摘要：介紹一種用于航天GPS接收機的無源微天線的低噪聲放大器設計。內容涉及選擇低噪聲放大器的輸入匹配網絡及優化匹配參數；并通過實際測試驗證了它在天線中應用的有效性。實驗結果表明性能優于已有的星載GPS接收機天線。

關鍵詞：低噪聲放大器航天GPS接收機無源微帶天線

全球定位系統GPS（GlobalPostitioningSystem）是一種無源定位系統，對海陸空天的運動和靜止載體都可應用。研究資料表明，在900km以下的近地軌道，GPS接收機的單點實時定位精度不低于地面的應用水平。GPS的航天應用正影響著未來航天器系統的結構。GPS技術在航天器上的應用，對航天器成本、功耗、重量的降低有顯著的效果。GPS能夠完成多種傳感器完成的功能，測定航天器的航跡、姿態、時間參數及航天器間的相對距離，最終結果可以使航天器上的傳感器附件數量減少，增強航天器在軌自主運行的能力[1]。

本航天GPS接收機是L1C/A碼導航型接收機，只接收L1C/A信號。對地面應用的接收機，L1C/A信號的最低接收功率為-160.0dBw[2]，有用信號淹沒在熱噪聲信號中。在LEO軌道，考慮自由空間傳播損耗和大氣損耗都小于地面應用，所以GPS信號功率比地面大1～7dBw。接收機接收到的信號經下變頻后，在較低的中頻頻率進行基帶處理。通常無源天線接收的信號強度不滿足變頻器芯片的輸入要求，所以要用低噪聲放大器對天線接收信號進行放大。低噪聲放大器要滿足增益要求且噪聲系數盡量小。

1LAN設計

天線和LAN部分設計的框圖如圖1所示。各部門集成在一起，以降低饋線損耗，減小噪聲系數。根據所設計航天GPS接收機的航天應用特點，選用Micropulse1621LW無源天線，它簡單、堅固、體積小，適合安裝在微小衛星上。在接收機天線處，GPS信號非常微弱，帶外射頻信號影響LAN和射頻前端工作，造成信號失真。尤其當GPS天線與射頻發頻天線安裝距離較近，射頻天線的輻射可能導致器件飽和而使GPS接收機不能正常工作。所以需要射頻濾波器抑制帶外信號，本設計選MuRata公司的濾波器DFC21R57P002HA，特性同線如圖2所示。

一、引言

風險有很多不同的定義：若針對某個項目，風險指在項目執行過程中可能出現的不利事件，其發生會引起該項目在限定的費用、時間和技術約束條件下無法完成甚至完全失敗；而GJB5852-2006中對風險的定義是在規定的技術、費用和進度等幾個約束條件下，對不利于實現裝備研制目標的可能性及所導致的后果嚴重性的度量。從中可以歸納出風險的兩個基本要素，即發生的概率和影響的大小，風險發生的概率越大、影響越嚴重，風險水平就越高。風險管理就是對可能遇到的各種風險進行規劃、識別、評估、應對和監控的過程，是以科學的管理方法實現最大安全保障的實踐活動的總稱。航天器環境試驗是在模擬空間環境條件下，對航天器整體或部分進行考核的一系列試驗項目的總稱，它涵蓋的試驗項目主要包括：振動、沖擊、噪聲、模態、熱真空、熱平衡、EMC、電磁兼容等。從學科來說，這些試驗項目基本上涵蓋了航天器有關的力學、熱學、電磁學、可靠性等學科。由于不同的試驗項目涉及的設備、方法、條件等因素都各不相同，這就更加提高了航天器環境試驗項目的風險性。環境試驗本身是降低航天器研制風險的一種手段，可以通過模擬環境條件來考核或測試產品在空間環境下的功能、性能是否滿足設計要求。合理有效的環境試驗可以有效降低航天器的研制風險，但是環境試驗本身又會引入新的風險，可能給安全、進度、經費等帶來負面影響，所以對航天器研制及環境試驗進行有效的風險管理十分重要。

二、國外航天領域風險管理的發展情況

（一）美國國家航空航天局（NASA）的風險管理20世紀50年代，美國國家航空航天局（NASA）開始采用概率計算的方法來對航天器的可靠性進行分析，同時應用故障樹方法對導彈的可靠性進行了定性分析。60年代美國開始對大型航天項目進行風險管理，主要手段是失效模式及其影響分析（FMEA）和關鍵相關項目表（CIL），同時NASA開始將風險分析工作制度化。到70年代，為了提高核反應堆的安全性，研究者在故障樹理論的基礎上開發出了故障樹分析（FTA）方法，使風險分析更加量化。80年代概率風險評價（PRA）法作為一種新的定量風險分析方法被用于核工業和化學工業，但并沒有引起NASA的重視和應用。但隨著1986年挑戰者號航天飛機發生爆炸事故造成重大損失，NASA開始采用PRA方法對航天飛機的飛行過程進行全面的風險分析。1988年2月NASA了管理條例8070.4“載人飛行項目中的風險管理政策”，正式將風險分析工作制度化。1998年4月，NASA的程序和指南NPG7120.5A“型號計劃和項目的管理過程與要求”中規定計劃或項目的主管人員應將風險管理作為決策工具來保證在計劃和技術上的成功，將風險管理和資源管理、性能管理、采購管理、安全和任務成功、環境管理并列，并在該文件的4.2節中對風險管理的目的、要求和方法做出了詳細的規定。2002年4月，NASA又頒布了NPG8000.4“風險管理程序和指南”，其中詳細規定了整個風險管理過程的實施要求，這充分體現了NASA對風險管理工作的重視程度。（二）歐洲空間局（ESA）的風險管理歐洲空間局（ESA）成立的時間相對較晚，但也對風險管理工作十分重視，風險分析貫穿在其航天項目的各個階段，但各階段的側重點有所不同。ESA在風險管理上主要借鑒了美國的概率風險分析技術，并根據實際情況進行了改進。歐洲空間標準化合作組織（ECSS）也制定了風險管理標準ECSS-M-00-03A，這說明風險管理在歐洲也已經制度化和標準化，成為航天工程中的一項重要工作。

