好的自性能和耐熱性。這種材料的化學(xué)惰性相對較大，可以抵抗酸堿鹽溶液和一些有機溶劑的侵蝕。因此，它可以替代一些應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的石棉材料和橡膠密封材料。柔性石墨密封材料中的柔性石墨材料可以用于低壓靜密封。
1．2增強石墨密封材料
在航空航天領(lǐng)域，增強石墨密封件主要應(yīng)用于動密封、機械密封件的摩擦副和旋轉(zhuǎn)接頭之中。這種材料主要由多孔石墨浸漬而成。浸漬過程應(yīng)用到了加壓浸漬工藝和真空浸漬工藝等多種工藝。俄羅斯科學(xué)家將高強石墨密封環(huán)應(yīng)用在了航天發(fā)動機的渦輪泵中，這一材料具有著高強度、高密度和低摩擦系數(shù)的特點。
1．3碳纖維復(fù)合材料
碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維－柔性石墨復(fù)合材料和碳纖維－樹脂浸漬復(fù)合材料等多種材料組成。這種材料有著良好的耐磨性和獨特的自性。它可以應(yīng)用在航空發(fā)動機渦輪的軸徑部位。這種碳密封材料具有著導(dǎo)電性、耐腐蝕性，對電波和X射線也具有有效抵御的特性。它也可以適應(yīng)中高壓靜密封環(huán)境的要求。
2碳密封材料制備工藝的應(yīng)用
2．1碳密封材料的復(fù)合加工工藝
碳密封材料的復(fù)合加工工藝建立在超聲振動輔助切削加工工藝和超聲電火花加工工藝等工藝基礎(chǔ)之上。超聲振動輔助切削加工可以在降低切削溫度的基礎(chǔ)上，強化加工表面的質(zhì)量。超聲電火花技術(shù)是在電機中應(yīng)用超聲振動的一種加工方法。它主要利用電極端面合適的放電間隙來提升火花擊穿概率，也可以提升加工孔的加工穩(wěn)定性和加工效率。深化復(fù)合加工工藝，可以為碳密封材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的幫助。
2．2碳密封材料的抗氧化工藝
碳密封材料的抗氧化工藝涉及到了這一材料的生產(chǎn)過程中應(yīng)用的單涂層技術(shù)和兩涂層技術(shù)等技術(shù)。氮化硅、氮氧化硅和相關(guān)混合物可以有效強化碳密封材料的低溫抗氧化性能和高溫抗氧化性能化。與之相關(guān)的后處理技術(shù)也可以有效解決碳密封材料可能出現(xiàn)的微裂紋問題。
2．3碳密封材料的耐高溫工藝
與航空航天事業(yè)有關(guān)的碳密封材料耐高溫工藝主要由以下工藝技術(shù)組成:法國航空宇航公司所采用的一種與SiC有關(guān)的制備工藝;二是與離散碳纖維有關(guān)的隔熱結(jié)構(gòu)制備方法，這種制備方法中應(yīng)用了乙二醇、丙三醇和石油油料等多種材料;三是由美國企業(yè)研發(fā)的一種建立在仿氧化硅基樹脂技術(shù)基礎(chǔ)上的碳密封材料耐高溫技術(shù)。在對這一工藝進(jìn)行應(yīng)用，可以讓碳密封材料在航天非隔熱層的建構(gòu)過程中得到推廣。
2．4碳密封材料的致密化工藝
碳密封材料生產(chǎn)領(lǐng)域所采用的高強度碳密封材料制造法是以固體可流動顆粒狀聚合物為壓力介質(zhì)的制造方法。碳密封材料先驅(qū)體的固化過程是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵要素。除此以外，熱壓成型法在碳密封材料中的應(yīng)用可以讓這一材料的致密性特征得到強化。它讓應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的碳密封材料的制備過程與含碳纖維符合材料和研磨瀝青等基質(zhì)材料之間產(chǎn)生了一定的聯(lián)系。在經(jīng)過電阻加熱以后，壓制而成的碳密封材料的密度可以達(dá)到1.30g/cm3。
2．5碳密封材料的防裂解工藝
防裂解工藝可以為碳密封材料在航紅航天領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的保障。具有梯度碳化物涂層的碳纖維增強復(fù)合材料的應(yīng)用，可以借助傳統(tǒng)的氣相沉積法完成碳密封材料的制備工作。在這一方法應(yīng)用以后，圖層標(biāo)稱的熱脹系數(shù)要高于地層的系數(shù)，表層到底層的熱脹系數(shù)也會表現(xiàn)出漸變分布的特點，這樣，在高溫環(huán)境下，航空航天領(lǐng)域所應(yīng)用的碳密封材料不會出現(xiàn)斷裂的問題。
3結(jié)語
隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，航空航天領(lǐng)域?qū)γ芊獠牧系囊笠膊粩嗵岣摺Ｌ济芊獠牧系膽?yīng)用已經(jīng)受到航空航天領(lǐng)域重點關(guān)注，例如航空發(fā)動機對軸間密封材料的強度、抗氧化性和導(dǎo)熱性有著嚴(yán)格的要求。通過對碳密封材料滑動摩擦磨損行為的探究，可以發(fā)現(xiàn)，碳纖維復(fù)合材料更適用于航空發(fā)動機主軸密封環(huán)之中。碳纖維編制方法和相關(guān)的工藝參數(shù)是航空航天領(lǐng)域的專家所研究的重要問題，其可以讓碳密封材料應(yīng)用于運載火箭的發(fā)動機泵密封件之中。碳密封材料在航空航天領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用前景，創(chuàng)新相關(guān)制備技術(shù)是對這一材料的性能進(jìn)行改善的有效方式。隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，新型碳密封材料也會在這一領(lǐng)域得到進(jìn)一步的推廣。
參考文獻(xiàn):
［1］黃荔海，李賀軍，李克智，張守陽．碳密封材料的研究進(jìn)展及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用［J］．宇航材料工藝，2006(04):12～17．
星期四，地面科研人員將菜籽植入植物墊中。今年晚些時候，宇航員會用它們在太空中種出萵苣和白菜。在種下菜籽之前，這些在佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心實驗室里工作的科學(xué)家，已經(jīng)花了一周時間將無菌土壤和特殊肥料裝填進(jìn)特氟龍和芳綸布制造的包裝袋里。他們把這些包裝袋叫作“植物墊”。
與其說菜籽是種下去的，不如說是被粘到了最佳位置，使用的黏合劑是一種叫作瓜爾豆膠的常用食品添加劑。這些位置可以使菜籽長出的根迅速找到水源，并且讓植物墊外生長的菜葉盡可能高效地發(fā)芽。這些植物墊將會被封裝在運輸包內(nèi)送往國際空間站，然后被放置在特制的生長室內(nèi)。這個生長室配備了光照、照相機和其他在軌實驗所需的條件。軌道實驗室中的宇航員將會每
天給種子澆水，而地面研究人員也會進(jìn)行同樣的實驗作為對照。
這些被植入18個植物墊的菜籽，將在下周的CRS-7號發(fā)射任務(wù)中，搭載太空探索技術(shù)公司的龍飛船進(jìn)入太空。
2015年7月7日
明天，宇航員會給萵苣種子澆水， 打開特制LED光源，開始下一輪國際空間站上的蔬菜生產(chǎn)。這是2014年開始的Veggie蔬菜種植系統(tǒng)實驗的第二階段。
實驗中經(jīng)常遇到的問題是生長中的植物接觸不到足夠的水分。這就需要宇航員對灌溉過程進(jìn)行直接干預(yù)――親自給植物墊中的種子澆水。
一周之后，萵苣植株將會被疏松栽培，讓最大最強壯的植株獲得更多空間和資源，以更好地生長。根據(jù)生長狀況，完成該實驗大約需要28天。在繞地球飛行的同時，宇航員會吃掉其中一半的作物。另一半將被送回地球進(jìn)行研究。對未來飛向太空深處執(zhí)行探索任務(wù)及飛向火星的宇航員來說，哪怕只有少量的新鮮蔬菜，都會提供極具價值的營養(yǎng)。
2015年7月8日
在宇航員斯科特?凱利將含有菜籽的植物墊放置在蔬菜種植系統(tǒng)中并給它們澆過水之后，國際空間站的第二批蔬菜種植實驗正式開啟。專門化的太空農(nóng)場給植物提供光照，并讓植物墊的棉芯通過吸收濕氣獲得水分。斯科特?凱利將給生長中的植株拍照，并將照片傳給肯尼迪航天中心的科學(xué)家，以便他們對實驗進(jìn)行監(jiān)控，并且在地球上用同一種菜籽進(jìn)行對照實驗。預(yù)計幾天之后，空間站上的菜籽就會發(fā)芽，一個月后，宇航員就應(yīng)該可以飽餐一頓萵苣了。這項研究被認(rèn)為對
于將宇航員送往太空深處，并最終送上火星的未來計劃至關(guān)重要。在長時間的太空旅行中，宇航員可以通過綠色蔬菜補充維生素，并享受來自地球家園的寬慰。
2015年8月10日
宇航員的一小口，人類歷史的一大。在從國際空間站Veggie蔬菜種植系統(tǒng)收獲了“極品紅”長葉萵苣之后，宇航員斯科特?凱利、科爾?林格倫和油井龜美品嘗了他們的勞動成果。
2015年8月11日
太空蔬菜種植前景一片光明。未來的火星之旅離不開在微重力環(huán)境條件下生產(chǎn)食物的能力，地球上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者以及食客們也可因這項研究獲益良多。8月10日，宇航員斯科特?凱利、科爾?林格倫和油井龜美成為第一批嘗到太空食材的人，他們采摘并品嘗了國際空間站內(nèi)種植的萵苣。
他們食用的是名為“極品紅”的長葉萵苣品種，這些萵苣摘自在軌運行的國際空間站內(nèi)的Veggie蔬菜種植系統(tǒng)。今天早晨，美國航空航天局肯尼迪航天中心的蔬菜種植組也從地面收獲了萵苣，除了生長地不同外，與空間站中的萵苣別無二致。“蔬菜種植系統(tǒng)表明植物在太空中生長和在地球上生長極其相似。”美國航空航天局肯尼迪航天中心蔬菜種植組的負(fù)責(zé)人喬亞?馬薩博士在組內(nèi)通風(fēng)會上表示。肯尼迪航天中心副主管珍妮特?佩特羅說：“創(chuàng)新是美國航空航天局繼承的巨大資產(chǎn)，也是我們的文化，國際空間站是近地軌道上的一個良好的科研平臺。但是如果要去火星，我們需要脫離地球的束縛。”
除了能讓未來的太空探索受益，該項研究也能給地球帶來顯而易見的好處。全球人口持續(xù)增長，如何在有限的空間內(nèi)種植更多的糧食作物也越發(fā)重要。該項目副總監(jiān)麗莎?克羅雷多說：“美國航空航天局的商業(yè)航天員正在計劃聯(lián)手國際空間站的研究，為未來將人類送上火星而努力。”她指出，一旦商業(yè)航天器開始向空間站輸送宇航員，就能夠有足夠的人手來延長宇航員用于科研的時間。
馬薩還說，目前Veggie蔬菜種植系統(tǒng)的成功讓他們有信心認(rèn)為宇航員可以自己生產(chǎn)食物。無論是在未來國際空間站，還是在向火星進(jìn)發(fā)的旅途中，宇航員都可以吃到新鮮的蔬果來加強營養(yǎng)，還能在原本了無生機的航天器里通過小規(guī)模種植作物得到心理享受。馬薩說：“離開地球是為了更好地服務(wù)地球，服務(wù)未來。”
2015年11月16日
新年過后，國際空間站里很可能會有鮮花綻放。今天早晨，美國航空航天局的宇航員科爾?林格倫在國際空間站內(nèi)啟動了Veggie蔬菜種植系統(tǒng)，并將含有百日菊種子的植物墊放在該系統(tǒng)內(nèi)。這是軌道實驗室里第一次進(jìn)行花卉種植實驗，在地球軌道上生長的百日菊將會為日后在太空種植其他開花植物提供初期信息。“種植花卉比種植萵苣這樣的蔬菜難度更高，”美國航空航天局肯尼迪航天中心Veggie蔬菜種植系統(tǒng)的載荷科學(xué)家喬亞?馬薩說，“ 光照和其他環(huán)境因素更為關(guān)鍵。”
林格倫會開啟紅、藍(lán)、綠色LED光照，激活Veggie的灌溉和營養(yǎng)系統(tǒng)。百日菊的生長期為60天，是國際空間站前兩批種植的“極品紅”長葉萵苣生長期的2倍。在生長期內(nèi)，LED系統(tǒng)將循環(huán)提供10小時光照和14小時黑暗環(huán)境，以刺激植物開花。“種植百日菊將幫助我們深入理解Veggie 蔬菜種植系統(tǒng)中植株開花的過程，使我們可以把蔬菜種植系統(tǒng)作為在軌農(nóng)場，在太空中種植和食用土豆這樣的開花植物。”肯尼迪航天中心Veggie蔬菜種植項目的主管特倫特?史密斯說。
研究者同時希望獲取其他方面的優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)，例如種子長期貯存和發(fā)芽率，花粉會不會造成問題，以及對宇航員士氣的影響。國際空間站計劃在2017年種植土豆。
2016年4月8日
美國航空航天局計劃開展代號為Veg-03的Veggie蔬菜種植系統(tǒng)第三次實驗，含有白菜品種“東京小白菜”的植物墊在佛羅里達(dá)肯尼迪航天中心準(zhǔn)備就緒，即將被送往國際空間站。Veg-03將繼續(xù)推進(jìn)美國航空航天局的太空植物生長研究，為人類飛往火星的旅程奠定基礎(chǔ)。執(zhí)行本次任務(wù)的航天器是太空探索技術(shù)公司的龍飛船，這也是它第八次開展商業(yè)性補給服務(wù)。
由于受到不同環(huán)境因素的影響，植物在太空中的生長與在地球上不同。人類將來開展太陽系長途飛行任務(wù)，以及最終登陸火星，都需要向宇航員提供新鮮的食物供給。了解植物如何響應(yīng)微重力環(huán)境條件，是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要前提。Veg-03科學(xué)組的負(fù)責(zé)人喬亞?馬薩說：“我們選擇這一白菜品種，是因為它長勢喜人并且風(fēng)味絕佳。Veg-03會測試一系列新的蔬菜品種，我們希望宇航員會喜歡它們的風(fēng)味，從而使國際空間站擁有一個蔬菜沙拉供應(yīng)系統(tǒng)。”
在國際空間站準(zhǔn)備設(shè)施處的一個實驗室里，Veg-03科學(xué)組首先往18個植物墊中插入棉芯，然后準(zhǔn)確稱量一定配比的煅燒土（即太空塵土）以及肥料，配好后將混合物填入植物墊中，最后將其縫合。此外，科學(xué)組對東京小白菜和“極品紅” 萵苣的種子進(jìn)行了滅菌，然后分別種植到枕中，封裝進(jìn)真空包，轉(zhuǎn)交給工程服務(wù)承包商，整合到運輸?shù)呢浳镏小＿@一批要運送到國際空間站的蔬菜一共有12枕白菜和6枕萵苣。Veggie蔬菜種植項目的負(fù)責(zé)人特倫特?史密斯說：“Veg-03將建立在前空間站成員斯科特?凱利改進(jìn)的自動化園藝系統(tǒng)之上，采用與其類似的操作技術(shù)來測試對蔬菜的適用性。希望國際空間站的成員們會喜歡這些白菜。”
在空間站里，宇航員會把這些植物墊放置在Veggie蔬菜種植系統(tǒng)中，啟動LED光照和灌溉系統(tǒng)，定期監(jiān)控和照料蔬菜生長。今年夏末，美國航空航天局還將把一塊紀(jì)念牌匾送上國際空間站，宇航員會把它掛在蔬菜培養(yǎng)設(shè)施上，以表彰太空生物學(xué)先驅(qū)的貢獻(xiàn)，特別是近期過世的索拉? 豪爾斯泰德和肯?蘇薩。他們致力研究生物體對微重力環(huán)境的響應(yīng)機制，并且親手促成了太空生物學(xué)作為一門學(xué)科的建立和發(fā)展。他們做出的貢獻(xiàn)影響仍將持續(xù)，使未來火星之旅的探險者受益。
2016年7月22日
13株生長在國際空間站的百日菊被送回佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心，并在國際空間站準(zhǔn)備設(shè)施處Veggie蔬菜種植系統(tǒng)飛行實驗室里進(jìn)行了解剖分析。另有12株百日菊被留在國際空間站里，作為宇航員的紀(jì)念品。來自美國航空航天局的一組科學(xué)家和國際空間站地面處理與研究項目辦公室的合約科學(xué)家合作，小心翼翼地從13株太空百日菊和地面對照實驗的百日菊植株中獲取了種子。
科學(xué)家對這些百日菊種子進(jìn)行了仔細(xì)的顯微檢查，然后將它們封存在小瓶中，做好標(biāo)記供進(jìn)一步分析。在肯尼迪航天中心，這些種子將會接受微生物分析以及發(fā)芽率測定，以決定能否將它們送回國際空間站，在Veggie蔬菜種植系統(tǒng)中進(jìn)行新一輪生長。這批百日菊是2014年4月作為Ve g-01實驗的一部分被送上國際空間站的，含有百日菊種子的植物墊在2015年11月16日被宇航員斯科特?凱利放置在Veggie蔬菜種植系統(tǒng)中并開始生長，當(dāng)時凱利正在執(zhí)行為期一年的駐站任務(wù)。在系統(tǒng)的灌溉和監(jiān)控下，這批百日菊生長了90天。
2016年2月14日，這批百日菊被收割、打包，并由太空探索技術(shù)公司CRS-8貨運補給任務(wù)帶回地球。Veggie蔬菜種植系統(tǒng)是由美國航空航天局太空生命與物理科學(xué)研究項目分部出資支持的。美國航空航天局希望通過在國際空間站內(nèi)完善Veggie蔬菜種植系統(tǒng)，為將來的宇航先驅(qū)者提供可持續(xù)的食物供應(yīng)――這是美國航空航天局火星計劃中的重要M成部分。鑒于美國航空航天局正在逐步展開有關(guān)太陽系深處的長途探索任務(wù)，植物種植系統(tǒng)將會成為宇航員重要的食物供應(yīng)源。同時，蔬菜種植還能在長時間的太空旅行中為宇航員提供休閑園藝活動。
2016年11月21日
一套高仿真的測試版美國航空航天局植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)于上周抵達(dá)了肯尼迪航天中心。植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)是為美國航空航天局打造的最大的植物艙。這套工程開發(fā)系統(tǒng)由卡車運送至國際空間站準(zhǔn)備設(shè)施處，之后被轉(zhuǎn)移進(jìn)實驗室。在實驗室里，美國航空航天局的工程師以及工程服務(wù)合同內(nèi)的科學(xué)家和技師，都將使用這套測試設(shè)備進(jìn)行訓(xùn)練，學(xué)習(xí)如何對它進(jìn)行操作和組裝，為明年迎接真正的植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)做準(zhǔn)備。他們還將測試植物培養(yǎng)設(shè)備的各系統(tǒng)如何與科學(xué)研究進(jìn)行整合。
美國航空航天局肯尼迪航天中心的工程師設(shè)計了植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)，并且制造了飛行培養(yǎng)艙，其他子系統(tǒng)由威斯康星麥迪遜的ORBITEC公司設(shè)計制造。該設(shè)備是一個具有可控環(huán)境的閉環(huán)系統(tǒng)，可以容納大型植物。整個系統(tǒng)使用紅、綠、藍(lán)色LED光照，和目前國際空間站上的Veggie蔬菜種植系統(tǒng)類似。植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)還可以使用白色LED光照和紅外線。此外，植
物培養(yǎng)高級系統(tǒng)將裝備180個傳感器，并且光輸出量是當(dāng)前Veggie蔬菜種植系統(tǒng)的4倍。
