系列三全球航天产业的发展现状与未来之航天系统工程概况

2024-04-02 13:43:5907:44 616
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航天系统工程概况

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就像钱老说的,系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法,就是通过规章制度、组织体系,将相关的资源有效地集成,在约束条件下实现系统预定目标。

为什么系统工程概念在航天工程中的应用特别成功?那只能是因为航天工程特别复杂,从几个维度看。 

从系统组成上看,航天工程包括航天器、运载火箭、发射场、测控和地面应用系统。打个比方,如果把火箭比作出租车的话,卫星就是乘客;如果把火箭比作飞上天的风筝的话,发射场就是放风筝的操场,测控系统就是抓在手里的风筝线;如果把卫星比作眼睛的话,地面应用系统就是大脑。

从涉猎技术看,航天器研制涉及天体力学、空间环境适应性、轨道和姿态控制、真空热控等,运载火箭涉及轨道力学、发动机推进、增压输送、有线\无线测量、冷\热分离等,发射场涉及工程建设、自动智能操作、发射测试、返回回收等,测控涉及计算机、信息处理、电子、自动控制、仪表仪器、网络等,地面应用系统涉及运维管理、大数据、人工智能、影像处理等。除此之外,还有一些结构、材料、能源、工艺等通用基础技术。

从试验上看,有卫星和其他工程系统的接口试验,有卫星内部各系统的联合试验,有卫星部组件产品的组合试验,更少不了各样单机的环境试验等。

更不用提航天工程研制周期少则几年,多则十几年,经费投入更是以亿为计数单位。

可见,就是因为具有包含系统多样、涉及技术广泛、接口试验复杂、研制时间漫长、经费投入巨大等特点,系统工程理论在复杂的航天巨系统的应用才会特别成功。工程的实现需要以最小最少的人力物力财力和时间为代价,设计、制造、试验和应用都需要统一协调的技术要求,来获得最大的使用价值和经济效益。

通过半个多世纪的发展,全世界实现的航天工程数不胜数。

有将卫星送入近地轨道,带着相机从高空俯瞰地球,利用可见光、红外、光谱仪、合成孔径雷达等载荷,快速、大范围、多手段地获取实时地物信息,广泛应用于农业、林业、地质、地理、海洋、天文、气象、测绘和环境保护等多个领域。比如美国哈勃空间望远镜卫星。

有将卫星送入地球同步轨道,与地球保持固定位置,转发无线电信号,传输电话、电报、传真、数据和电视等信息,实现固定区域的广播通信,或为覆盖区域的星箭等人造航天器提供数据中继服务,比如美国TerraSat通信卫星,美国TDRS中继卫星。

有将卫星规模组网使用,最有代表性的是作为全球时空基准的导航星座,提供实时定位和授时服务,这和大家平时的生活息息相关,比如我们用到的美国GPS导航系统,俄罗斯GLONASS导航系统和我们国家自己的北斗三号导航系统。

有在空间轨道发射部署空间站,提供微重力环境、支持人在地球轨道长期驻留开展科学试验。国际空间站由16个国家共同建造,目前由美国国家航空航天器、欧洲航天局、日本宇宙航空研发开发机构和加拿大空间局共同运营。我国空间站也将在2022年前后建成;

有向月球发射探测器,寻找地球高价值稀缺资源;有把人类送入太空,探索人类太空生存和太空旅行;

在掌握了航天技术后,人类甚至向太阳系外发射了探测器,1977年发射的旅行者2号,先后造访了土星、木星、天王星、海王星4颗太阳系行星,然后于2018年12月飞离了太阳风层,进入星际空间。

完成这些数不胜数的航天工程,重要的不只是航天器,运载火箭要满足航天器轨道要求、重量要求、体积要求和环境要求等,并且要为乘客提供可靠安全的服务;测控系统要对运载火箭和卫星进行跟踪测量,控制运行航天器并监控和保证他功能正常;发射场系统要为运载火箭和卫星提供发射前的总装、测试、加注以及气象保障等技术准备工作;地面应用系统要保证航天器在轨获取的数据变成有用的信息。

系统工程概念最早出现在20世纪40年代初,其理论和方法在世界航天工程建设和发展过程中发挥了重大作用。

感谢大家的收听,我是王芳,期待与您下次一起分享。



用户评论

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Bigsu

狂赞,我家孩子每天都追更,睡前必听。

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