三、主要風險分析及管理方法

（一）專家評估專家評估法是通過咨詢本領域或相關領域的專家，依靠專家豐富的知識和實踐經驗，對項目中可能出現的風險進行識別、預測和分析，并對風險控制措施提出建議的一種方法。專家評估一般是與評審活動同時進行的，在根據專家意見進行風險評估時可以根據專家的水平對其評估的權重加以調整，通過綜合考量多個專家的評估意見形成項目風險識別和分析結果或補充。（二）風險矩陣（RiskMatrixMethod，RMM）風險矩陣法是一種定性和定量相結合的風險分析方法，最早由美國空軍電子系統中心于20世紀90年代提出，并在美國軍方的項目風險管理中得到了廣泛的應用。風險矩陣法的基本思路是將風險的兩個要素（發生概率和影響）劃分為若干等級，然后分別作為矩陣表的行和列，交叉后的結果就是對風險水平的綜合考量結果，根據風險水平高低對風險事件進行相應的處理。（三）故障樹分析（(FaultTreeAnalysis，FTA）故障樹分析技術是美國貝爾電報公司的電話實驗室于1962年開發的，其主要思路是把所關注的系統風險事件作為分析的目標（即“頂事件”），然后逐級尋找直接導致風險事件發生的“中間事件”和無法或不需再深入研究的“底事件”，再用適當的邏輯關系把這些事件聯系起來從而形成“故障樹”，這樣就能表明系統的風險事件和引發風險的眾多因素之間的邏輯關系。故障樹分析法可用于對風險定性分析，這時可通過故障樹的生成和分析找到對風險事件出現起主要作用的底事件，然后采取相應的控制措施。故障樹分析法還可以結合布爾運算對具有邏輯關系的故障樹進行詳細的風險定量分析。（四）失效模式及影響分析（FailureModeandEffectsAnalysis，FMEA）失效模式及影響分析是一種由底至頂的分析方法，是在產品的策劃設計階段，對構成產品的各子系統、零部件逐一分析，找出潛在失效模式，分析其可能的后果，從而預先采取措施以提高產品的質量的一種系統化的活動。這種方法的工作原理為：①明確潛在的失效模式，并對失效產生的后果進行評分；②客觀評估各種失效原因出現的可能性；③對產品潛在的失效情況進行排序；④采取措施消除產品存在的問題。（五）概率風險評價（ProbabilisticRiskAssessment，PRA）概率風險評價是一種用于辨識與評估復雜系統風險的結構化、集成化的邏輯分析方法。它綜合了系統工程、概率論、可靠性工程及決策理論等學科的知識，主要用于分析那些發生概率低、后果嚴重但統計數據比較有限的事件。PRA方法通過系統地構建事件鏈并對其進行量化分析來研究系統風險，事件鏈由一系列事件組成，這些事件孤立地看可能不嚴重或不重要，但如果組合在一起卻可能引起嚴重的后果。PRA實施過程包括：定義目標與系統分析、識別初因事件、事件鏈建模、確定故障模式、數據收集和分析、模型量化和集成、不確定性與敏感性分析、評價結果與分析等步驟。

摘要：“智能制造”是中國制造業未來發展的戰略方向，本文首先結合航天企業生產類型分析了構建離散性智能制造的方案架構，設備級狀態監控是“智能廠房”作為架構基礎，要對標企業智能轉型的戰略目標，從管理體系、指標衡量、數據監控、數據集中等多個方面進行管理智能化的提高和完善。

關鍵詞：航天企業；智能制造；資產管理

基于工業互聯網技術，未來具有“智慧”特征的制造業工廠將可以通過對數字化、智能化工具的創新研發和應用，以及物料流和信息流的高效整合和優化，不斷提升生產質量和運營效率。航空航天裝備已被確定為中國制造業2025主攻的“十大重點領域”之一。航天制造企業應提前著手找準新一代“工業革命”的切入點，結合自身業務特點，立足企業目標進一步提高資產管理的水平和效率，打好建立航天AIT“智能廠房”的數據基礎。

