航空航天概论篇（1）

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.

航空航天概论篇（2）

Shenyang University of Aeronautics and Astronautics， Shenyang， 110136， China

Abstract： Discussed the problem of knowledge structure which Chinese colleges and universities facing problems at the present stage， combining with the aerospace and aerospace general education. By their own personal experience， the author summed up the content， meaning and purpose of the aerospace and aerospace general education. Based on the analysis of various problems related to the “Introduction to aerospace technology” as a liberal textbook， this article given the teaching improvement and reform proposals about the textbook of aerospace and aerospace.

Key words： quality-oriented education； general education； aeronautics and astronautics

随着高校课程改革的不断深入，通识教育在高等教育中的地位和作用越来越受到重视。与此同时，由于科学技术和经济的飞速发展，航空航天技术开始走进人们的日常生活，并影响着人们的思维和观念。特别是近几年来我国航天事业取得了世界瞩目的辉煌成就，更加引起人们对航空航天技术的关注。为了适应时展的需要，目前国内很多知名高校先后成立航空航天专业，如清华大学、北京大学、浙江大学和西安交通大学等高校。与此同时，一些普通高校，如南京财经大学，也将航空与航天（也有的学校称为航空航天技术概论或航空航天技术博览）作为通识课。笔者结合自己的授课经历和体会，并参考欧美高校开设通识课的教学模式，探究航空与航天通识教育教学内容、目的和方法等。

1 我国专业化教育模式的问题与通识教育

1.1 现阶段我国高校人才培养模式面临的问题

我国现阶段的专业化教育模式是高等教育在特定时期（20世纪80年代）和特定社会背景（生产力亟待恢复）中的选择，这个选择尽管在当时有合理性，并对我国社会发展起到了积极作用，但却不适应今天社会发展的需要。

我国目前的高等教育过分强调专业划分，把学生的学习限制在一个狭窄的知识领域内，不利于学生全面发展。过去大学毕业生就业中的“专业对口”已经不再是一个最优目标了，高等教育的专业化做得越好，学生就越难适应变换了的工作，面临的情况可能就越糟糕。

社会和技术发展日新月异，旧的工作岗位不断消失，新的工作岗位不断出现，高校里专业调整的步伐，无法跟上社会职业更新的速度。应对工作岗位的变化，既要培养学生的专业能力，又要培养学生的“一般”能力。

1.2 通识教育起源和目的

通识教育，国外称“General Education”，也称为“普通教育”“一般教育”“通才教育”等[1-4]。

通识教育源于19世纪[6-8]，当时大学的学术分科过于精细、知识被严重割裂，于是提出通识教育，目的是让学生对不同学科的知识有所了解，将不同领域的知识融会贯通。20世纪，通识教育成为欧美大学的必修科目。今天，欧美大学仍在不断完善其通识教育。如哈佛大学的通识教育有着悠久的历史，目前已经经历五次较大的通识教育改革[7-10]。

在我国，通识教育的思想源远古代。《易经》主张“君子多识前言往行”，《中庸》主张做学问应“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”。古人认为博学多识就可达到出神入化，融会贯通。《论衡》认为“博览古今为通人”。所以，通识教育旨在培养“通才”，它的培养目的是提高人的整体素质，强调整合不同领域的专业知识，重视培养人的思维方法及敏锐的洞察力，同时也重视培养人的情志等。

2 航空与航天通识教育的意义

航空与航天课程在我国一直是航空航天专业院校的公共必修课[1，2]，其目的首先是为学生未来从事航空航天及其相关领域工作培养兴趣，更主要的是为学生专业课学习奠定基础，它在很大程度上起到了专业导论的作用。

近年来，我国一些普通高校将航空与航天课程纳入通识教育，其教学目的包括如下几个方面。

2.1 提高大学生的整体文化素质

大学教育的目的是培养全面发展的高素质人才，开展通识教育不仅能增加大学生专业课以外的知识，还可以拓宽学生的眼界。航空与航天课程，不仅可以帮助学生了解有关航空航天的基础知识，同时还能潜移默化地影响学生的世界观、人生观和价值观。

2.2 提升大学生的民族自豪感

中国作为东方的文明古国，向往飞翔的梦想由来已久，嫦娥奔月的美丽传说，万户飞天的勇敢实践，表明了古老的中国人渴望飞向蓝天的美好愿望。通过航空与航天课程的学习，让学生了解中国航天事业的发展和取得的瞩目成绩，学习伟大的航天精神，增强学生的民族自信心。

2.3 鼓励大学生在困难面前勇于攀登

学生通过航空与航天课程的学习，了解航天先驱身上所具有的优秀品质和坚忍不拔的毅力。在航天开拓者的眼里，“只有想不到的事情，没有做不到的事情”，通过这样的教育，激发学生努力奋进，敢于开拓创新。

2.4 启发学生规划未来人生

航空与航天知识可以启发和拓展人们的思维，尤其是航天器的出现，极大地推进了人类对宇宙的探索，人们对宇宙了解得越多，就越能感受到重新思索自身存在的价值的意义。飞过天的宇航员大多存在一个共识：“地球在宇宙中是非常渺小的，生命仅仅是宇宙形成过程中的一个产物。”记得有位美国宇航员说过，“昨天的梦想是今天的现实，今天的梦想是明天的现实。”随着人类对宇宙的认识，很多人开始重新思索这些问题，人类存在的意义何在？人类怎样存在？

3 航空与航天通识教育的教材问题与改革

3.1 教材方面的问题

航空航天技术在非专业大学生眼里，是十分神圣的，因为宇宙的奥秘神秘莫测，很多大学生对航空与航天课程比较感兴趣。作为通识课，目前我国没有一本适合通识教育的教材，大多采用“代用”教材，如《航空航天技术概论》《航空航天技术》等，由此带来很多问题。

（1）专业性很强

翻开《航空航天技术概论》教科书，插图不少，可是大部分是平面图、结构图、流程图和设计图。对于非工科专业的大学生而言，内容过深，尤其是文科学生，没有工程概念，理解起来非常困难。

（2）内容单调乏味

细看“代用”教材的文字内容，大多是定义和概念，枯燥乏味，对非专业学生而言，即便把这些内容熟记于心，又有何意义？另外，由于书本的空间有限，介绍性的内容往往类似于纲要。