肯尼迪航天中心的科學(xué)家開發(fā)了可以整合入植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)的科學(xué)載荷，用于國際空間站上的植物生長實驗以及地面控制實驗。載荷集成工程師會和雅克布斯公司一起，根據(jù)《測試與運行協(xié)作合約》，將包含種子的科學(xué)實驗整合到植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)中去。雅克布斯公司的研究者同樣為植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)提供了實驗空間和技術(shù)支持。該項目的小規(guī)模實驗名為“植物培養(yǎng)1”號，或PH01，將包含擬南芥、卷心菜和芥菜類的小型開花植物。PH01和植物培養(yǎng)高級系統(tǒng)都會在2017年被送上國際空間站。
2016年12月6日
昨天，也就是星期一，肯尼迪航天中心Veg-03實驗地面對照組進(jìn)行了第一次萵苣收割， 開啟了應(yīng)用“割韭菜式”的方法進(jìn)行的四次連續(xù)作物收獲。這種方法的理念是每10天收割一次“極品紅”長葉萵苣，只摘掉每一株的部分葉片，讓剩下的葉片繼續(xù)生長。
與地面實驗的收獲方式不同，12月2日在國際空間站里，宇航員享用了他們的勞動成果。而肯尼迪航天中心收獲的蔬菜則在包裝、稱重后，被冷凍起來供未來使用。地面Veggie系統(tǒng)是為了給在軌種植提供對照組。國際空間站上未來幾次收獲的蔬菜將會被保存起來，在返回地面航天中心之后供科學(xué)家對比研究使用。對比研究不僅包括太空和地面種植的產(chǎn)量對比，還包括食品安全分析，研究者將評估“割韭菜式”方法造成的葉片表面微生物含量隨時間的變化。
2017年1月20日
今天，宇航員佩吉?威特森啟動了新一輪國際空間站蔬菜種植實驗。名為東京小白菜的白菜品種首次在太空中進(jìn)行栽培。選擇這種白菜是因為它生長迅速，具有很高的營養(yǎng)價值，并且風(fēng)味獨特。威特森將作為在軌種植的負(fù)責(zé)人，在為期一個月的時間里照料這些白菜。
2017年4月3日
今天，宇航員佩吉?威特森將在國際空間站種下第二批白菜，也是Veggie蔬菜種植系統(tǒng)的第六批作物。在兩個月的種植期內(nèi)，威特森將會定期采摘白菜葉供宇航員食用，同時進(jìn)行科學(xué)研究。這將是國際空間站成員第二次使用“割韭菜式”的方法收獲作物，以期增加蔬菜產(chǎn)量。此前這種方式被用于“極品紅”萵苣。這一次，威特森拿到的種植指南根據(jù)第一批白菜表現(xiàn)出的需水量更大的生長特點進(jìn)行了修改。
[關(guān)鍵詞]：石墨烯；性質(zhì)；應(yīng)用
[引言]：
碳元素是自然界中最為神奇的元素，在自然界中廣泛存在。在有機物世界中，碳元素是構(gòu)成眾多有機物的基本骨架；而在無機物世界中，碳單質(zhì)的多種同素異形體，從石墨與金剛石，到富勒烯和碳納米管也逐漸被人們認(rèn)知。2004年，曼徹斯特大學(xué)GeimA.K教授等用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，也因此獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎，至此掀起科學(xué)界研究石墨烯的熱潮。
1、石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
石墨烯是由單層碳原子在二維平面內(nèi)以SP2雜化方式形成蜂窩平面薄膜，可在二維平面內(nèi)無限延伸。碳原子最外層有四個未成鍵的電子，石墨烯中每個碳原子中有三個外層電子與其他三個碳原子形成C?C共價鍵，而其余一個未成鍵電子在與二維平面垂直的方向形成π鍵。
石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)決定其擁有特殊的性質(zhì)：
1.1電學(xué)性質(zhì)：石墨烯是目前已知的電阻率最低的材料。石墨烯中π電子位于與平面垂直的p軌道內(nèi)，其自由運動不會與碳原子核發(fā)生碰撞，因此石墨烯中自由電子的運動受到的阻力極低。相關(guān)研究表明，電子在石墨烯上的傳遞速率可達(dá)光速的1/300，在特定條件下，石墨烯的子遷移率可以達(dá)到25000 cm2V-1s-1，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了目前已知的所有半導(dǎo)體材料[1]。
1.2力學(xué)性質(zhì)：石墨烯特殊的成鍵方式，使其晶格結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，是目前為止最強、最硬的材料。其抗拉強度和彈性模量分別為 125 GPa和 1.1TPa，楊氏模量約為42 N/m2[2]，石墨烯的力學(xué)性質(zhì)意味著它可以承受巨大的作用力，其柔韌性也保證它在彎曲變形的同時結(jié)構(gòu)不會破壞。
（3）光學(xué)性質(zhì)：單層石墨烯對可見光以及近紅外波段光垂直的吸收率僅為2.3%[3]，對所有波段的光無選擇性吸收，因此它的透光率極大，幾乎是透明狀態(tài)。
（4）導(dǎo)熱性質(zhì)。石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)決定其具有良好的導(dǎo)熱性，研究表明石墨烯的熱導(dǎo)率可達(dá)5000Wm-1K-1[4]。
2、石墨烯材料的應(yīng)用
石墨烯的特殊性能意味著石墨烯及其衍生材料有著巨大的應(yīng)用前景，已經(jīng)或者未來將被使用在諸如電子信息、能源、環(huán)境保護、生物醫(yī)藥、航空航天等領(lǐng)域。
2.1石墨烯在電子信息領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯材料因其優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)，將會在在電子信息領(lǐng)域發(fā)揮革命性的作用。
在過去的幾十年中，硅基材料一直是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心材料，但面臨著難以進(jìn)一步集約化、微型化的難題。石墨烯的出現(xiàn)，有望成為硅的代替品，電子信息領(lǐng)域也由“硅時代”進(jìn)入“碳時代”[5]。一方面，石墨烯具有超高的電子遷移率，用石墨烯取代硅制造芯片，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍；石墨烯良好的導(dǎo)熱性，允許計算機可以有更高的運行頻率，同時消耗更少的能耗；同時也為未來電子產(chǎn)品的進(jìn)一步微型化提供了可能。另一方面，石墨烯作為單原子層的二維材料，幾乎是透明的，同時具有極佳的柔韌性，因此它非常適合作為柔性的、透明的電子產(chǎn)品的原料，比如可以卷曲的手機屏幕等，這將極大地改善人們的體驗效果。
2.2石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯材料在能源領(lǐng)域的應(yīng)用，主要有太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器[6]。
2.2.1太陽能電池：太陽能電池作為把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，受到越來越多的關(guān)注。目前使用最廣的主要是硅太陽能電池，但是制造成本高，且會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。石墨烯由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能，在太陽能電池方面具有廣泛的應(yīng)用前景。一方面，石墨烯材料的高透光性、載流子遷移率高、寬光譜范圍等特性，能極大提高太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率；另一方面，在室溫條件下，石墨烯性質(zhì)穩(wěn)定，保證了太陽能電池的穩(wěn)定性。
2.2.2鋰離子電池：鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣的二次電池，大多使用在在便攜式電子設(shè)備中，近來逐漸被用于大功率的動力電池領(lǐng)域。石墨烯具有高的比表面積、sp2雜化的二維平面結(jié)構(gòu)，這使得石墨烯具有最高的電子導(dǎo)電性，從而成為制備鋰離子電池電極材料的最佳候選材料。目前的研究現(xiàn)狀是將石墨烯與與硅基、錫基、釩系等其他材料進(jìn)行復(fù)合，作為鋰離子電池的電極材料，能極大提高鋰離子電池的能量密度和充放電速率，但在使用壽命和穩(wěn)定性方面存在問題，需要進(jìn)一步的研究。
2.2.3超級電容器：超級電容器是一種新型的儲能裝置，具有高功率、相對高的能量密度、循環(huán)壽命長、安全性和環(huán)境友好性等特點。石墨烯的高比表面積、優(yōu)異的電學(xué)性能和穩(wěn)定的化學(xué)性能等特點，在超級電容器領(lǐng)域備受關(guān)注。Stoller等[7]以KOH化學(xué)改性的石墨烯作為電極材料，驗證了石墨烯應(yīng)用在超級電容器電極材料領(lǐng)域的可行性。石墨烯作為超級電容器的電極材料可以大幅提高電容值，同時也可以保證其發(fā)生柔性變形是電化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定，因此柔性超級電容器具有很好的應(yīng)用前景。
2.3石墨烯在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用
環(huán)境污染是當(dāng)今社會面臨的重大挑戰(zhàn)，尤其是空氣污染和水污染會嚴(yán)重危害人們的健康。石墨烯材料在環(huán)境保護領(lǐng)域也可以起到相應(yīng)的作用。石墨烯材料巨大的比表面積賦予其優(yōu)良的吸附能力，尤其是對有機物吸附性更強，因此石墨烯有望成為繼活性炭之后最有效、最廣泛的吸附劑。同時，功能化石墨烯材料含有豐富的含氧基團，這些含氧基團能夠高效地與重金屬離子作用，可以應(yīng)用于凈化重金屬離子污染的污水。此外，石墨烯還可以與金屬、金屬氧化物等構(gòu)成復(fù)合材料，不僅對金屬離子的吸附具有高度選擇性，而且通過負(fù)載光催化材料，如TiO2，可以有效分解有毒、有害的有機物，在污水處理和空氣凈化中都可以發(fā)揮很大作用[8]。
2.4石墨烯在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用
功能化石墨烯表面含有大量的活性基團，比如羰基、羧基、羥基及環(huán)氧基等，這些基團使石墨烯具有良好的水溶性及生物相容性，因此可以應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域[9]。
2.4.1藥物載體：目前癌癥的治療手段主要為化療和放療，但是這兩種治療效果不佳且存在許多的副作用。石墨烯較大的比表面積和其衍生物表面豐富的官能團（環(huán)氧基、羥基、羧基）與抗癌藥物結(jié)合形成的復(fù)合物通過修飾、控制顆粒的大小以及利用可透過血腦屏障等特點實現(xiàn)癌癥藥物的靶向治療，是一個很有前景的材料。
2.4.2抗菌：人類濫用抗生素導(dǎo)致耐藥性、超級細(xì)菌的產(chǎn)生，所以人類不得不從新的角度去發(fā)展抗菌類藥物，不僅要提高抗菌效果，還要減小對人類及環(huán)境的危害。近年來，人們發(fā)現(xiàn)石墨烯及其衍生物與動物細(xì)胞具有很好的生物相容性，可以與細(xì)菌相互作用起到抗菌作用。石墨烯及其衍生物除了自身與細(xì)菌作用之外，石墨烯家族還可以充當(dāng)抗菌藥物的載體。
2.4.3檢測與傳感：目前利用石墨烯及其衍生物來制造電化學(xué)傳感器和生物傳感器以提高檢測性能方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。目前石墨烯以及極修飾的石墨烯復(fù)合材料已被提倡用于臨床、環(huán)境等方面的檢測，其中血糖測量用的最廣泛，比起傳統(tǒng)方法提高了檢測的靈敏度。
2.5石墨烯在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯材料在航空航天領(lǐng)域也有巨大的應(yīng)用潛力。隨著航空航天活動越來越頻繁，對高性能的航空航天材料的需求越來越迫切；而且由于航空航天材料的使用環(huán)境和條件特殊，對其性能的要求更為苛刻[10]。石墨烯材料的優(yōu)異性質(zhì)，恰好可以滿足這些要求。石墨烯具有優(yōu)越的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能和阻隔性能，這些性能在航空航天領(lǐng)域都至關(guān)重要。石墨烯材料具有輕質(zhì)、高強度的特點，可作為航天器的結(jié)構(gòu)材料；石墨烯可以增強粉末高溫合金，在提高其機械性能的同時改善其耐高溫性能；石墨烯與其它材料復(fù)合，還可以將熱、電和阻隔性能賦予材料，為材料的多功能創(chuàng)造機會。
3、結(jié)語
如上所述，石墨烯材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得很大進(jìn)展，能夠給這些領(lǐng)域帶來巨大的進(jìn)步，但相關(guān)研究大都處于實驗室階段，尚未達(dá)到成熟應(yīng)用的水平。因此，石墨烯材料的實際應(yīng)用還有很長的一段路要走。要想使石墨烯材料盡早地實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，真正為人們所用，還要解決許多關(guān)鍵性的技術(shù)問題，這也是研究人員的目前的研究熱點。相信隨著研究的深入，技術(shù)的成熟，石墨烯材料的應(yīng)用領(lǐng)域會更加廣泛，人類社會將進(jìn)入全新的“碳時代”。
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基于問題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的主動型教學(xué)模式和課程體系設(shè)置方法，其最初是由加拿大的麥克馬斯特大學(xué)（McMasterUniversity）醫(yī)學(xué)院于20世紀(jì)60年代在醫(yī)學(xué)課程教改中逐步形成并提煉出來的。在PBL中，教師根據(jù)課程要求和學(xué)生的知識基礎(chǔ)預(yù)先定義一個不完整的或劣構(gòu)的問題，然后讓學(xué)生進(jìn)行研究，理論聯(lián)系實際，運用已掌握的知識和技能提出解決問題的可行方案，讓學(xué)生親身參與問題求解的每一個步驟和知識構(gòu)建的過程，從而將其先前獲得的知識和經(jīng)驗很好地整合起來，使已有知識結(jié)構(gòu)得到完善的同時達(dá)到對新知識的理解與掌。
1.目標(biāo)和基于問題的學(xué)習(xí)法的特點。
基于問題的學(xué)習(xí)方法的主要目標(biāo)不僅僅是讓學(xué)生獲得知識，并且要運用知識。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現(xiàn)實生活中的工程研究和開發(fā)過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點：（1）學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的，即學(xué)生選擇怎樣去學(xué)習(xí)和他們想要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（2）學(xué)習(xí)在小團體中展開并且提倡協(xié)作學(xué)習(xí)。（3）老師是促進(jìn)者、引導(dǎo)者或教練。（4）問題形成組織重點并刺激學(xué)習(xí)。（5）問題是拓展真正的問題解決能力的工具。（6）新的信息是通過自學(xué)獲得的。
2.PBL工程教育案例———麻省理工學(xué)院航空航天工程系。
幾年前，在麻省理工學(xué)院的航空航天系成立了一個由教師和科研人員組成的新戰(zhàn)略計劃小組，專門負(fù)責(zé)課程改革。為了強調(diào)教育以學(xué)生為中心，討論小組花費了一定的時間和精力通過對項目和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行驗收，設(shè)計了新的教學(xué)方法，建造與之配套的實驗室。盡管基于問題的學(xué)習(xí)是關(guān)鍵，但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現(xiàn)實生活中產(chǎn)品完整的生命周期工程為背景，即構(gòu)思、設(shè)計、實施和執(zhí)行（CDIO），結(jié)合設(shè)計建造經(jīng)驗，貫穿于整個項目中。接下來就是從簡單的項目到高度復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計建立過程，以及從中取得的經(jīng)驗教訓(xùn)。第一年，在《航空航天設(shè)計導(dǎo)論》課上，學(xué)生們設(shè)計、構(gòu)思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器（LTA）。第二年，在《聯(lián)立工程學(xué)》課上，學(xué)生們設(shè)計、搭建并且試飛了無線電控制的電推力飛行器。在一些比較深入的課程例如《空氣動力學(xué)》課上，從工廠或者政府以往項目中提出航空工業(yè)中很常見一個實際的問題，像是以洛克希德•馬丁戰(zhàn)術(shù)飛機系統(tǒng)為模板提供項目設(shè)計方案。高級課程完全利用基于問題的學(xué)習(xí)方法，如：《實驗項目實驗室空間系統(tǒng)工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己感興趣的問題，通過做實驗找到解決方法，并用多學(xué)科方法設(shè)計出復(fù)雜系統(tǒng)。麻省理工學(xué)院航空航天系“復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)習(xí)實驗室”的主任提出了一個對于基于問題的學(xué)習(xí)方法的分類框架。它將問題分為四個等級，給出了解決基礎(chǔ)科學(xué)及先進(jìn)工程課題的系統(tǒng)方法。一級：問題集。問題集是指在大多數(shù)工程課程中發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)問題。它們往往具有一定的結(jié)構(gòu)與較成熟的解決方案（至少問題的設(shè)計者知道）。所有學(xué)生解決同樣的問題，有時獨自解決，有時以小組形式解決。問題需要在相對較短的時間內(nèi)解決。二級：小型實驗。小型實驗是指在結(jié)構(gòu)化問題下的實驗課。例如測量或觀察某種工程現(xiàn)象或數(shù)據(jù)。這些問題在一或兩個學(xué)期內(nèi)解決，可以“重復(fù)地進(jìn)行”，也就是說，每個學(xué)生團隊解決與其他團隊同樣的問題。在麻省理工學(xué)院有許多例子，如《聯(lián)立工程學(xué)》課上的桁架實驗室，《空氣動力學(xué)》課上對在風(fēng)洞中的流速計的校準(zhǔn)，《航空航天設(shè)計導(dǎo)論》課上對空氣動力減速器的各種測試。三級：大型實驗。比起前幾個階段，這個階段的問題需要更長的時間去解決，可能會耗費幾周或整個學(xué)期。到了這個階段問題明顯復(fù)雜了很多，需要更多的規(guī)劃和教員支持。在麻省理工學(xué)院有許多如是例子：《實驗項目實驗室》課上的風(fēng)洞試驗、飛行器模型項目，《空氣動力學(xué)》課上的機械項目，《航空航天教育導(dǎo)論》課上的輕于空氣的飛艇，《聯(lián)立工程學(xué)》課上的電動飛行器設(shè)計等。四級：頂級CDIO實驗。這個階段在系統(tǒng)中整合了核心工程的頂級實驗。麻省理工學(xué)院的航空航天工程項目用構(gòu)思-設(shè)計-實施-操作（CDIO）的方法來設(shè)法更接近于實際工程。在頂級實驗中，工程的四個階段都將涉及。頂級實驗室的項目均為研究的重點，需要更多的資金，工程的復(fù)雜度和依賴經(jīng)驗的程度也很高。例如麻省理工學(xué)院的自主衛(wèi)星光學(xué)陣列項目和磁控編隊飛行器。四級的項目需要學(xué)生、老師和研究員花費三個學(xué)期去完成。可以看出三級和四級問題的解決過程是由學(xué)生主導(dǎo)的、不受約束的、復(fù)雜的、多方面的且具有很高的主動性過程，符合之前所說的PBL標(biāo)準(zhǔn)。然而一級和二級中的項目體驗過程更結(jié)構(gòu)化，在這個過程中學(xué)生體驗到關(guān)于問題構(gòu)想的有用指導(dǎo)，使用工具進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)。基于問題的學(xué)習(xí)方法和設(shè)計-制造經(jīng)驗貫穿了整個麻省理工學(xué)院航空航天工程系的本科生階段。使用四個等級的框架來層次化PBL體驗過程確保了從高度結(jié)構(gòu)化問題到無約束和復(fù)雜問題情況的合理推廣。
