发布时间:2023-09-28 10:32:16
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中图分类号:G633.91
航天育种又称空间诱变育种或太空育种,是指利用返回式卫星、飞船或高空气球将作物的种子、组织、器官或生命个体等材料送入太空,利用太空中的宇宙空间特殊的环境诱导植物变异,再返回地面进行选育、筛选植物优良品种的技术。航天育种开创了育种新途径,除了应用于农作物、蔬菜、园艺花卉等植物种子并取得了令人瞩目的成绩外,在林业、牧草、药用植物、水产动物等方面的研究与应用也已经启动,且前景广阔。
1太空航天育种的原理
在自然条件下,由于外界环境的变化较小和遗传结构的相对稳定性,植物本身发生自发突变的频率极低,并因植物种类和基因型的不同而存在差异。而地球外太空的大气结构、密度、压力、辐射等条件与地面存在很大的差异,这些差异都可能引起植物种子遗传信息产生变异。航天育种充分利用了这种不同于地面的空间环境,如强宇宙射线辐射、高真空、微重力、交变磁场等。上述因素共同作用于种子的核酸物质,使DNA分子的电子激活,结果造成DNA分子链的解链或突变,或者引起染色体缺失、倒位、易位、重复等畸变,从而对植物种子遗传信息产生诱变,获得在地面上难以获得的某些变异。当航天器返回地面后对变异种子进行性状筛选,最后种植推广,培育得到具有优良品质的新品种。科学实验证明,宇宙辐射和微重力是影响植物种子的生理和遗传性状的主要因素。
1.1宇宙辐射
太空中存在着各种质子、电子、离子、粒子、高空重离子等高能粒子以及x射线、?射线和其他宇宙射线,它们能穿透卫星舱体外壁,作用行器中的生物。首先射线的能量沉积在物质上,引起物质的原子和分子的激发与电离,电离过程随后形成自由基,自由基与DNA作用可以引起DNA多种类型的损伤,包括碱基变化、脱落、氢键的断裂、单双键断裂、DNA即蛋白质分子内和分子之间的交联,细胞为求得生存会出现应急效应(SOS)。同样,当生物被宇宙射线中的高能重粒子击中,引起细胞内遗传物质DNA分子的双键断裂,其中非重接性断裂所占比例很高,细胞为求得生存也会出现应急效应(SOS)。以上SOS反应中主要进行的是倾向差错的修复,此修复过程诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶,它能在DNA损伤部位进行复制而避免了死亡,但带来了高的突变率。因此,细胞中发生多重染色体DNA畸变且畸变且是非特异性的。正是基于这样的原因,空间诱变育种技术可以获得地面常规方法较难得到的罕见种质材料和资源,从而选育出突破性新品种。
2太空航天育种的特点
航天育种是创造新种质资源和新品种的一种有效途径,与常规育种相比,可出现常规育种不易出现的变异,可以为遗传育种的定向选择提供丰富的资源,并可能获得地球环境下不可能产生的特殊性状。
2.1变异频率高
传统辐射诱变的有益变异频率仅为1‰-5‰,而太空辐射诱变的有益变异频率为1%-5%,最高的诱变率可超出33%以上。
2.2后代稳定快,缩短育种周期
多数太空变异性状稳定较快,有利于加快育种进程。在地球上选育一个植物新品种所需的时间,太空育种则可以将其缩短一半,可以节约许多人力物力。
2.3打破基因连锁,实现基因重组,创造多种突变体,丰富种质资源
很多突变体是自然界本来没有的新性状,因此可以极大地丰富种质资源,供植物遗传育种直接或间接利用,为育种者提供良好的选择机会。
2.4改良农作物的品质,能够提高产量
经试验选育,作物穗形大、分蘖增多,单产得到提高。航天选育的品种具有果形大而饱满、营养成分含量高、口感好、耐贮存等。种植试验表明水稻蛋白质含量可提高8.7%-12%;青椒果实大、品质优,果实中的维生素C含量提高10%-25%。
