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2011年2月4日,美國(guó)國(guó)防部了首個(gè)《國(guó)家安全航天戰(zhàn)略》(簡(jiǎn)稱《航天戰(zhàn)略》),評(píng)估了不斷惡化的航天環(huán)境,提出未來(lái)十年航天戰(zhàn)略目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)途徑,力圖構(gòu)建“北約”版的航天聯(lián)盟,“塑造新型航天領(lǐng)導(dǎo)地位”。
應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)的三大戰(zhàn)略目標(biāo)和五項(xiàng)戰(zhàn)略舉措
《航天戰(zhàn)略》從分析航天戰(zhàn)略環(huán)境人手,提出當(dāng)前面臨的三大挑戰(zhàn):一是太空越來(lái)越擁擠,目前有60多個(gè)國(guó)家和組織運(yùn)行著1100多顆衛(wèi)星,已編目的太空碎片達(dá)到22000個(gè),太空軌道與頻譜等資源日趨枯竭;二是太空對(duì)抗日益嚴(yán)重,一些國(guó)家和組織正針對(duì)美國(guó)航天系統(tǒng)的脆弱性,尋求發(fā)展“非對(duì)稱”對(duì)抗能力,以抗衡美國(guó)強(qiáng)大的軍事優(yōu)勢(shì);三是航天競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈,發(fā)展航天技術(shù)和提供航天服務(wù)的國(guó)家不斷增多,美國(guó)的國(guó)際航天競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不斷下降。
提出三大戰(zhàn)略目標(biāo):一是加強(qiáng)太空安全、穩(wěn)定;二是維持并提升航天給美國(guó)帶來(lái)的國(guó)家安全戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì);三是夯實(shí)支撐美國(guó)國(guó)家安全的航天工業(yè)基礎(chǔ),并勾畫(huà)了五項(xiàng)戰(zhàn)略舉措:一是促進(jìn)負(fù)責(zé)任的航天行為,和平與安全地利用太空;二是改善美國(guó)的航天能力;三是同負(fù)責(zé)任的國(guó)家、國(guó)際組織及商業(yè)公司合作;四是預(yù)防并阻止對(duì)保障美國(guó)國(guó)家安全的航天基礎(chǔ)設(shè)施的敵意侵犯;五是采取各種措施挫敗攻擊,并使航天系統(tǒng)能在性能降低的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。
提出塑造新型航天領(lǐng)導(dǎo)地位四大核心理念
一是力圖構(gòu)建航天新秩序,強(qiáng)化領(lǐng)導(dǎo)地位。目前,美國(guó)作為唯一的航天超級(jí)大國(guó),在航天事務(wù)上具有強(qiáng)勢(shì)的話語(yǔ)權(quán)。從《航天戰(zhàn)略》積極為“負(fù)責(zé)任”的航天活動(dòng)制定標(biāo)準(zhǔn)、最佳慣例、透明度與信任措施以及行為準(zhǔn)則來(lái)看,美國(guó)正試圖將這種話語(yǔ)權(quán)轉(zhuǎn)變?yōu)橹贫ㄒ?guī)則的權(quán)力。《航天戰(zhàn)略》所勾畫(huà)的“負(fù)責(zé)任”的航天新秩序和行為準(zhǔn)則,其實(shí)質(zhì)是維護(hù)美國(guó)在太空的“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”和既得利益,在美國(guó)主導(dǎo)的國(guó)際框架下解決太空爭(zhēng)端或沖突。
二是試圖構(gòu)建航天聯(lián)盟,實(shí)施全面遏制。可以預(yù)見(jiàn),美國(guó)將以北約為樣板在航天領(lǐng)域形成利益聯(lián)盟,達(dá)成航天制造和航天服務(wù)即使不由美國(guó)所提供、也要由美國(guó)所控制的目的。美國(guó)實(shí)施航天壟斷和全面遏制的用意在于,一方面增強(qiáng)自身航天優(yōu)勢(shì),確保在危機(jī)時(shí)刻美國(guó)及其盟友的航天能力不被對(duì)手所用,另一方面實(shí)施更為嚴(yán)厲的出口管制,從而限制其他國(guó)家的航天發(fā)展。
三是實(shí)施多重威懾,確保太空安全。首先,以秩序和結(jié)盟等方式,增加對(duì)美國(guó)太空突襲的政治風(fēng)險(xiǎn);其次,提高航天系統(tǒng)抗毀性,降低對(duì)美國(guó)太空突襲產(chǎn)生的預(yù)期效果;第三,增強(qiáng)太空態(tài)勢(shì)與對(duì)抗能力,告誡敵手太空突襲必將招致嚴(yán)厲懲罰,不僅是“以牙還牙”式的太空還擊,還可能是報(bào)復(fù)性的地面軍事打擊。 “多重威懾”的實(shí)質(zhì)是采取增加代價(jià)的方式彌補(bǔ)航天系統(tǒng)的脆弱性,旨在保護(hù)美國(guó)的太空安全。
四是發(fā)展高效創(chuàng)新能力,擴(kuò)大戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),由于軍事航天系統(tǒng)采辦遭遇“拖降漲”問(wèn)題,致使美軍航天優(yōu)勢(shì)的增速放緩。為確保國(guó)家航天安全需求,《航天戰(zhàn)略》以面向?qū)崙?zhàn)為牽引,摒棄發(fā)展“完美”裝備的思路,走高效、靈活的道路,來(lái)確保系統(tǒng)能力按期交付。這對(duì)航天采辦程序和創(chuàng)新能力提出了更高要求。特別是,孕育中的航天技術(shù),如快速響應(yīng)太空技術(shù)、模塊化航天器技術(shù),一旦取得突破,將加大與對(duì)手技術(shù)“代差”,有效支撐擴(kuò)大戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略目標(biāo)。
幾點(diǎn)啟示
(1)重視太空安全,制訂國(guó)家頂層航天發(fā)展戰(zhàn)略