1智能制造的路線

1.1屏障功能。探尋智能制造的戰略路線，首先要確定企業的生產形式和生產組織的特點。根據制造生產方式的不同，制造業一般可分為兩類：流程型制造企業和離散型制造企業。流程型企業的生產物料是均勻的、連續的按一定工藝順序運動，其產品和生產工藝相對穩定，流程型生產包括化工、食品、造紙、電力等行業。離散性制造企業的產品往往由多個部件、零件經過一系列不連續的工序加工裝配而成，例如航天器、武器裝備、飛機、船舶等制造業，都屬于離散型企業。1.2現狀分析。北京衛星環境工程研究所作為中國航天器總裝、試驗及環境模擬試驗設備研制的核心部門，承擔多個任務型號航天器的總裝、集成與專業測試、環境試驗工作。空間環境模擬試驗設備及地面機械支持設備、設施作為重要的科研生產能力支撐，按照空間、位置、規格、專業都進行了具體的部門劃分。在航天器產品的總裝與測試過程中，為多區域、多專業、多部門、多工種的復雜工況環境，是典型的離散性制造企業。與流程型生產企業相比，航天企業生產更復雜、設備更多樣，實施“智能制造”也更為困難，關鍵是如何打通企業內部各部門間、各分系統間的“信息壁壘”。1.3智能制造整體設計。“智能廠房”利用工業互聯網領域的相關技術和設備，加強信息管理和服務，提高生產過程的可控性，采集生產現場數據，以及合理地編排生產計劃、調控生產進度。1.3.1設備狀態監控系統。設備狀態監控系統是“智能廠房”的重要基礎，也是企業在自動化建設中要最先完成的工作內容，只有掌握齊備的設備設施監控數據才能實現基于生產現場的精細化管理。其核心是將生產一線的數據采集到數據中心，管理層才能實時有效的掌握生產信息，并對設備、人員、計劃、質量等生產要素進行管理和控制。利用設備狀態監控系統可對生產廠房內的設備、設施、物流、能源等信息進行實時采集。1.3.2生產管理系統。生產管理系統是“智能廠房”建設中承接中轉的重要環節，通過將設備狀態監控系統中的數據進行匯總，利用生產管理系統計劃生產任務、調度生產資源。打破數據孤島，將生產活動信息傳遞至其他信息系統，向下（設備狀態管理系統）傳遞生產任務和工作計劃，向上（企業智能決策系統）傳遞生產進度和過程數據。生產計劃、生產活動、生產資源三者形成統籌規劃并有序分配，從而確保決策者、管理者和使用者掌握一手的生產信息，做出準確的判斷并及時采取干預措施，最大限度地發揮生產效率。1.3.3智能決策支持系統。智能決策支持系統是企業實現全面智能化的頂層應用，不僅匯總了總裝過程和試驗過程這些直接生產類數據，還有基于生產數據提取分析得到的質量信息和企業資源計劃信息，以及設備能源消耗和設備運行狀態等基礎保障類數據。信息的完整性、全面性、及時性和準確性都能更好地將企業運行情況直觀清晰地展示給管理層，建立專業數據分析處理工具，更加有效地提供決策支持。

2資產管理新實踐

重型運載火箭研發計劃穩步推進，新型運載火箭技術發展受到高度重視

2012年，主要航天國家繼續推進一次性重型運載火箭研發，同時通過改進發動機設計、研制新燃料等技術革新降低發射成本。此外，新型運載技術、先進空間推進技術也是運載領域發展的重點。2012年，美國新型重型運載火箭研發繼續穩步推進，J-2X上面級發動機、五段式固體火箭助推器按計劃進行地面測試。7月，航天發射系統（SLS）先后完成了系統需求、系統定義和初步設計評審，NASA將著手開始火箭芯級初步的制造加工，為2014年的關鍵設計評審做準備。俄羅斯積極推進安加拉火箭的研發，目前該火箭已運抵發射場，等待2013年的首飛。此外，俄羅斯還計劃發展具備探月能力的新型運載火箭，能源公司提交了與烏、哈兩國聯合建造超重型運載火箭計劃。火箭將使用“能源-暴風雪”項目中的技術，運載能力最高達70噸。11月，歐洲航天局部長級會議決定，未來兩年將繼續推進“阿里安”-5ME和“阿里安”-6小型火箭的研制計劃，以及兩種運載火箭的通用技術。日本航空航天探索局（JAXA）則在2月宣布將改進H-2A火箭，使其運載能力提高一倍以上，從而提高在商業領域的競爭力。針對未來發展的需求，各國在研制新一代重型運載火箭的同時，也在積極推進可重復使用、亞軌道飛行、低成本快速發射等新型運載火箭技術。美國SpaceX公司于9月、11月和12月三次進行“蚱蜢”可重復使用火箭原型機的驗證飛行，目標是研制兩級可重復使用的“獵鷹”運載火箭，火箭能夠用自身引擎實現基于起落架的著陸。“獵鷹”9火箭燃料成本只占發射成本的二百五十分之一，如果該計劃成功，將極大降低“獵鷹”火箭的發射費用。歐洲航天局（ESA）正在準備“過渡性試驗飛行器”（IXV）的首次下降著陸試驗，為研制可重復使用飛行器提供技術支撐。此外，NASA正在與美國軍方聯合研制用于發射納衛星的低成本運載火箭，該火箭能夠以100萬美元的成本實現24h內的快速發射。日本也計劃在2013年進行“艾普西隆”（Epsilon）新型運載火箭的首次發射。該火箭采用了一系列新技術實現低成本和快速航天發射，目標是2017年將火箭的發射成本降低到3900萬美元，并爭取實現每月發射。在加強深空探索的大背景下，先進空間推進技術成為2012年發展的一個熱點。1月，NASA授予諾•格公司合同，目標是研制一種用于“太空拖船”的高功率太陽能電推進系統，這種系統能夠從低地球軌道（LEO）向地球同步軌道（GEO）運送衛星，以節省燃料成本和二級推進器的成本。由于太陽能在遠離地球軌道的地方作為能源存在劣勢，因此，核動力推進技術用于未來深空探索前景廣闊。3月，斯科爾科沃基金會核分部負責人稱，俄羅斯將在2017年前制造出適用于長距離載人飛行航天器的兆瓦級核推進系統，預計耗資超過2.47億美元。NASA也正在研制“高級斯特林放射性同位素發電機”（ASRGs），與傳統的放射性同位素熱電發電機相比，每臺ASRG只用1kg钚-238就能產生130W～140W的電力，而現有放射性同位素熱電發電機需要4倍以上的钚才能產生同樣電力。