2.5航天育种选育出来的产品无基因安全性问题
航天诱变育种不是转基因育种,它没有外源基因的引入,而是利用太空的物理条件作为诱变因子,使植物产生基因突变,这种变异本质上与自然界普遍存在的自然变异没有区别,只是加速了生物界需要几十年甚至上百年的自然变异的变异过程。
3我国航天搭载药用植物的研究概况
我国空间药用植物学的研究开始于20世纪90年代,搭载过的药用植物包括梭梭和肉苁蓉种子、黄芩、桔梗、红花、藿香、甘草、洋金花等。刚开始主要是国防科工委航天医学研究所与中国医学科学院药用植物研究所受国家自然科学基金资助做了一些工作,他们把种子放入自行研制出的小型生物舱内进行空间飞行,从而进行研究。至此之后,我国发射了多颗宇宙飞船与卫星,搭载各种种质材料进入太空,其中包括多种药用植物。
4太空环境对药用植物的影响
4.1生物学性状变异
个体水平的植物空间诱变效应主要表现在对SP1代植株的形态学改变、不育性及致死效应等方面。经过太空环境处理的药用植物种子性状表现因品种而异,发现航天搭载可提高种子的出苗率,促进了幼苗的生长发育,植株的开花期提前1周左右。降低了植株的单株结实率,增加了单株籽粒重,显著增加了地上的分支数和主果穗长度,提高了根鲜重。
4.2细胞结构和染色体的变异
许多研究表明,植物种子进行空间飞行后,太空环境或卫星发射过程中的强烈冲击,会使植物细胞壁产生破损,造成种子吸水能力提高、导电性增强。如红豆草经过空间诱导后,其叶片细胞壁不规则增厚,液泡变大,叶绿体变小,基粒片层数量明显增多。在染色体方面,经过空间诱导的植物,分裂过程中的G1期延长,有丝分裂指数减少,有丝分裂的不同阶段会出现细胞歧化和反常的分裂数,以及染色体在分裂中期不沿赤道板排列等现象。经过卫星搭载后,苜蓿细胞的有丝分裂被促进或抑制,其种子根尖细胞染色体则出现了微核、染色体桥、断片、落后等畸变类型。
4.3生理生化的变化
植物经过辐射后,其光合色素量、酶蛋白活性的检测和酯酶同工酶谱等生理生化指标都会发生一定变化。多数植物的酶活性升高,表现出一定的抗性特征,其SP1代幼苗的酯酶和过氧化物同工酶酶谱会有新酶带生成或酶带活性增强。
4.4化学成分差异
太空环境对药用植物的化学成分也会有一定的影响,如经过航天搭载后的甘草种子发育成熟的根,它的甘草酸和甘草苷的含量分别比对照组高2.19和1.18倍。
4.5基因组变化
空间环境下,植物细胞受微重力、空间辐射、亚磁场等各种因素的影响,染色体容易发生变异。
参考文献:
近年来,航管中心在赛事改革与创新方面做了很多有益的尝试。2011年全国航模锦标赛增加了F3K遥控手掷模型滑翔机和P3D遥控固定翼花式绕标飞行两个项目。2012年,这两项比赛无论从参赛人数还是技术水平都有了很大突破。在此基础上,今年的比赛又新增了P3M-D固定翼花式双机编队飞行和P3N-D模型直升机双机编队飞行两个项目,进一步丰富了比赛内容。
虽然总的比赛项目增加到25个,但比赛总时间却并未延长,从5月20开始到23日中午结束,仅有不到4天。为了按时完成比赛,竞赛日程安排得非常紧凑(表1)。任务最重的一天,比赛项目达到9个。为此,大部分项目都削减为两轮比赛以节省时间,同时每天开赛时间也大大提前。特别是有F1自由飞项目的前三天,比赛在凌晨5点半就正式开始了(图1)。在各方的共同努力和配合下,2012全国航模锦标赛圆满完成了各项比赛。
老项目焕青春 新项目展活力
笔者最近几年一直跟踪报道全国航模锦标赛,客观地说,前几年的赛事进步并不明显,有时还会听到一些批评的声音。但今年的比赛却令人倍感欣喜,无论是传统的老项目还是刚开发的新项目,都出现了很多积极的变化,有些项目的进步还不小。下面笔者就结合各项目比赛的具体情况为大家展现2012全国航空航天模型锦标赛的新发展。