航天在國(guó)家的政治、經(jīng)濟(jì)與軍事發(fā)展中的地位更加凸顯。為應(yīng)對(duì)當(dāng)前全球面臨的太空擁擠、對(duì)抗和競(jìng)爭(zhēng)三大挑戰(zhàn),為在新一輪航天競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位,我國(guó)應(yīng)在國(guó)家層面制訂可持續(xù)航天發(fā)展戰(zhàn)略,做到統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局、協(xié)調(diào)發(fā)展。
(2)努力提升自身航天能力
航天實(shí)力是國(guó)際航天戰(zhàn)略格局的決定力量,因此我國(guó)必須堅(jiān)定不移地發(fā)展航天能力,加強(qiáng)航天技術(shù)的自主研究,夯實(shí)航天產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),建立可靠的航天運(yùn)輸和實(shí)用化的航天系統(tǒng),以航天整體實(shí)力的提升,增強(qiáng)我國(guó)在國(guó)際航天領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)能力。
關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程;多用戶程序調(diào)試;跨平臺(tái);web services;Eclipse
中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2008)29-0368-02
Design and Implementation of ADE Debugging Subsystem Based on Eclipse/Web Services
ZHU Ping, ZHU Hong-ming
(SAST-Tongji Spaceflight Embedded Computing Lab,School of Software Engineering,Tongji University,Shanghai 201804,China)
Abstract: This paper introduces the design and implementation of a debugging subsystem of ADE system which supports multi-user and multi-platform. This subsystem has been implemented the portability of platform and module,supporting remote debugging Linux platform’s ADA code on Windows platform. The development of this system remedies the absence of mature and perfect ADA integration development environment in aerospace area. It has highly practical value. The development of this system is based on Web services,which has many advantages on solving different system platform、large interactive data and complicated data structure problems and is independent of platform so as to access different system platform code debugging.
Key words: remote; program debugging for multi-user; cross-platform; Web services; Eclipse
1 引言
Ada語(yǔ)言語(yǔ)法嚴(yán)禁,易讀性好,通常是作為長(zhǎng)生命周期,關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。一度被美國(guó)國(guó)防部強(qiáng)制指定為軍用武器系統(tǒng)的唯一開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,并且美國(guó)航空航天局也廣泛使用Ada作為航天飛機(jī),以及各種空間探測(cè)器的編制程序語(yǔ)言[1]。隨著我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展,Ada語(yǔ)言也逐漸成為了開(kāi)發(fā)星載軟件主要語(yǔ)言。但是當(dāng)前并沒(méi)有成熟完善便捷的圖形化Ada集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。Linux環(huán)境下的調(diào)試器GDB只支持命令行形式的調(diào)試輸入,而數(shù)量龐大的調(diào)試命令及抽象的調(diào)試參數(shù)給廣大軟件開(kāi)發(fā)者帶來(lái)很大的壓力和負(fù)擔(dān)。此外,受到當(dāng)前大量開(kāi)發(fā)人員對(duì)Linux的操作不熟練的限制,在很大程度上阻礙了星載軟件的順利開(kāi)發(fā)和我國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展。
這樣的背景下,上海航天―同濟(jì)大學(xué)航天嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)研究中心與上海航天809所合作設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了Ada集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(即ADE系統(tǒng))。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):1) 采用圖形化界面;2) 用戶界面友好;3) 支持多用戶;4) 支持跨平臺(tái)操作;5) 支持調(diào)試平臺(tái)的選擇。該系統(tǒng)層次化模塊化的設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)了良好的模塊可移植性。ADE系統(tǒng)提供Ada程序碼編寫(xiě)、代碼編譯、代碼調(diào)試等功能。代碼調(diào)試是軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié),跨平臺(tái)的多用戶并行調(diào)試也是當(dāng)前調(diào)試技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。本文所討論的是ADE系統(tǒng)中Ada代碼跨平臺(tái)調(diào)試子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(下文中用子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱之)。
