航天工业中高科技的应用.docx
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航天工业中高科技的应用
学生毕业设计（毕业论文）
系别：
机电工程系
专业：
机电一体化
班号：
学生姓名：
学生学号：
设计（论文）题目：
航空工业中高科技的应用
指导教师：
设计地点：
起迄日期：
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目
航天工业中高科技的应用
一、选题的背景和意义：
背景：
随着高航天技术的发展，航天工业将进入大规模开发和利用外层空间的新阶段。
因此，相关高科技的应用的显得尤为重要。
以《航天工业中高科技的应用》为题系统总结大学的学习成果。
意义：
在参加实习之前，学校为我们安排了为期一学期的毕业设计，对于一个即将走出校园的毕业生而言可谓意义重大。
作为一个大学生，在大学的几年学习中除了扎实的理论学习外，一定的自己动手设计能力更是必不可少的，它可以较全面直观的反映一个应届毕业生的能力。
我们在将来的工作中绝大部分都将是社会上各行各业里的技术人员，这要求我们必须具备一个21世纪大学生，特别是对学以致用更为要求的理论与动手能力。
这学期，学校为我们安排的为期一学期的毕业设计将切实的考验和提高我们的理论和联系实际的能力，为我们做了一个工作前的大演练，我们也应该充分的利用好这次机会，把这次毕业设计做到自己老师都满意！
二、课题研究的主要内容：
1.介绍航天工业和高科技的有关内容
2.系统介绍离子发动机
3.熟悉离子发动机在航天工业中的应用
4.总结并写出高科技在航天工业中的应用的看法
三、主要研究（设计）方法论述：
1.翻阅相关书籍，了解航天工业
2.上网查阅有关资料，熟悉离子发动机在航天工业中的应用
3.及时与老师进行交流，反应相关问题并积极主动地提出解决方案
4.资料主要由指导老师提供及查阅参考书整理而成。
四、设计（论文）进度安排：
时间（迄止日期）
工作内容
8.1～8.2
选题，查找、分析资料
8.3～8.4
完成开题报告
8.5～8.9
对先进制造技术的特点和发展现状进行论述
8.10～8.13
列出我国先进制造技术面临的问题及对前沿科学的探索的艰难路程
8.14～8.17
展望现代制造技术和我国先进制造技术的发展趋势
8.18～8.21
总结并整理所有资料，规范论文格式
8.22～8.25
完成初稿，交指导老师审阅，等待阅后稿件
8.26～8.27
完善初稿
8.28～8.30
完成设计并定稿，答辩
五、指导教师意见：
指导教师签名：
年月日
六、系部意见：
系主任签名：
年月日
航天工业中高科技的应用
目录
前言1
第一章航天工业的概述2
1.1航天工业的定义2
1.2航天工业的重要地位2
1.3我国航天工业2
1.3.1我国航天工业的发展2
1.3.2中国航天技术取得的重要进展3
1.4中国航天效益工程前景广阔3
第二章航天工业中高科技的应用——离子发动机5
2.1离子发动机概述5
2.2离子发动机在航天工业中的应用实例——深空1号探测器5
2.3离子发动机的评价7
2.4离子发动机新发展8
第三章对我国航天高科技产业化的探讨9
3.1航天高科技产业化面临的问题9
3．1.1投入问题9
3.1.2人才优势不利用好将成为劣势9
3.1.3关于航天技术成果商品化和产业化的问题10
3.1.4要理顺管理体制10
3.1.5要认真贯彻《中华人民共和国科技进步法》11
3.2向依靠科技进步要效益11
结束语12
答谢词13
参考文献：
13
摘要
通过普及航天工业中高科技的应用，可以促进国家的军事及经济的发展，提高国家地位和市场竞争力，加强军工企业与民间企业的沟通，开拓更广泛的市场，加强技术的交流和发展，不断提升国家科技发展的技术水平，进一步提高技术，提升质量和降低成本。