1.自由飞项目
通常,日出、日落前后时段的气流状况是全天最稳定的,对自由飞模型飞机的飞行最为有利。因此,自由飞比赛往往选取这个时段进行。本次比赛尤甚,三项自由飞项目分别被安排在前三天清晨进行,每天5点半就开始正式比赛,而运动员和裁判员则必须在凌晨4点多起床赶赴赛场(图1)。
5月的安阳刚刚入夏,清晨的航校气温还有点低,比赛就在这丝丝凉意中开始了。令人意外的是,比赛前两天不到5点就开始起风,而且越刮越大,对自由飞比赛的影响颇大。虽然安阳航校占地面积达2.4km2,场地宽阔平整,但面对大风,这样的场地对自由飞模型还是显得不太够用。
F1C活塞式发动机动力模型滑翔机和F1B橡筋动力模型滑翔机分别在5月20和21日早晨开赛,模型刚升空便被大风吹向下风区,盘旋不到两圈就远离了视线。加之当时天色暗淡,能见度不高,大部分模型尚在高空就在裁判员的视野中消失了,严重影响了比赛成绩。最终,只有四川队的杨维威和董坤江分别在F1C和F1B项目中两轮均获满分,他们也借此成绩分获这两项比赛的个人冠军,并带领队友获得团体冠军。特别值得一提的是老将杨维威,刚刚退休的他是国内F1C比赛的常客,但之前没有获得过一个冠军。退休后,他完全以一种轻松的心态来参加比赛,压力没有了,冠军反而到手了(图2)。
5月22日天气好转,早晨基本无风,对F1A牵引模型滑翔机比赛非常有利。两轮比赛结束后,共有8位选手获得满分,需进行加时赛。最终,河南队老将徐俊芳以404s的绝对留空时间获得个人冠军,团体冠军则被江西队摘得。这么多人进入F1A加时赛近年少有,而21名选手参赛也创了纪录。参加F1B和F1C比赛的选手也不少,各有10余人。除了一些自由飞老将重返赛场外,新人的加入成为此次赛事的一大亮点,虽然他们的技术水平有待提高,但却是国内自由飞发展的新生力量。
除了参赛人数显著增加外,自由飞技术水平也有了新突破。四川队在强手如林的比赛中独占鳌头,这与他们在技术上的充分准备是分不开的。在自由飞赛场上,最引人关注的就是四川队带来的一套风速、温度自动记录仪(图3)。每天在仪器前围观询问的人络绎不绝,甚至还有人现场就想购买。不过据四川队介绍,这台仪器属于“非卖品”,是他们专门为自由飞世锦赛设计制作的,前后历时两年多才完成。通过对仪器记录曲线的分析,选手就能更精确地把握出手时机,进而更充分地利用上升气流提高模型留空时间。
江西队夺得F1A团体冠军也与技术有很大关系。他们的模型不仅使用了先进的电子控时器,且能随时进行在线编程设置,比传统的机械控时器更方便精确(图4)。而国内自由飞发烧友何立文自主开发的电子控时器这次被部分选手采用,效果良好,不少选手纷纷表达了换装的意愿。通过大家在使用中反馈意见进一步改进完善,相信国产电子控时器必将越来越好。
为了保护模型,控时器一般都有迫降功能,选手可根据比赛最大测定时间事先进行设定,但模型起飞后地面则无法更改,一旦出现险情时只好“听天由命”。江西队的高原在比赛时就遭遇险情,而就在模型快要撞树时,他利用随身携带的远程遥控迫降设备使模型安全迫降。该设备小巧便携,可戴在手臂上。模型遇险时只要按下按钮,就能使模型立即转入迫降模式(图5)。
笔者在本届比赛赛场上认识了一位来自上海的老先生王来春。他长期从事橡筋技术研发,早年曾为国家队研制F1B模型专用橡筋,最近又重操旧业开始生产F1B橡筋。这次他专门来到赛场,为选手们免费提供橡筋试用。希望不久之后,王先生的国产橡筋能打破美国公司在全球F1B模型专用橡筋领域的垄断地位。
2.航天项目