該子系統(tǒng)使用了Java 語(yǔ)言和c語(yǔ)言,利用Web Services 技術(shù)和Eclipse 插件技術(shù)來(lái)完成開(kāi)發(fā),使整個(gè)系統(tǒng)具有多平臺(tái)性和較好的擴(kuò)展性。
2 工具環(huán)境
2.1 web services技術(shù)
Web Services[2]主要指為一些功能提供接口,使其可以被Web上的其他應(yīng)用程序訪問(wèn)的一種技術(shù)。目前,Web Services 技術(shù)體系的實(shí)現(xiàn)主要依靠以XML,SOAP 和WSDL等開(kāi)放性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的一系列標(biāo)準(zhǔn),具有松散耦合、重用性好、互操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這些技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在不同方面支持了Web Services 的架構(gòu)實(shí)現(xiàn),結(jié)合起來(lái)構(gòu)成了整個(gè)Web Services 體系結(jié)構(gòu)的協(xié)議棧[3],如圖1所示。
正如上文提到調(diào)試過(guò)程中用戶與系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)量巨大,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使我們無(wú)法采用socket來(lái)完成所有的工作,所以我們采用了Web services技術(shù)。Web Services為ADE系統(tǒng)提供了一組功能并通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)的接口使這組功能可重用。這些標(biāo)準(zhǔn)接口使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的XML 概念描述系統(tǒng)提供的服務(wù),定義了消息格式、數(shù)據(jù)類型和傳輸協(xié)議等內(nèi)容,但隱藏了實(shí)現(xiàn)服務(wù)的細(xì)節(jié)。服務(wù)器端抽象出的這些服務(wù)的接口,客戶端采用了基于XML 的標(biāo)準(zhǔn)化格式通過(guò)Web 進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用。
2.2 主要開(kāi)發(fā)工具
在該子系統(tǒng)中,客戶端使用Java+Apache-CXF開(kāi)發(fā)調(diào)用服務(wù),利用Eclipse SWT/JFace[4]技術(shù)開(kāi)發(fā)界面服務(wù),提高適用性,并用Eclipse插件技術(shù)將其包裝成Eclipse插件,作為跨平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中應(yīng)用Web services的有機(jī)組成部分;每層能夠獨(dú)立擴(kuò)展,較好地克服了傳統(tǒng)模式這方面的缺陷。該子系統(tǒng)利用Web Services 技術(shù)中諸如安全性高等特點(diǎn),從而提高了應(yīng)用效率,實(shí)現(xiàn)了更充分的資源共享。
Web服務(wù)器端采用Apache httpd+ gSoap等技術(shù)開(kāi)發(fā)Web服務(wù)。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
【關(guān)鍵詞】物理學(xué);牛頓力學(xué);工業(yè)革命;人類文明
俗話說(shuō):“學(xué)好數(shù)理化,走遍天下都不怕。”這其中的“理”就是指的“物理”。此話雖然有些片面,但也道出了物理學(xué)的重要性。物理學(xué)一詞,源自希臘文physikos,很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi),它和自然哲學(xué)(natural philosophy)同義,探究物質(zhì)世界最基本的變化規(guī)律。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,社會(huì)的進(jìn)步和文化知識(shí)的擴(kuò)展、深化,物理學(xué)以純思辨的哲學(xué)演變到以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。物理學(xué)研究的對(duì)象包括力、熱、電、光、磁、聲,從宏觀領(lǐng)域到微觀領(lǐng)域,得到了一系列對(duì)自然現(xiàn)象的科學(xué)解釋并形成理論,最終形成發(fā)明創(chuàng)造,推動(dòng)了人類文明的進(jìn)步。物理學(xué)的高技術(shù)和強(qiáng)滲透性也使之成為社會(huì)發(fā)展的重要推動(dòng)力。物理學(xué)給人類提供了大量的物質(zhì)財(cái)富,同時(shí)也提供了精神財(cái)富。