3.基于問題的學(xué)習(xí)方法的評估。
基于問題的學(xué)習(xí)方法的評估是多模式和長期性的。這些方法包括實驗室期刊、技術(shù)簡報、設(shè)計審查、技術(shù)報告、團隊協(xié)作評估、設(shè)計作品、互評和自評。教師的角色主要是顧問和指導(dǎo)員，以及在學(xué)習(xí)過程中為學(xué)生提供大量反饋信息。在《航空航天設(shè)計導(dǎo)論》課上，學(xué)生們設(shè)計、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器，設(shè)計審查作品和最后的評估工作都是由飛行器競賽的方式進(jìn)行。在《綜合工程》課的飛行器設(shè)計項目中，二年級學(xué)生分析在問題集中與氣動性能、穩(wěn)定性和推進(jìn)裝置有關(guān)的問題，并動手組裝和試飛無線電控制的電推力飛行器。與第一年的課程相似，評估手段包括問題集、設(shè)計審查以及最后的一場比賽。除了評估認(rèn)知能力的培養(yǎng)效果，情感變化也要被評估。評估學(xué)生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)展的感覺也很重要。這些情感變化可以通過觀察、訪談、作品、期刊和其他形式的自評進(jìn)行評估。
二、小衛(wèi)星平臺與基于PBL的航天工程教育創(chuàng)新結(jié)合途徑
在全球化大背景下，除去意識形態(tài)的差別，世界人才的標(biāo)準(zhǔn)正趨于統(tǒng)一。根據(jù)著名的CDIO（Con-ceive-Design-Implement-Operate，即：構(gòu)想-設(shè)計-實現(xiàn)-運作）工程教育模型，工程教育包括以下幾大培養(yǎng)目標(biāo)：掌握深厚的基礎(chǔ)知識和應(yīng)用技術(shù)；善于構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作新產(chǎn)品或系統(tǒng)的能力；承擔(dān)和實施復(fù)雜系統(tǒng)工程的能力；適應(yīng)現(xiàn)代團隊協(xié)作開發(fā)模式及其開發(fā)環(huán)境。這些目標(biāo)是直接參照工業(yè)界的需求而制定的，它實際上定義了現(xiàn)代工程技術(shù)人員的素質(zhì)構(gòu)成。
1.小衛(wèi)星作為航天工程教育的意義。
小衛(wèi)星為空間發(fā)展提供了的一條新途徑，這是與以往基于傳統(tǒng)空間開發(fā)模式的“政府導(dǎo)向的大型項目”完全不同的。此外，NASA已經(jīng)開展了很多項目為大學(xué)提供發(fā)射機會，讓他們逐漸學(xué)會如何開發(fā)、運營衛(wèi)星。超小型衛(wèi)星計劃是其中一個著名的案例，選定十所大學(xué)并給予他們項目資金，最終的成品將搭載航天飛機發(fā)射上天。憑借多年的項目經(jīng)驗，一些大學(xué)已經(jīng)能夠制造衛(wèi)星，甚至出售衛(wèi)星給其他大學(xué)或國家。小衛(wèi)星為大型衛(wèi)星上已經(jīng)實現(xiàn)的一些任務(wù)提供了一條新的實現(xiàn)途徑。一定數(shù)目的小衛(wèi)星協(xié)作是一個非常重要的概念，通常被稱為“星座”或“編隊飛行”。這種多衛(wèi)星體系的優(yōu)點是容錯量大、重構(gòu)能力強、系統(tǒng)的可擴展性好。
2.基于小衛(wèi)星平臺的航天工程教育項目。
小衛(wèi)星的操作訓(xùn)練為大學(xué)生的太空教育提供了一個特別的機會，讓他們能夠體驗從任務(wù)創(chuàng)建、衛(wèi)星設(shè)計、制造、測試、發(fā)射、運行，直到結(jié)果的分析的整個太空項目周期。同時他們還能從這些項目中學(xué)到項目管理和團隊協(xié)作等重要技能。小衛(wèi)星項目不僅對教育有益，而且有望成為太空技術(shù)發(fā)展與商業(yè)運營中的一名新成員。
（1）日本衛(wèi)星設(shè)計大賽。
上世紀(jì)90年代初期，日本的大學(xué)小衛(wèi)星研究項目遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國和歐洲各國。然而，在意識到了小衛(wèi)星在教育和技術(shù)發(fā)展上的重要性后，日本國內(nèi)開始大力推動高校小衛(wèi)星設(shè)計-制造計劃。第一個里程碑是“衛(wèi)星設(shè)計大賽”。1992年三個學(xué)術(shù)社團共同成立了大賽組委會，他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經(jīng)過一年時間的準(zhǔn)備，于1993年舉辦了第一屆比賽。這項比賽的目的是為更多的大學(xué)生提供參與太空項目的機會，同時鼓勵一流大學(xué)開始進(jìn)行實體衛(wèi)星的制造項目。評審項目分成兩大類，創(chuàng)意類評審該項目的創(chuàng)意與想法，設(shè)計類評審衛(wèi)星設(shè)計的可實現(xiàn)性。提交的項目首先會進(jìn)行初步的評審，合格的項目才能入圍最終的決賽。屆時，將進(jìn)行衛(wèi)星模型的展示和評審。優(yōu)秀的作品將獲得“設(shè)計獎”、“創(chuàng)意獎”以及三大學(xué)術(shù)社團頒發(fā)的獎項。大賽每年都會收到20到30個創(chuàng)意獨特的項目。
（2）大學(xué)空間系統(tǒng)研討會（USSS）以及CanSat項目。
USSS始于1998年，每年11月由JUSTSAP小衛(wèi)星工作組在夏威夷舉辦。研討會的形式十分獨特，出席會議的日本和美國的大學(xué)首先提出自己衛(wèi)星項目的構(gòu)想，以及各大學(xué)自身的科研實力，然后將具有相同興趣、能力或科研實力的大學(xué)進(jìn)行組隊。各組展開討論，在一天半的研討會后，各組需要向其他組展示他們的項目設(shè)計書。這些項目要在USSS結(jié)束后的一年內(nèi)實施，他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項目就是CanSa（t罐裝衛(wèi)星）項目了。CanSat項目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計劃中，每所大學(xué)都要制造一個350mL飲料罐大小的微型衛(wèi)星，衛(wèi)星將被發(fā)射到軌道上，在下一年的USSS上進(jìn)行控制操作。
（3）立方體衛(wèi)星。
立方體衛(wèi)星項目由特維格教授在1999年的USSS大會上提出。立方體衛(wèi)星為重1kg，長寬高均為10cm的微型衛(wèi)星。每所大學(xué)制作的立方體衛(wèi)星都被放在一個名為“P-POD”的盒形載體內(nèi)，它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發(fā)射升空。為了減少立方體衛(wèi)星和P-POD之間的機械和電氣接口，P-POD釋放機制設(shè)置得非常簡單：當(dāng)P-POD的門打開，里面的立方體衛(wèi)星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學(xué)和東京工業(yè)大學(xué)已經(jīng)開始了立方體衛(wèi)星項目，并大致完成了設(shè)計和EM級別的模型制造。這些大學(xué)的學(xué)生已經(jīng)在立方體衛(wèi)星項目中獲得了微型衛(wèi)星開發(fā)的基本專業(yè)知識。但他們現(xiàn)在需要面臨新的挑戰(zhàn)：如何使用現(xiàn)成的廉價的部件設(shè)計可靠的空間系統(tǒng)，如何進(jìn)行空間環(huán)境試驗（如真空熱或輻射試驗）并獲得試驗結(jié)果，以及如何處理更大的風(fēng)險，更多的人力資源、時間和成本。目前計劃于2002年底發(fā)射第一個立方體衛(wèi)星。
（4）歐洲大學(xué)生月球軌道航天器。
歐洲大學(xué)生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛(wèi)星計劃的第四項任務(wù)，它是基于“歐洲大學(xué)生太空探索與技術(shù)倡議”計劃中的“SSETI-Express”衛(wèi)星。ESMO項目是為了吸引和培養(yǎng)下一代的月球與其他行星的工程師和科學(xué)家。航天器有效載荷包括：船載液壓雙組元推進(jìn)系統(tǒng)，用船從地球同步軌道通過“日地系統(tǒng)中的拉格朗日點L1”轉(zhuǎn)移到繞月運行軌道的過程，歷時3個月；表面光學(xué)成像的窄角相機和一個用于測繪全球引力場的子衛(wèi)星，將在歷時超過6個月的時間里執(zhí)行測量任務(wù)；可供選擇的載荷還包括一個生物實驗和一個微波輻射計。ESMO項目是未來歐洲的科學(xué)和勘探計劃的一個強大的動手教育和公共宣傳工具。它是一個面向大學(xué)生的項目，訓(xùn)練和培養(yǎng)了下一代的月球任務(wù)的工程師和科學(xué)家。
三、建立基于PBL的航天工程教育實驗平臺和培養(yǎng)范式
我國在“十二五”規(guī)劃中提出了“創(chuàng)新驅(qū)動，實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略”，要“圍繞提高科技創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國家，以高層次創(chuàng)新型科技人才為重點，造就一批世界水平的科學(xué)家、科技領(lǐng)軍人才、工程師和高水平創(chuàng)新團隊。實施PBL教學(xué)是一項系統(tǒng)工程，由于受國情、傳統(tǒng)教育教學(xué)模式和人才培養(yǎng)機制的約束，在中國工科大學(xué)中實施PBL教學(xué)存在問題案例少、實施成本高、評價方式單一和師生角色僵化等問題，因此，需要根據(jù)我國工程教育的現(xiàn)狀和國情對PBL教學(xué)進(jìn)行本地化處理，不能生搬硬套，具體來講有以下幾個方面需要注意。
1.樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念。
樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念是實施PBL教學(xué)的前提條件，PBL強調(diào)以學(xué)生為中心，作為PBL教學(xué)的實施者，教師必須要深刻認(rèn)識到這一點。
2.根據(jù)具體航天任務(wù)設(shè)計問題。
豐富的問題案例是PBL教學(xué)成功的關(guān)鍵。每門專業(yè)課的設(shè)置都是基于學(xué)生已具備一定的先修課程基礎(chǔ)為前提，但個體的差異不容忽視，教師或教師團隊在進(jìn)行某課程PBL問題設(shè)計的時候要充分了解學(xué)生的知識基礎(chǔ)，結(jié)合具體的實施條件進(jìn)行問題案例的設(shè)計。為了保持熱情，學(xué)生們可以一種競賽的形式開始項目，學(xué)生們互相分享自己的認(rèn)識，用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項目。
3.提高衛(wèi)星實驗平臺的開放性與多樣性。
除了教育實踐空間項目對航空航天教育帶來的價值之外，學(xué)生建造空間項目長期承諾創(chuàng)新型大學(xué)的任務(wù)是可直接有利于空間行業(yè)本身。目前，各大學(xué)中設(shè)立的大學(xué)或研究生開放實驗室及其配套的開放創(chuàng)新基金都是一些很好的嘗試，取得了很好的效果，但其范圍需要擴大，讓大學(xué)生能夠進(jìn)入一些比較前沿的和良好國際合作背景的研究型實驗室，使其很早就能受到良好的學(xué)術(shù)熏陶，以促進(jìn)其產(chǎn)生向更高層次發(fā)展的內(nèi)部動機和欲望。
4.加強學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。
發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，使其成為高效、獨立的終生學(xué)習(xí)者是PBL的重要目標(biāo)之一。通過參加PBL學(xué)習(xí)，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)不完全是個人的事情，在PBL小組中每個學(xué)生都擔(dān)當(dāng)一定的角色，并承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，在小組討論中無私貢獻(xiàn)自己的學(xué)習(xí)成果，并吸取其他成員的學(xué)習(xí)成果，達(dá)到共同進(jìn)步。
5.建立合理多樣化的評估體系。
在實施PBL的過程中，可以采用學(xué)生自我評價、同學(xué)互評及教師評價相結(jié)合的辦法，注重學(xué)生的過程表現(xiàn)，而不是結(jié)果。創(chuàng)新人才的多樣性和創(chuàng)新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評價學(xué)生，而是要采取靈活多樣的評估體系，建立激發(fā)創(chuàng)新的長效機制。除了評估認(rèn)知能力的發(fā)展和成就，情感變化也要被評估。評估學(xué)生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進(jìn)展的感覺也很重要。
四、結(jié)論
在校大學(xué)生想造真火箭
2005年11月22日晚上，北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院副院長蔡國飆教授剛剛講完一節(jié)課，在課間休息時，飛行器動力設(shè)計2001班的朱浩與饒大林走到他的面前，似乎想對他說些什么話。
“有什么事你們說吧。”他笑著對他們說。
“我們覺得在這三年多時間內(nèi)學(xué)到了不少關(guān)于航天飛行器制造的理論知識，現(xiàn)在臨近畢業(yè)，學(xué)習(xí)任務(wù)輕松一些，我們又是保送研究生，沒有考研的壓力，所以想利用這段時間將書本知識運用起來做點實事，可又不知道做什么好……”朱浩躊躇滿志地說。
聽了朱浩的話之后，蔡國飆教授想了想說：“要不，你們造一個火箭吧！”
造火箭？朱浩與饒大林愣住了：“我們現(xiàn)在只是在校本科生，我們能行嗎？”1958年，由教師們成功設(shè)計研制過一枚名為“北京一號”的探空火箭，之后的近50年里再沒過這樣的項目了。
“你們能行的。但僅憑你們兩人比較難，必須一個團隊才行！同時，造火箭也得花一大筆經(jīng)費呢。”蔡國飆若有所思地說。看朱浩與饒大林神情有些暗淡，他又說，我來想辦法，看能否就經(jīng)費等問題得到學(xué)院的支持。
朱浩與饒大林以為蔡老師是在安慰他們，哪知兩天后的下午，蔡國飆給他們打來電話說，學(xué)院支持他們的“火箭計劃”。
11月25日，“北京航空航天大學(xué)學(xué)生探空火箭項目”在宇航學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的支持下正式立項。
沒想到自己的一個想法會得到學(xué)校的如此重視。因而在立項之后，身為項目負(fù)責(zé)人的朱浩便開始物色起人選來。
火箭的設(shè)計與制造主要分為火箭動力設(shè)計、火箭航天探測控制設(shè)計以及火箭總體設(shè)計。于是，朱浩請了與自己同是飛行器動力設(shè)計專業(yè)、也是保送研究生的饒大林、張莘艾、王文龍等同學(xué)；又請了飛行器探測控制設(shè)計專業(yè)保送的研究生何小英、楊勇、薛松柏、周軍華等同學(xué)；還請了飛行器總體設(shè)計專業(yè)的姚偉、王光遠(yuǎn)、唐萬元、張曉天、張凌燕、何兆偉等幾個同學(xué)一起組成該項目的研究設(shè)計小組。
設(shè)計火箭一般有這樣的程序：火箭執(zhí)行任務(wù)的確定、火箭的具體設(shè)計與制造；火箭的發(fā)射與升空；火箭的控制與觀測；火箭的回收等。
之后，他們初步達(dá)成了兩個方案：其一是生物火箭――在這個生物火箭中放一個有生命的動物，比如小白鼠等，在火箭發(fā)射升空與運行的過程中用攝像頭觀測小白鼠的生活與生存情況，并收集相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)；其二是探空火箭――用以模擬載人航天以及探測氣象狀況，在升空的過程中以及升空之后探測大氣的相關(guān)參數(shù)。因為這兩個方案的支持者各占一半，所以朱浩決定采用民主調(diào)研的方法來確定火箭的執(zhí)行任務(wù)。
通過半個月的調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)，生物火箭所裝生物的過載問題無法解決――小白鼠在超過5G，即5個重力加速度的情況下就會失明，而小白鼠一旦失明，它的很多正常活動都會受到影響。因而，要讓小白鼠不失明的話，他們就得將生物火箭的升空速度所產(chǎn)生的地心引力降低到5G以下。而憑他們的能力，要將火箭的升空速度控制在5G以下非常難，同時這么短的時間也無法實現(xiàn)這種火箭的設(shè)計。所以，他們最終放棄了對生物火箭的設(shè)計，而改成設(shè)計用于大氣參數(shù)測定的探空火箭。
當(dāng)火箭的執(zhí)行任務(wù)確定之后，給這三枚火箭取什么名字又讓他們犯起難來，最后有人提議取名為“北航1號”，覺得這樣可以體現(xiàn)北京航空航天大學(xué)學(xué)生的鉆研精神，意義深刻，于是名字就這樣確定了下來。
精心設(shè)計