高科技以人为本，高科技是人类智慧的展现。
扑面而来的高科技浪潮冲击着、改变着人类社会生活的各个领域，也冲击着、震撼着每个人的心。
高科技关注每一个人，每一个人关注高科技。
因此，航天工业的发展应该把握住科技发展带来的机遇，为国家的长远可持续性发展和提高国家竞争力打好坚实的基础。
关键词：
航天工业；高科技；离子发动机；产业化
Abstract
Universalaccesstospacethroughtheapplicationofhigh-techindustry，canpromotethecountry'smilitaryandeconomicdevelopment，marketpositionandenhancenationalcompetitiveness，tostrengthenthemilitary-industrialenterprisesandprivateenterprisesofcommunication，openingupawiderrangeofmarkets，tostrengthentechnologicalexchangesanddevelopment，andcontinuouslyNationalScienceandTechnologytoupgradethetechnologicallevelofdevelopmenttofurtherimprovetechnology，upgradethequalityandreducecosts.People-orientedhigh-tech，high-techdisplayofhumanwisdom.High-techwaveoftheimpactblowagainstourfaces，andchangingthehumansocietyinallspheresoflife，butalsotheimpact，andshockofeveryone'sheart.High-techconcernseveryone，andeveryoneconcernedaboutthehigh-tech.Therefore，thedevelopmentofspaceindustryshouldgrasptheopportunitiesbroughtaboutbyscientificandtechnologicaldevelopmenttothecountry'slong-termsustainabledevelopmentandimprovenationalcompetitivenesstolayagoodsolidfoundation
Keywords：
AerospaceIndustry；High-tech；Ionengine；Industrialization
前言
一般认为，高科技是一种人才密集、知识密集、技术密集、资金密集、风险密集、信息密集、产业密集、竞争性和渗透性强，对人类社会的发展和进步具有重大影响的前沿科学技术。
通俗的理解，就是高科技必须进行产业化，才能形成产业规模效益！
并且高科技无国界！
需要全球高科技产业联合应对人类共同的命运问题！
高科技的“高”，是相对于常规技术和传统技术说的，因此它并不是一个一成不变的概念，而是带有一种历史的、发展的、动态的性质。
今天的高科技，将成为明天的常规科技和传统科技。
有人估计，今天人们利用的技术和知识，50-60年后就只剩下1%了，99%将过时。
从世界各国高科技的发展来看，高科技不是一个单项技术，而是科学、技术、工程最前沿的新技术群。
这个群体的各种成分，互相影响，互相补充，互相促进。
同时，由于高科技是与高技术产业连结在一起的，因此它又是科学、技术、生产一体化的生产体系，并且受到市场的大力推动。
除此之外，高科技也不同于般科技意义上的所谓“经验的积累”。
它不是什么积累起来的经验，而是基于科学的发现或创造而产生的科技。