航天项目包括S3A/2、S4A/2、S6A/2、S9A/2、S7和S8DP共6项,分别被安排在各项自由飞比赛结束后进行。其中S7花样仿真模型火箭仍以“红旗-2”火箭为原型,只有上海队、河南队和宁波队3支队伍参赛。上海队和河南队的模型火箭比例、外形和细节都非常精确细致,外观得分也在伯仲之间。最终,只有上海队的3枚火箭完成发射取得冠军(图6)。S8DP遥控火箭助推模型滑翔机项目受大风影响,没有一位选手两轮比赛均取得满分。世界冠军卢征也难免紧张,在第二轮比赛中模型在大风中未能准确命中标靶,没有拿到满分。不过河南队在该项目上实力超群,卢征、李士其和张兆年3人均打入前5进入加时赛。最终,卢征和李士其分获冠、亚军,张兆年取得第4名,河南队毫无悬念地取得S8DP团体冠军。
很多人应该对小将张兆年还有印象,去年S8DP决赛中他的模型发射失败,遗憾地输在“起跑线”上,今年他的发挥还算正常。不过在第二轮比赛时,他差点因未能按时交回设备而被取消成绩。好在年轻人身体素质不错,在比赛结束前他以“百米冲刺”的速度及时交回设备(图7)。
3.线操纵项目
线操纵包括F2B和F2D两项。F2D线操纵空战比赛仍采用双败淘汰制,参赛人数较去年增加了不少,除了几位久经沙场的老将外,基本都是年轻的新人。虽然新手们的冲劲和胆量不容小觑,但因技术经验有限,纷纷败下阵来。新老对抗的大部分场次,因选手间水平差距较大,比赛场面精彩不足,却惊险有余。不过F2D偶然性较大,山西队小将王万钧意外闯入决赛,与新疆队老将杨卫民争夺冠军。也许是因为太紧张,小将表现得过于急躁,裁判发令开打之前他就发起进攻,被直接判负(图8)。老将杨卫民则非常“无耐”地成功卫冕。尽管此次比赛中小将们的表现不尽如人意,还需在平时刻苦训练进一步提高,但新生力量的加入对项目的持续发展大有益处。
F2B线操纵特技项目是我国的传统强项,这次比赛可谓三老带三新。韩新平、郭书军和杨钧三位世界冠军同场竞技,让人领略了国际一流水平(图9)。杨柳、邢磊和温思远三位小将则让人看到了中国F2B项目未来的希望。比赛中,杨钧依然使用他参加2010年F2B世锦赛时带有方向舵的模型,郭书军则对模型做了改装,也加上了方向舵(图10)。不过据他们介绍,现有的方向舵面积过小,对模型操纵性能的提升作用并不明显。2012年又是新的F2B世锦赛比赛年,三位世界冠军将继续出征为国争光。他们新做的模型都加装了方向舵,但针对所存在的问题,他们已准备加大其面积,切实提高模型性能。有关2012年F2B世锦赛的相关情况,《航空模型》将持续关注。
4.遥控项目
遥控项目每年都是比赛的重头戏,今年又增加了两项,总计达到14个。
P3M-D和P3N-D分别为遥控固定翼和直升机双机编队飞行项目,对选手的技术提出了更高的要求:不仅要把自己的飞行动作做好,相互间的配合也必须默契。作为初设的比赛项目,两项比赛的难度设置并不高,只需要选手配合完成一套较为简单的规定动作。由于这两个项目各只有两支队伍参赛,因此更像是表演赛(图11、图12)。最终,河南队和上海队分获P3M-D和P3N-D冠军,四川队获两项目亚军。相比之下,传统的F3M、F3N单机花式飞行项目则分为规定动作和配乐自选动作,观赏性更强(图13、图14)。F3C遥控特技模型直升机项目因只有上海队的薛童铭和张颂华两人参加,实际上成为他们的专场表演。
新项目的创设都要经历发展壮大的过程,去年刚刚增设的F3K和P3D项目就是典型的例子。2012年,上述两个项目都有了长足的进步。参加F3K项目的选手比去年成倍增加。不仅技术水平有所提高,使用的器材也“鸟枪换炮”,轻木构架结构的小模型大都被复合材料的大模型代替(图15)。如此一来,成绩自然也水涨船高。比赛前几名基本被上海和河南选手瓜分,不过差距不大,成绩非常接近。P3D今年共有6位选手参赛,一连串的超低空穿越飞行对选手的心理素质是严峻的考验(图16)。比赛进行到一半时,有位选手穿越限宽门后没能经受住考验,模型直接坠毁在跑道上,令人惋惜。之后,各位选手显然受到了事故的影响,模型飞行高度普遍升高,安全性提高了,但比赛精彩程度和成绩则有所降低。最后,上海队黄振迪力压群雄夺得冠军。