國際空間站應用價值凸顯，新型航天器發展穩步推進

2012年，國際空間站進入全面運營。俄羅斯的“聯盟”飛船完成了4次載人運輸服務，“進步”號貨運飛船進行了4次貨運補給，日本HTV和歐洲ATV貨運飛船各進行一次補給任務。航天員進行了4次出艙活動，有效保障了國際空間站的常態運營。歐洲和美國分別召開專題研討會，討論如何將國際空間站作為一個技術試驗平臺為未來空間探索技術發展提供支持。2012年，國際空間站開展了多項空間科學實驗和技術試驗，空間科學成果倍出。技術試驗包括：俄羅斯首次利用激光通信手段將電子數據傳送到地面；ESA和NASA測試了星際通信協議，實現對地面機器人的遠程操控；JAXA和NASA首次使用機械臂釋放5顆立方體衛星，用于科學探測、教育及科技研發；NASA利用“進步”號貨運飛船驗證“零推進機動”（ZPM）試驗；NASA使用加拿大機械臂在國際空間站上成功進行6次在軌燃料加注演示驗證（RRM）試驗。另外，還開展了幾項維持國際空間站長期運行的技術試驗，如新型交會對接系統試驗、新型前定空間碎片規避機動（PDAM）系統等。這些技術試驗的開展，不僅推動科學技術的進步，還為支持小行星、火星探索活動以及月球居住等未來深空探索技術的開發提供支持。2012年，在NASA及私營公司的聯合推動下，美國商業航天器研制進展順利。“龍”飛船完成首次國際空間站貨運任務，負責載人商業航天器研制的波音公司、內華達山脈公司及空間探索技術公司（SpaceX）公司均已進入商業乘員開發計劃的第三階段，制定了滿足NASA安全和性能要求的商業乘員運輸認證計劃。NASA“獵戶座”飛船進行了系列降落傘試驗及水上濺落試驗，完成了包括對接窗在內的硬件組裝，進行了壓力檢驗測試，在進行熱防護裝置安裝的同時，正在進行與“德爾它”4運載火箭連接適配器的制造，地面發射與運行系統也轉入初步設計階段，為“獵戶座”飛船2014年首次驗證飛行奠定了基礎。2012年12月，俄羅斯宣布已完成其新型載人飛船的設計工作，相比現有的“聯盟”飛船，新型飛船具有能發射至國際空間站以遠和登月飛行等多重優勢，計劃于2017年試驗飛行。波音公司和SpaceX公司還正在開發創新的發射中止系統，其設計理念是將發射中止系統集成到載人飛船上，在不需要提供逃逸救生功能時，可將燃料轉移給飛船的動力系統，在某些情況下甚至具備可重復使用能力，從而在為航天員提供可靠逃逸救生支持的同時，進一步降低了近地軌道載人航天運輸成本。

航天員系統研究成果顯著，載人飛行逐步向深空探索邁進

2012年，美國和俄羅斯的航天員選拔工作進展順利，各項航天醫學實驗全面展開，獲得大量珍貴科學數據，NASA新一代航天服Z1通過初步測試。國際空間站航天員駐站時間計劃延至一年，標志著未來載人航天飛行正逐步向長期飛行階段過渡。2012年1月，俄羅斯加加林航天員中心從304位報名者中篩選出8位獲選航天員候選人，這是俄羅斯首次公開選拔航天員，也是航天員選拔改革的第一步。未來，俄羅斯聯邦航天局還將逐步淡化軍事色彩，航天員大隊的17名軍人航天員退出現役，航天員訓練中心余留軍人也都轉為預備役。2012年，多項醫學實驗取得階段性成果：一是航天飛行引發的骨質疏松防治研究取得新進展。NASA研究發現快速診斷骨丟失方法，ESA研究人員發現航天員減少鹽攝入量可以預防骨質疏松；二是長期飛行對航天員健康的影響成為研究重點，NASA科學家發現，微重力環境下，視力變化與身體上下肢體液的變化造成顱內壓增高之間可能存在聯系。視力變化的部分原因可能是由于“葉酸依賴型單碳代謝途徑”發生變化，此項研究結果對NASA和未來航天員有著重要影響；三是航天員免疫系統變化影響實驗廣泛開展，NASA成功運用定量聚合酶鏈式反應（PCR）技術，針對困擾航天員的皮膚疾病帶狀皰疹，在早期病變開始前即可檢測出免疫系統的變化，使得航天員在病痛出現之前即可接受治療。11月，俄羅斯聯邦航天局和NASA各選定1名航天員，計劃進行為期一年駐站考察活動，將于2015年3月搭乘俄羅斯“聯盟”號飛船啟程。目前航天員及專家已經開始飛行前的準備工作，并確定以下七個重點研究領域：微重力環境下飛行如何影響航天員的視力問題；評估防治骨質流失和肌肉萎縮的鍛煉和營養學方法；長時間生活在微重力環境下對免疫系統的影響；評估可以影響平衡和感知的神經前庭系統變化；乘員的行為、表現及人與人之間的關系可能發生的變化；輻射暴露的影響；評估乘員培訓程序和可能發生的變化。NASA為航天員設計X1骨骼服與傳統的骨骼服相比，X1可增大航天員的活動幅度，令其在空間行走也能感受如地球上一樣的重力，這一功能可幫助航天員有效避免肌肉損耗。NASA研制新型艙外航天服Z1這套歷時20年研制的新型艙外服擁有更有效的冷卻設備以及處理二氧化碳的能力。目前該型航天服已通過初步測試，預計2015年將用于實際的飛行任務。研究人員還將根據Z1的設計繼續研發其升級版Z2和Z3，如果試驗進展順利，Z3可能在2017年投入使用。