高科技并不神秘，高科技其实就在你身边。
高科技以人为本，高科技是人类智慧的展现。
扑面而来的高科技浪潮冲击着、改变着人类社会生活的各个领域，也冲击着、震撼着每个人的心。
高科技关注每一个人，每一个人关注高科技。
通过普及航天工业中高科技的应用，可以促进国家的军事及经济的发展，提高国家地位和市场竞争力，加强军工企业与民间企业的沟通，开拓更广泛的市场，加强技术的交流和发展，不断提升国家科技发展的技术水平，进一步提高技术，提升质量和降低成本。
因此，航天工业的发展应该把握住科技发展带来的机遇，为国家的长远可持续性发展和提高国家竞争力打好坚实的基础。
第一章航天工业的概述
1.1航天工业的定义
航天工业是研制与生产外层空间飞行器、空间设备、武器系统以及地面保障设备的工业。
是军民结合型工业。
主要包括战略导弹、运载火箭、空间飞行器、推进系统、机载设备和地面各种保障设备等产品和制造行业。
1.2航天工业的重要地位
航天工业是技术密集的工业部门之一，是人类向宇宙空间发展的新兴工业部门，具有军民两方面的用途，反映着一个国家的科学技术和工业发展的水平。
随着航天技术的发展，航天工业将进入大规模开发和利用外层空间的新阶段。
航天工业代表着一个国家的经济、军事和科技水平，是国家综合国力、国防实力的重要标志。
它的发展足以带动一些新兴产业和新兴学科的发展。
航天工业是国防工业的一个重要部门。
它是集机械、电子信息、冶金、化工等工业为一体，与空气动力、自动控制、物理、化学和天文学等学科相结合的综合工业部门。
其特点是技术密集、高度综合，协作面广、研制周期长和投资费用大，在国民经济中具有先导作用。
航天工业于20世纪20年代随着火箭技术的发展，首先从探空火箭和导弹武器的生产开始，然后扩展到空间的开发利用，逐步形成一个独立的工业体系。
60～70年代，美国和苏联的航天工业占垄断地位；80年代，中国、日本、欧洲以及印度、巴西等国家的航天工业兴起，改变了世界航天工业的格局；20世纪末，有20多个国家建立起了独立的航天工业体系，其中美国、俄罗斯、中国、法国、英国、德国、意大利、日本、巴西、印度、澳大利亚和以色列等国家的航天工业已具备相当规模。
全世界航天工业的年度预算约达1000亿美元，从业人员超过150万人，美、俄、法、英等国家的导弹生产占全世界总数的80%，年销售额达30亿美元，其中美、俄占70%以上。
1.3我国航天工业
1.3.1我国航天工业的发展
中国航天工业是一个新兴和迅速发展的产业，国家十分重视。
1956年10月8日成立了第一个导弹研究机构--国防部第五研究院。
1960年2月19日，自行研制的试验型探空火箭首次发射成功；同年11月5日发射了自行制造的第一枚运载火箭；1964年6月29日，自行研制的中近程运载火箭发射成功；1980年5月18日，完成远程运载火箭全程飞行试验；1982年10月12日，潜艇水下发射运载火箭试验获得成功；1965年开始研制“长征”1号运载火箭和“东方红”1号卫星，并于1970年4月24日发射成功，使中国继苏、美、法、日之后成为世界第五个能自行研制发射卫星的国家；1975年11月26日，返回式卫星发射成功，中国成为继美、苏之后世界第三个掌握卫星返回技术的国家；1984年4月8日，发射地球同步轨道“东方红”2号试验通信卫星，并于4月16日定点成功；1988年9月7日，发射了太阳同步轨道“风云”1号气象卫星；1990年7月16日，“长征”2号捆绑式运载火箭发射成功。
1993年，航天工业的产品结构进一步调整，高技术产品增多，基本完成了多种型号火箭的科研、生产和飞行实验，包括“东方红”3号大容量通信卫星及运载火箭“长征”3号甲，“风云”2号气象卫星及运载火箭“长征”3号，返回式遥感卫星及运载火箭“长征”2号丁；另外，“长征”2号捆绑式火箭多次成功地为一些国家和地区提供发射卫星服务，新的返回式遥感卫星等科研工作也取得了很大进展；这表明中国航天应用技术进入世界前列，中国研制的卫星返回系统、低温推进系统、地面测控系统等已经接近或达到世界先进水平。