有了火箭的執(zhí)行任務(wù)和火箭的名字，他們便開始具體地分工了――入選的隊員按照火箭的組成部分被劃分到火箭總體、動力系統(tǒng)、點火控制系統(tǒng)、分離回收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和地面發(fā)射系統(tǒng)6個不同部分。之后，他們又將火箭的大小與重量進(jìn)行了確定：火箭全長設(shè)定在2.5米左右，最大直徑0.18米，箭體重量95千克左右，發(fā)射高度10000米左右，有效載荷質(zhì)量10千克左右。
雖然他們14人中有12人是學(xué)校保送的研究生，可是設(shè)計火箭這樣的高難度項目，其中的復(fù)雜性卻無法預(yù)料。當(dāng)他們開始了這項莊嚴(yán)而神圣的任務(wù)之后才發(fā)現(xiàn)，自己平常所學(xué)的跟航天飛行器有關(guān)的理論知識和實際操作原來有著相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>
同時，項目剛剛啟動，整個團隊就陷入了困境：由于對各個環(huán)節(jié)估計不足，日程安排不合理，項目進(jìn)展非常緩慢。
各環(huán)節(jié)不斷地有問題出來，還好，都一 一解決了。當(dāng)動力系統(tǒng)方案設(shè)計之后。他們拿著自己的單室雙推力火箭發(fā)動機以及端面燃燒的固體發(fā)動機兩種方案，滿懷信心地找到航天科工集團六院向?qū)＜易稍儠r，總設(shè)計師程研究員對他們的設(shè)計方案給予了全盤否定，理由是他們的設(shè)計無法確保火箭在升空過程中的安全性。
被程研究員否決之后，他們頓時如泄了氣的皮球，不知如何是好。此時程研究員又對他們的精神予以了肯定，同時，建議另一種設(shè)計方案――新型內(nèi)控燃燒固體發(fā)動機，并為他們介紹了該方案的核心技術(shù)與設(shè)計方法。就這樣，發(fā)動機組的電腦設(shè)計圖在老師和專家們的指點下，先后修改了5次，最終定稿。
控制組在研究設(shè)計時也遇到了難題：因為他們在控制與監(jiān)測方面所用的電子元件與集成塊都是在常溫、常壓下使用的，雖然能正常工作，但這種設(shè)計如果運用到火箭中去，火箭在升空的過程中，溫度與重力加速度都大大地改變了，所以，他們所設(shè)計的很多控制方案在地面上實驗時尚能保證可靠性，可一旦置于火箭升空的環(huán)境中去做此實驗之時，卻發(fā)現(xiàn)可靠性一下子就改變了，因而他們?yōu)榇祟H傷腦筋。
去年5月，他們進(jìn)行了第一次地面點火試驗。當(dāng)他們緊張地看著控制屏，希望火箭發(fā)動機能夠正常點火時，卻發(fā)現(xiàn)發(fā)動機噴管出了問題，結(jié)果導(dǎo)致發(fā)動機被燒毀。看到自己設(shè)計的產(chǎn)品出現(xiàn)這種結(jié)果，負(fù)責(zé)此項設(shè)計的張莘艾傷心地哭了。同學(xué)們大多是獨生子女，從小到大成長得一帆風(fēng)順，所以當(dāng)這個失敗的實驗結(jié)果無情地出現(xiàn)在他們眼前的時候，他們個個都像霜打的茄子一樣蔫了。
在這關(guān)鍵時刻，還是老師們給了他們信心。他們在幫張莘艾仔細(xì)地分析了他的設(shè)計方案后，得出了一個讓同學(xué)們重振旗鼓的結(jié)論：是噴管加工工藝沒達(dá)到要求。
除了設(shè)計方面所出現(xiàn)的一個又一個難題折磨著他們，生活方面的難題也折磨著他們。
一鳴驚人
他們所設(shè)計的火箭大概要花300萬元，可實際上卻只花了幾十萬元。這是因為他們?nèi)ヂ?lián)系制造火箭的單位時，那些單位的領(lǐng)導(dǎo)有感于他們是在校本科學(xué)生卻有如此雄心壯志，都紛紛給予他們大力的支持，節(jié)約了大量費用。
去年10月底，隊員們準(zhǔn)備進(jìn)行全箭試總裝的前一天，火箭在試滑時，卻發(fā)生了箭體上架后晃動的現(xiàn)象。如果不解決這個問題，這將直接影響到火箭的成功發(fā)射，因而這個問題是火箭研制以來所遇到的最大挫折。
面對可能功虧一簣的問題，隊員們急得像熱鍋上的螞蟻，這時，負(fù)責(zé)這一部分設(shè)計的張凌連夜拿出了兩套新方案。第二天早上6時，他直奔位于北京大興縣的零件加工廠。8個小時后，他背著剛剛趕制出來的零件出現(xiàn)在北京火車站時，汗?jié)竦氖中睦镉诌送砩?時去往呼和浩特的車票。
11月1日8時，甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。一枚2.53米長的白色火箭靜臥在一座綠色火箭發(fā)射架上，直指長空，蓄勢待發(fā)。
“3，2，1，點火！”隨著一聲令下，負(fù)責(zé)總體設(shè)計和控制的薛松柏從容地按下電子點火器按鈕。也就在這一刻，全長2.53米，重95千克，有效載荷量10千克的探空火箭尾部瞬時噴出耀眼的火焰，箭體以迅雷不及掩耳之勢從發(fā)射架上呼嘯而出，在藍(lán)色天幕上劃出一道白煙，直刺萬米高空。
當(dāng)初在設(shè)計火箭之時，考慮到設(shè)計一枚火箭失敗的風(fēng)險比較大，他們便特地同時設(shè)計了三枚火箭，這樣就能更大程度地保證此項目成功。因為假如發(fā)射第一枚火箭時沒有成功，而又知道失敗原因的情況下，可在第二枚或者第三枚上進(jìn)行修正。
11時和12時，朱浩與同學(xué)們又根據(jù)當(dāng)時的氣象情況和首次發(fā)射狀況進(jìn)行緊急計算后調(diào)整了剩下兩枚火箭的發(fā)射角度，成功實現(xiàn)了三箭連發(fā)的壯舉。
“發(fā)射成功！”酒泉發(fā)射中心指揮人員宣布道。此刻，發(fā)射指揮大樓3層的觀測平臺上，指揮中心的工作人員與部隊官兵、北京航空航天大學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)和師生頓時歡呼一片，尤其是參與研制的朱浩、薛松柏等同學(xué)，更是激動地相互擁抱。
當(dāng)憑著自己的努力造出的火箭成功地升空且圓滿地完成任務(wù)之后，喜歡音樂的薛松柏連夜與同學(xué)們一起創(chuàng)作了一首名為《我是航天人》的歌曲：“你是航天人，我也是航天人，一條漫長的路，兩顆赤誠的心，只有航天人，最了解航天人，腳下的路越長，心中的愛越深……”
雖然由14名在校本科學(xué)生所設(shè)計的三枚“北航1號”不是最新的，也不是最難的，而且三枚火箭中，有4個項目測試成功，由于選用民用電子元件未能保證工作狀態(tài)的穩(wěn)定性而使得一個項目測試失敗，回收裝置最后也沒能打開。但是“北航1號”卻是中國在校大學(xué)生親手設(shè)計的，是14個本科生賦予了它生命！
木衛(wèi)二的神秘之處，字面理解起來就是“非地球的”：這是一個由冰雪雕刻的世界，不像地球是由巖石雕刻而成。在這里，冰質(zhì)地殼取代了漂移的大陸，咸水海洋取代了地球地幔，蒸汽噴泉取代了火山。表面的條紋有可能是海洋物質(zhì)溢出斷裂冰層所致，與地球上的海脊有著相似的效果。
以地球視角來看，木衛(wèi)二的構(gòu)造錯得離譜：堅硬的外殼在上，流動的水源在下。但從是否存在外星生命的角度來說，這樣的安排也許是極好的。在它堅硬的外殼下，木衛(wèi)二的液態(tài)水含量是地球上所有海洋總水量的2倍。天體生物學(xué)家通常將水視為生命的第一要素，而木衛(wèi)二上的水源足夠多了。冰線以下的環(huán)境可能與南極冰蓋底部類似，而且，在木衛(wèi)二深埋于冰層下的海洋底部，可能有一個活躍的熱液噴口。在地球上，這些地方都是生命繁衍生息的活躍場所。
這些冰冷的物質(zhì)無須借助風(fēng)雨的作用就可以形成千奇百怪的侵蝕地貌， 重塑星球表面的形態(tài)。
玄之又玄的是，木衛(wèi)二的水有時候會從堅硬的冰層中逃逸而出。2 0 1 3年年底， 哈勃空間望遠(yuǎn)鏡記錄下了木衛(wèi)二南極附近一次巨大的霧汽噴發(fā)現(xiàn)象。這次探測證實并發(fā)展了早期關(guān)于木衛(wèi)二之所以如此生機勃勃的觀點。木衛(wèi)二繞木星的運轉(zhuǎn)軌道略呈橢圓形，在木星強大的重力作用下，木衛(wèi)二時而被擠壓，時而被拉伸。這種屈伸會在木衛(wèi)二內(nèi)部產(chǎn)生強大的摩擦，從而產(chǎn)生足夠的熱量，在木衛(wèi)二冰冷而堅硬的外殼下形成一片溫暖的海洋。噴泉的存在也表明，處處受擠壓的木衛(wèi)二的裂縫會定期打開和閉合，從而使深藏在底部的海水形成間歇性噴泉。
如果間歇性噴泉是從地殼一路噴薄而出的話，里面應(yīng)該能找到海洋生命的蹤跡。而且，如果噴泉噴射的高度足夠高的話，將來的飛船就能正好從中穿過，一探里面是否含有生物或者化學(xué)物質(zhì)。
這下你就能明白在美國航空航天局艾姆斯研究中心2 0 1 4年2月召開的外行星評審小組會議上，參會人員感到眼花繚亂的原因了。該活動是一個討論冰凍世界的定期論壇，全稱為外行星評審小組，簡稱OPAG。這里臥虎藏龍，高手云集，有的是外行星生命的篤信者，有的是電腦高手，他們分享最新的科技成果，討論各種奇思妙想，探討宇宙開發(fā)的戰(zhàn)略
部署。每獲得一點新數(shù)據(jù)，他們的信心就增加一點，更加堅定地認(rèn)為木衛(wèi)二才是尋找外星生命的最佳星球，而不是火星。在木衛(wèi)二上發(fā)現(xiàn)噴泉讓他們著實興奮了一把。當(dāng)瑞典皇家理工學(xué)院的勞倫茲? 羅斯在電話那頭報告關(guān)于這類噴泉噴發(fā)的最新研究時，人們都屏氣凝神，熱切地仔細(xì)聆聽著。（可惜最近沒有此類噴泉噴發(fā)，唉，真不走運！）。
外行星評審小組會議上另一條同樣具有轟動效應(yīng)的消息， 是5個月前的一項最新發(fā)現(xiàn)：木衛(wèi)二上有板塊構(gòu)造。這點與地球類似，而我們已知的其他任何星球都不具備這一點。板塊構(gòu)造描述的是地殼的移動，以及地表構(gòu)成物進(jìn)出地核的循環(huán)過程。約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室的路易斯? 普羅特克是木衛(wèi)二上此類活動的發(fā)現(xiàn)者之一，他們是通過精心修復(fù)“伽利略”號在1 9 9 5年至2 0 0 3年繞木星飛行過程中拍攝的木衛(wèi)二的老照片
發(fā)現(xiàn)這個現(xiàn)象的。
正如普羅特克在會議上向我解釋的那樣，移動的地殼可以成就兩項非常重要的事情：它裹挾著地表冰層，連同在陽光下形成的所有化合物，一路下潛到黑暗的海洋深處，這些化學(xué)物質(zhì)可以為海洋生物提供重要的營養(yǎng)物質(zhì)；此外，地殼運動還可以將海底物質(zhì)帶上地表，這樣探測器就能在地表看到木衛(wèi)二海洋的蹤跡，而無須進(jìn)行鉆探。
在這些新發(fā)現(xiàn)的鼓舞下，人們對木衛(wèi)二的狂熱已超過了外行星評審小組會議。例如，
2 0 1 4年6月，美國航空航天局就宣布已開始研發(fā)造訪木衛(wèi)二的探測器，并將于2 0 2 0年后發(fā)射升空，對木衛(wèi)二做進(jìn)一步研究。此項探索計劃如果成功，就可以將木衛(wèi)二不可思議的冰與海洋的世界展現(xiàn)給世人。同時，還能幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解此類冰凍世界的總體情況。冰封的衛(wèi)星、矮行星、巨大的小行星，這些都是廣袤的太陽系外層空間的標(biāo)配，如果它們能復(fù)制木衛(wèi)二的模式，就可能擁有更多宜居要素。同樣，人們有理由相信，其他恒星周圍也有大量類似的冰封星球存在。綜上所述，銀河系或許有幾百億個宜居的冰封世界！
這些令人驚奇的推斷似乎表明，科學(xué)家已經(jīng)開始了解木衛(wèi)二的運作方式了。如果有人
這樣想，那就大錯特錯了。容我唱個反調(diào)：從很大程度來說，木衛(wèi)二仍然是個神秘莫測的巨大冰球。
我們關(guān)于木衛(wèi)二的所有知識幾乎都來自美國航空航天局的“伽利略”號木星探測器，它于1 9 9 5年抵達(dá)木星。在長達(dá)8年的任務(wù)中，它攜帶的望遠(yuǎn)鏡拍攝到了木衛(wèi)二的大部分，但是這些照片的每個像素涵蓋大約1.6千米，實在是太模糊了。今天，最好的火星照片的像素能達(dá)到近1米，清晰度相對高多了。霍普金斯應(yīng)用物理實驗室的伊麗莎白?塔特爾承諾說，美國航空航天局即將推出的木衛(wèi)二探測器的像素也能提高到這個水準(zhǔn)。在此之前，想象一下憑借一幅1. 6千米以下什么都看不到的航海圖去探索木衛(wèi)二的情形，你就能理解在探索木衛(wèi)二的道路上，科學(xué)家仍然任重而道遠(yuǎn)。
此外，行星科學(xué)家還不了解地質(zhì)學(xué)（或許應(yīng)該叫“冰川學(xué)”）在冰凍星球上的基本運作方式。因為，冰亦冰，非常冰。美國航空航天局噴氣推進(jìn)實驗室的羅伯特? 帕帕拉多負(fù)責(zé)木衛(wèi)二探測器的研發(fā)，他向我道出了其中的復(fù)雜程度。白天，木衛(wèi)二的表面溫度為-1 3 4℃，夜間的最低溫度能降到- 2 2 3℃以下，是名副其實的冰雪王國。在這樣的環(huán)境下，水被視為一種礦物質(zhì)，而冰的硬度與混凝土大致相當(dāng)。因此，這些冰的斷裂、斷層以及粉碎方式都與巖石非常相似。但是，與巖石不同的是，即使凍得非常結(jié)實，這些表層冰也可以由固態(tài)直接升華為氣態(tài)。冰冷的物質(zhì)在黑暗而溫暖的區(qū)域沸騰，在明亮而寒冷的區(qū)域凝固，從而無須借助風(fēng)雨的作用就能形成千奇百怪的地貌，重塑星球表面的形態(tài)。
另外，木衛(wèi)二上還會發(fā)生其他一些稀奇古怪的事情。木星有一個巨大的、強有力的磁
場，能對其衛(wèi)星產(chǎn)生強大的輻射：日均輻射量為5 0 0雷姆。暴露在這個劑量的輻射下，1小時后人就會感到不舒服，2 4小時后就會因輻射致死。這種強度的輻射可以將任何有機化合物瞬間分解，從而加大了我們尋找生命的難度。同時輻射也會產(chǎn)生各種復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)。噴氣推進(jìn)實驗室近期進(jìn)行的一項實驗表明，木衛(wèi)二上條紋的顏色是海鹽反射太陽光造成
的。這些化合物與其他各種分子以及由彗星撞擊帶來的有機礦物質(zhì)，能隨著循環(huán)作用返回
至海洋底部。在那里，任何生命形式都可以得到很好的保護，充當(dāng)生命的能量來源。
如果有外星生命游弋于木衛(wèi)二的海洋中， 但是沒有人能看得到它。那么，它究竟算不算是存在的？
木衛(wèi)二的冰殼是另一個廣袤的神秘之地。帕帕拉多指出，在冰凍的世界里，水在表層之下的深處充當(dāng)巖漿和熱巖的角色，但冰與巖石畢竟不同。高壓下的冰溫暖而柔軟，呈雪泥狀，緩慢地流動著。冰殼厚度為1 6千米至2 4千米（實際厚度可能比這個數(shù)字大，也可能小，這也是下一步木衛(wèi)二任務(wù)需要探明的神秘內(nèi)容之一），整個冰殼范圍內(nèi)可能存在一個異常復(fù)雜的循環(huán)模式。冰殼中存在著由液態(tài)水形成的湖泊，湖泊與下層海洋被冰殼隔斷開來。因此，表面的噴泉很可能并不直接源于冰下海洋，而是來自這些中轉(zhuǎn)站――湖泊，與南極洲未被開發(fā)的沃斯托克湖非常類似。
在這次外行星評審小組會議上，冰的循環(huán)這個看似狹窄的話題使人們對木衛(wèi)二上存在
生命，以及大量此類冰凍世界上存在生命的可能性進(jìn)行了各種有意思的討論。喬治亞理工
學(xué)院的布蘭妮? 施密特對此感到迷惑不解，即地質(zhì)（冰川）活動是否存在于木衛(wèi)二的整個冰殼范圍內(nèi)。如果物質(zhì)無法在表面和海洋之間循環(huán)流動，那么木衛(wèi)二將是一個被密封死的世界，生命將無法從表層獲得任何新鮮的化學(xué)物質(zhì)作為食物來源。即使生命可以在這種條件下繼續(xù)存活，我們也永遠(yuǎn)不可能看見它們，除非從冰上鑿一個巨大的洞。在外行星評審小組會議上，多名研究人員認(rèn)為，這種情況需要一個著陸器，還有人強烈建議發(fā)射撞擊球，利用撞擊力使木衛(wèi)二表面變得松散，從而收集可能存在的微生物。
至于木衛(wèi)二的海洋，其深度可能超出你的想象。正如實驗所證實的，如果木衛(wèi)二表層
的條紋果真是由鹽形成的，就表明在富含礦物質(zhì)的海洋內(nèi)部，海水之間的相互作用非常強烈。這種互動的能量源于因木衛(wèi)二內(nèi)部熱量作用而形成的熱液口，這些熱液口能為木衛(wèi)二上生命的延續(xù)提供能量，就如地球上一樣。但是，總的熱液量是多少？酸度與鹽度是否有
利于生命的存活？那里有多少有機物？科學(xué)家用這些富有挑釁意味的問題刁難彼此，卻都
給不出答案。
我們什么時候（或者說能否）找出這些問題的答案，很大程度上取決于我們能從木衛(wèi)二外部看到多少內(nèi)部世界。外行星評審小組會議上的談話與大學(xué)課堂上關(guān)于存在的爭論有些相像：如果有外星生命游弋于木衛(wèi)二的海洋中，但是沒有人能看得到它，那么，它究竟算不算是存在的？
木衛(wèi)二的忠實信徒久久等待著，希望有朝一日新的探索任務(wù)能將這些謎團和爭論一掃
而光，或者，至少可以用實實在在的數(shù)據(jù)給爭論畫上句號。然而，這個等待更像是樂觀者與悲觀者之間的一場拉鋸戰(zhàn)。美國航空航天局在1 9 9 9年就通過了木衛(wèi)二軌道飛行器計劃，但該項計劃2 0 0 2年即被終止。此后，美國航空航天局又籌備了一項更加雄心勃勃的計劃，即發(fā)射核動力推進(jìn)的“木星冰月軌道器”。這項不可思議的計劃先是被推遲，最終于2 0 0 6年被終止。盡管歐洲人在自己負(fù)責(zé)的項目領(lǐng)域中走在了前列，但與歐空局合作的一家合資公司并沒有跟上，他們原本計劃在2 0 3 0年向木星的另一顆冰凍衛(wèi)星――木衛(wèi)三――發(fā)射探測器。
外行星評審小組成立于2 0 0 4年，是一個支持冰凍衛(wèi)星的辯護組織，旨在給予那些冰
凍衛(wèi)星應(yīng)有的重視。目前看來，事情的進(jìn)展還是比較順利的，國會通過了木衛(wèi)二探測器項目的資金計劃，美國航空航天局已定制了一批設(shè)備，并已指定相關(guān)科研人員負(fù)責(zé)。
木衛(wèi)二探測器可能包括一個著陸器。國會議員和歐空局總干事都對此表示支持。亞當(dāng)?施特爾茨――負(fù)責(zé)“好奇”號登陸車的首席工程師――向我保證說，從技術(shù)層面來說，設(shè)計一款配備有火箭的小型探測器在木衛(wèi)二實現(xiàn)軟著陸并不是件難事。而且，該探測器甚至能在木衛(wèi)二表面進(jìn)行鉆探，以尋找冰層下未被輻射傷害的任何可能的有機化合物。
外行星評審小組的科研人員遺憾地聲稱，人們沒法看到帥爆的木衛(wèi)二潛艇，美國航空
航天局曾在其網(wǎng)頁“未來使命概念”上展示過這一項目。將探測器下潛到地球上的沃斯托
克湖已是困難重重，何況通過遠(yuǎn)程遙控在木衛(wèi)二厚達(dá)1 6千米（甚至更厚）的冰層上鉆洞去尋找一片未知的海洋。其中的困難我們無法想象，而且美國航空航天局對此項計劃的預(yù)算也不容樂觀。
沒關(guān)系。如果美國航空航天局當(dāng)前的木衛(wèi)二計劃將來大量關(guān)于冰凍世界的運作原
理，以及它們在支持生命方面的相似性的信息，并且結(jié)果能如多數(shù)科學(xué)家所期望的――亦
如我所強烈期盼的，這將會激發(fā)人們對土衛(wèi)六、土衛(wèi)二，以及木星其他衛(wèi)星的研究熱情。這也將改變?nèi)藗冊谄渌阈侵車鷮ふ乙司有乔虻挠媱潯．?dāng)前，宇航員的精力大都集中在尋找其他類地行星上，但是，這些行動或許一開始就跑偏了。因為宇宙中的大多數(shù)生命可能都被安全地鎖到了冰層下面，而且大部分無法為外界探測到。