（3）课后练习或思考题没有价值

思考题是运用大脑思考后得出答案的题目，而目前的“代用”教材章节后的思考题，不适应时代的发展，以第一章课后思考题为例，“试述直升机的发展史，试述火箭、导弹发展史”，很多学生认为是“百度题”，学生只要灵活运用手中的工具，就可以“百度”到答案，这类题能算是思考题吗？

（4）条理性很强带来的问题

航空与航天是两个明显不同的概念和领域，尽管有联系，但对于非专业的学生而言，不能混为一谈。目前的大部分“代用”教材在内容安排上每章都是以飞行器设计为主线，航空器、航天器和导弹与火箭等内容相互交叉[1，2]。如不管是火箭发动机还是航空发动机，统统纳入同一章节，对于非专业学生，理解起来稍显费力。再如，《飞行器构造》这章内容中，既有航空器的构造，也有航天器的构造，根据整体教学效果分析，这种航空航天结构的相互交叉会导致概念的混淆。

另外，由于中国基础教育多年形成的以学科为主导的教育模式，加之应试教育的长期导向作用，使基础教育在单一学科教育上越来越深入，学科分化加剧，基础教育功利性越来越明显，而在人文、心灵和智慧等通识教育方面却越来越弱化。基础教育已经走向思想单一、思维狭窄、僵化，缺乏思辨性、创造性思维的模式，对中华民族的智慧培养是非常不利的。

综上所述，航空与航天作为通识教育课程，不是必修课的陪衬，更不是专业课的附庸，其重要性并不比专业课低。“君子性非异也，善假于物也”，学好航空与航天课程，掌握其相关知识，有助于学生在以后的生活与工作中更好地开阔思维。

3.2 教材改革的建议

对于航空与航天课程，只有拓宽知识面，全面介绍不同学科研究对象的特点，才能更准确地反映这门课的内涵。为使学生具备开拓新领域的基础，课程内容应具有前瞻性，把本学科领域的最新学术成果、最新技术引入教学内容。在反映学科前沿的同时，拓宽学生的知识面。

航空航天技术涉及领域之广是其他学科无法比拟的。因此，如何保持课程的完整性也值得探讨。作为面向非航空航天专业学生的通识课，该课程内容应集知识性、趣味性于一体，需要教学内容丰富多彩，由风筝飞行延伸到飞机，由早期火箭延伸到各种导弹，由嫦娥奔月延伸到阿波罗飞船，由恐龙灭绝延伸到宇宙探索，让学生在感兴趣的实例中汲取航空、航天和航宇知识。国外有一本航天知识方面的书，名字起得非常好，叫“没有公式的航空航天技术”，值得我们借鉴。

航空航天概论篇（3）

1 概念介绍

传统导航是指航空器依靠地面导航设施（如VOR、NDB、VOR/DME等）所发射的信号进行引导和定位，通过向背台航迹指引进行飞行的一种导航方式。在这种导航方式下，航空器沿固定的航路飞行（因为传统的航路正是基于地面导航设施位置、逐个连接各导航台点而成的），受地面导航台布局与导航设施性能的制约，传统导航呈现出飞行航迹的精度不高、约束性和局限性日益彰显的现实情况。

基于性能导航（PBN-Performance Based Navigation）是国际民航组织（ICAO）建立在区域导航（RNAV）与所需导航性能（RNP）的基础概念之上，以新航行系统（CNS/ATM）为基本架构，并且参考整合了空域概念后所提出的一种航空运行概念。

区域导航（RNAV）是一种导航方法，允许航空器在相关导航设施的信号覆盖范围内、或在机载自主领航设备能力限度内、或在二者结合下沿所需航路飞行。从理论上来讲，实行区域导航的航空器，只要能在导航信号覆盖范围内，可以沿任意期望的航迹飞行。

所需导航性能（RNP）的定义为航空器在一个确定的空域、航路或终端区域内运行时所必需的导航性能精度。RNP不仅对航空器机载导航设备（如FMS）有运行方面的相关要求，还对支持相应RNP类型空域的导航系统（如GPS）也有相应的要求。在ICAO对RNAV与RNP概念的整合管理之后，我们可以这样来理解：RNP除了具备RNAV的能力外，还增加了自主监视与告警功能。

2 两种导航方式之间的比较

传统导航方式在中国民航发展历史上留下了浓墨重彩的一笔，即使到今天，想要新建一个机场、或者是对现有机场进行改造升级乃至搬迁，传统导航方式下的传统飞行程序都是机场最终能够开航运行所必不可少的关键要素。由此可见，传统导航方式在我国发展至今，其依托的导航设施的覆盖性、稳定性、安全性以及经验积累已经到达了一个非常完善与合理的高度，并且在中国民航传统导航的发展过程中，培养了一批理论扎实、经验丰富的基于传统导航方式下的飞行程序设计人员，本人也是一名新进飞行程序设计人员，通过一段时间的了解和学习，更深刻地体会到了传统导航方式的重要性，而许多飞行人员也对传统导航拥有许多自己的习惯和经验。因此本人个人的理解是：传统导航是中国民航导航技术发展的根基与依托，也是我们向新航行技术发展过程中的一个重要的过渡手段，我国民航局目前对传统导航与PBN的方针政策也是并行发展、互为备份。在对传统导航的叙述后，我们接下来再看看PBN对民航发展的重要意义。

PBN是一个经ICAO整合过后的概念，有RNAV和RNP两个分支，这在之前的概念里有过介绍。在这里简单介绍一下PBN的发展历史：最早区域导航（RNAV）概念的提出是为了解决传统导航设施布局局限性的问题，早期的区域导航系统采用与传统的陆基航路和程序相似的方式，通过分析和飞行测试确定所需的区域导航系统及性能，可以使航空器在陆基导航设施覆盖范围内，优化航路航线，对于陆地区域导航运行，最初的系统采用V0R和DME来进行定位，而对于洋区运行，则广泛采用惯性导航系统。而我国正是在这样的国际环境下，于1998年在ICAO新航行系统发展规划指导下，抓住西部地区开辟欧亚新航路的战略机遇，启动了第一条区域导航航路（L888航路）建设，并于2001年1月正式投入运行。国际民航组织ICAO在附件1l《空中交服务》和《航空器运行手册》（DOC 8168）中提出了部分区域导航设计和应用的标准和建议。美国和欧洲等航空发达国家和地区已经积累了丰富的区域导航应用经验，但由于缺乏统一的标准和指导手册，各地区采用的区域导航命名规则、技术标准和运行要求并不一致。国际民航组织ICAO之后正式基于性能导航手册（PERFORMANCE BASED NAVIGATION MANUAL），用以规范区域导航的命名、技术标准，并指导各国实施该新技术。至此PBN概念正式产生。