迄今為止,物理學(xué)所創(chuàng)造出來(lái)的所有成果無(wú)一不是人類身體某一部位的延伸和替代。人造衛(wèi)星、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等等是人類眼睛的延伸;手機(jī)、電話、雷達(dá)等等是人類耳朵的延伸;汽車(chē)、輪船飛機(jī)等運(yùn)輸工具是人類腿和腳的延伸;槍炮、導(dǎo)彈和火箭等等是人類胳膊和手的延伸;電腦、機(jī)器人是整個(gè)人的延伸;現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的診療手段也離不開(kāi)物理學(xué),X光、核磁共振、CT、B超、放射性療法等等都是基于物理學(xué)。縱觀人類文明的發(fā)展史,就是一部物理學(xué)的發(fā)展史。
一、物理學(xué)初建
古時(shí)候人們就嘗試著理解這個(gè)世界:為什么物體會(huì)往地上掉,為什么不同的物質(zhì)有不同的性質(zhì),地球、太陽(yáng)以及月亮這些星體究竟是遵循著什么規(guī)律在運(yùn)動(dòng),人們提出了各種理論試圖解釋這個(gè)世界。這些早期的理論在今天看來(lái)更像是一些哲學(xué)理論。古希臘哲學(xué)家亞里士多德創(chuàng)造了物理這門(mén)學(xué)科的名稱,但由于歷史的局限性,他對(duì)物理的很多認(rèn)識(shí)卻是錯(cuò)誤的,比如他認(rèn)為,物體下落的速度與物體的重量有關(guān),物體越重,下落越快。這一理論最終被伽利略的“大球小球同時(shí)落地”的實(shí)驗(yàn)所。古希臘哲學(xué)家、物理學(xué)家阿基米德發(fā)現(xiàn)了浮力定律和杠桿原理,并發(fā)明設(shè)計(jì)制造了多種機(jī)械,如螺旋揚(yáng)水器、軍用投射器。德謨克利特最先提出了原子論,認(rèn)為萬(wàn)物都是由原子組成的,原子是不可分割的最小微粒。天文學(xué)從強(qiáng)勢(shì)的“地心說(shuō)”到開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律:軌道定律、面積定律和周期定律,哥白尼、布魯諾等天文學(xué)家付出了巨大努力。電磁學(xué)方面發(fā)現(xiàn)了摩擦起電、磁石吸鐵等物理現(xiàn)象,并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了指南針。古代物理學(xué)還稱不上真正的科學(xué),更多的是基于思辨,對(duì)于生活經(jīng)驗(yàn)和自然現(xiàn)象的總結(jié)。
二、牛頓出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》
牛頓出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》是人類歷史上第一次科學(xué)革命的集大成之作。這部巨著闡述了萬(wàn)有引力定律和運(yùn)動(dòng)三大定律(慣性定律、力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定律、作用力與反作用力定律),把物體運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一在一個(gè)嚴(yán)密的理論中――牛頓力學(xué)。根據(jù)牛頓力學(xué),我們知道了:蘋(píng)果為什么總是落到地上;慣性是什么;為什么劃槳能使船前行;為什么月球圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)并出現(xiàn)陰晴圓缺等等。這是經(jīng)典力學(xué)的第一部經(jīng)典著作,也是人類掌握的第一個(gè)完整的科學(xué)的宇宙論和科學(xué)理論體系,其影響所及遍布經(jīng)典自然科學(xué)的所有領(lǐng)域,并發(fā)展出許多學(xué)科:宇宙天文學(xué)、航空航天科學(xué)、工程力學(xué)、建筑學(xué)、機(jī)械制造、原子核科學(xué)等等。宇宙天文學(xué)的發(fā)展,使我們對(duì)宇宙的起源有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。航天科學(xué)的發(fā)展讓人類的飛天夢(mèng)成為現(xiàn)實(shí)。
三、物理學(xué)與第一次工業(yè)革命
18世紀(jì)中期,以蒸汽機(jī)的廣泛使用為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命開(kāi)始了人類的工業(yè)化進(jìn)程。蒸汽機(jī)的發(fā)明是基于熱學(xué)的發(fā)展。蒸汽機(jī)利用水沸騰產(chǎn)生的高壓蒸汽推動(dòng)活塞做功,產(chǎn)生動(dòng)力帶動(dòng)機(jī)器工作。從18世紀(jì)晚期開(kāi)始,蒸汽機(jī)廣泛應(yīng)用在采礦、冶煉、紡織、機(jī)械制造、化工等領(lǐng)域,并出現(xiàn)蒸汽輪船、蒸汽機(jī)車(chē)、蒸汽汽車(chē),蒸汽機(jī)成為了當(dāng)時(shí)各行業(yè)的主要?jiǎng)恿C(jī)械。蒸汽機(jī)的發(fā)明,解放了人類的雙手,促成了傳統(tǒng)手工業(yè)向機(jī)械化大生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變,陸上和海上長(zhǎng)途運(yùn)輸成為可能,極大地提高了生產(chǎn)生活效率。
四、物理學(xué)與第二次工業(yè)革命
電的使用開(kāi)啟了人類歷史上的第二次工業(yè)革命。1820年,丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流有磁效應(yīng),開(kāi)始人類研究電與磁的相互關(guān)系的序幕。1831年,英國(guó)物理學(xué)家法拉第建立了電磁感應(yīng)定律,創(chuàng)立了電磁學(xué)的基礎(chǔ),使發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成為可能。德國(guó)工程師西門(mén)子根據(jù)閉合線圈的磁通量發(fā)生改變可能產(chǎn)生電流的原理,發(fā)明了第一臺(tái)自饋式發(fā)電機(jī),可以產(chǎn)生較大的功率,同時(shí)體積也較輕巧。從此,電能開(kāi)始成為主要能源并推動(dòng)工業(yè)向前發(fā)展,繼而出現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、電機(jī)車(chē)、電燈、電視機(jī)和電工儀器儀表等許多改變?nèi)祟惿罘绞降碾娖髟O(shè)備。1873年,蘇格蘭物理學(xué)家麥克斯韋發(fā)表的《論電與磁》開(kāi)創(chuàng)了電動(dòng)力學(xué),是現(xiàn)代電工學(xué)的開(kāi)端。麥克斯韋提出了光的電磁說(shuō),并預(yù)言了電磁波的存在。電磁波是現(xiàn)代通信的基礎(chǔ),無(wú)線電、手機(jī)、衛(wèi)星就是通過(guò)電磁波進(jìn)行信號(hào)傳輸,實(shí)現(xiàn)人類遠(yuǎn)距離傳輸和交換信息。