無論木衛(wèi)二上是否有外星有機物，它都將告訴我們生命可能的形式，以及它們可能存
【關(guān)鍵詞】 高技術(shù)產(chǎn)業(yè) 創(chuàng)新活動 基本狀況 對策建議
一、研究背景和目的
2005年在全國21個將高技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為“十一五”重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展的省、市創(chuàng)新能力的排序中，貴州高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力綜合評價位于第15，被歸類到創(chuàng)新能力相對較弱的地區(qū)。2006年貴州省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)保持著良好的發(fā)展勢頭，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)175.26億元，比上年增加16.04億元，但其在全國的比重從1995年的⒈08%下降到2006年的0.42%。《貴州省“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)是，力爭高技術(shù)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值年均增長25％左右，2010年達(dá)到500億元，在全省GDP比重中由3％上升到6％左右，成為全省的支柱產(chǎn)業(yè)之一。
高技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新狀況關(guān)系到高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文對2239個規(guī)模以上（在本文中指全部國有及銷售收入在500萬元以上的非國有工業(yè)企業(yè)）具有法人資格的工業(yè)企業(yè)開展的企業(yè)創(chuàng)新調(diào)查資料進(jìn)行分組整理，調(diào)研分析貴州省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開展創(chuàng)新活動基本狀況。涉及六個方面：產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動的活躍度、創(chuàng)新活動的研發(fā)主體、創(chuàng)新類型、創(chuàng)新經(jīng)費來源和支出、創(chuàng)新產(chǎn)出以及創(chuàng)新活動的知識產(chǎn)權(quán)保護。重點是三大行業(yè)：醫(yī)藥制造業(yè)、電子通信設(shè)備制造業(yè)和航空航天器制造業(yè)。
二、對高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動基本狀況的調(diào)查分析
1、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動活躍度。從高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活躍度析，全省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中有82.5%的企業(yè)開展了創(chuàng)新活動，比全省或全國工業(yè)企業(yè)高5成，活躍度明顯，見圖1。
從行業(yè)看，醫(yī)藥制造業(yè)、電子通信設(shè)備制造業(yè)和航空航天器制造業(yè)開展創(chuàng)新活動企業(yè)占全部調(diào)查企業(yè)的比重分別為78.6%、76.5%和100%。
2、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動研發(fā)主體。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動主體狀況為：產(chǎn)品創(chuàng)新中企業(yè)自主創(chuàng)新的比例為62.5%，企業(yè)間合作創(chuàng)新占8.93%，企業(yè)與科研院所的合作創(chuàng)新占17.86%，企業(yè)與高校合作創(chuàng)新占0.89%，其他方式占9.82%。開展工藝創(chuàng)新的企業(yè)中自主創(chuàng)新占63.6%，企業(yè)間合作創(chuàng)新占13.08%，企業(yè)與科研院所的合作創(chuàng)新占6.5%，企業(yè)與高校合作創(chuàng)新占2.8%，其他方式占14.02%。各行業(yè)也都以企業(yè)自主創(chuàng)新為主，但在創(chuàng)新主體比重上有所不同。醫(yī)藥制造業(yè)和航空航天器制造業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新上與企業(yè)、科研機構(gòu)的合作創(chuàng)新明顯，而電子通信設(shè)備制造業(yè)集團研發(fā)比例高。
3、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新類型。企業(yè)的創(chuàng)新類型包括企業(yè)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新三種（一個企業(yè)的創(chuàng)新活動可能同時包含三種創(chuàng)新類型）。在有產(chǎn)品創(chuàng)新活動的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中原始創(chuàng)新占41.3%，集成創(chuàng)新占25.0%，消化吸收再創(chuàng)新占17.5%；在有工藝創(chuàng)新活動的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)中原始創(chuàng)新占31.3%，集成創(chuàng)新占21.0%，消化吸收再創(chuàng)新占17.5%。可見，貴州高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在創(chuàng)新類型上以原始創(chuàng)新為主，而產(chǎn)品創(chuàng)新比工藝創(chuàng)新注重原始創(chuàng)新，見圖2。三大行業(yè)都以原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新的形式開展創(chuàng)新，但原始創(chuàng)新比重偏高。
4、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新經(jīng)費。創(chuàng)新經(jīng)費是指企業(yè)用于創(chuàng)新活動的各種經(jīng)費，本次調(diào)查主要指企業(yè)用于研究與試驗發(fā)展經(jīng)費，為開展創(chuàng)新活動獲取機器設(shè)備和軟件的經(jīng)費，從企業(yè)外部獲取相關(guān)技術(shù)的經(jīng)費。2006年全省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新經(jīng)費支出總額7.94億元，占全省工業(yè)企業(yè)創(chuàng)新經(jīng)費投入的16.7%，創(chuàng)新經(jīng)費投入強度6.08%，比全省工業(yè)高3.33個百分點。貴州高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新經(jīng)費來源渠道單一，主要由企業(yè)資金、金融機構(gòu)貸款和政府資金組成，三項合計占全部資金來源的98.1%。其中：政府資金占19.0%，金融機構(gòu)貸款占26.5%，企業(yè)自有資金占52.6%。來自于減免稅的比例極低，風(fēng)險資金投入為零。
從高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新經(jīng)費支出結(jié)構(gòu)分析，創(chuàng)新經(jīng)費用于內(nèi)部R&D經(jīng)費占全部創(chuàng)新經(jīng)費的54.9%；占產(chǎn)品銷售收入的比重為3.34%，比全省工業(yè)企業(yè)高2.58個百分點。用于外部R&D經(jīng)費占全部創(chuàng)新經(jīng)費的7.1%，占產(chǎn)品銷售收入的比重為0.44%，比全省工業(yè)企業(yè)高0.36百分點。用于獲取機器設(shè)備和軟件支出占全部創(chuàng)新經(jīng)費的33.0%，占產(chǎn)品銷售收入的比重為2.01%，比全省工業(yè)企業(yè)高0.21個百分點。用于從企業(yè)外部獲取相關(guān)技術(shù)經(jīng)費占全部創(chuàng)新經(jīng)費的5.0%，占產(chǎn)品銷售收入的比重為0.30%，比全省工業(yè)企業(yè)高0.18個百分點。
5、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動產(chǎn)出。2006年高技術(shù)產(chǎn)業(yè)新產(chǎn)品產(chǎn)值為43.37億元，新產(chǎn)品產(chǎn)值率為24.75%，比全省工業(yè)企業(yè)高13.55個百分點。實現(xiàn)新產(chǎn)品銷售收入35.19億元，新產(chǎn)品銷售率為26.47%，比全省工業(yè)企業(yè)高15.67個百分點，其中：新產(chǎn)品出口6.98億元，占新產(chǎn)品銷售收入的19.85%。新產(chǎn)品銷售收入中國際新產(chǎn)品6.55億元,占新產(chǎn)品銷售收入18.62%，國內(nèi)新產(chǎn)品銷售收入13.56億元,占38.53%。企業(yè)新產(chǎn)品銷售收入15.08億元，占42.85%。
創(chuàng)新產(chǎn)出的行業(yè)結(jié)構(gòu)中，醫(yī)藥制造業(yè)、電子通信設(shè)備制造業(yè)和航空航天器制造業(yè)實現(xiàn)新產(chǎn)品產(chǎn)值占高技術(shù)產(chǎn)業(yè)新產(chǎn)品產(chǎn)值的比重分別為：36.4%、20.8%和38.3%。航空航天器制造業(yè)產(chǎn)值規(guī)模航空航天器制造業(yè)最大。從產(chǎn)出水平看，醫(yī)療設(shè)備及儀器儀表制造業(yè)新產(chǎn)品產(chǎn)值率最高，而銷售率是電子通信設(shè)備制造業(yè)最高，見圖3。
6、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活動知識產(chǎn)權(quán)保護。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)83.75%的企業(yè)主營產(chǎn)品擁有自主品牌，比全省工業(yè)高51.49個百分點；57.5%申請了專利，比全省工業(yè)高48.21個百分點；62.5%注冊了商標(biāo)，比全省工業(yè)高42.18個百分點；67.5%進(jìn)行了技術(shù)秘密內(nèi)部保護，比全省工業(yè)高47.18個百分點，可見高技術(shù)產(chǎn)業(yè)注重知識產(chǎn)權(quán)的保護。
從高技術(shù)主要行業(yè)看，醫(yī)藥制造業(yè)擁有自主品牌比率為87.38%，但其申請專利的比例僅為55.34%；航空航天器制造業(yè)申請專利以及開展技術(shù)秘密內(nèi)部保護比例的比例高達(dá)91.30%，擁有自主品牌比例也達(dá)82.61%，是知識產(chǎn)權(quán)保護做得最好的行業(yè)；電子通信設(shè)備制造業(yè)在擁有自主品牌、申請專利、注冊商標(biāo)以及開展技術(shù)秘密內(nèi)部保護的比重分別只有76.47%、41.18%、29.41%和64.71%。
三、調(diào)研數(shù)據(jù)分析結(jié)論
1、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新活躍度高。近九成的企業(yè)開展了創(chuàng)新活動，但占比重最大的醫(yī)藥制造業(yè)創(chuàng)新不足。創(chuàng)新活動主要依賴于企業(yè)自主研發(fā)，自主創(chuàng)新比重高；而與高校、科研院所的合作創(chuàng)新不足，集團創(chuàng)新比例低。
2、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新的比例普遍高于全省工業(yè)企業(yè)。并且產(chǎn)品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新都注重原始創(chuàng)新，比例最高。
3、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資金來源渠道比較單一。經(jīng)費來源結(jié)構(gòu)主要由企業(yè)資金、金融機構(gòu)貸款和政府資金組成，無風(fēng)險資金投入。創(chuàng)新經(jīng)費支出主要是內(nèi)部R&D支出，外部R&D、機器設(shè)備和軟件支出及從企業(yè)外部獲取相關(guān)技術(shù)的經(jīng)費支出較少。
4、創(chuàng)新產(chǎn)出能力逐漸加強，比全省基本創(chuàng)新情況好，但產(chǎn)品創(chuàng)新水平較低。 從事國際新產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)比重很小，多數(shù)企業(yè)創(chuàng)新活動是在國內(nèi)和企業(yè)層面的創(chuàng)新，且成為企業(yè)主要的銷售收入來源，不利于新產(chǎn)品在國際市場的競爭力。
5、知識產(chǎn)權(quán)保護工作受到企業(yè)的普遍重視。知識產(chǎn)權(quán)保護的比例比全省其他工業(yè)高，但醫(yī)藥制造業(yè)申請專利比例低。電子通信設(shè)備制造業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)保護各項工作都需要加強。
四、對策與建議
1、戰(zhàn)略上，應(yīng)重點選擇具有比較優(yōu)勢、有發(fā)展前景的行業(yè)加大發(fā)展，謀求局部領(lǐng)域的優(yōu)勢和強勢。醫(yī)藥制造業(yè)是目前全球最活躍、進(jìn)展最快、最有前途的產(chǎn)業(yè)，貴州在該領(lǐng)域具備資源優(yōu)勢和技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)，應(yīng)扶持發(fā)展。此外，貴州電子通信設(shè)備制造業(yè)在該產(chǎn)業(yè)某些領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),在全國范圍內(nèi)也具備很強的優(yōu)勢和競爭力，應(yīng)重點發(fā)展。要加強這兩個行業(yè)在經(jīng)費支出、產(chǎn)品新穎度、知識產(chǎn)權(quán)保護等方面的工作。
2、實施自主創(chuàng)新與模仿創(chuàng)新并舉的創(chuàng)新戰(zhàn)略。由于自主創(chuàng)新具有較高的風(fēng)險性，適度引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù),并在此基礎(chǔ)上努力模仿創(chuàng)新,力圖在關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)上突破,形成更多的自主知識產(chǎn)權(quán),對貴州省的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)提高自主創(chuàng)新能力來說無疑是個明智的選擇。另外，應(yīng)加大引進(jìn)技術(shù)與消化吸收的力度,提高引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的能力。
3、完善高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投融資機制。欠發(fā)達(dá)地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中資金不足是普遍問題。貴州要通過多種途徑支持創(chuàng)業(yè)期高技術(shù)企業(yè)，建立高技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)投資資金和融資擔(dān)保資金，還要促進(jìn)外部資本市場的發(fā)展。加強引導(dǎo)扶持有條件的企業(yè)上創(chuàng)業(yè)板市場，形成從國家資金引導(dǎo)、創(chuàng)業(yè)投資助推、金融資本支持、上市融資擴張的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)投融資鏈條。
4、加強區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)建設(shè)。產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力受到區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)的影響，區(qū)域創(chuàng)新系統(tǒng)通過創(chuàng)造更為有效的資源配置方式而形成區(qū)域競爭優(yōu)勢，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟跨越式發(fā)展。在這個系統(tǒng)里面，市場的力量無疑發(fā)揮著主導(dǎo)的作用，而政府的扶持、投資及管制也是行之有效的，要充分發(fā)揮政府提供公共設(shè)施和公共服務(wù)的功能。同時，加強企業(yè)、高校、科研院所、金融機構(gòu)、市場中介組織及政府之間的互動可以取得更好的協(xié)同效應(yīng)，形成一個以創(chuàng)新為總體目標(biāo)的協(xié)同互動和交流滲透的網(wǎng)絡(luò)。良好的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)能有效地促進(jìn)創(chuàng)新,從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。
（注：本文為貴州省工業(yè)創(chuàng)新調(diào)查辦公室課題研究項目《貴州省高技術(shù)產(chǎn)業(yè)企業(yè)創(chuàng)新狀況研究》成果。）
【參考文獻(xiàn)】
[1] 史清琪、尚勇：中國產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力研究[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.