与传统导航相比，PBN运行具备诸多优势，导航源的选择和导航精度的提高可以在保证民航安全运行的前提下大大增加空域容量和运行效率，有利于航空承运人增加业载、减少航班延误、改善全天候运行的安全性和可靠性、降低运营成本等等。当然，在诸多优势的背后，PBN在中国民航的发展依旧存在硬伤：导航源的选择。众所周知，目前我国PBN导航源主要依赖GPS（全球卫星系统），虽然GPS是由美国政府承诺免费对全球进行开放使用的，但不可回避的一点是，当战争或是一些不可预测不可抗拒的情况发生时，GPS可能会出现无法达到民航可用的精度要求甚至无法使用的情况，因此我们不能一味地依赖GPS系统，毕竟那是美国人的产品。在这种情况下，我国从1983年开始筹划建设独立自主的卫星导航定位系统：Compass系统（北斗卫星系统）。“北斗”不但兼容其他全球导航卫星，还可以提供更多可观测的在轨卫星、增强GNSS的导航准确性、完好性、连续性和可用性等。PBN的启用，已经在我国许多复杂地区诸如高高原机场、山区机场发挥了重要作用，比如玉树、林芝机场以及九寨、黄山机场等，接下来我将针对个别机场进行传统与PBN导航飞行程序分析和讨论。

3 结论

综上所述，PBN在我国民航技术发展还有很长的路要走，我们将在很长一段时间内继续实施PBN与传统程序混合运行的方针政策。我国第一条区域导航航路L888的建立，预示着中国民航向着以PBN为代表的新航行技术迈进。经过数十年的经验积累，我们可以预期，随着PBN在中国的不断发展，中国民航的安全水平将大幅提高、机场终端区和航路容量将大幅提升、航班正常率将有较大提高、复杂地形机场航班运营效益将显著改善、新建机场地面导航设施的建设费用将迅速减少以及航空器燃油将更加节约，当PBN运行结合了我国自主的“北斗”导航系统、再辅以正在西南地区实施的ADS-B监视系统，相信在不久的将来，中国民航将真正迈入民航强国的行列。

参考文献

[1]黄卫芳.浅谈基于性能导航(PBN)[J].空中交通管理,2007,7.

[2]曹洪涛.机载导航性能评估系统的设计与实现[J].南开大学,2009.

航空航天概论篇（4）

二、国外航天领域风险管理的发展情况

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

三、主要风险分析及管理方法

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

四、结语

本文介绍了风险管理在国外航天领域的发展历史，并给出了几种航天工程中常用的风险分析和管理方法。为保证航天任务的成功，除了提高相关的科学技术水平之外，风险管理水平也要同步提高，这样才能有效地控制风险，减少事故或问题出现的概率或减弱其影响。

作者:胡青 单位:上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院

参考文献：

[1]金恂叔.航天器的风险管理及其在环境试验中的应用[J].航天器环境工程,2002,19(3):1-9.

[2]邱菀华,沈建明.现代项目风险管理导论[M].北京:电子工业出版社,2002.

[3]史国栋,翟源景.航天试验任务风险管理研究现状分析[A].科技信息,2012(35):81.

航空航天概论篇（5）

一个简单的、不支持现在买东方航空的理由：假设同样市盈率的情况下，东方航空的中期业绩EPS只是中国国航的1/10左右。目前价格呢?很接近。东方航空的大涨，受到两方面刺激：一是新加坡航空公司和淡马锡的联合入股，二是中期业绩扭亏为盈。事实上，东航引资的消息，市场上一直在流传，东航停牌之前，股价已有所反映。恢复交易后，如同牛市中大部分有资产注入概念的股票一样，东航每天的交易就是开盘涨停，对于散户而言，几乎不存在买入机会。更重要的是，很多人忽略了它净利同比负增长的事实，从技术和资金面看，其涨停打开后必然面对大幅的调整，这样的例子近有吉电股份，往久远了回忆有海虹控股。

不论是否处于前景看好的行业中，个股本身的赢利能力能否对价格起到支撑作用，仍是投资首要考虑的问题。另一个角度看，航空行业的周期性决定了它的涨跌周期至少会延续三年，在这样的行业，没有基本面大幅改善和众多题材层出不穷的支持，短期暴涨可能意味着长期滞胀，反倒容易失去增值获益的机会，东方航空如果不进行调整，身上的光环很容易失去光彩，毕竟，其他航空公司也在寻求重组机会。

航空业一直是索罗斯偏好的行业之一，他认为“未来三年内，航空股对每个人来说是个都好机会”。航空业的周期性，决定了一旦介入航空板块，稳定持有将会是最好的选择。这个周期是怎么回事呢?