1中國航空航天制造業國際競爭力影響因素

1．1政府政策影響航空航天制造業國際競爭力“十二五”期間，中國航空航天制造業被列入國家戰略新興產業。其中，飛機制造業在軍用領域、民用領域均具有廣闊的發展前景。2013年5月工信部《民用航空工業中長期發展規劃》（2013－2020年），提出到2020年，國產干線飛機國內新增產量市場占有率達到5％以上，民用飛機產業年營業收入達到1000億元。目前，中國成為世界上第3個掌握載人航天技術、第5個自主研制和發射人造地球衛星的國家，在世界航空航天制造業領域競爭力增強。1．2國際化水平影響航空航天制造業國際競爭力如表1所示，在航空航天制造業，外商投資企業的個數約是國有企業單位個數的1／3，其從業人員是國有企業的1／13，但是利潤總額卻達到了國有企業的51％。由此可見，外商企業相比于國有企業，其勞動生產率更高，國際競爭優勢更加明顯。外商投資企業引進西方先進科學技術和豐富管理經驗的優勢明顯，促進了中國航空航天制造業產業結構的優化升級，提高了中國航空航天制造業國際競爭力優勢。1．3技術創新能力影響航空航天制造業國際競爭力1．3．1重組飛機制造企業與空間技術研究中心航空航天制造業是中國現在以及未來若干年保持快速增長的產業之一，伴隨著中國大型飛機計劃、空間工程計劃的啟動，有實力的大型集團產業優勢明顯凸現，并共同重組了一批具有強大競爭力的飛機制造企業與空間技術研究中心。1．3．2有效發明專利數如表2所示，在2000年，中國航空航天制造業有效發明專利數量為139件，其中飛機制造及修理有效發明專利數為102件，航天器制造業有效發明專利數量為37件；至2015年，中國航空航天制造業有效發明專利數量為5339件，其中飛機制造及修理有效發明專利數量為3450件，航天器制造有效發明專利件數為1111。與2000年相比，2015年中國航空航天制造業有效發明專利數增長約40倍，中國航空航天制造業自主創新能力在快速提升。1．3．3研究與開發活動強度如表3所示，2015年航空航天器及設備制造行業中有研究與開發活動的企業為112個，從事研究與開發的人員數為50533人，研究與開發人員折合全時當量為42113每人每年，國家對航空航天制造業研究與開發重視程度有所提升。

2中國航空航天制造業優劣勢分析

2．1中國航空航天制造業優勢2．1．1獲政府大力支持由于航空航天制造業在國民經濟中地位具有特殊性，從開始發展就受到了國家的高度關注。國家《十五年規劃綱要》強調了中國航空航天制造業必須重點攻克航天制造業與飛機制造技術，這為中國航空航天制造業的發展提供了環境和制度的支持。由于政府政策的支持，航空航天制造業上市公司在數量上逐漸增多，并借助政策的優勢，提升研發實力、技術實力與市場影響力。由于航空航天制造業上市公司與世界上其他國家陸續簽訂了衛星運用及開發等高技術方面的合同，并向其他國家先后出口運載火箭、發動機等相關系列的產品，標志著中國航空航天制造業技術和相關系列產品生產全面走向國際化。2．1．2市場占有率高中國航空航天制造業上市公司在激烈的國際市場競爭中具有優勢，主要體現在技術含量高、售后服務到位、產品性能好以及良好的品牌效應。例如航天晨光的汽車類專用系列產品市場銷售占全國專用汽車系列類產品的10％，其中飛機、加油車等產品系列名列同行業第一，競爭優勢明顯；西飛國際的客機性能處于世界先進水平行列，同類產品與其他國家相比，具有價格低廉、質量兼優的競爭優勢；成發科技的產品，是中國同行業中產品種類生產最齊全的廠家，也是承接國內外航空航天技術產品最多的生產廠家，從而成為國家出口創匯最大的企業見表4。2．1．3帶動相關產業發展航空航天技術是制造業中一項綜合性很強的高技術產業，匯集了科學技術許多最新成果。航空航天技術的創新發展，帶動了相關系列科學技術的增長與進步，同時促進了相關產業的創新與發展。其中包括地球科學、生命科學、信息技術科學、天文學以及生物技術、信息技術、能源技術、新材料新工藝等發展與研究，同時各種衛星應用技術、空間制造與加工技術、空間生物工程技術、空間能源技術的進步，加強了人類認識自然和改造自然的能力，促進了生產力的發展。2．1．4提高人民生活質量航空航天技術的直接應用為人類社會可持續發展2017開辟了廣闊的道路：①航空航天技術的進步使得衛星氣象觀測能夠獲得全球范圍內晝夜連續的氣象資料，觀測值更加精確，為氣象預報人員和社會大眾提供了氣候和氣象信息，有效避免了傳統手段觀測出現的弊端，因此現代氣象學研究進入到新的高技術階段：以全球大氣作為研究對象，以氣象衛星為主要觀測工具。②航空航天研發技術的進步，導致衛星遙感技術應用于地球資源勘測檢驗，為大面積普查提供了便捷、有效的新手段；地球資源勘探技術已被廣泛應用于海洋與水利資源調查、農作物產量的估計與病蟲害預報、環境監測治理、森林與土壤資源調查、洪澇災害監測、森林火災監測、地圖測繪研究、地殼活動監視、礦產石油資源普查、城市規劃設計、地質分析研究與地震災害預報等。③航空航天技術的進步，促使衛星導航定位技術可以為地面的人員、車輛、海面艦船、空中飛行器、飛機以及宇宙飛船和天上衛星等目標提供全天候、全天時、連續、實時的測速信息和高精度定位．④航空航天技術的直接應用，全面改善了人類的生活環境，提高了人類生活的質量。衛星通信技術為現代社會提供了電報、傳真、電子郵件、電話、救援、移動通信、電視轉播、數據收集、數據運輸、遠程醫療服務等上百種服務，對人類的生活方式產生了重大影響。2．2中國航空航天制造業的劣勢2．2．1國家科研經費投入不足隨著社會的發展進步，國家對高新技術產業的重視程度不斷提高，對航空航天制造業投入的科研經費也隨之增加。但是與美國、日本等發達國家相比，中國航空航天制造業科研經費投入占工業總產值比重仍然偏低，有較大的差距。2005年中國研究與開發經費占工業總產值比例為4．36％，而同時期美國為12．49％，瑞典則為15．5％；2015年，中國該項占比有所上升，為0115．4％，但同時期的美國為30．82％，瑞典34．9％，見表5。2．2．2行業布局分散由于航空航天產業具有一定的特殊性，世界上很多國家和地區在開始發展該產業的時候，就考慮到產業構造和布局，都相對比較集中，并且利用產業集群的方式，使得企業之間相互合作成為可能，從而有利于資本的外溢，由此帶動航空航天相關產業發展。例如，美國航空航天產業分布比較集中，都在加利福利亞州、德克薩斯州等，在航空航天行業有起色的同時，帶動了電子、鋼鐵、新材料、機械等眾多行業發展，形成較長的產業鏈，使航空航天制造業產品附加值有所增加，促進當地經濟發展。中國航空航天產業已經初步形成了一些產業集散群，但是空間分布較為松散，在四川成都、陜西西安、山西甘肅、海南等分散性的地方，沒有促進產業鏈的形成。如表6所示，在東部地區和西部地區，從事R＆D活動的中國航空航天制造業企業個數較多，分別為86個和70個，R＆D人員分別為19108人和20590人；而中部地區和東北地區有研究與開發活動的企業較少，相比東部和西部地區，R＆D人員數量、R＆D活動企業個數都相差很大，并且這些地區的航空航天產業存在很大程度的重復，企業之間缺乏相互合作，對資源的利用沒有形成規模化效應，產業集群效應不明顯。2．2．3技術創新動力與能力不足中國航空航天制造業在載人航天技術、捆綁火箭技術、靜止軌道衛星發射測控技術、火箭發射技術等領域已經具有國際先進水平，但是從整體上看，中國航空航天制造業的創新動力與能力不足，部分技術不能滿足社會經濟發展需求，與先進國家亦難以進行同行競爭。目前國內航空航天制造業，大部分仍是承接國外大型公司的外包業務，這些領域所運用技術水平低，沒有掌握獨立自主研制、生產大型飛機的能力。2015年中國航空航天制造業的專利申請量為6279件，占整個高新技術產業的4％，這數字嚴重低于其他高新技術行業，而且專利申請量中以實用新型專利為主，發明專利所占比重過小。據統計，2008－2014年間，世界各國和各個地區，航空航天制造業專利申請量為33309項，其中歐盟為10967項，占比33％；美國申請專利的數量為8544項，占比26％；日本申請專利的數量為3331，占比10％；中國的專利受理量為1012，僅占比3％，涉及到核心專利的數量更少。由此可見，中國航空航天制造業的自主創新能力還落后于歐盟、美國等航空航天領域的制造強國，在航空航天制造業創新動力與創新能力需要不斷提升（圖1）。圖1世界航空航天專利地區、國家分布數據來源：科技部《2016中國高技術統計年鑒》，中國統計出版社，20172．2．4技術人才缺乏航空航天事業的發展，需要高端專業技術人員的支持，目前中國航空航天技術人才缺乏。2011年中國從事航空航天器制造業的高技術產業研究人員數量為32329人，2015上升到45832人。雖然從事航空航天器制造業的高技術產業研究人員增長了，但是相比其他產業的人員增加之仍有很大的差距。專業人才的缺失，使得研制團隊人員非常緊張，無法高質量、有效率的完成大量的設計任務；另外，工資待遇體系不合理，使得大量人才外流。