鈦及鈦合金具有許多優(yōu)良特性，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
1.強度高。鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強度很高。
2.硬度較高。鈦合金(退火態(tài))的硬度HRC為32—38。
3.彈性模量低。鈦合金(退火態(tài))的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。
4.高溫和低溫性能優(yōu)良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550—600℃；在低溫下，鈦合金的強度反而比在常溫時增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時還能保持良好的韌性。
5.鈦的抗腐蝕性強。鈦在550℃以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及強堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。
二、鈦及鈦合金的加工性能
1.切削加工性能
鈦合金強度高、硬度大，所以要求加工設(shè)備功率大，模具、刀具應(yīng)有較高的強度和硬度。切削加工時，切屑與前刀面接觸面積小，刀尖應(yīng)力大。與45鋼相比，鈦合金的切削力雖然只有其2/3—3/4，可是切屑與前刀面的接觸面積卻更小(只有45鋼的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的應(yīng)力反而更大，刀尖或切削刃容易磨損；鈦合金摩擦因數(shù)大，而熱導(dǎo)率低(分別僅為鐵和鋁的1/4和1/16)；刀具與切屑的接觸長度短，切削熱積聚于切削刃附近的小面積內(nèi)而不易散發(fā)，這些因素使得鈦合金的切削溫度很高，造成刀具磨損加快并影響加工質(zhì)量。由于鈦合金彈性模量低，切削加工時工件回彈大，容易造成刀具后刀面磨損的加劇和工件變形；鈦合金高溫時化學(xué)活性很高，容易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層，同時進(jìn)一步加劇了刀具的磨損；鈦合金切削加工中，工件材料極易與刀具表面粘結(jié)，加上很高的切削溫度，所以刀具易于產(chǎn)生擴散磨損和粘結(jié)磨損。
2.磨削加工性能
鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑、在高溫下易與磨料親和并粘附，堵塞砂輪，導(dǎo)致砂輪磨損加劇，磨削性能降低，磨削精度不易保證。砂輪磨損同時也增大了砂輪與工件之間的接觸面積，致使散熱條件惡化，磨削區(qū)溫度急劇升高，在磨削表面層形成較大的熱應(yīng)力，造成工件的局部燒傷，產(chǎn)生磨削裂紋。鈦合金強度高、韌性大，使磨削時磨屑不易分離、磨削力增大、磨削功耗相應(yīng)增加。鈦合金熱導(dǎo)率低、比熱小、磨削時熱傳導(dǎo)慢，致使熱量積聚在磨削弧區(qū)，造成磨削區(qū)溫度急劇升高。
3.擠壓加工性能
對鈦及鈦合金進(jìn)行擠壓加工時，要求擠壓溫度高，擠壓速度快，以防溫降過快，同時應(yīng)盡量縮短高\溫坯錠與模具的接觸時間。因此擠壓模具應(yīng)選用新型耐熱模具材料，坯錠由加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快。鑒于在加熱和擠壓過程中金屬易被氣體污染，故還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。擠壓時應(yīng)選擇合適的劑，以防粘結(jié)模具，如采用包套擠壓和玻璃擠壓。因鈦及鈦合金的變形熱效應(yīng)較大，導(dǎo)熱性較差，故在擠壓變形時還要特別注意防止過熱現(xiàn)象。鈦合金的擠壓過程比鋁合金、銅合金、甚至鋼的擠壓過程更為復(fù)雜，這是由鈦合金特殊物理化學(xué)性能所決定的。鈦合金在常規(guī)熱反擠成形時，模具溫度低，與模具接觸的坯料表面溫度迅速下降，而坯料內(nèi)部因變形熱而溫度升高。由于鈦合金熱導(dǎo)率低，表層溫度下降后，內(nèi)層坯料熱量不能及時傳輸?shù)奖韺友a充，會出現(xiàn)表面硬化層，而使得變形難以繼續(xù)進(jìn)行。同時，表層與內(nèi)層會產(chǎn)生很大的溫度梯度，即使能成形，也容易造成變形和組織不均勻。
4.鍛壓加工性能
鈦合金對鍛造工藝參數(shù)非常敏感，鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會引起鈦合金組織性能的變化。為更好地控制鍛件的組織性能，近幾年，熱模鍛造、等溫鍛造等先進(jìn)的鍛造技術(shù)在鈦合金的鍛造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。
鈦合金的塑性隨溫度升高而增大，在1000—1200℃溫度范圍內(nèi)，塑性達(dá)到最大值，允許變形程度達(dá)70%—80%。鈦合金鍛造溫度范圍較窄，應(yīng)嚴(yán)格按(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行掌握(鑄錠開坯除外)，否則β晶粒會劇烈長大，降低室溫塑性；α鈦合金通常在(α+β)兩相區(qū)鍛造，因(α+β)/β相變線以上鍛造溫度過高，將導(dǎo)致β脆相，β鈦合金其始鍛和終鍛都必須高于(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度。鈦合金的變形抗力隨變形速度的增加提高較快，鍛造溫度對鈦合金變形抗力影響更大，因此常規(guī)鍛造必須在鍛模內(nèi)冷卻最少的情況下完成。間隙元素(如O、N、C)的含量對鈦合金的鍛造性也有顯著影響。
5.鑄造工藝性能
由于鈦和鈦合金的化學(xué)活性高，易與空氣中的N、O、N發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，且易與鑄造中常用的耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鈦和鈦合金的鑄造，特別是熔模精鑄要比鋁和鋼的熔模精鑄難度大得多，需借助特殊手段才能實現(xiàn)。鑄鈦發(fā)展初期，由于鑄造工藝的發(fā)展落后于壓力加工工藝，因此，先選用已有一定變形的中強鈦合金，如TiΟ6AlΟ4V，TiΟ5AlΟ2.5Sn等作為鑄造合金材料。這些合金至今還在廣泛應(yīng)用。但隨著鑄鈦工藝的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹁T造鈦合金各方面性能要求的提高，以及鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的加大，過去那種認(rèn)為“所有的變形鈦合金都適合用作鑄造合金”的論點應(yīng)加以修正。隨著合金使用溫度和工作強度的提高，合金中所添加元素的數(shù)量和加入量也相應(yīng)增加，但同時必須考慮到合金的鑄造性能、流動性凝固區(qū)間結(jié)晶組織、力學(xué)性能等等，即合金的化學(xué)成分必須根據(jù)鑄造工藝的要求進(jìn)行調(diào)整。
三、結(jié)論
綜上所述，鈦合金因其優(yōu)良的性能在航空航天和其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，但也受其加工效率和生產(chǎn)成本的制約。鈦的冶煉技術(shù)一旦有所突破，其價格也將明顯降低。隨著鈦合金的開發(fā)研制、鈦材品種的增多及價格的降低，鈦在民用工業(yè)中的應(yīng)用將成倍增加，特別是在造船、汽車制造、化工、電子、海洋開發(fā)、海水淡化、地?zé)岚l(fā)電、排污防腐等民用領(lǐng)域?qū)@得廣泛的應(yīng)用。與此同時，市場的需求也將加速鈦工業(yè)與鈦材加工技術(shù)的發(fā)展。
摘要：綜述了鈦合金材料的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀，著重介紹了鈦及鈦合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、軍事工業(yè)和汽車制造方面的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上展望了鈦合金的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：鈦合金特性加工性能應(yīng)用領(lǐng)域
Ti在地殼中的豐度為0.56%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作為結(jié)構(gòu)材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲量比常見金屬Cu，Pb，Zn儲量的總和還多。我國鈦資源豐富，儲量為世界第一。鈦合金的密度小，比強度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學(xué)性能、抗疲勞和蠕變性能都很好，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。近年來，世界鈦工業(yè)和鈦材加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展，海綿鈦、變形鈦合金和鈦合金加工材的生產(chǎn)和消費都達(dá)到了很高的水平，在航空航天領(lǐng)域、艦艇及兵器等軍品制造中的應(yīng)用日益廣泛，在汽車、化學(xué)和能源等行業(yè)也有著巨大的應(yīng)用潛力。
［參考文獻(xiàn)］
［1］中國航空材料手冊編輯委員會：《中國航空材料手冊》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社2001年版。
［2］任敬心、康仁科：《難加工材料的磨削》，國防工業(yè)出版社1999年版。
［3］楊冠軍：《鈦合金研究和加工技術(shù)的新進(jìn)展》，《鈦工業(yè)進(jìn)展》2001年。
［4］李明怡：《航空用鈦合金結(jié)構(gòu)材料》，《世界有色金屬》2000年第6期。
［關(guān)鍵詞］鈦合金特性加工性能應(yīng)用領(lǐng)域
Ti在地殼中的豐度為0.56%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作為結(jié)構(gòu)材料的金屬中居第4位，僅次于Al、Fe、Mg，其儲量比常見金屬Cu，Pb，Zn儲量的總和還多。我國鈦資源豐富，儲量為世界第一。鈦合金的密度小，比強度、比剛度高，抗腐蝕性能、高溫力學(xué)性能、抗疲勞和蠕變性能都很好，具有優(yōu)良的綜合性能，是一種新型的、很有發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的結(jié)構(gòu)材料。近年來，世界鈦工業(yè)和鈦材加工技術(shù)得到了飛速發(fā)展，海綿鈦、變形鈦合金和鈦合金加工材的生產(chǎn)和消費都達(dá)到了很高的水平，在航空航天領(lǐng)域、艦艇及兵器等軍品制造中的應(yīng)用日益廣泛，在汽車、化學(xué)和能源等行業(yè)也有著巨大的應(yīng)用潛力。
一、鈦及鈦合金的特性
鈦及鈦合金具有許多優(yōu)良特性，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：
1.強度高。鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686—1176MPa，而密度僅為鋼的60%左右，所以比強度很高。
2.硬度較高。鈦合金(退火態(tài))的硬度HRC為32—38。
3.彈性模量低。鈦合金(退火態(tài))的彈性模量為1.078×10－1.176×10MPa，約為鋼和不銹鋼的一半。
4.高溫和低溫性能優(yōu)良。在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550—600℃；在低溫下，鈦合金的強度反而比在常溫時增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在－253℃時還能保持良好的韌性。
5.鈦的抗腐蝕性強。鈦在550℃以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及強堿中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。
二、鈦及鈦合金的加工性能
1.切削加工性能
鈦合金強度高、硬度大，所以要求加工設(shè)備功率大，模具、刀具應(yīng)有較高的強度和硬度。切削加工時，切屑與前刀面接觸面積小，刀尖應(yīng)力大。與45鋼相比，鈦合金的切削力雖然只有其2/3—3/4，可是切屑與前刀面的接觸面積卻更小(只有45鋼的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的應(yīng)力反而更大，刀尖或切削刃容易磨損；鈦合金摩擦因數(shù)大，而熱導(dǎo)率低(分別僅為鐵和鋁的1/4和1/16)；刀具與切屑的接觸長度短，切削熱積聚于切削刃附近的小面積內(nèi)而不易散發(fā)，這些因素使得鈦合金的切削溫度很高，造成刀具磨損加快并影響加工質(zhì)量。由于鈦合金彈性模量低，切削加工時工件回彈大，容易造成刀具后刀面磨損的加劇和工件變形；鈦合金高溫時化學(xué)活性很高，容易與空氣中的氫、氧等氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硬化層，同時進(jìn)一步加劇了刀具的磨損；鈦合金切削加工中，工件材料極易與刀具表面粘結(jié)，加上很高的切削溫度，所以刀具易于產(chǎn)生擴散磨損和粘結(jié)磨損。
2.磨削加工性能
鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑、在高溫下易與磨料親和并粘附，堵塞砂輪，導(dǎo)致砂輪磨損加劇，磨削性能降低，磨削精度不易保證。砂輪磨損同時也增大了砂輪與工件之間的接觸面積，致使散熱條件惡化，磨削區(qū)溫度急劇升高，在磨削表面層形成較大的熱應(yīng)力，造成工件的局部燒傷，產(chǎn)生磨削裂紋。鈦合金強度高、韌性大，使磨削時磨屑不易分離、磨削力增大、磨削功耗相應(yīng)增加。鈦合金熱導(dǎo)率低、比熱小、磨削時熱傳導(dǎo)慢，致使熱量積聚在磨削弧區(qū)，造成磨削區(qū)溫度急劇升高。
3.擠壓加工性能
對鈦及鈦合金進(jìn)行擠壓加工時，要求擠壓溫度高，擠壓速度快，以防溫降過快，同時應(yīng)盡量縮短高\溫坯錠與模具的接觸時間。因此擠壓模具應(yīng)選用新型耐熱模具材料，坯錠由加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快。鑒于在加熱和擠壓過程中金屬易被氣體污染，故還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。擠壓時應(yīng)選擇合適的劑，以防粘結(jié)模具，如采用包套擠壓和玻璃擠壓。因鈦及鈦合金的變形熱效應(yīng)較大，導(dǎo)熱性較差，故在擠壓變形時還要特別注意防止過熱現(xiàn)象。鈦合金的擠壓過程比鋁合金、銅合金、甚至鋼的擠壓過程更為復(fù)雜，這是由鈦合金特殊物理化學(xué)性能所決定的。鈦合金在常規(guī)熱反擠成形時，模具溫度低，與模具接觸的坯料表面溫度迅速下降，而坯料內(nèi)部因變形熱而溫度升高。由于鈦合金熱導(dǎo)率低，表層溫度下降后，內(nèi)層坯料熱量不能及時傳輸?shù)奖韺友a充，會出現(xiàn)表面硬化層，而使得變形難以繼續(xù)進(jìn)行。同時，表層與內(nèi)層會產(chǎn)生很大的溫度梯度，即使能成形，也容易造成變形和組織不均勻。
4.鍛壓加工性能
鈦合金對鍛造工藝參數(shù)非常敏感，鍛造溫度、變形量、變形及冷卻速度的改變都會引起鈦合金組織性能的變化。為更好地控制鍛件的組織性能，近幾年，熱模鍛造、等溫鍛造等先進(jìn)的鍛造技術(shù)在鈦合金的鍛造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。
鈦合金的塑性隨溫度升高而增大，在1000—1200℃溫度范圍內(nèi)，塑性達(dá)到最大值，允許變形程度達(dá)70%—80%。鈦合金鍛造溫度范圍較窄，應(yīng)嚴(yán)格按(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度進(jìn)行掌握(鑄錠開坯除外)，否則β晶粒會劇烈長大，降低室溫塑性；α鈦合金通常在(α+β)兩相區(qū)鍛造，因(α+β)/β相變線以上鍛造溫度過高，將導(dǎo)致β脆相，β鈦合金其始鍛和終鍛都必須高于(α+β)/β轉(zhuǎn)變溫度。鈦合金的變形抗力隨變形速度的增加提高較快，鍛造溫度對鈦合金變形抗力影響更大，因此常規(guī)鍛造必須在鍛模內(nèi)冷卻最少的情況下完成。間隙元素(如O、N、C)的含量對鈦合金的鍛造性也有顯著影響。
5.鑄造工藝性能
由于鈦和鈦合金的化學(xué)活性高，易與空氣中的N、O、N發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)，且易與鑄造中常用的耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鈦和鈦合金的鑄造，特別是熔模精鑄要比鋁和鋼的熔模精鑄難度大得多，需借助特殊手段才能實現(xiàn)。鑄鈦發(fā)展初期，由于鑄造工藝的發(fā)展落后于壓力加工工藝，因此，先選用已有一定變形的中強鈦合金，如TiΟ6AlΟ4V，TiΟ5AlΟ2.5Sn等作為鑄造合金材料。這些合金至今還在廣泛應(yīng)用。但隨著鑄鈦工藝的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹁T造鈦合金各方面性能要求的提高，以及鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的加大，過去那種認(rèn)為“所有的變形鈦合金都適合用作鑄造合金”的論點應(yīng)加以修正。隨著合金使用溫度和工作強度的提高，合金中所添加元素的數(shù)量和加入量也相應(yīng)增加，但同時必須考慮到合金的鑄造性能、流動性凝固區(qū)間結(jié)晶組織、力學(xué)性能等等，即合金的化學(xué)成分必須根據(jù)鑄造工藝的要求進(jìn)行調(diào)整。
三、結(jié)論