如图数据显示，全球航空业的长期资本回报率一直低于资本成本，而且呈现大幅波动的情况，这样的规律使得航空业每隔几年就会重演一遍这样的故事：航空公司很赚钱，然后它们扩张，购入大量飞机，结果导致账面变坏，过几年之后，买的飞机成本收回，客流开始赚钱，又回复到繁荣时期。

对于中国航空企业来说，经历过前几年的爆发式成本支出后，目前进入到成本控制阶段：没有大量购机计划、产品线丰富、航线更加合理，对原油的套期保值效果显著：另一方面，受经济持续增长的推动，本地需求明显，客流开始增加。同时，受益于几次调整燃油税和人民币升值，航空业开始进入到赢利增长周期。

航空航天概论篇（6）

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）01-0143-03

21世纪被公认为是生命科学的世纪，掌握一定的生命科学知识是21世纪高素质、有创新精神的复合型人才知识结构的重要组成部分，是高等教育的任务之一。[1]《生命科学概论》是高校为深化教学改革、提高学生的综合素质、满足社会对复合型人才的需求而开设的一门跨学科公共选修课。中国民航大学从2006年开始对非生物专业的本科生开设了《生命科学概论》公共选修课，本文就民航院校非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学进行探讨。

一、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的必要性

知识经济社会期待的大学毕业生应该是在一定的专业训练的基础上，具有更为全面的知识结构，更为积极的应付挑战的能力以及向多个方向发展的潜力。[2]目前大学生中所存在的问题已经暴露学校在人才培养结构上的缺陷或不足，专业细分化，过于强调专业化培养，使学生知识面过窄，已经很不适应当前社会发展所需要的宽口径、厚基础、创造性、复合型人才培养要求。[3]2012年教育部《关于全面提高高等教育质量的若干意见（教高[2012]4号）》中将“鼓励因校制宜，探索科学基础、实践能力和人文素养融合发展的人才培养模式”作为创新人才培养模式的重要内容。[4]21世纪被公认为是生命科学的世纪，生命科学在农业可持续发展、能源开发、人类健康、生态平衡等领域发挥着重要的作用。[5]近年来生命科学成为科学大系统里最有竞争力的带头学科，引领着世界科技经济的快速发展。因此，世界主要国家都把发展生物科学和生物技术作为基本国策。21世纪世界各国在高科技领域的竞争归根到底是高素质人才的争夺和竞争，在这一历史时期，高校非生物专业开设生命科学课程是新世纪高等教育发展的需要，是历史的必然。作为21世纪的大学生，如果不懂得一点生物学的知识，成为所谓的“生物盲”，将无法适应以生命科学和信息科学为特征的知识经济飞速发展的要求。加强生命科学教育，普及生命科学知识，有利于个人形成正确的人生观、世界观，有利于树立良好的健康观念，提高环保意识，增强学生的社会责任感，促进社会的发展与稳定。[6]因此，在民航院校开设《生命科学概论》对民航人才的培养模式具有重要意义。

高等教育应该是在更高层次上的以整体素质教育为主，有一定专业方向的高层次整体素质教育。《生命科学概论》是一门融合基础知识与前沿进展相结合的综合性课程，是当今高校进行素质教育的重要内容。世界著名大学，如哈佛、剑桥和斯坦福等，早在20世纪80年代就在全校开设类似生物学课程，1995年以来，清华、北大、上海交大等重点理工科大学也陆续把《生命科学概论》列为非生物类专业的限选或必修课程，北京航空航天大学和南京航空航天大学近年来也面向非生物专业开设《生命科学导论》的公修课。随着航空航天事业的飞速发展，生命科学技术在航空航天领域的应用越来越广泛。为发挥航空器整个系统的效率，提高其安全性和可靠性，利用生命科学技术开展航空人因工程研究，开展在航空环境下飞行员的行为及作业工效研究，弄清飞行员与航空器在航空飞行环境下的相互作用与相互关系，提出航空器飞行器的适人性设计要求、安全救生与防护措施、评价方法以及人员的选拔与训练方法等，使人、航空器及其所处的飞行环境有机协调与配合，探讨航空环境对航空人员健康的影响机制及对抗措施，为航空工程提供理论基础和技术支撑，这些将大大促进民航事业的快速发展。

因此，在民航院校开设《生命科学概论》，增加了学生对生命科学知识的了解，尤其是对人体自身的了解，将有利于学生发展仿生的设计思路，落实“以人为本”的根本原则；有利于拓宽学生知识面，改善知识结构，提高学生综合素质，将来更好地为民航服务。

二、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学内容

中国民航大学是一所以工为主，理工结合，集管理学、经济学和法学等学科全面发展的综合性行业院校，在校学生均为非生物专业。学校利用航空医学研究所的师资力量从2006年开始给全校本科生开设自然科学类公共选修课《生命科学概论》，深受学生欢迎，每学年选课人数达到800人。向非生物学专业学生开设《生命科学概论》课程的教学内容定位于“基础性、系统性、趣味性和学科交叉性”，从介绍生命科学基础知识的物质基础入门，衍射到生命活动的基本单位——细胞，从细胞到细胞工程；从生物物质代谢深入到生物遗传的本质——基因，从基因到基因工程，直至现代的分子生物学技术，从分子水平上阐述生物的奥秘；同时还从动物、植物、微生物等不同的生物类群上描述生物的多样性以及生物与环境的关系，通过科学性、趣味性、学科交叉性和贴近生活性的内容介绍生命科学领域的最新进展以及与我们人类自身生存和健康方面的相关知识，使学生的生命科学素质得到提高。讲授内容在注重系统性的基础上包含了最新的科技前沿、最广泛运用的生物学技术手段、最热点的人类疾病、最新的交叉学科等等。我们密切关注科技最新动态，把其中反映生命科学和生物技术最新进展的内容及时移植到我们的教学中去。例如：在“遗传”部分介绍癌症、糖尿病、高血压等现代慢性疾病在遗传方面的研究近况；在“病毒”部分介绍SARS、H7N9等疾病的致病机理、防治途径和治疗方法；在“免疫系统”介绍艾滋病的基本知识及预防；在“环境”部分介绍日本福岛第一核电站泄漏等。这些“时尚”新内容很受学生欢迎，让学生了解生命科学，激发对生命科学的兴趣。

三、非生物专业开设《生命科学概论》公选课的教学方法

1.采用多媒体教学手段加强学生的感性认识

《生命科学概论》教学内容庞杂、信息量大、知识难点多。所谓“百闻不如一见”，直观的东西更易于接受、理解和记忆。利用多媒体教学，通过图文声像并茂的组合方式讲授课程，将书本知识化静为动，化虚为实，化抽象为直观，不仅增加了课堂的教学信息量，提高了学生学习效率，而且增强了学生对知识的理解及方法的运用。[7]另外，可在课堂上利用多媒体设备播放一些生物学相关影像资料，给学生更为直接的视觉感受。例如播放科教片《人类消失之后》，让学生充分理解人类和大自然和谐相处的重要性。