中国的航天工业已形成较为完整配套的体系，积累了比较丰富的实践经验，具备了一定的基础和潜力。
我国的航天工业还将尖端技术运用于民用工业，为国民经济的发展做出了重要贡献。
1.3.2中国航天技术取得的重要进展
如今，中国航天技术已发展成为以军工高技术为先导，以运载火箭、应用卫星为主体，专业门类齐全，科研、试验、生产基本配套的航天科学研究系统和生产、实验基地。
其主要成就是：
1.先后研制了12种不同型号的“长征”系列运载火箭，建成了酒泉、西昌、太原三大航天发射场，先后成功地实施了63次各种类型的发射，并将27颗国外制造的卫星送入太空，产生了深远的国际影响和较好的经济效益。
2.自行研制和发射了47颗不同类型的人造地球卫星（飞行成功率达到90%以上），初步形成了中国4个卫星系列——返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列和“实践”科学探测与技术试验卫星系列（即将形成“资源”地球资源卫星系列）。
中国成为世界上第三个掌握卫星回收技术和第五个独立研制和发射地球静止轨道通信卫星的国家。
3.建成了中国完整的航天测控网，包括陆地测控站和海上测控船，圆满完成了从近地轨道卫星到地球静止轨道卫星及试验飞船的航天测控任务。
在载人航天领域，已经突破了飞船研制试验的基本技术，在研制高可靠性运载火箭与航天医学、生命科学试验研究方面取得了重要进展。
4.为适应航天事业需要而发展起来的航天综合性技术，大大带动了我国空间物理、化学、地质、材料、医学、生物、微重力、天文、通信、控制与信息处理、工艺加工、能源动力等有关学科与技术的发展。
国家研制运载火箭投资的约60%、研制人造卫星投资的约70%都转投到我国的基础工业部门，从而推动了我国冶金、材料、能源、机械加工、化工和超大规模集成电路、各种新型电子元器件、箭载与星载计算机等现代基础工业的兴起与发展。
1.4中国航天效益工程前景广阔
中国政府一直把航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分，坚持为了和平目的探索和利用外层空间，使外层空间造福于全人类，同时发展我国经济，不断推进国家现代化建设事业。
我国政府制定了航天近远期发展目标，确定今后十年或稍后的一个时期，中国将建立长期稳定运行的卫星对地观测体系、自主经营的卫星广播通信系统及自主的卫星导航定位系统，全面提高中国运载火箭的整体水平和能力，实现载人航天飞行，建立协调配套的全国卫星遥感应用体系，逐步实现空间技术和空间应用的产业化和市场化，并相应启动中国航天效益工程。
这是国家级大型工程的重要组成部分，旨在利用航天技术成果，解决影响和制约国民经济和社会发展的一些重大问题，以实现国家确定的近远期发展目标。
当前，中国航天效益工程领域宽广，主要包括：
卫星对地观测、卫星广播通信、卫星导航定位、卫星遥感应用体系、航天育种工程、卫星减灾系统和利用航天技术改造传统产业等。
中国作为发展中国家，其航天效益工程的潜力巨大，前景广阔。
1.航天育种工程可望开辟农业增产增收的新途径。
迄今中国通过返回式卫星和无人飞船进行了10次植物种子搭载和地面培育试验工作，搭载品种1000多种，500多个品种发生了遗传性变异，经过从1987年至1994年的8年地面选育试种，使农作物产量提高8%～20%，水稻蛋白质含量提高8%～12%，青椒的维生素C含量提高15%～20%，抗旱、抗涝、抗病能力明显增强，有的作物已开始大面积推广，这为作物育种、农业增产增收开辟了新途径。
现我国人均耕地占有量不到世界平均水平的1/2，要用占世界7%的耕地养活占世界22%的人口，航天育种不失为解决这一困境的良好途径。
对此，国家已决定专门发射一颗育种卫星，使航天育种能够普及并提高到新水平。