3中國航空航天制造業國際競爭力提升對策

3．1保障科研經費投入充足國家保障航空航天技術研究經費投入充足，并鼓勵創建多元化、多層次的投資體系。鼓勵社會組織與團體，在國家政策指導下，對航空航天制造業技術研發給予資金、人才的支持，共同促進中國航空航天制造業的自主創新能力的提高。3．2制定長遠戰略發展規劃，推動航空航天制造業產業化進程（1）國家對航空航天產業的發展要有長期穩定的政策，統籌規劃發展。自主研制飛機從設計到成品的制造需要7～10年的時間，在設計研制之前還需要幾年時間對基礎理論和關鍵技術進行研究。因而飛機的研制到投入使用花費的年限在10～12年左右。因此，國家對航空航天產業發展需制定長遠戰略發展規劃。（2）對航空航天產業進行規模化分類，創建若干航空航天產業的發展基地，形成航空航天產業的規模集群效應。積極構建航空航天產業鏈，實現資源利用的最大化，推動航空航天制造業產業化進程。3．3推進技術創新體系建設，重視基礎設施建設中國航空航天工業應學習國際一流大型航空航天企業的經驗，建立以企業和科研院所為主體、產業和學術研相結合的先進的技術創新體系。實施重大科技創新工程，聚集優勢力量，通過技術和資本的集成，來實現航空航天技術的重點跨越。國家應加強航空航天產品的研制、生產、實驗等基礎設施建設，促進航空航天工業信息化和標準化發展。3．4完善人才培養計劃，實施重大科技工程項目實習機制伴隨著載人航天技術進步和太空空間試驗站建立，國家應該更加注重空間技術教育，培養航空航天人才。完善人才培養計劃，在保證對航空航天學院進行基礎理論培養的同時，根據學員的發展特點和個體差異進行因材施教，重點強調實踐教育的環節。實施重大科技工程項目實習機制，培養航空航天學員的理論運用能力、技術解決實際問題的能力。