2.开展课堂主题演讲激发学生的学习兴趣

为了激发学生学习的主动性，提高课堂教学的参与度，了解生命科学的研究进展，我们组织开展了课堂专题演讲的研究性学习活动。教师初步确定当前生命科学重要前沿问题的题目，如生物芯片、基因工程、干细胞、生态与环境可持续发展、转基因食品等，把学生按5～6人一组分组，每组确定一个主题，学生通过网络和图书馆查阅相关文献资料，小组讨论写成小论文，并做成幻灯片在班上交流演讲。这样增强了同学之间以及同学与老师的沟通交流，活跃了课堂气氛，充分锻炼了学生的文献检索利用、团队协作、论文写作和口头表达等综合能力，收到了良好的效果。

3.引入社会热点问题，开展辩论赛，提高学生理论联系实际的能力

科技是一把双刃剑，生物高科技的发展给人们的生活带来舒适快乐，同时也给人们带来了很多的困惑甚至危机。人们在开发利用生物技术时，有可能出现意想不到的安全问题，生物技术的误用以及生物技术的非道德应用也可能带来很大的安全隐患。[8]这些与生命科学有关的热点问题具有鲜明的时代性和综合性，学生对这些热点问题的探讨有利于增强他们的科学敏感性和社会责任感，以培养他们捕捉信息、分析事物的能力。首先，教师初步确定当前生命科学具有争议性的热点社会问题，如食品添加剂的利与弊、克隆人的利与弊、转基因食品的利与弊、垃圾焚烧的利与弊、安乐死是否应该合法化等。学生通过分组每10个人一组，每2组自由选择一个辩论主题作为正方和反方进行辩论，每个班级推举一名主持人来主持辩论赛。通过辩论赛，增强了学生之间的团结、合作、竞争、进取的意识，为学生提供了一个思考和展现自我的平台，并让学生对科学研究有了更进一步的认识，大大提高了学生理论联系实际的能力。

4.多元化的考核方式

学生的课程成绩由平时成绩和考试成绩组成，其计算方式为：最终成绩=平时成绩（占30%）+期末开卷考试成绩（占70%），其中平时成绩的考核主要由课堂出勤（占10%）、课后作业（占10%）以及课堂小论文（占10%）三部分内容构成，期末考试成绩采用撰写课程论文和期末理论考试相结合的方式。这种多元化考核方式不但评价了学生参与教学活动的态度、完成作业的质量，又考查了学生对知识的了解和掌握程度，同时多元化的考试方式也增加了学生的学习兴趣，减轻了学生的思想压力，且避免了少数学生平时不学习，通过考前突击准备获得较高分数，导致课程成绩不合理的情况发生。[9]

四、思考与建议

目前我校开出《生命科学概论》公选课以来，已有7年的教学实践，选课人数每学年达到了800人，每个班级限200人。由于选课人数多，且学生来自不同专业、不同年级，管理起来难度较大。部分学生是为满足学分而选课，因此迟到、早退、旷课现象时有发生；加上不同专业基础知识差异较大，课程内容多但课时少，难以满足部分学生的需要；随着科学技术日星月异地发展，生命科学知识更新速度很快，现有教材也很难满足课程的需要。

通过对《生命科学概论》课程教学的探索，我们清楚地认识到在今后的教学中要进一步增强课程的知识性和趣味性，加强教学管理和教材建设，提高学生的学习积极性和创新意识，从而增强学生的科学素质。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李娜，毛永强.“生命科学导论”公选课的教学改革初探[J].长春理工大学学报.2011（10）：120-121.

[2] 蔡克勇.建设创新型国家，大力培养创新人才[J].民办高等教育研究.2006（4）：1-7.

[3] 宋怡玲，杨军.“生命科学导论”课程体系建设与创新人才培养[J].高等理科教育，2006（6）：37-39.

[4] 郑丽沙，李德玉，荣龙等.面向非生物专业本科生的“生命科学导论教学改革初步探索”[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2012（7）：112-114.

[5] 黄国琼，罗长坤.生命科学前沿的特征与意义[J].医学与哲学（人文社会医学版），2007（1）：1-4.

[6] 晏琼，何金生，侯玲玲，等.研究型生命科学教学在非生物专业理工科创新人才培养中的探索与实践[J].当代教育理论与实践，2013（1）：83-85.

航空航天概论篇（7）

临空经济席卷全国

临空经济作为一个崭新概念，自2004年首次在北京顺义提出以来，迅速席卷全国，获得广泛认可。此后，广州、上海、成都、武汉、哈尔滨等地掀起临空经济区的建设热潮。截至2014年底，全国有62个城市依托54个机场规划或建设了63个临空经济区。这十年来，临空经济的相关理论与实践并行推进，对我国民航运输业、临空指向型产业发展以及新型城镇化建设均产生了积极而深远的影响。同时，这十年来，全球航空运输重心加速向东亚转移，亚太已经是全球最大的航空市场，尤其是中国已经成为世界第二大航空运输业大国，并将很快超越美国成为全球最大的航空市场。作为民航强国战略和地方经济发展的重要载体，临空经济与临空经济区的经济社会效益愈发显现。

另一方面，我们也必须看到中国临空经济发展中存在的诸多问题与不足。包括国际开放度与临空指向性不足，高端要素缺乏，主导产业大而不强，产城分离，城市服务功能和国际化水平较低，辐射能力弱，缺乏腹地支撑，管理体制复杂，概念混乱，行业标准与联盟缺失，低水平重复建设与同质化竞争明显，等等。

作为中国几代临空经济研究与实践者的一员、此次中国临空经济发展联盟的发起者与核心成员，投资北京发展研究院长期关注临空经济发展前沿，有幸参与了北京临空经济核心区、北京新机场临空经济区的多项战略规划，为北京市的临空产业与航空经济发展做出了卓越贡献，其研究成果《北京新机场――大航空时代的战略抉择》、《京津冀一体化的“三线”建设》、《北京航空经济战略研究》等引领了行业的研究方向。

大航空元年开启

2015年中国临空界发生的三大事件，规范了临空经济区的建设，打开了临空经济的外向通道，搭建了临空经济的资源共享平台。基于四个方面的考虑，我们认为，2015年是中国大航空元年，开启了中国临空经济的新时代。