2.卫星减灾系统可减轻国家严重的灾害损失。
我国是世界上自然灾害发生较
多的国家之一，随着国家卫星减灾系统的建立与完善，对减灾灭灾的贡献日益增大。
我国“八五”期间平均每年自然灾害的损失达1300亿元以上，伤亡660多人。
近年来，我国广泛利用卫星遥感对台风、暴雨、泥石流、洪水、干旱、冰雪、森林火灾、地震、病虫害等进行预报和评估，使国家每年减少自然灾害损失达数百亿元。
1990年以来，中国科学家借助气象卫星、资源卫星获取的红外实测数据，首创了地震短临预报技术，多次成功地对发生在境内外的地震进行了短临预报，预报准确率达到50%以上。
在预报1990年2月常熟5.1级地震、1992年4月台湾花莲6.8级地震和1996年2月云南丽江7级地震等方面，均产生了显著效果，具有重要的政治、经济和社会意义。
3.空间技术和空间应用的产业化和市场化前景喜人。
1999年世界卫星产业已达到700～1000亿美元，估计未来5～10年，每年还将以10%的速度增长。
可以预期，随着中国运载火箭整体水平和能力的全面提高，随着长期稳定运行的卫星对地观测体系、自主经营的卫星广播通信系统、自主的卫星导航定位系统、协调配套的卫星遥感应用体系的建立与完善，随着直播卫星、中继卫星、导航卫星、新一代资源卫星的广泛运用，以及随着航天载人飞船投入商业运营，航天技术将展现无限的应用潜力，为国家创造更加巨大的经济、社会效益。
第二章航天工业中高科技的应用——离子发动机
2.1离子发动机概述
离子发动机是太阳能电火箭发动机三种类型中的一种，故而又将其称为太阳能电火箭。
太阳能电火箭是正在发展中的新技术，属于非常规推进系统。
它与普遍使用的液体火箭、固体火箭等化学火箭有所不同，是靠太阳能工作，而非化学能。
化学火箭发动机的推进剂把化学能转变为热能，经过喷管的气动热力加速，再转化为喷射燃气流的动能来产生推力。
而太阳能电火箭发动机的工作介质则是通过太阳能转换成的电能予以加热的方式或这种电能产生的静电场、电磁场的作用获得动能来实现反作用推进的。
除了传统的化学火箭发动机外，就属离子发动机在宇航中的应用最广。
离子发动机的能量来自电力，可以来自太阳能电池板，或者核电池，通过从发动机尾部喷射出阳离子来推动飞船前进，所以离子发动机的驱动方式也被叫做电力驱动方式。
（1）离子体发动机的原理
经过光电转换装置将太阳能变为电能，再通过结构设计使电能产生电磁场；工作介质在高温下被电离，电子从原子或分子中跑出，丢掉电子的原子或分子带正电，逸出的电子带负电，它们在总体上是呈中性的，这就形成了等离子体；呈中性的等离子体具有导电性，与磁场能相互作用，由电磁感应可以获得产生加速度的力。
概括起来说，就是利用太阳能引发的电磁场对载流等离子体产生罗伦兹力的原理，使处于中性的等离子状态的工作介质加速以产生推力。
这种太阳能电火箭比通常使用的化学火箭效率要高10倍，所需推进剂即工作介质较少，可使航天器有更多的空间装载有效载荷。
由于它利用的是取之不竭的太阳能，故而能在太空无重力状态下连续运转几年时间。
缺点是推力和加速度都很小，要使航天器达到预定的飞行速度，用时很长。
如智慧1号的太阳能等离子体发动机提供的加速度只有0.2毫米/秒2。
它的重要意义在于，假若这次飞行试验成功，今后就会在更远距离航行的航天器上采用这种推进系统。
（2）离子发动机的缺点
目前的离子发动机的最大缺点是推重比太小，其推力只相当于一张纸对于你的手的压力，显然这样的发动机无法让飞船和探测器脱离地球的重力场，也无法携带大的负载。
但这个缺点却被这种发动机在太空中的表现弥补了，由于它优越的比冲量，它最终能把传统的化学火箭远远抛在身后。
换句话说，就是尽管传统的火箭发动机有更高的推重比，但是却以很低的比冲量把燃料在很短的时间内消耗光；而现在的离子发动机能持续运转几月甚至数年，这样，尽管推力小，但能通过长时间的积累达到更高的总冲量（impulse，等于力的平均值与它的作用时间相乘的结果），并最终达到更高的速度。