本文作者：李昊李東旭陳善廣工作單位：中國航天員科研訓練中心人因工程國防科技重點實驗室

理論與方法基礎

雖然航天員艙外作業動力學具有特殊的物理背景，并且非常復雜，但究其本質，仍然符合普遍意義下的運動學和動力學規律，這些基本規律，構成了本文的研究基礎。非慣性系中的相對動力學根據動坐標系中對矢量求導的運算，有：（3）其中，n=μ/R3S姨為航天器平均軌道角速度，Δax，Δay，Δaz分別為Δa在相對軌道坐標系中的分量。式（3）描述了艙外航天員在與航天器固連的非慣性系中的動力學規律。多剛體動力學多剛體動力學研究中通常使用的方法包括：牛頓—歐拉法、拉格朗日法和凱恩法。文獻[9]對這些方法進行了比較。事實上，這些方法所建立方程中的運動變量可以通過數學變換證明是等價的[10]。換句話說，從數學角度，這些方法只是表達形式的不同，沒有本質區別；其主要不同在于方程在物理意義上的差異。由于著艙外航天服航天員多剛體模型的體段和關節較多，關節類型復雜，連接結構復雜，使用復雜的動力學方法難以給出其運動規律的直觀解釋，也不便用仿真實現，因此使用物理意義最為明確的牛頓—歐拉法建模。牛頓—歐拉法可以用如下方程組進行描述（4）其中，下標i表示體段編號，mi和Ii分別表示體段i的質量和慣量張量；第一個方程為牛頓方程，描述了該體段的平動動力學，第二個方程為歐拉方程，描述了該體段的轉動動力學。通過對系統中每個剛體的平動和轉動的迭代或回歸計算，就可以描述整個多剛體系統的動力學。對于式（4），若沿等號由左至右計算，則為正向動力學，若沿等號由右至左計算，則為逆向動力學。在實際應用中，通常根據已知條件和求解需要，選擇正向動力學或逆向動力學解算。

動力學建模

非慣性動力學環境建模根據節的分析可以發現，在以航天器為非慣r咬•圖1著艙外航天服航天員的幾何模型在該模型性動力學環境中，艙外作業航天員作為研究對象，時時受到非慣性環境的影響，因此，需要對一般在慣性環境中適用的動力學方程進行修改。修改后的牛頓—歐拉法所用的動力學方程變為：（5）其中，F軋t，C表示非慣性環境產生的牽連慣性力和科氏慣性力之和，h軋為該體段其質心到轉軸的矢量。按上述模型，將非慣性環境對艙外航天員的影響進一步轉化為一組時變的外力和外力矩的作用，能夠大大簡化整個系統動力學模型的復雜程度。著艙外航天服航天員動力學建模首先建立著艙外航天服航天員體段-關節的幾何模型。在傳統Hanavan人體模型的基礎上，結合著艙外航天服航天員的運動特點，建立幾何模型如圖1所示。圖中，小圓圈表示各體段之間的關節，小圓圈內的數字表示該關節的自由度數，該模型是一個具有16個體段、37個自由度的多剛體模型。在上述基礎上做進一步分析，可建立如圖2所示的拓撲結構模型。這是一個有向無環圖，能夠支持文獻所提出的動力學分析方法。任一體段的物理模型L定義為如下8元式：L=<ID,CG,m,IT,shape,scale,NoJ,PoJ>（6）其中：ID是該體段的編號；CG是該體段的質心坐標；m是該體段的質量；IT是該體段的慣量張量，用一個3×3矩陣表示，研究中為了簡化，一般只取其慣量主軸方向的值，即轉動慣量，因此這里的IT為一對角陣；shape表示該體段的形狀；scale表示該體段的大小；NoJ表示與該體段連接的關節的數目；PoJ表示與該體段連接關節的位置。根據對L的形式化表示，就可在仿真模型中為著艙外航天服的航天員各體段的物理參數。任一關節的物理模型J定義為如下7元式：J=<ID,DOF,B,F,position,orientation,range>（7）其中，ID是該關節的編號；DOF是該關節的自由度數；B是該關節所連接的基準體段；F是該關節連接的從屬體段；position是該關節的位置坐標，可以靈活地選取局部基準坐標系或B的體段坐標系作為參考坐標系；orientation是該關節的方向表示，通常以B的體段坐標系為參考坐標系；range表示該關節每個自由度的取值范圍。根據對J的形式化表示，就可在仿真模型中為著艙外航天服的航天員各關節的物理參數。航天服約束力建模艙外航天服除了對航天員的質量和運動屬性影響外，由于艙外航天服織物的作用，以及航天服工作狀態下內外壓強差的存在，導致航天服對航天員各關節的力/力矩表現出一種“遲滯”現象[11]，如圖3所示。針對這種“遲滯”現象，目前有許多模型可供使用，如表1。在上述模型的基礎上，深入分析艙外航天服的約束力特性，提出一種基于歷史信息的加權模型[4]，表示為：其中，τ表示艙外航天服的約束力矩，α表示與約束力矩相對應方向的自由度的關節角，集合｛αi｝表示α的歷史信息，集合｛βj｝表示其它自由度方向的關節角信息，qa，b為權值，通過物理實驗，參數分析等途徑獲得。使用此模型，能夠充分描述艙外航天服的“遲滯”效應，并適用于關節具有2個以上自由度的情況。圖4給出本文模型與美國EMU航天服肘關節的約束力測量曲線[12]的對比，可以看出二者曲線變化趨勢基本一致。