第一，原有的临空经济概念已经不能涵盖各方诉求，在天空开放、低空改革、军民融合等政策助推下，包括狭义临空经济、通用航空、航空工业、航天科技服务等在内的大航空、大临空等概念日益成为共识。例如对于北京来说，发挥其作为我国航天科技中心、航空技术服务中心的科技研发与服务优势，将在卫星导航、信息服务、航空航天研发等领域大有可为。事实上，北京临空经济区已经布局专业的地理信息系统产业园，形成良好的效益。此外，已经有相关航天产业园、通用航空产业园在北京新机场临空经济区谋划布局，抢占发展高地。

第二，速度经济、流量经济与开放型经济相结合，形成新时期临空经济的三大最主要特征。例如，“一带一路”战略涉及60多个国家和地区，东西跨度近一万公里，南北跨度近八千公里，航空运输具有较高的时效性与便捷性，可最大限度集聚国际高端资源要素，成为我国“走出去”战略的重要依赖。北京市作为我国服务业扩大开放综合试点地区，服务贸易等开放型经济必将成为临空经济的重要内容。

第三，现代服务业与智能制造越来越依赖航空运输，将是新时期临空经济的主导产业。此前，我国的临空经济区产业普遍以一般性加工制造为主，航空关联度有限。即使是中国发展最成功的临空经济区――北京顺义临空经济区，以现代汽车为主的制造业占比过半，超过航空关联产业，且机场非航收入占比较低。目前，随着我国主要城市消费水平和产业能级全面提升，高端医疗美容等健康服务业、花卉珠宝高档工艺品展览贸易、总部商务、服务贸易、智能制造、现代物流等产业越来越成为临空经济的产业主体。例如，郑州航空港经济综合试验区自2013年3月获批后，在电子信息产业的带动下，经济发展十分迅猛，连续三年GDP增速超过40%，目前年产1.43亿部智能手机，占全球智能手机年产量的1/8。

航空航天概论篇（8）

中图分类号：V355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）17-0319-01

0 引言

近几年来，随着我国民航事业迅猛的发展，空中交通流量增长较快，现有的空域结构、网络布局、通信导航设备等难以适应空中交通流量的快速增长，拥挤现象不断产生。为了解决空中交通流量持续增加而引发的空中交通拥挤和大面积的航班延误问题，国内建立新的流量管理控制方案来缓解不断加剧的机场拥堵问题已经成为当务之急。空中交通流量管理主要是研究如何有效地利用有限的机场和空域资源，使其发挥最大效用。

1 空中交通流量管理概念

如果管制发现某地点或者区域流量大于容量，即“流量饱和”时，为保证空中交通安全，需要采取各种措施限制减少通过这一空域单元的流量，或是增加该空域流量的容量，即是实施流量管理。可见，流量管理的核心任务就是保证流量于容量的平衡，防止出现饱和，这就是空中交通流量管理的概念。

流量管理的概念是在流量控制的概念基础上发展起来的，两者基本目标是相同，即保证流量始终小于容量，但是两者在实现手法上已经有了比较大的区别：

（1）流量控制在航空器起飞后才发挥作用，主要采用空中调速、等待等方法；流量管理在航空器起飞之前就发挥作用，例如，用点面等待吸收航空器的延误，这也是流量控制和流量管理的最大区别。

（2）流量控制主要通过限制流量来避免空中交通拥挤；而流量管理在调整流量的同时，也利用调整程序、增开扇区、调整航路等方法增加拥挤空域的容量，以实现流量管理的目的。

2 机场容量概念

按机场的规划来说，容量定义可以细分为实际容量和最大容量。实际容量是指在一个给定时间内，可实际服务的航空器的架数，它包含了可以接受的范围内一定数量的延误。最大容量（也可以称为极限容量、饱和容量）是指在一定时段内，根据可以接受的最大延误和持续请求，可以服务航空器的最多架数。其中，持续服务清求是指任何时间总有航空器等待进入并接受服务。这两种定义最大不同在于，服务请求是否持续不断的，最大容量也就是单位时间内空管系统可以同时提供最大的服务数。显然，实际容量总是小于最大容量的，一旦航空器的服务请求超过最大容量，就会造成一部分航空器延误，甚至取消或改航。实际容量是随着航空器实际服务需求变化的，具有一定随机性。最大容量则与此无关，故可以作为评判空域提供服务能力的标准。

3 空中交通流量管理策略

飞行流量管理分为先期流量管理、飞行前流量管理和实时流量管理。实施飞行流量管理的原则是以先期流量管理和飞行前流量管理为主，实时流量管理为辅。

先期流量管理，即战略流量管理，规划的时间范围为飞行前几个月到实际飞行的前两天，属于流量的长期规划范畴，主要是长期航班时刻表的制定。一般在每年冬季根据以往的历史数据以及对下半年情况的预测制定下半年的航班计划。在制定班期时刻表时对定期和非定期航班的飞行时刻加以控制，避开空中交通网络的拥挤区域，防止飞机在某一空域过于集中而使流量超过负荷。包括对全国和地区航线结构的合理调整、制定班期时刻表和飞行前对非定期航班的飞行时刻进行协调。其目的是防止航空器在某一地区或机场过于集中和出现超负荷流量，危及飞行安全，影响航班正常。

飞行前流量管理，即预战术流量管理，是指当发生天气恶劣、通信导航雷达设施故障、预计扇区或区域流量超负荷等情况时，采取改变航线、改变航空器开车、起飞时刻等方法，疏导空中交通，维持正常飞行秩序。规划的时间范围为实际起飞的前一天到两天，属于中期的规划范畴。对预激活的航班计划进行调整，使其按照规定的管制间隔有秩序地飞行。最终的结果是每日的ATFM的航行通告。

实时流量管理，也就是战术流量管理，是指当飞行中发现或者按照飞行预报将要在某一段航路、某一区域或某一机场出现飞行流量超过限额时，采取改变航段，增开扇区，限制起飞、着陆时刻，限制进入管制区时刻或者限制通过某一导航设备上空的时刻，安排航空器空中等待，调整航空器速度等方法，控制航空器按照规定间隔有秩序地运行。规划的时间范围是飞行当天。在飞机实际飞行的当天，起飞前属于战术流量管理阶段，起飞后对飞机的实时指挥使各飞机间保持安全间隔属于空中交通管制（Air Traffic Control，ATC）部门的责任，但辅助的决策程序如终端区的优化排序、航路测量程序等仍然是流量管理的范畴。