2.2离子发动机在航天工业中的应用实例——深空1号探测器
提到离子发动机，就不能不提美国的深空1号探测器。
虽然离子发动机过去在卫星上经常使用，但都是作为辅助发动机，用于姿态调整或者轨道维持；而深空1号第一次将离子发动机作为主发动机使用。
深空1号的离子发动机也是迄今为止将电能向推力转化效率最高的，在太空中运行寿命最长的，也是比冲量最高的，比冲量超过3000秒。
这种离子发动机追根溯源可以推到上个世纪的60年代，但到现在仍可以满足美国宇航局的两个目标，也就是大大减少旅程时间和初重，以低成本更快地完成行星际任务。
而1998年10月24日发射的深空1号探测器的任务除了测试12项先进科技（其中包括作为主发动机的离子发动机），就是为了完成探测小行星Braille和遥远的彗星Borrelly这样的行星际任务。
在圆满完成任务后，深空1号于2001年12月18日报废。
离子发动机工作的核心就是对喷出的气体进行离子化，这一般是以电子轰击的方式来实现。
通过加热和电场加速的方式将电子从阴极向阳极发射并进入放电室，气体推进剂氙同样被注入放电室，并在放电室施加磁场，增加氙原子和电子碰撞的可能性。
碰撞后，氙原子核周围的部分电子将被击开，使得氙原子被电离，带上正电。
这种离子非常活跃并且移动得非常快。
位于放电室后边的高压栅极将最后产生推力，方式是制造静电场，对离子生成拉力让它们向栅极方向加速，当它们通过后，速度将达到每秒31.5公里，并被集中成一个离子束最终从飞船尾部喷出去，深空1号尾部喷射出的蓝色离子火焰。
需要注意的是，在最后阶段一个中和器收集多余的电子并把它们注入喷出的离子束，这样可以避免飞船被带上大量的负电荷。
深空1号探测器是美国宇航局新千年项目的第一艘飞船，它的离子发动机产生0.09牛顿的推力，比冲量是3300秒，每天消耗100克氙推进剂，在发动机全速运转的情况下，每过一天时速就增加25~32公里。
深空1号由德耳塔火箭送上太空，然后由离子发动机推动。
最初发动机只开动了4小时就突然停机，但后来恢复了运转并从此一直顺利运行，其最终的工作时间超过14000小时，超过了此前所有传统火箭发动机工作时间的总和。
而最初发射深空1号时，只计划运转200个小时以证明这种离子发动机是可行的。
美国宇航局在地球上实验室中，和深空1号发动机一样的离子发动机甚至持续工作了更长的时间。
深空1号离子发动机的工作方式只是许多方式中的一种而已，这种方式被称为IonEngine，作为离子发动机的代表，但使用电来产生离子浆并进一步推动飞船的具体方式还有好多：
霍尔推进器（HallThruster）：
利用轴向电场（axialelectricfield）来加速离子。
一个辐射磁场和轴向电场相互作用来产生方位角霍尔电流（azimuthalHallcurrent），这个电流部分限制电子，让放电室中电离化效率比较高。
这是个在苏联发展成熟的技术，一般用于卫星姿态稳定。
脉冲离子浆推进器（Pulsedplasmathrusters，PPT）：
这种方式利用电流弧光，在固体推进剂（几乎总是用特氟隆）中产生快速而可靠的脉冲燃烧。
PPT用于姿态控制效果很好，不过它是利用电来推进的系统中效率最低者之一，推进效率不到10%。
磁致离子浆动力推进器（Magnetoplasmadynamicthruster，MPD）：
也被称为洛伦兹力加速器（Lorentz-forceAccelerator，LFA），它使用洛伦兹力（磁场和电场共同对带电粒子施加的力）来推动离子。
MPD技术已经在实验室中被开发出来，但对它的商业兴趣很低，尽管在理论上它能产生极高的比冲量，因为它和Ion、Hall以
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