仿真實現

【摘要】介紹了激光雷達在空間交會對接中的應用,討論了激光雷達作為一種交會敏感器的基本原

理及其被用于測距、測速、測角和姿態測量的具體實現方案。

關鍵詞空間交會對接;激光雷達;激光應用;激光測量

在航天器與空間站的交會和對接過程中,一般將空間站稱為“目標飛行器”,是被動的;將航天

器稱為“追蹤飛行器”,是主動的。交會對接過程分為如圖1所示的三個階段[1]。

圖1交會對接飛行階段的劃分

第四部分言語理解與表達

（共30題） 一、組選：選擇一個詞語或一個句子，使表達最為準確，你的選擇應與題目要求最相符合。

（一）.主題:多少年來，人們一直在幻想研制一種航空航天運輸工具，它既能從機場跑道起飛，又能以高超音速穿越大氣層進入宇宙空間，完成航天任務后再入大氣層，在機場水平著陸，而經過簡單維修后，短期內又能重上藍天，重復使用幾十幾百次，這類既具有高超音速運輸功能又具有天地往返運輸系統功能的重復使用有翼飛行器，被稱之為航空航天飛機，簡稱空天飛機。這是一種新型運輸工具，具有一般飛機和航天器所沒有的優越性。首先，與普通運輸客機相比，它能夠以更高速度在大氣層上層（或近宇宙空間）機動飛行，從而大大縮短遠距離運輸的時間，如德國桑格爾空天飛機（第一級改進型）由法蘭克福經洛杉磯飛至東京僅需3小時15分鐘，美國""東方快車""由華盛頓飛至東京僅需2小時，而由歐洲飛至澳大利亞僅需1小時。再者，與以往的一次性使用飛船和多次部分重復使用航天飛機相比，它在重復使用性、機場水平起降能力，利用大氣層能源、靈活機動性、發射操作費用、可維修性和復飛間隔時間等方面均有大幅度改進。如其重復使用次數可增至50至數百次，發射（運輸）費用僅相當于運載火箭發射費用的三分之一（甚至十分之一或二十分之一），大型航天飛機發射費用的五分之一，比起用火箭發射小型航天飛機的費用也要降低10-30%。再如復飛間隔時間，空天飛機一般在著陸后數小時或略長時間內即可重新起飛。這是航天飛機所無法做到的。因此，空天飛機有著十分廣闊的發展與應用前景，不僅可以進行全球性的高超音速運輸，而且可以完成各項成本較低、效益較高的航天運輸使命，為空間站往返運輸人員和貨物，執行各種航天軍事任務，展望21世紀，它必然會成為遨游于大氣層中與宇宙空間的驕子。

1、空天飛機是指：（）

A、兼具飛機與火箭功能的運輸工具

B、能從機場起飛，穿越大氣層進入宇宙空間的運輸工具

據新華社北京10月16日電（記者錢彤陳芳丁建剛）十七大代表、國防科工委主任張慶偉16日說，舉世矚目的“繞月”工程總體準備情況良好，正在進行10月下旬首飛發射前的各項準備工作。

張慶偉介紹說，這次中國“嫦娥”飛天，對月球的觀測主要做三方面的工作：描畫月圖，不僅畫月球平面圖，還要在此基礎上進行立體測繪，畫出月球立體的地形地貌；其次要對月壤進行觀測分析，分析其表面成分；第三是對月日、月地空間環境進行研究。

張慶偉代表說，現在衛星已經到了發射場，并完成了加注和測試。

談到選擇首發時間，他說，年內比較適合發射的時段是在4月和10月。在綜合考慮氣象等因素對發射窗口的要求，經過優化選擇，最后定在10月下旬。

張慶偉強調，我國的“繞月”工程是和平利用空間的工程，可以極大地帶動我國航天科技的發展，對利用空間資源進行探索。“當然，我們是個發展中的大國，也應該在對月球的探索上作出我們的努力。”他說。

他強調說，“兩彈一星”的成功是中國航天史上第一個里程碑。第二個里程碑是載人航天器，使我國成為世界繼美國和前蘇聯后第三個實現這一目標的國家。繞月工程就是第三個里程碑。

受社會經濟水平提升的影響，計算機技術的開發越來越深入，尤其是人工智能識別技術的開發與應用，應用范圍越來越廣，真正提高了生活與工作的便捷性。當前人工智能技術已經在機器人、智能語音識別、人工神經等多個領域得到運用，充分發揮計算機技術的優勢提高計算機人工智能識別水平。下面重點圍繞計算機人工智能識別關鍵技術的應用展開分析。

1計算機人工智能識別技術

所謂智能識別技術，即立足于計算機系統、掃描設備、照相機技術等先進技術的基礎上，對目標指令、數據信息展開智能識別，提高識別準確性與效率，從而滿足目前社會發展過程中對智能識別提出的嚴格要求。人工智能識別技術是在語音識別技術的基礎上延伸而來，語音識別技術主要是在手機控制中得到運用，為人民群眾的生活提供高質量服務。隨后技術人員開發了人工智能識別技術，在運行過程中更多利用語音識別，語音內容、手機發出的指令比對之后展開分析，從而保證選擇的有效性。在實際應用中滲透人工智能識別技術，能夠真正減少工作量，提高工作效率，這對于社會的飛速發展有重要作用。

2計算機人工智能識別關鍵技術現狀

目前我國人工智能識別技術的研發、應用依然處于發展階段，與國外對比還沒有非常完善且成熟的技術體系。同時，各個國家就人工智能識別技術展開交流與合作，這為我國研發人工智能識別技術新的機遇。通過不斷實踐與研發，人工智能識別技術水平顯著提升，同時也為人們的工作與生活帶來諸多便利。改善了生活條件。同時，我國相關部門對人工智能識別技術給予足夠的重視，投入大量資金，市場規模不斷擴大。2016年市場規模為16億元，2017年增加到21億元，2018年為26億元，預計2019年和2020年有望突破40億元。但是，人工智能識別技術在實踐應用的過程中依然面臨問題，和國外整體發展水平有一些差距，以上便是目前需要解決的解決重點問題。

3計算機人工智能識別關鍵技術運用