綜上所述，鈦合金因其優(yōu)良的性能在航空航天和其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，但也受其加工效率和生產(chǎn)成本的制約。鈦的冶煉技術(shù)一旦有所突破，其價格也將明顯降低。隨著鈦合金的開發(fā)研制、鈦材品種的增多及價格的降低，鈦在民用工業(yè)中的應(yīng)用將成倍增加，特別是在造船、汽車制造、化工、電子、海洋開發(fā)、海水淡化、地?zé)岚l(fā)電、排污防腐等民用領(lǐng)域?qū)@得廣泛的應(yīng)用。與此同時，市場的需求也將加速鈦工業(yè)與鈦材加工技術(shù)的發(fā)展。
?ぃ鄄韋A考?A文?A獻(xiàn)］
［1］中國航空材料手冊編輯委員會：《中國航空材料手冊》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社2001年版。
［2］任敬心、康仁科：《難加工材料的磨削》，國防工業(yè)出版社1999年版。
［3］楊冠軍：《鈦合金研究和加工技術(shù)的新進(jìn)展》，《鈦工業(yè)進(jìn)展》2001年。
［4］李明怡：《航空用鈦合金結(jié)構(gòu)材料》，《世界有色金屬》2000年第6期。
探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任李本正介紹說，嫦娥三號衛(wèi)星將于今年12月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心出發(fā)。嫦娥工程分為三個階段：探、登、駐，其中探就是無人探測器對月球進(jìn)行科學(xué)探測，其中包括“繞、落、回”三期。嫦娥三號任務(wù)作為二期工程的主任務(wù)，是我國航天器首次在地球以外天體實現(xiàn)軟著陸和月球車巡視探測活動。
此次嫦娥三號月球車要完成月面移動、空間技術(shù)探測、環(huán)境感知、障礙識別、路徑規(guī)劃，自主導(dǎo)航和地面遙測的組合模式，將在我國深空探測多方面實現(xiàn)突破。（耳東/文圖）
北斗探空系統(tǒng)開發(fā)成功
最近，二院23所北京長峰微電科技有限公司的自主創(chuàng)新項目——北斗探空系統(tǒng)開發(fā)成功，中國航天科工又增添了一項新的民用產(chǎn)品。
該系統(tǒng)基于GPS探空系統(tǒng)技術(shù)平臺進(jìn)行開發(fā)研制，使用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提供的定位信息，可以進(jìn)行風(fēng)場、高度和氣壓的解算，需要時可以同時接收GPS的定位信息進(jìn)行相互校準(zhǔn)，以提高相關(guān)氣象要素的探測精度，比起GPS探空系統(tǒng)，其標(biāo)校效率大大提高，數(shù)據(jù)的一致性與產(chǎn)品的合格率也有大幅提升。
目前，該公司正為參加今年下半年中國氣象局舉辦的國產(chǎn)北斗探空系統(tǒng)的比對而積極做各項準(zhǔn)備工作。（杭文）
星載電推進(jìn)系統(tǒng)地面項目通過評審
近日，星載電推進(jìn)系統(tǒng)地面集成驗證項目順利通過上級機關(guān)組織的立項論證評審，標(biāo)志著該演示驗證項目立項工作取得了實質(zhì)性進(jìn)展，即將進(jìn)入工程實施階段。
電推進(jìn)是一種新型航天推進(jìn)技術(shù)，是我國高軌衛(wèi)星應(yīng)用的重要發(fā)展方向。早在上世紀(jì)70年代，中國航天事業(yè)的奠基人錢學(xué)森院士就高瞻遠(yuǎn)矚地提出要開展電推進(jìn)研究工作。通過近40年的發(fā)展，我國電推進(jìn)技術(shù)取得了長足進(jìn)步，突破了較大口徑離子推力器為代表的關(guān)鍵單機。
“十二五”初期，東方紅三號B衛(wèi)星平臺戰(zhàn)略性地把電推進(jìn)作為平臺的標(biāo)準(zhǔn)配置，使我國電推進(jìn)工程應(yīng)用邁出了關(guān)鍵的一步。（航訊）
第二屆“飛航杯”大賽啟動
未來的飛行器該如何設(shè)計，7某項關(guān)鍵技術(shù)的解決方案怎樣更具創(chuàng)新性？這一系列問題都需要從業(yè)者有著足夠的想象力。8月31日，中國航天科工集團公司三院三部和中國宇航學(xué)會再次啟動了為期一年的“飛航杯”全國未來飛行器設(shè)計大賽。
本次大賽旨在普及飛航知識，展望未來藍(lán)圖，營造創(chuàng)新氛圍，搭建交流平臺。它將在繼承首屆大獎賽活動內(nèi)容的基礎(chǔ)上有所突破，在注重飛行器總體設(shè)計的同時，新增關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計主題，引入“夢想導(dǎo)師”制，增加“夢想開放日”展示環(huán)節(jié)，采用學(xué)術(shù)委員會專家評審與大眾評分相結(jié)合的評審方式，精彩局面值得期待。
本次飛行器設(shè)計大賽的官方網(wǎng)站為.cn，協(xié)辦單位為清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)。
神舟十號搭載人參種子交給澳門科技大學(xué)
8月23日，神舟十號飛船為澳門科技大學(xué)搭載人參種子交接儀式在北京航天城舉行。儀式上，中國航天基金會作為搭載方代表將人參種子交給作為委托方的澳門科技大學(xué)。澳門科技大學(xué)中藥質(zhì)量研究國家重點研究室與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所、深圳華大基因研究院、吉林省撫松縣人參產(chǎn)業(yè)辦公室將聯(lián)合組織專家小組，利用此次搭載神舟十號飛船進(jìn)行15天太空之旅的人參種子，進(jìn)行基因分析、品種選育、農(nóng)學(xué)研究、化學(xué)分析、生物活性測試、產(chǎn)品研發(fā)等工作。
今年6月，由澳門科技大學(xué)委托搭載的100克人參種子和31克西洋參種子在神舟十號船返回艙內(nèi)完成了15天的太空之旅。（杭文）
遙感衛(wèi)星17號發(fā)射成功
參加科學(xué)營的100名學(xué)生和10名帶隊教師是通過各市地科協(xié)組織和教育局聯(lián)合推薦的優(yōu)秀代表。而哈工大是黑龍江省唯一一所全國青少年高校科學(xué)營試點大學(xué)。高校科學(xué)營走進(jìn)哈工大，能讓參加活動的學(xué)生提前領(lǐng)略名校風(fēng)采。
中國工程院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機電控制及自動化系教授、博士生導(dǎo)師、機器人及機電一體化技術(shù)專家蔡鶴皋，黑龍江省科協(xié)黨組成員、副主席楊銘鐸，省教育廳副廳長牧童，哈爾濱工業(yè)大學(xué)副校長張洪濤等出席了開營儀式。楊銘鐸發(fā)表講話說，在科學(xué)營活動中，營員們可以通過名師座談領(lǐng)略大師的風(fēng)采；可以通過科技實踐感受科技的魅力；可以通過與大學(xué)生座談明確地規(guī)劃下一步目標(biāo)；可以通過校內(nèi)外的問題活動開闊視野，增進(jìn)了解，加深交流；可以感受到哈工大“規(guī)格嚴(yán)格，功夫到家”這個樸實的校訓(xùn)蘊含的深刻哲理；可以學(xué)習(xí)到“銘記責(zé)任，竭誠奉獻(xiàn)；求真務(wù)實，崇尚科學(xué)；海納百川，協(xié)作攻關(guān)；自強不息，開拓創(chuàng)新”的哈工大精神。
開營儀式上，蔡鶴皋院士為師生作了題為“機器人正加快腳步走進(jìn)人類社會”的首場科學(xué)知識普及講座，介紹了工業(yè)機器人、產(chǎn)業(yè)機器人等，帶著大家在機器人的世界中遨游。他用深入淺出的語言，介紹了機器人技術(shù)的基本原理；用生動的圖片介紹了機器人在日常生產(chǎn)生活中的重要作用，為參營營員描繪了一幅機器人未來發(fā)展的生動畫卷。一些參加過全國青少年機器人競賽的營員表示，院士的講座讓他們了解了最為前沿的機器人知識，進(jìn)一步堅定了今后從事機器人領(lǐng)域?qū)W習(xí)研究的信心。
@精彩紛呈的校內(nèi)外活動
短短的5天時間，高校科學(xué)營為青少年提供了與科學(xué)研究、高校文化近距離接觸的平臺，激發(fā)了青少年探索科學(xué)的熱情，培養(yǎng)了青少年的創(chuàng)新精神和實踐能力。營員們開闊了視野，釋放了青春活力，體驗了大學(xué)文化和氛圍，也展示了現(xiàn)代高中學(xué)生的風(fēng)采。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)分營的活動主題是“體驗科學(xué)，放飛夢想”，活動以4天的校內(nèi)活動為主，1天的校外活動為輔。校內(nèi)活動內(nèi)容結(jié)合哈爾濱工業(yè)大學(xué)的實際特點，突出利用院士、學(xué)者人數(shù)眾多，科研院所涉及廣泛，具有突出的航天背景等特點，有梯度的活動計劃充分展示了哈爾濱工業(yè)大學(xué)在航空航天、機器人科學(xué)、材料科學(xué)、計算機技術(shù)等方面的獨有特色，力求通過充分利用學(xué)校多種科研教育及校園文化平臺，集中體現(xiàn)哈工大文化和精神。
校內(nèi)活動主要包括院士科普講座和對話交流，讓學(xué)生了解前沿科技進(jìn)展和院士成長成才經(jīng)歷，感受科學(xué)精神和科學(xué)魅力；參觀哈工大航空航天、機器人、材料、計算機等學(xué)科的國家、省部級重點實驗室、創(chuàng)新實踐基地，以及與哈工大在校大學(xué)生和學(xué)生社團進(jìn)行科技文化交流。
7月29日，哈工大金屬復(fù)合材料與工程研究所所長武高輝教授作了題為“金屬基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀”的報告，為同學(xué)們普及了金屬基復(fù)合材料的基本概念，以及在國內(nèi)外的發(fā)展歷程，并講解了我國的金屬基復(fù)合材料的發(fā)展之路，同時結(jié)合研究的實際，集知識性與趣味性為一體詳細(xì)講解了金屬基復(fù)合材料的應(yīng)用。
中國工程院院士趙連城為營員們作了科普報告，他的講座內(nèi)容并未過多地涉及專業(yè)領(lǐng)域的知識，而是結(jié)合高考、專業(yè)選擇、學(xué)習(xí)方法、擇業(yè)和理想等高中生非常關(guān)心的問題，與營員們進(jìn)行了交流和探討。趙院士親切的話語飽含著人生哲理，不時贏得營員們的熱烈掌聲。一些營員在報告會后繼續(xù)與趙院士進(jìn)行探討。
7月30日，哈工大教授、俄羅斯宇航科學(xué)院外籍院士劉暾在科學(xué)營講座上循循善誘地給100名來自黑龍江各地的中學(xué)生作了講解。從火箭的工作原理，到探月計劃，再到空間站建設(shè)，在近2個小時的時間里，劉暾教授帶領(lǐng)中學(xué)生回顧了我國空間科學(xué)發(fā)展的歷程。
除了聆聽專家講座，感受科學(xué)精神之外，營員們還參觀了歷史悠久的哈工大博物館、種類豐富的哈工大航天館和極富現(xiàn)代氣息的圖書館等地，了解了前沿科技進(jìn)展及專家成長成才經(jīng)歷。哈工大航天館是國內(nèi)高校航天館中最大的，是一個展望未來我國航空航天壯美發(fā)展藍(lán)圖的良好平臺。在參觀過程中，航天館講解員為營員們生動地介紹了航天館的珍貴實物，并配以深入淺出的知識，讓營員們對我國航空航天的發(fā)展歷史有了更深入的理解，讓營員們近距離體驗了“神舟”五號返回艙、“”系列運載火箭、“東方紅”空天衛(wèi)星的壯美與偉大。
而通過參觀哈爾濱工業(yè)大學(xué)金屬基復(fù)合材料研究所、機器人研究所、國家水資源重點實驗室、大學(xué)生機械創(chuàng)新基地等單位，營員們?nèi)轿坏亓私獾搅斯枮I工業(yè)大學(xué)在航天航空、機器人科學(xué)、材料科學(xué)和計算機技術(shù)等領(lǐng)域的鮮明特色，杰出的科技成果激發(fā)了營員立志成為科技英才的愿望。營員們還來到馬祖光院士雕塑前，了解一代大師的生平事跡，重溫馬祖光院士平凡而又偉大的一生。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)分營別有特色的一個項目是哈工大外語學(xué)院的老師為營員們特設(shè)的英語口語訓(xùn)練。教師們結(jié)合高中生營員的年齡和學(xué)業(yè)特點，精心準(zhǔn)備了英語交流內(nèi)容和交流題目，通過朗讀、講解、提問、互動交流、講演等方式，充分調(diào)動了營員們的積極性。營員們一開始比較拘謹(jǐn)，其后慢慢在老師的帶動下進(jìn)入了放松的狀態(tài)，紛紛舉手積極參與到“英語角”的互動交流活動中來。科學(xué)營“英語角”互動活動有效地拉近了營員們彼此間的距離，促進(jìn)了團隊合作，提高了營員們的英語口語會話能力，豐富了科學(xué)英語專業(yè)知識。
與此同時，哈爾濱工業(yè)大學(xué)還組織營員們先后參觀了黑龍江省博物館、科技館和黑龍江省動漫文化產(chǎn)業(yè)基地，進(jìn)一步培養(yǎng)營員對科學(xué)研究的興趣。
在閉幕晚會上，多才多藝的營員們奉獻(xiàn)了一個又一個自編自演的節(jié)目，獨舞、小品、合唱、戲劇等精彩紛呈。營員們的創(chuàng)意展示將晚會一次次推向。大學(xué)生志愿者也在營員的誠意邀請下加入演出，大家熱情相擁，難舍難分。@志愿者為主體的組織模式
在科學(xué)營活動的籌備階段，哈爾濱工業(yè)大學(xué)成立了科學(xué)營哈爾濱工業(yè)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)小組，加強科學(xué)營的組織與落實，在活動初期制訂了關(guān)于科學(xué)營期間接待、后勤保障、宣傳等工作以及具體活動的詳細(xì)工作計劃，為后續(xù)工作的正常開展奠定了堅實的基礎(chǔ)。后勤保障與接待方面，提前作好了各相關(guān)職能部門的協(xié)調(diào)工作，敲定具體細(xì)節(jié)，結(jié)合具體管理辦法使工作推進(jìn)更加高效。同時高度重視活動當(dāng)中的安全保障工作，在為全體營員購買了安全險的基礎(chǔ)上又制訂了一整套針對突發(fā)狀況的應(yīng)急預(yù)案，切實保障科學(xué)營期間全體營員的安全。
在活動中，哈工大的組織者根據(jù)實際情況將營員劃分為多個小組，每組由哈工大1名優(yōu)秀學(xué)生志愿者帶隊，以點帶面，全面掌握每一名營員的狀況，使活動方案中的細(xì)節(jié)得以無遺漏地落實。同時加強了普通高中生營員與志愿者之間的交流與溝通，從一個新的角度為營員們展示了大學(xué)生的思想、學(xué)習(xí)以及生活狀態(tài)，實現(xiàn)了幫助高中生體驗大學(xué)生活的工作設(shè)想。
最后的實踐結(jié)果表明，采用志愿者為主體的這種組織模式，使得操作更加簡捷，現(xiàn)場狀況的處置更加迅疾高效，更為可喜的是，志愿者在幾天的志愿服務(wù)過程中，與廣大營員朝夕相處，不僅給予他們無微不至的照顧，更與他們結(jié)下深厚友誼，活動結(jié)束之后仍然通過網(wǎng)絡(luò)交流溝通。
科學(xué)營相關(guān)活動的組織因為之前巧妙的構(gòu)思，使得活動的展開豐富緊湊，校內(nèi)講座與校外參觀實踐相結(jié)合，整體設(shè)置有層次、有梯度。營員們表示在這充實的1周時間內(nèi)開闊了視野，收獲了知識，對于原本遙不可及的大學(xué)生活有了全面的了解。
營員感悟
大慶一中 景泓元
這次科學(xué)營活動讓我獲得了見識，我與很多志愿者友談，與研究者對話，這讓我了解了今后我將面臨的高考、大學(xué)甚至工作將是怎樣的圖景。走過2個校區(qū)，在其間領(lǐng)略了1座大學(xué)的文明氣息，看到海報欄里關(guān)于開辦各種講座的海報，看到運動場邊粉筆寫下的充滿青春氣息的留言，這都將成為我腦中不會磨滅的風(fēng)景。
阿城一中 王啟蒙
閉營晚會時，我知道我們已成為彼此最誠摯的朋友，學(xué)長們?nèi)缤绺缃憬惆愕暮亲o，謝謝你們。盡管不舍離別，但天下沒有不散的筵席，就像學(xué)長所說，“2012年全國青少年高校科學(xué)營黑龍江分營結(jié)束了，但我們的友誼永不結(jié)束！”
佳木斯第一中學(xué) 紀(jì)策
全國青少年高校科學(xué)營，這是一個充實而美好，生動而有趣，有歡喜有心酸，有興奮有疲勞的科學(xué)營。是它，讓我們提前領(lǐng)略到大學(xué)生活的豐富多彩；是它，讓我們感受到哥哥姐姐們給予我們親人般的溫暖；是它，讓我們收獲了純潔的友誼；是它，讓我們鍛煉且展示了自我。
關(guān)鍵詞：增材制造技術(shù)；金屬快速成型；工程應(yīng)用；發(fā)展趨勢
中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
增材制造技術(shù)又稱快速成型技術(shù)（RapidPro－totyping，RP），是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種利用材料堆積法制造實物產(chǎn)品的一項高新技術(shù)．該技術(shù)借助計算機、激光、精密傳動和數(shù)控等手段，將計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）集成于一體，以逐層累積的建造方式在短時間內(nèi)直接制造產(chǎn)品樣品，無需傳統(tǒng)的機械加工設(shè)備和工藝，顯著地縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期，增強了企業(yè)的競爭能力［1］．相比傳統(tǒng)機械制造方法，增材制造技術(shù)可以實現(xiàn)任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)模具等的快速制造，在單件或小批量生產(chǎn)用機械制造過程中，具有制造成本低，周期短的優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)用于機械制造業(yè)［2］．
1增材制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1．1增材制造技術(shù)在國外的發(fā)展