航空航天概论篇（9）

中图分类号：DF25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0371-01

1 前言

空间技术是世界上最尖端技术的科学和技术，也是一个国家科技水平和综合国力的重要体现。世界太空强国和工人提供免费获得高度关注和发展空间，提高技术，如空间控制，实现在天地之间，各种先进技术研究项目，新概念的空间太空强国的发展规划，并已取得重要进展。参与航天飞机，本文主要指火箭进入太空，空间，和这种飞机参与控制理论和技术研究领域的热点和困难飞机控制，先进的、基本的、全面的、已经成为支持的重点领域之一，中国航天工业的未来发展。发展成为一个独立的导航、制导与控制技术领域的历史可以追溯到“阿波罗”载人航天计划的时代。近几十年来，还被美国作为高超音速飞行器的五个核心技术之一。

2 航天飞行器控制领域前沿问题与挑战

2.1 可靠进入空间的控制前沿问题与挑战

经过40多年的不懈努力，我国的运载火箭得到了长足的发展，独立自主地研制了14种不同型号的“长征”系列运载火箭，具备发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等多种轨道有效载荷的运载能力，入轨精度达到国际先进水平.虽然我国运载火箭已取得举世瞩目的成就，已在世界商用航天发射市场占有一席之地，并且通过了高密度发射的考核，控制技术得到了充分验证，但是与国外先进的航天运载技术相比，还存在一些不足：

1）运载火箭应对故障的能力不足：由非灾难性故障而导致发射任务难以顺利完成或失败，而这些故障往往可以通过理论方法来克服，需要具备能够采用诊断和预测的方法进行系统故障的监控、检测、隔离，能够评估系统故障的影响并为任务调整提供决策支持的能力，对设备的维护和更换提供指导性建议.

2）火箭发射成本和经济性有待进一步提升：我国运载火箭与国外相比，入轨精度处于同一个量级甚至更高，但现役运载火箭的价格优势正在逐步丧失，同时也暴露出运载能力不足、发射准备周期长、任务适应性差的缺点，难以满足高效率、多样化的航天发射和空间运输需求.

3）对任务的适应能力存在不足：火箭对发射零时的要求较高，现有方法不具备对发射时间敏感任务的适应性.控制系统是运载火箭的神经中枢，提高控制系统的可靠性，对于提高整个运载系统的可靠性至关重要.因此，可以通过制导与控制理论方法的革新来提高运载火箭的可靠性、经济性.同时，系统的高可靠性要求也对控制系统的设计提出了更高的挑战.

2.2 空天飞行器的控制前沿问题与挑战

空天飞行器集航空、航天技术于一身，兼有航空器和航天器的特点与功能，既可以像普通飞机一样在稠密大气层内飞行，又可以在近空间稀薄大气层内作高超声速巡航飞行，还可以穿过大气层进入轨道运行.归纳起来空天飞行器具有五个方面的特点：

1）任务维数多：主要包括在轨运行、再入返回两类任务，在轨飞行任务包括初态建立、轨道机动、轨道维持、高精度对地观测、在轨稳定运行等任务模式，是迄今最为复杂的一类飞行器.

2）飞行状态跨度大：飞行空域跨越几百公里地球轨道至地球表面，速度跨越水平着陆低速到第一宇宙速度，在轨飞行时间达到200天以上，再入返回时间约3000s左右，经历的环境温度从零下几十度到1000度以上.

3）飞行环境恶劣：跨越纯空间、稀薄流区和稠密大气层，经历空间辐照、高低温、气动热等复杂环境.

4）动力学特性复杂：包括轨道动力学和再入动力学，为适应不同飞行环境，配备了RCS（Reactioncontrol system）和多操纵舛舵，如体襟翼、升降舵、V形垂尾、阻力板等，姿控系统结构复杂，且多气动舵结构导致姿控系统存在多维强耦合特性.

5）升力式返回模式：出于任务需要和时间限制，空天飞行器再入模式与飞船完全不同，它采用升力式再入模式，从轨道快速返回，利用高升力体外形在临近空间长时间非惯性、大范围横向机动飞行.

3 航天飞行控制技术发展趋势

基于国际空间飞行器控制技术的研究进展，以及存在的问题的基础和关键技术，进一步发展我国一方面缩短交付系统的未来发展和世界先进航空航天汽车技术差距；另一方面提高中国的国际竞争力空间载波系统本身，促进市场化、产业化、国际化的发展，中国的空间。进入太空的发展趋势是升高的自，可靠性高、重复使用、低成本方向发展。空间对国家安全具有十分重要的战略意义，开发新的太空武器迫在眉睫，太空飞行控制可靠性高、精度高、适应性强、自主飞行的特点，快速的响应，断层重建任务飞行的能力，可以满足未来空间操作，天地之间复杂的任务要求。太空飞行控制技术在我国应该在以下解决方法：

3.1 加强进入空间、空中飞行控制基础理论研究

尽管美国工程方面取得了巨大的成功，但是NASA不仅仅是满意，仍颇具影响力的“先进制导控制技术”的研究计划，持续改进的传统方法，支持控制技术创新和技术改造。应该在中国的重大前沿需求，制定相应的“工艺先进的指导和控制项目”的主要研究计划，吸引国内单位和研发团队开展研究。例如，注意工艺创新布局引起的多学科交叉的非线性动态特性，创新、多样性、混合、异构控制功能的飞机控制新概念，理论和方法的研究关注在信息化环境中，原本独立的飞机控制，计算和通信、控制、决策和管理的集成趋势带来的新概念，理论和方法的研究。

3.2 重视多学科交叉研究

HTV-2两次失败强调跨学科的问题。首先在于气动力和控制问题：飞行HTV-2偏航角的偏航角大于预先设计，和耦合的滚动操作，飞机在滚动方向；二是气动加热和材料问题：严重的气动加热使身体材料剥落，气压变化。和新需求、新布局，新未来飞机控制功能使空气动力学、结构、电厂越来越近，飞行控制耦合电厂不仅提供动力，也有重要的控制功能，不同的控制功能之间的有利和不利影响，多轴控制力矩引起高度耦合，我们应加强多学科交叉设计方法的研究，并积极探索多学科联合，协同设计研究和开发模式，如开展全面的产品设计。