五、物理學(xué)與第三次工業(yè)革命
進(jìn)入二十世紀(jì),由于原子能、電子計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)、航天技術(shù)、分子生物學(xué)和遺傳工程等領(lǐng)域的研究進(jìn)展,出現(xiàn)了第三次工業(yè)革命,這是一場(chǎng)不同于傳統(tǒng)工業(yè)的信息技術(shù)革命,標(biāo)志著工業(yè)進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代。
(1)物理學(xué)與微電子技術(shù)
1947年,美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克萊、巴丁和布拉頓研究出一種點(diǎn)接觸鍺晶體管。晶體管是20世紀(jì)一項(xiàng)重大發(fā)明,開(kāi)啟了微電子革命的先聲。1954年,貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出第一臺(tái)使用晶體管集成電路的計(jì)算機(jī)。以晶體管為基礎(chǔ)的集成電路,也叫芯片,使信息處理設(shè)備小型化、便攜化。如今,大到工業(yè)設(shè)備、交通工具,小到各種生活設(shè)備,凡是有電的設(shè)備,幾乎都有芯片對(duì)信息進(jìn)行處理。在當(dāng)今信息大爆炸的時(shí)代,微電子技術(shù)使得信息接收、存儲(chǔ)、處理更加便捷和高效。計(jì)算機(jī)以及各種“人機(jī)控制系統(tǒng)”廣泛應(yīng)用,使生產(chǎn)、辦公、家庭生活自動(dòng)化。人類社會(huì)從機(jī)械化、電氣化進(jìn)入到一個(gè)更高級(jí)的自動(dòng)化時(shí)代。
(2)物理學(xué)與能源
工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)能源的供應(yīng),傳統(tǒng)的電能、水能、化學(xué)能越來(lái)越不能滿足日益增長(zhǎng)的能源需求。核能作為一種高效、清潔能源能極大緩解能源危機(jī)。核能的利用得益于原子核物理的發(fā)展。從19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)放射性到1932年發(fā)現(xiàn)中子、正電子和氘,原子核理論為核物理奠定了基礎(chǔ)。1938年,德國(guó)化學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變,從而找到了一種利用核能的途徑。1942年,美國(guó)成功建造了世界上第一座核反應(yīng)堆,它顯示核能時(shí)代的到來(lái)。目前,我國(guó)也有兩座正在運(yùn)行的核電站:秦山和大亞灣核電站,產(chǎn)生的電能為長(zhǎng)三角和珠三角地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。現(xiàn)在科學(xué)家們正在研究可控核聚變,這種核聚變可以用海水和輕核作為原料的,是真正意義上的取之不竭,用之不盡的能源。
(3)物理學(xué)與航天技術(shù)
20世紀(jì)50年代興起的航天技術(shù)使得人類的飛天夢(mèng)成為現(xiàn)實(shí)。1957年,前蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星,開(kāi)創(chuàng)了人類航天新紀(jì)元。如今,人類發(fā)射的偵察、預(yù)警、通信導(dǎo)航、天文氣象、海洋監(jiān)視、測(cè)地探礦等應(yīng)用衛(wèi)星,在經(jīng)濟(jì)、軍事和科研中發(fā)揮了巨大的作用。航天技術(shù)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的技術(shù),和物理學(xué)密切相關(guān),每一步的發(fā)展都離不開(kāi)物理學(xué)的指導(dǎo)和運(yùn)用。火箭推進(jìn)技術(shù)、人造衛(wèi)星運(yùn)行軌道計(jì)算、空間通信、載人航天器設(shè)計(jì)技術(shù)、登月技術(shù)、深空探測(cè)技術(shù)等一系列航天技術(shù)涵蓋了基礎(chǔ)物理學(xué)的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)各個(gè)領(lǐng)域。可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)人類移居外星球、發(fā)現(xiàn)外星人、尋找宇宙的起源等等都離不開(kāi)基于物理學(xué)的航天技術(shù)的發(fā)展。
六、物理學(xué)與人類未來(lái)
物理學(xué)是一門(mén)不斷改變?nèi)祟惿詈屯苿?dòng)社會(huì)進(jìn)步的科學(xué),從宏觀的經(jīng)典物理學(xué)發(fā)展到微觀的電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等,并將在未來(lái)深入到粒子物理、納米材料物理、天體物理(引力波)、生命科學(xué)物理領(lǐng)域。宇宙是怎么產(chǎn)生的,宇宙的組成是什么,物質(zhì)的最基本粒子是什么,人類是否能穿越時(shí)空,人類是否能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)生不老,這些問(wèn)題都需要物理學(xué)去解決。物理學(xué)將繼續(xù)推動(dòng)人類文明向前發(fā)展!