介绍完新项目,再看看老项目的情况。今年变化最大的要数P3Z遥控空战了。以往油动、电动混战、消极怠战的场面一去不复返,比赛的对抗和精彩程度大大增强。这些积极的变化源自对规则的大幅修改。首先,要求参战模型全部采用油动发动机,这样模型的性能、特别是飞行速度等特征相近,增加了格斗交战的机会。其次,全长4分钟的比赛被均分为上、下半场,红、蓝双方在上、下半场进行攻防转换,且规定攻方飞越边界不扣分,守方飞越则扣分。再次,消极怠战可被连续警告并扣分,且取消定点着陆,确保双方模型在空中就决出胜负。确立了上述有利攻方的比赛规则后,选手的进攻积极性大增,激烈的空战场面频繁上演,反败为胜的案例也不时出现。最后的决赛在贵州队蒋波和河南队牛晓斌间展开,他们都是遥控空战项目的老手。决赛一开始两机就激烈缠斗,4分钟内双方均咬口一次打成平手,随后开始2分钟的加时赛。加时赛采取类似足球比赛“金球制”的“突然死亡法”。蒋波先拔头筹,一举击败牛晓斌夺得冠军(图17、图18)。虽然今年的空战非常精彩,但已有裁判提出了改进的设想,希望来年的比赛更上一层楼。针对目前攻击时尾飘带常常一次就被完全咬断,使攻方无法再次得分的状况,有人认为,应缩短尾飘带系绳,延长尾飘带,这样更利于多次进攻。
此外,还有几个项目也值得关注。F3A遥控特技模型飞机项目今年实行了最新的P-13和F-13动作,但由于国际航联的动作图及解释文件较晚,加上规则准备及翻译非常仓促,因此一个动作的解释有误。为此,裁判组和选手们现场讨论并确定了最终动作。而F3A-P遥控特技模型飞机(普及级)项目今年参赛人数创出新高,特别是上海队的两位小队员,年龄都很小,虽然最后成绩垫底,但日后只要勤学苦练,谁又能知道他们会不会成长为中国的克里斯托弗呢(图19)!
P3R-T模型直升机任务飞行比赛的现场,一位大腕级人物张颂华突然现身,不过令人意外的是他的成绩——第6名。笔者原以为他轻轻松松进前3没什么问题,但现在看来,这貌似“简单”的任务飞行也需要一定的专门练习才能完成(图20)。另一项任务飞行P3R-K固定翼空投项目的冠军则长期被河南队垄断,这次也不例外。李士其以其精准的投放和着陆获得冠军(图21)。而上届冠军卢征这次运气不佳,他在投放时风力、风速变化剧烈,给投放时机的选择造成了很大困难,导致成绩不够理想,最后屈居亚军。
深受大风之苦的不止P3R-K项目,P3S遥控双机分离定点项目也是如此。模型起飞分离都没受多大影响,留空滑翔时甚至还要托大风之福(图22)。但在滑翔降落定点时,由于滑翔机没有动力,一般又选用重量很轻的S8DP模型滑翔机为子机,因此大风对模型的影响就显得非常大。选手稍有犹豫模型就可能偏离航线,非常考验操纵水平。
吸引力待提升 市场化需加强
虽然本次全国锦标赛出现了很多值得称道的变化与进步,但同样存在不少问题。
首先,应吸引更多优秀选手参赛,进一步巩固全国锦标赛作为代表国内航空模型运动最高水平的平台。《航空模型》曾报道过的3DX中国站比赛以及一些民间自己组织的DLG(F3K)比赛等都有着颇高的人气,选手们的技术水平也比较高。但目前他们参加全国锦标赛的途径还存在一些障碍,需要对现有比赛体制、机制进行创新和改革。
关键词:碳密封材料;航空航天;应用
制备工艺航空航天工业是事关我国国防事业的重要工业。在航空航天工业不断发展的背景下,这一领域研究人员开始对应用材料的密封可靠性问题展开了深入的研究。密封材料的性能是密封可靠性的主要影响因素。碳密封材料在这一领域有着优异的特性。
1航空航天领域常用的碳密封材料
1.1柔性石墨密封材料