4 结束语

综上所述，航天飞行器控制技术在我国的发展中起着很重要的作用，所以对航天飞行器控制技术的现状和发展趋势进行研究很有现实意义。

参考文献

航空航天概论篇（10）

中图分类号：V328 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0028-02

随着我国航空航天事业的不断的发展，当前航空器的运输量在不断的增加，此外随着低空空域的开放，航空器的飞行量将随之迅速的增加，相应的低空空域航空器的飞行安全问题得到了广泛的关注。根据相关民航的规定以及国际民航组织的标准，采用相关的看见避让原则，考虑到航空器在反应延迟的时间、相关飞行准则的要求、能见度的要求以及相应的操作延迟时间等条件的约束，建立相应的数学模型，进行相应的定量分析，主要研究了飞行器在低空空域进行相应飞行过程中其所要满足的相应安全间隔以及违反安全间隔所发生事故的概率。

1 低空空域的飞行概况

低空空域通常是指飞行器在真高1 km以下的空间范围之内进行相应的飞行，通常在低空空域进行飞行的航空器是通用航空用户，其主要的特点是灵活性比较强、飞行的高度比较低并且其相应的实效性比较强，其受到天气等自然因素的影响是比较大的，其相应的底面监视和导航等系统没有办法全面的覆盖到整个区域之内，不能为其提高最有效的监管的服务，其相应的飞行安全控制工作主要靠飞行员自己来负责。低空空域典型飞行冲突为同高度对头相遇与同高度交叉相遇两种情况，根据我国《飞行间隔规定》：除经局方批准或空中交通管制要求之外，在10 000 FT（不含）以下目视飞行时，其相应的指示空速不能大于250 nm/h（460 km/h），其相应的能见度不能够小于5 km，两架飞行器在几乎同一高度进行飞行时，如果发生相应的对头相遇情况，要适当的进行避让行为，其相互之间需要保持500 m以上距离的安全间隔。如果是发生交叉相遇的情况，那么其相应的驾驶人员也要采取相应的措施，保持其在飞行过程中的安全，减少事故发生的概率。

2 低空空域内航空器飞行的安全间隔和风险概率

分析

在飞行器进行低空空域飞行时，相应的两架飞行器会发生许多种相遇的情况，比如：同等高度之间的交叉相遇和对头相遇；穿越高度飞行过程中的交叉相遇和对头相遇；此外就是不同高度飞行过程中的交叉相遇和对头相遇等。后面的四种情况在飞行的过程中存在着一定的高度差，相对的发生事故的情况比较小。以下主要针对同等高度下两架航空器交叉相遇和对头相遇两种情况进行相应的分析。

2.1 两架飞行器同高度对头相遇情况

当两架飞行器在同等高度飞行时，如果两架飞行器发生对头相遇的情况，我们将其相应的初始位置分别的设为A1和A2（如图l所示）。我们假设A1和A2在最低能见度L=5 km时相互的发现了对方，其不能在发现对方时立即转弯，要在相应的距离（X10，Y10）和（X20，Y20）处开始进行转弯。在经过转弯时间σ后，飞行器的位置分别为（X11，Y11）和（X21，Y21）。其转弯的半径为R，转弯时间为σ时转弯角度为θ，在进行相应的计算时，为了让计算变得更加的方便，我们假设这两架航空器的飞行参数是完全相同的，用相应的下标l、2进行区分。

如（图2）所示，飞行器在以坡度角ψ进行右转弯时，其受到向下的重力为G，相应的升力Y，受到向前的推力为U和向后的阻力为D。

相应的盘旋运动方程式为：

■（1）

■（2）

■

■ （3）

在公式（1）～（3）中，g为重力加速度、n表示航空器盘旋载荷、■为航迹的偏航角、m为航空器的质量、vpx为航空器盘旋速度、T为盘旋的周期、d■/dt为轨迹的偏航角速度。

根据图1，两架航空器在盘旋σ时间后的位置分别为：

■

■ （4）

■

■（5）

此时，两架航空器的距离为：

■■（6）

公式（6）中，L为两架飞行器在发现对方时所存在的冲突的距离，如果d>500 m时，则表明两架航空器满足其相应的安全间隔。

2.2 两架飞行器同高度交叉相遇情况

当两架航空器在同等高度下进行交叉飞行时，航空器假设为A1和A2，假设其交叉相遇角为a，其它假设同上，建立相应的三维直角坐标系如图3所示。两架航空器开始转弯处分别为（X10，Y10，0）和（X20，Y20，0），根据在飞行器在飞行过程中相遇的避让规定，假设A1爬升，A2下降，其爬升与下降角度均为，经时间后，假设其爬升或下降的距离都为s，其相应的位置分别为（X11，Y11，Z11）和（X21，Y2l，z21）。

在经时间之后，爬升距离s和各自的位置分别为：

■

■■（7）

■

■

（8）

式（7）～（8）中，■为两机避让前航迹与x轴夹角。此时，两架航空器的距离为d。

■ ■（9）

如果在水平面内d>500 m或者在垂直的方向上d>300 m，则表明着两架航空器满足相应的安全的间隔。

用上述的算法，经过统计表明，在相应的反应延迟的时间为2 s或者以下时，此时相应的飞行员的反应失效的概率为1；在相应的反应时间的为3 s时，此时飞行员的失效概率达到一半；在相应的反应时间为4 s时，这时飞行员反应失效的概率为1%；当相应的反应时间为5 s或者是6 s时，此时飞行员的反应失效的概率为0。综上所述，在相应的反应时间为3 s时，其风险概率很高。

3 结 语

研究表明，两架航空器在对头相遇的过程中其违反安全间隔的风险程度相对于交叉相遇的情况是比较大的，在实际飞行的过程当中，还应该考虑到飞行器的最大飞行速度以及其相应的最低的能见度等，从多方面进行分析，加强飞行安全的监督力度，保障飞行器的安全飞行，促进航空事业的发展。

参考文献：