10月17日凌晨,位于四子王旗阿木古朗牧場(chǎng)主著陸場(chǎng)星光燦爛。這是一段令人焦急的時(shí)光,“神六”飛船在航行了325萬(wàn)公里之后,正沿著既定的目標(biāo),飛向祖國(guó)的懷抱。
4時(shí)08分,喀什測(cè)控站發(fā)現(xiàn)目標(biāo),飛船飛入祖國(guó)上空。一朵“彩云”出現(xiàn)在廣闊的草原上。在1200平方米的主降落傘牽引下,飛船緩緩向預(yù)定著陸點(diǎn)飄落。飛船距離地面1米時(shí),反推發(fā)動(dòng)機(jī)精確點(diǎn)火。返回艙的速度由8米/秒迅速下降到1米/秒,如同一片羽毛,輕輕地落在草原上。4時(shí)33分,飛船返回艙著陸,航天員報(bào)告身體感覺(jué)良好。
5時(shí)38分,身著航天服的費(fèi)俊龍自主出艙,聶海勝隨后走出,揮動(dòng)鮮花向搜救人員致意,歡呼聲驚醒了草原的黎明。這一刻,距離神舟六號(hào)發(fā)射115個(gè)小時(shí)又32分鐘;距離楊利偉完成中國(guó)首次載人航天飛行后順利返回兩年又22個(gè)小時(shí),距離中國(guó)載人和航天工程啟動(dòng)13年又26天。
神舟六號(hào)給全世界留下深刻印象。兩名中國(guó)航天員往返于天地的全過(guò)程執(zhí)行得非常準(zhǔn)確,是人類航天史上一次真正的完美之旅。
“神六”方方面面都很圓滿
“神六”從一開(kāi)始就有圓滿的兆頭。發(fā)射定在10月12日上午9時(shí)整,盡管發(fā)射的時(shí)間還可以往后延幾天,但二號(hào)F型火箭就在那一刻點(diǎn)火,分秒不差。幾百秒的升空過(guò)程,每一秒都在執(zhí)行著設(shè)定好的程序,新裝在火箭上的攝像鏡頭把關(guān)鍵的動(dòng)作清清楚楚地傳回了地面:一、二級(jí)火箭分離的那一刻,4個(gè)助推器瞬間拋落,然后一級(jí)火箭掉了下來(lái)。緊接著,拋離整流罩,飛船和二級(jí)火箭分離,一切都在掌握之中。
整個(gè)上升段,中國(guó)運(yùn)載火箭研究院的科研人員們雖說(shuō)有點(diǎn)緊張,但心里是有底的。這一次任務(wù),對(duì)于他們而言,和過(guò)去5次完全一樣。從神舟一號(hào)到神舟五號(hào)任務(wù),他們都做得絲絲入扣,表現(xiàn)非常穩(wěn)定。而且,每次完成任務(wù)后,他們都要細(xì)細(xì)地查一遍全過(guò)程:發(fā)現(xiàn)不足,立刻盡全力改進(jìn)。
神舟五號(hào)首次載人航天任務(wù)中,楊利偉回來(lái)反映,上升過(guò)程中振動(dòng)和噪音很大,感覺(jué)難受。神舟六號(hào)任務(wù),二號(hào)F型火箭在這方面下了大工夫,減振、吸振,降、吸噪音。飛船里的鏡頭拍得清楚,兩名航天員在這次火箭發(fā)射過(guò)程中,比上次要好受多了。
飛船的運(yùn)行和返回是圓滿的。自從準(zhǔn)確入軌后,神舟六號(hào)飛船的工作狀態(tài)非常出色。中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的可旋轉(zhuǎn)太陽(yáng)帆板始終準(zhǔn)確地對(duì)著太陽(yáng),而不必調(diào)整整個(gè)飛船的姿態(tài)。更重要的是,飛船為航天員創(chuàng)造了安全、舒適的太空生活和工作環(huán)境。
神舟一號(hào)到神舟五號(hào)飛船的總設(shè)計(jì)師戚發(fā)軔說(shuō),飛船里的生活環(huán)境非常好。在返回段,飛船對(duì)付高熱和沖擊的所有手段都充分發(fā)揮了作用。戚發(fā)軔說(shuō),最終能夠準(zhǔn)時(shí)、精確、安全地著陸,說(shuō)明這次的預(yù)報(bào)、修正指令非常準(zhǔn)確,著陸點(diǎn)離預(yù)定的理論著落點(diǎn)只有一兩公里,是10環(huán)里的10環(huán)。俄羅斯的“聯(lián)盟”號(hào)飛船著陸點(diǎn)曾經(jīng)誤差了460多公里,搜尋人員整整1天后才找到航天員。
戚發(fā)軔還特別提到了返回艙的直立著陸。他說(shuō),這個(gè)狀態(tài)著陸是最安全的,那真是天時(shí)、地利、人和的結(jié)果。天時(shí),氣象預(yù)報(bào)很準(zhǔn),降落時(shí)風(fēng)非常小;地利,著陸點(diǎn)一馬平川,返回艙不至于翻倒;人和,航天員斷傘指令給得非常及時(shí),避免了返回艙被風(fēng)刮倒。從神舟一號(hào)到現(xiàn)在,返回艙只有兩次是這種狀態(tài)著陸的。在115個(gè)多小時(shí)的飛行過(guò)程中,“神六”沒(méi)有使用一個(gè)故障對(duì)策。
測(cè)控通訊和指控系統(tǒng)同樣是圓滿的。比如聲音和圖像的通訊,電視已經(jīng)把效果展示無(wú)遺。地面指令的遙控注入,從飛船返回指令的準(zhǔn)確執(zhí)行就可見(jiàn)一斑,要是稍有遲誤,落點(diǎn)會(huì)飄移很遠(yuǎn)。
圓滿背后的自主創(chuàng)新
神舟六號(hào),中國(guó)制造。從神舟一號(hào)到六號(hào),通過(guò)自力更生、自主創(chuàng)新,我國(guó)載人航天技術(shù)突破了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),有8項(xiàng)關(guān)鍵航天飛控技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平。這些都為神六的圓滿提供了可靠的技術(shù)保障。8項(xiàng)關(guān)鍵航天飛控技術(shù)分別是:高精度定平軌技術(shù)、高精度軌道機(jī)動(dòng)控制技術(shù)、精確返回控制技術(shù)、測(cè)控過(guò)程可視化技術(shù)、飛行控制自動(dòng)化技術(shù)、軟件構(gòu)件化技術(shù)、智能化故障診斷技術(shù)和應(yīng)急救生控制技術(shù)。