增材制造技術(shù)最早出現(xiàn)在1892年，美國Blan－ther用分層制造法構(gòu)成地形圖并申請了專利，開啟了該技術(shù)發(fā)展的序幕．20世紀(jì)80年代，RP技術(shù)經(jīng)歷了快速及根本性的發(fā)展，僅在1986～1998年期間注冊的美國專利就有274個［3］．美國的3DSystems公司于1988年生產(chǎn)出了世界上第一臺液態(tài)光敏樹脂選擇性固化快速成型機（SLA－250）．20世紀(jì)90年代后期，出現(xiàn)了3DP、SDM、SGC、FDM等十幾種不同的快速成型技術(shù)．2012年美國總統(tǒng)奧巴馬為重振美國制造業(yè)提出一系列計劃，將3D打印技術(shù)列為11項重要技術(shù)之一．英國技術(shù)戰(zhàn)略委員會“未來的高附加值制造技術(shù)展望”中，把增材制造技術(shù)列為提升國家競爭力，應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的22個應(yīng)優(yōu)先發(fā)展技術(shù)之一［4］．目前，美國Ford汽車公司和DuPont公司已經(jīng)在他們的生產(chǎn)線上采用RP技術(shù)，美國Pratt＆Whitney公司已應(yīng)用RP技術(shù)制造鑄造熔模．歐洲和日本等國家也不甘落后，紛紛進(jìn)行RP技術(shù)及設(shè)備研制等方面的研究工作，如德國的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等［3］．近年來，采用RP設(shè)備最積極的地區(qū)是東亞，尤其是韓國、香港、新加坡［5］．國外RP技術(shù)在航天航空、汽車交通、醫(yī)療器械、藝術(shù)創(chuàng)作等多個領(lǐng)域得到應(yīng)用．
1．2增材制造技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展
我國于90年代初才開始增材制造技術(shù)研究，雖短短20余年時間，卻得到了工業(yè)界的高度重視，發(fā)展迅速．2013年，國內(nèi)媒體紛紛報道，將RP技術(shù)稱為“3D打印—無所不能的未來”［6］、“幾乎顛覆傳統(tǒng)的制造模式”［7］等．我國已擬定增材制造技術(shù)路線圖和中長期發(fā)展戰(zhàn)略，中國工程院2012年1號文件內(nèi)容即為進(jìn)行“增材制造技術(shù)工程科技發(fā)展戰(zhàn)略的研究”，成立了由華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)和國防科工委625所等專家組成的工作組，并已在2013年3月提交相關(guān)咨詢研究報告［4］．目前，我國已初步形成增材制造設(shè)備和材料的制造體系．部分國產(chǎn)設(shè)備已接近或達(dá)到美國公司同類產(chǎn)品的水平，設(shè)備及材料價格便宜．在國家科學(xué)技術(shù)部的支持下，我國已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企業(yè)提供快速成形技術(shù)的服務(wù)機構(gòu)，推動了增材制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用．另外，我國的部分科研院所和企業(yè)已研發(fā)出光固化、金屬熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光燒結(jié)、金屬燒結(jié)、生物制造等類型的增材制造裝備和材料［8］，取得了很好的效果．但與工業(yè)化國家相比，我國RP技術(shù)的研究和應(yīng)用尚存在一定的差距．
2增材制造技術(shù)基本成型原理與工藝
2．1增材制造技術(shù)的原理
增材制造技術(shù)是采用離散∕堆積成型的原理，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，經(jīng)過材料堆積疊加形成三維實體的一種前沿材料成型技術(shù)［9］．其過程為：對具有CAD構(gòu)造的產(chǎn)品三維模型進(jìn)行分層切片，得到各層界面的輪廓，按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的紙（或樹脂固化、粉末燒結(jié)等），形成各界面并逐步疊加成三維產(chǎn)品［10］．由于增材制造技術(shù)把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在沒有模具和工具的條件下生成任意復(fù)雜的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性［11］．增材制造技術(shù)體系可分解為幾個彼此聯(lián)系的基本環(huán)節(jié)：三維模型構(gòu)造、近似處理、切片處理、堆積成形、后處理等．增材制造過程如圖1所示．
2．2增材制造技術(shù)的制造工藝
隨著CAD建模和光機電一體化技術(shù)的發(fā)展，增材制造技術(shù)的工藝發(fā)展很快，按照所用材料和建造技術(shù)的不同，目前投入應(yīng)用的已有十余種工藝方法．其中發(fā)展較為成熟的主要有光固化立體成型、分層實體制造、選擇性激光燒結(jié)等．上述工藝發(fā)展較為成熟，在此不再贅述．金屬直接成形法可以實現(xiàn)具有較高致密度和力學(xué)性能產(chǎn)品的快速制造，但工藝難度大，因此整體還處于技術(shù)研究階段［2］．現(xiàn)將發(fā)展?jié)摿^大、較前沿的金屬直接成型工藝進(jìn)行重點介紹．2．2．1激光立體成形技術(shù)激光立體成形技術(shù)（LSF）是在快速成形技術(shù)和大功率激光熔覆技術(shù)蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一項新的先進(jìn)制造技術(shù)［12］．該技術(shù)綜合了激光技術(shù)、材料技術(shù)、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，通過逐層熔化、堆積金屬粉末，能夠直接從數(shù)據(jù)生成三維實體零件，具有無模具、短周期、近凈成形、組織均勻致密、無宏觀偏析等優(yōu)點［13］．這項技術(shù)尤其適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的整體制造，在航空航天等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景．目前，LSF的研究不斷取得突破性進(jìn)展，發(fā)展迅速．如西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室，在國內(nèi)率先提出LSF發(fā)展構(gòu)思，并研發(fā)一套完整的高性能致密金屬零件的激光立體成形理論、技術(shù)與裝備，榮獲陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎［14］．近年來，LSF在大型鈦合金構(gòu)件的研究方面取得重大突破，解決了其變形控制、幾何尺寸控制、冶金質(zhì)量控制、系統(tǒng)裝備等方面的一系列難題［4］，如試制成功C9飛機翼肋TC4上下緣條構(gòu)件．另外，LSF在一些理論研究方面也取得一些進(jìn)展，如激光成形凝固組織的理論分析；TC4合金的α＋β兩相組織控制、斷裂韌性、疲勞性能的研究；激光立體成形鎳基合金室溫拉伸和高溫持久性能研究等．LSF在航空航天領(lǐng)域的設(shè)備修復(fù)、激光組合制造、現(xiàn)場維修和再制造以及醫(yī)用植入體應(yīng)用等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用．其中，航空航天領(lǐng)域研究進(jìn)展顯著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常規(guī)技術(shù)不可修復(fù)的航空發(fā)動機零件、修復(fù)高推重比航空發(fā)動機整體葉盤、尾氣能量處理透平機0Cr17Ni4Cu4Nb葉輪修復(fù)［4］等．LSF發(fā)展較快，已在國內(nèi)外獲得廣泛應(yīng)用，還須在工藝研究進(jìn)一步系統(tǒng)化、理論研究繼續(xù)深化、發(fā)展激光涂覆過程的實時觀測技術(shù)、開發(fā)適用于該技術(shù)的合金材料、成形精度與成形速率如何達(dá)到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光選區(qū)熔化工藝激光選區(qū)熔化工藝（SLM）是激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)的一種升級和衍生，是直接進(jìn)行金屬打印的最新前沿技術(shù)之一．該技術(shù)為將零部件CAD模型分層切片，采用預(yù)鋪粉的方式，掃描鏡帶動激光束在計算機控制下沿圖形軌跡掃描選定區(qū)域的合金粉末層，使其熔化并沉積出與切片厚度一致、形狀為零件某個橫截面的金屬薄層，直到制造出與構(gòu)件CAD模型一致的金屬零件［16］．其工藝原理圖如圖2所示，SLM制造激光功率一般在數(shù)百瓦級，精度高（最高可達(dá)0．05mm），質(zhì)量好，加工余量小．除精密的配合面之外，制造的產(chǎn)品一般經(jīng)噴砂或拋光等后續(xù)簡單處理就可直接使用．該技術(shù)燒結(jié)速度快，成型件質(zhì)量精度高，適合中、小型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，尤其是復(fù)雜薄壁型腔結(jié)構(gòu)件的高精度整體快速制造［16］．SLM可為生產(chǎn)高精密、復(fù)雜器件提供全新的制造方法，應(yīng)用前景廣闊．如：美國GE公司在各大型企業(yè)中率先成立金屬材料激光熔化增材制造研發(fā)團隊，并在LEAP噴氣發(fā)動機中采用SLM制造燃油噴嘴；美國NASA馬歇爾航天飛行中心于2012年采用激光選區(qū)熔化成形技術(shù)制造了復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件樣件，用于“太空發(fā)射系統(tǒng)”重型運載火箭；2013年8月，NASA對SLM制造的J－2X發(fā)動機噴注器樣件進(jìn)行了熱試車試驗并獲得成功；美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校太空發(fā)展探索團隊用3D打印方法制造火箭發(fā)動機推力室組件等［16］．在設(shè)備開發(fā)方面，早在2004年，華南理工大學(xué)與北京隆源合作，在國內(nèi)選區(qū)激光燒結(jié)設(shè)備的基礎(chǔ)上首先開發(fā)出選區(qū)激光熔化快速制造設(shè)備Dimetal－240．2012年，華南理工大學(xué)研發(fā)出最新精密型Dimetal－100成型機［17］．目前，各研究機構(gòu)一直致力于高（變）致密度、成型角度、薄壁、力學(xué)性能等基礎(chǔ)研究，適用于該技術(shù)的各種金屬材料及工藝研究有待開發(fā)．
3增材制造技術(shù)的應(yīng)用典型
3．1設(shè)計驗證方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在設(shè)計驗證方面應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于航天系統(tǒng)功能性風(fēng)扇組裝、進(jìn)行功能性和聲響測試，使得模擬實際旋轉(zhuǎn)速度達(dá)15000r／min，遴選出問題解決方案，節(jié)約成本［18］．保時捷將其用于功能性測試，以便分析冷凍液流動特性，改變設(shè)計以減少紊流．另外，美國GE公司采用增材制造技術(shù)用1個零件代替原設(shè)計20個零件組成的飛機發(fā)動機噴嘴，減重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生產(chǎn)；美國公司還采用增材制造技術(shù)，成形了能耐熱3300°C的復(fù)合材料航天發(fā)動機零件，使其成為“龍飛船2號推力達(dá)到龍飛船1號推力的200倍”技術(shù)的關(guān)鍵［19］．增材制造技術(shù)還可應(yīng)用于機器人表面映射反饋輔助原型設(shè)計［20］、光彈應(yīng)力分析等．光彈應(yīng)力分析時，需將作用于激光快速原型工件上的應(yīng)力可視化，以識別設(shè)計不足的區(qū)域．圖3為增材制造技術(shù)設(shè)計驗證的部分應(yīng)用.
3．2模具制造方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用廣泛，主要分為軟模具制造和硬模具制造．利用真空澆注軟硅膠模翻模技術(shù)，可生產(chǎn)小批量的類似工程塑料、聚氨酯等產(chǎn)件．快速鑄造方面，光敏樹脂消失法鑄造可一次完成鑄造成型，周期短，機械性能好［21］．嘉陵集團利用該技術(shù)用于摩托車發(fā)動機缸頭研制，獲得了巨大的經(jīng)濟效益．光固化原型與砂型結(jié)合鑄造技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛，如研發(fā)新型四缸柴油發(fā)動機缸蓋［18］、開發(fā)汽車零部件［22］等．快速成形原型直接制造蠟型模具可用于小批量精鑄，大大提高鑄件壽命，節(jié)約成本．另外，西安交通大學(xué)研發(fā)出的陶瓷型鑄造，鑄型外殼、內(nèi)芯和漿料包裹層一體化設(shè)計，使航空葉片鑄件合格率由15％提升至85％．東方氣輪機廠利用該技術(shù)已研發(fā)出空心渦輪葉片，大大提高了葉片機械力學(xué)性能［18］．目前，最為先進(jìn)的快速模具制造方法有樹脂基復(fù)合材料快速制模方法、中或低熔點合金鑄造制模、金屬電弧噴涂制模等．其中，金屬電弧噴涂成型快速制模技術(shù)［18］在模具成本、壽命、制造周期、精度等方面具有綜合優(yōu)勢，并且模具工作表面具有較好的強度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦學(xué)特性更接近于鋼質(zhì)模具，是一種較為理想的快速制模方法．其技術(shù)原理、設(shè)備及制模應(yīng)用如圖4、5所示．快速模具技術(shù)可節(jié)約成本3／4，縮短生產(chǎn)周期約2／3．提高模具制造精度、開發(fā)新材料新工藝、直接制造高強度金屬模具等是該技術(shù)的重要發(fā)展方向．
3．3個性化醫(yī)療方面的應(yīng)用
增材制造技術(shù)在醫(yī)療模型制造和體外醫(yī)療器械［23］、個性化永久植入物制造、組織工程支架制造、細(xì)胞打印、器官打印方面應(yīng)用廣泛，現(xiàn)已取得較大進(jìn)展．如利用增材制造技術(shù)制造出高精度連體骨骼模型，成功實現(xiàn)連體嬰兒分離［24］等．西安交通大學(xué)與第四軍醫(yī)大學(xué)聯(lián)合開展骨替代物制造、定制化人工脛骨半關(guān)節(jié)大段骨重建術(shù)、定制化鈦合金半膝關(guān)節(jié)假體復(fù)合大段骨移植、定制下頜骨原型設(shè)計［25］等研究，并成功實現(xiàn)中國首例“下頜骨溶解修復(fù)”手術(shù)［18］．另外，西安交通大學(xué)與昆明軍區(qū)醫(yī)院聯(lián)合進(jìn)行了脊椎手術(shù)導(dǎo)航模板制作等研究，進(jìn)一步擴展了個性化永久植入物的應(yīng)用領(lǐng)域．采用TCP材料，西安交通大學(xué)積極開展基于光固化原型的支架制作人工活性骨支架研究，取得一定的科研進(jìn)展．圖6所示為利用3D打印技術(shù)制作的脊椎手術(shù)導(dǎo)航模板．
4增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
目前，增材制造技術(shù)存在許多問題，如材料方面限制、成形精度與成形速度的矛盾、設(shè)備及材料的價格昂貴等．在未來的發(fā)展中，該技術(shù)將會在新材料及創(chuàng)新工藝［26］、裝備與關(guān)鍵器件、與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合等方面展開更深入的研究．另外，增材制造技術(shù)要克服一些技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)上的突破，如：與傳統(tǒng)制造結(jié)構(gòu)保持同樣的強度；減小成型過程中的變形，細(xì)化光斑、優(yōu)化材料和工藝［27］，以提高制造精度；進(jìn)行工藝創(chuàng)新與優(yōu)化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．現(xiàn)階段，該技術(shù)將重點研究陶瓷零件制造、復(fù)合材料制造、聚合物噴射快速原型制造［28］、金屬直接制造等，如：利用光固化原型技術(shù)，使支撐結(jié)構(gòu)中組織發(fā)生變化制作碳化硅復(fù)合材料零件；使用高介電陶瓷材料，構(gòu)造復(fù)雜型腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微波負(fù)折射功能，進(jìn)行光子晶體制造，完成傳統(tǒng)制造技術(shù)難以制作的內(nèi)外形結(jié)構(gòu)；深入研究金屬直接成形自愈合原理，進(jìn)行高溫合金葉片制作實現(xiàn)金屬直接制造［18］等．增材制造技術(shù)在工藝研究方面，存在許多具有潛力的研究方向．如：建立多層激光直接成形的自穩(wěn)定機制并利用粉末負(fù)離焦技術(shù)制造薄壁，使工件側(cè)面平均粗糙度達(dá)到10．04μm；充分研究葉片制造中的曲率效應(yīng)，實驗發(fā)現(xiàn)曲率大處熔化嚴(yán)重；進(jìn)行空心葉片掃描路徑設(shè)計與實驗研究，以輪廓、光柵（方向優(yōu)化）、分區(qū)的路徑選擇掃描復(fù)雜空心葉片，減少空行程，節(jié)約粉末；依據(jù)液氮控制冷卻梯度，對空心葉片定向晶組織進(jìn)行控制［18］等．在生物組織制造方面，增材制造技術(shù)潛力巨大，應(yīng)用前景廣闊，如：進(jìn)行肝組織支架制造，通過仿生流道和定向多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)肝細(xì)胞向支架內(nèi)生長，研究支架／細(xì)胞復(fù)合體用于修復(fù)肝缺損的有效性［29］；對細(xì)胞打印和器官打印等生物醫(yī)學(xué)前沿領(lǐng)域研究探索［18］等．另外，將增材制造技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，進(jìn)行小批量制造，可發(fā)揮倍增效益，是該技術(shù)發(fā)展的一大趨勢．
5結(jié)語