从石墨自身的性能来看,它可以成为高温环境和低温环境下常用的密封材料。柔性石墨密封材料主要由石墨纸、柔性石墨卷材等材料组成。这种材料是天然鳞片石墨进行特殊加工的产物。它具有着良好的自性能和耐热性。这种材料的化学惰性相对较大,可以抵抗酸碱盐溶液和一些有机溶剂的侵蚀。因此,它可以替代一些应用于航空航天领域的石棉材料和橡胶密封材料。柔性石墨密封材料中的柔性石墨材料可以用于低压静密封。
1.2增强石墨密封材料
在航空航天领域,增强石墨密封件主要应用于动密封、机械密封件的摩擦副和旋转接头之中。这种材料主要由多孔石墨浸渍而成。浸渍过程应用到了加压浸渍工艺和真空浸渍工艺等多种工艺。俄罗斯科学家将高强石墨密封环应用在了航天发动机的涡轮泵中,这一材料具有着高强度、高密度和低摩擦系数的特点。
1.3碳纤维复合材料
碳纤维复合材料主要由碳纤维-柔性石墨复合材料和碳纤维-树脂浸渍复合材料等多种材料组成。这种材料有着良好的耐磨性和独特的自性。它可以应用在航空发动机涡轮的轴径部位。这种碳密封材料具有着导电性、耐腐蚀性,对电波和X射线也具有有效抵御的特性。它也可以适应中高压静密封环境的要求。
2碳密封材料制备工艺的应用
2.1碳密封材料的复合加工工艺
碳密封材料的复合加工工艺建立在超声振动辅助切削加工工艺和超声电火花加工工艺等工艺基础之上。超声振动辅助切削加工可以在降低切削温度的基础上,强化加工表面的质量。超声电火花技术是在电机中应用超声振动的一种加工方法。它主要利用电极端面合适的放电间隙来提升火花击穿概率,也可以提升加工孔的加工稳定性和加工效率。深化复合加工工艺,可以为碳密封材料在航空航天领域的应用提供一定的帮助。
2.2碳密封材料的抗氧化工艺
碳密封材料的抗氧化工艺涉及到了这一材料的生产过程中应用的单涂层技术和两涂层技术等技术。氮化硅、氮氧化硅和相关混合物可以有效强化碳密封材料的低温抗氧化性能和高温抗氧化性能化。与之相关的后处理技术也可以有效解决碳密封材料可能出现的微裂纹问题。
2.3碳密封材料的耐高温工艺
与航空航天事业有关的碳密封材料耐高温工艺主要由以下工艺技术组成:法国航空宇航公司所采用的一种与SiC有关的制备工艺;二是与离散碳纤维有关的隔热结构制备方法,这种制备方法中应用了乙二醇、丙三醇和石油油料等多种材料;三是由美国企业研发的一种建立在仿氧化硅基树脂技术基础上的碳密封材料耐高温技术。在对这一工艺进行应用,可以让碳密封材料在航天非隔热层的建构过程中得到推广。
2.4碳密封材料的致密化工艺
碳密封材料生产领域所采用的高强度碳密封材料制造法是以固体可流动颗粒状聚合物为压力介质的制造方法。碳密封材料先驱体的固化过程是生产过程中的关键要素。除此以外,热压成型法在碳密封材料中的应用可以让这一材料的致密性特征得到强化。它让应用于航空航天领域的碳密封材料的制备过程与含碳纤维符合材料和研磨沥青等基质材料之间产生了一定的联系。在经过电阻加热以后,压制而成的碳密封材料的密度可以达到1.30g/cm3。
2.5碳密封材料的防裂解工艺
防裂解工艺可以为碳密封材料在航红航天领域的应用提供一定的保障。具有梯度碳化物涂层的碳纤维增强复合材料的应用,可以借助传统的气相沉积法完成碳密封材料的制备工作。在这一方法应用以后,图层标称的热胀系数要高于地层的系数,表层到底层的热胀系数也会表现出渐变分布的特点,这样,在高温环境下,航空航天领域所应用的碳密封材料不会出现断裂的问题。
3结语
随着高新技术的不断发展,航空航天领域对密封材料的要求也不断提高。碳密封材料的应用已经受到航空航天领域重点关注,例如航空发动机对轴间密封材料的强度、抗氧化性和导热性有着严格的要求。通过对碳密封材料滑动摩擦磨损行为的探究,可以发现,碳纤维复合材料更适用于航空发动机主轴密封环之中。碳纤维编制方法和相关的工艺参数是航空航天领域的专家所研究的重要问题,其可以让碳密封材料应用于运载火箭的发动机泵密封件之中。碳密封材料在航空航天领域有着较为广泛的应用前景,创新相关制备技术是对这一材料的性能进行改善的有效方式。随着我国航空航天事业的不断发展,新型碳密封材料也会在这一领域得到进一步的推广。