例如,精確返回控制技術(shù),這是載人飛行任務(wù)安全成功的核心技術(shù)之一,我國(guó)獨(dú)創(chuàng)性地研究了返回控制參數(shù)計(jì)算與返回落點(diǎn)預(yù)報(bào)方法,在目標(biāo)落點(diǎn)計(jì)算精度、準(zhǔn)確性和可靠性上優(yōu)于任務(wù)總體要求,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,使我國(guó)成為繼俄、美之后第三個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的國(guó)家。
又如,飛行控制自動(dòng)化技術(shù),我國(guó)創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了遙控發(fā)令、數(shù)據(jù)注入、軌道計(jì)算預(yù)報(bào)等軟件運(yùn)行的高度自動(dòng)化,提高了科學(xué)管理水平和指揮效能,實(shí)現(xiàn)了在2秒鐘內(nèi)把指令發(fā)送到飛船。這種透明控制方式在中國(guó)航天領(lǐng)域是史無(wú)前例的,在世界航天測(cè)控領(lǐng)域也屬一流。
再如,應(yīng)急救生控制技術(shù),基于地面飛行控制中心的大氣層外應(yīng)急救生控制技術(shù),使航天員能夠在任一圈次選擇安全返回地面,被譽(yù)為是中國(guó)特色的載人航天技術(shù)創(chuàng)新,填補(bǔ)了我國(guó)航天測(cè)控領(lǐng)域的一項(xiàng)空白。
圓滿背后的嚴(yán)格管理
航天,尤其是載人航天,講究“子樣”要多,也就是說(shuō)發(fā)射次數(shù)要多,試驗(yàn)次數(shù)多,成功率才更可靠。美蘇在首次載人航天之前,試驗(yàn)的發(fā)射都有七八次,而中國(guó)只有4次;美蘇從1人1天到2人多天,當(dāng)中又發(fā)射了五六次,而中國(guó)緊接著就上了2人5天。我國(guó)絲毫沒(méi)有因?yàn)椤白訕印鄙俣够鸺w船的可靠性下降。
嚴(yán)格的元器件和系統(tǒng)質(zhì)量控制使得載人航天產(chǎn)品的可靠性呈幾何級(jí)數(shù)提高。二號(hào)F型火箭的總設(shè)計(jì)師劉竹生說(shuō),元器件有民用級(jí)、普通軍用級(jí)、宇航級(jí)之分。二號(hào)F型火箭和神舟飛船絕大多數(shù)元器件的每小時(shí)失效率是10的負(fù)9次方到負(fù)10次方,也就是說(shuō)每工作1小時(shí),10億個(gè)乃至100億個(gè)元器件中只有1個(gè)會(huì)失效。而民用級(jí)元器件的每小時(shí)失效率指標(biāo)是10的負(fù)5或負(fù)6次方。更嚴(yán)格的是,在實(shí)踐中,只要發(fā)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品有問(wèn)題,同一批產(chǎn)品就全部換掉。神舟三號(hào)飛船進(jìn)發(fā)射場(chǎng)測(cè)試時(shí),只發(fā)現(xiàn)一個(gè)電纜插頭出了點(diǎn)問(wèn)題,最終,卻在發(fā)射場(chǎng)換掉了飛船上的同一批7000多個(gè)插頭。
總結(jié)世界航天史,幾乎所有的悲劇都是由一些很小的細(xì)節(jié)疏忽釀成的。1986年,美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)爆炸,只是由一個(gè)小小的密封墊圈在低溫下失效引起的。“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)返回時(shí)在空中解體,原因僅僅是在起飛時(shí),脫落的殘片碰掉了左機(jī)翼上一塊隔熱瓦……
神舟一號(hào)到五號(hào),每次任務(wù)都成功,但每次都發(fā)現(xiàn)有非常細(xì)小的問(wèn)題。酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地的一位女工程師寫(xiě)了一本《天堂里也有車(chē)來(lái)人往》,詳細(xì)記載了神舟一號(hào)到五號(hào)飛船的詳細(xì)發(fā)射過(guò)程。“神二”時(shí),曾經(jīng)因?yàn)榛鸺龖T性平臺(tái)內(nèi)環(huán)軸端一根導(dǎo)線碰到內(nèi)壁的電纜束管,導(dǎo)致3個(gè)方向的陀螺參數(shù)超過(guò)誤差允許范圍;“神三”測(cè)試時(shí),曾發(fā)現(xiàn)兩根導(dǎo)線接反,結(jié)果一臺(tái)儀器漏電;“神五”測(cè)試時(shí),發(fā)現(xiàn)由于電源里電器固定螺絲松動(dòng),引起電流過(guò)大、電機(jī)過(guò)熱。在這些微小問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)和解決中,中國(guó)載人航天細(xì)致入微的管理制度日臻完善。“神六”的圓滿正是建筑在從“神一”到“神五”不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、不斷解決隱患,不斷提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上。
圓滿背后的工業(yè)實(shí)力
在決定中國(guó)載人航天是否需要電視直播時(shí),曾幾次征求航天人的意見(jiàn)。一次是在各總指揮、總設(shè)計(jì)師等36人參加的載人航天高層投票中,有24票贊成電視直播。再一次是在一線試驗(yàn)大隊(duì)中投標(biāo),出人意料的是,270多名嚴(yán)謹(jǐn)、仔細(xì)、不事張揚(yáng)的一線航天科研人員中,竟有240多人同意直播。從這里,我們不難看出,載人航天的參與者們對(duì)載人飛船執(zhí)行任務(wù)的信心有多強(qiáng)。在這背后,是設(shè)計(jì)者們對(duì)自己國(guó)家科技、工業(yè)和綜合實(shí)力迅速提升的自信。
致力于體系化的、長(zhǎng)期的歐洲防務(wù)合作
歐盟各國(guó)在軍事能力領(lǐng)域的合作是非常必要的。該報(bào)告要求歐盟理事會(huì)強(qiáng)力推進(jìn)在成員國(guó)防務(wù)計(jì)劃和決策過(guò)程中納入“合作和共享”,通過(guò)重大項(xiàng)目的聯(lián)合研發(fā)獲得關(guān)鍵能力。合作的關(guān)鍵是成員國(guó)共享核心能力的遠(yuǎn)景規(guī)劃和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及合理化需求,并爭(zhēng)取形成統(tǒng)一需求。
根據(jù)“合作和共享行為規(guī)范”,歐洲防務(wù)局準(zhǔn)備構(gòu)建一個(gè)協(xié)調(diào)和透明的框架,促進(jìn)協(xié)同,確定最佳方案。體系化的、長(zhǎng)期的防務(wù)合作有助于在確定項(xiàng)目?jī)?yōu)先級(jí)和里程碑進(jìn)程方面達(dá)成一致,以得到戰(zhàn)略層面的國(guó)防路線圖的支持,路線圖可實(shí)現(xiàn)與聯(lián)合軍備合作組織(OCCAR)更密切的協(xié)同。該報(bào)告提出了國(guó)防合作的激勵(lì)措施,包括優(yōu)先的融資安排,保護(hù)合作項(xiàng)目免受預(yù)算削減。
致力于關(guān)鍵領(lǐng)域的重點(diǎn)項(xiàng)目
考慮到一些能力領(lǐng)域的嚴(yán)重缺口,該報(bào)告建議成員國(guó)應(yīng)致力在四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域設(shè)立重點(diǎn)項(xiàng)目,包括:空中加油、衛(wèi)星通信、遙控飛機(jī)系統(tǒng)(RPAS)和網(wǎng)電防御。
歐洲防務(wù)局已提出空中加油的遠(yuǎn)期、中期和長(zhǎng)期解決方案,以增強(qiáng)加油機(jī)/受油機(jī)的互操作性,最優(yōu)化使用現(xiàn)有資產(chǎn),并準(zhǔn)備在2020年建成跨國(guó)多用途加油機(jī)隊(duì)。歐洲防務(wù)局提出了一批先驅(qū)項(xiàng)目,以發(fā)展同時(shí)具有軍事和民事應(yīng)用的關(guān)鍵能力。其目的是利用軍用和民用領(lǐng)域的協(xié)同,最大化利用軍民兩用技術(shù),形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。各國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)已通過(guò)了發(fā)展遙控飛機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)電防御領(lǐng)域項(xiàng)目的提案。
歐洲防務(wù)局已經(jīng)準(zhǔn)備啟動(dòng)下一代中空長(zhǎng)航時(shí)(MALE)遙控飛機(jī)系統(tǒng)項(xiàng)目。這種項(xiàng)目需要融入常規(guī)空域的相關(guān)規(guī)定,可能需要?dú)W盟委員會(huì)、歐洲防務(wù)局、成員國(guó)和工業(yè)界的聯(lián)合投資進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。
關(guān)于政府的衛(wèi)星通信系統(tǒng),報(bào)告提到通過(guò)基于詳細(xì)路線圖的用戶主導(dǎo)的方案,力爭(zhēng)在2025年形成軍民兩用能力。
關(guān)于網(wǎng)電防御,其目標(biāo)是建立統(tǒng)一歐洲方案。基于最近采用的網(wǎng)電戰(zhàn)略,歐洲防務(wù)局的工作集中于現(xiàn)實(shí)的、可交付的專業(yè)技能:訓(xùn)練、演習(xí)、保護(hù)總部及網(wǎng)電防御技術(shù)研究(集中在兩用技術(shù))。
致力于加強(qiáng)歐洲國(guó)防工業(yè)
報(bào)告闡述了加強(qiáng)歐洲國(guó)防工業(yè)的措施,認(rèn)為建設(shè)強(qiáng)大和具有全球競(jìng)爭(zhēng)力的歐洲國(guó)防科技工業(yè),是歐洲發(fā)展并維持防御能力和獲得戰(zhàn)略自的先決條件;這對(duì)于歐洲的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也是非常重要的。該工業(yè)基礎(chǔ)必須通過(guò)歐洲各國(guó)實(shí)質(zhì)性的、強(qiáng)化的合作獲得,包括通過(guò)重大項(xiàng)目的合作。
大型企業(yè)在國(guó)防工業(yè)中起主導(dǎo)作用,國(guó)防供應(yīng)鏈和中小企業(yè)也起到非常重要的作用并應(yīng)該得到支持。歐洲防務(wù)局及其各成員國(guó)正在研究具體措施,以同時(shí)增強(qiáng)短期和長(zhǎng)期“供應(yīng)保障”。
歐洲防務(wù)局已經(jīng)與歐盟委員會(huì)和歐洲航空安全局合作研究一些切實(shí)措施,以期提高競(jìng)爭(zhēng)力并降低研發(fā)和生產(chǎn)成本,這些措施包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、軍事適航性和資格認(rèn)證。
致力于提高國(guó)防研究與技術(shù)(R&T)能力