参考文献:
“国际航空航天创新园要重点打造‘导航与位置服务’和‘通用航空’两个战略性新兴产业聚集区。”北京北航科技园建设发展有限公司总经理李军介绍,北航将充分发挥“空天信”融合的学科特色,瞄准国家和北京市重大战略需求,在国际航空航天创新园内与科研院所、企业共建产业联盟、联合研究中心,开展高技术研究。构建校企协同创新体系。
然而,作为新探索领域。航空航天创新园的建设亦颇多波折。但北航在建设过程中,以体制机制创新为突破口,不断在探索中前行,瞄准战略性新兴产业培育,取得了骄人成绩。
合作共建如火如荼
李军介绍,国际航空航天创新园依托北航国家大学科技园进行建设。一期的柏彦大厦、世宁大厦和唯实大厦已投入使用。总建筑面积约17万平方米。二期建设包括北航南区科技楼(规划建筑面积约22.5万平方米)和北航北区科技楼(规划建筑面积约15万平方米)两部分,将在5年内分步建设完毕。
目前二期建设项目之一“北航南区科技楼”已于2011年11月20日开工。计划于2014年底竣工。北航南区科技楼建筑总体规模约为22,5万平方米。其中地上24层。总建筑面积约16.6万平方米,地下4层,总建筑面积约5.9万平方米,建筑高度99米。容积率达3.5,充分体现了盘活存量资源、土地集约利用的原则。
目前,国际航空航天创新园区内企业已达230余家。年总产值超过60亿元,并已有众多知名公司表达了强烈的入驻意向,其中包括合众思壮、国智恒、佳讯飞鸿、北京通航集团等行业龙头企业。
随着国际航空航天创新园建设的推进,进入园区的项目进展也十分迅速。
李军介绍。北航已与中国工程院签约承建“中国航空发展战略研究院”。该研究院将为工程院发挥国家工程科技思想库的作用提供支撑服务,为国家航空航天事业的发展制定总体战略和阶段性规划。
同时。北航也与合众思壮等11家单位共同发起成立“中关村空间信息技术产业联盟”。在国际航空航天创新园内打造“导航位置服务产业园”,形成产业集聚。与中航工业、民航系统等10家单位共同组建的“国家通用航空产业协同创新联盟”,将引领全国通用航空产业的发展。中石化、晋煤集团等单位共同发起“航空替代燃料产业协同创新战略联盟”。也将致力于支撑我国航空替代燃料领域的技术自主创新和产业健康可持续发展。
此外,北航与北京合众思壮科技股份有限公司签约共建“北航一合众思壮卫星导航研究院”;与航天科技控股等单位合作,申报并获批建设“通用航空北京市工程研究中心”。
成果加速产业化
“依托北航雄厚的科研实力和优秀的科技成果。联合行业内优势企业,我们还在国际航空航天创新园内积极推动重大科技成果转化和产业化。”
李军介绍,依托北航“国家科技进步奖一等奖”、“国防科技进步奖一等奖”、“教育部科技进步奖一等奖”的关键技术。北航与园区内民航天宇公司、民航数据中心等企业共同进行“空地协同的通用航空飞行监视平台项目”产业化。
基于北航“国家科技进步奖二等奖”技术的基础上,北航与园区内的中航捷锐公司在国家级战略核心技术层面。打破了西方的技术封锁。开发和生产出具有我国独立知识产权的三轴一体光纤陀螺产品。提升了国家科技实力。
北航与中航重机等企业共同组建的“中航天地激光科技有限公司”,正在实施“大型钛合金结构件激光快速成型技术”产业化。该项目技术属目前国际热点研究项目,起点高,前景广,将极大推动航空武器装备领域新一代设备和技术的发展。并对相关应用领域的发展有很强的带动作用。
北航与北汽集团共同组建的“北京通用航空(集团)有限公司”。致力于具有自主知识产权的通用航空发动机、通用航空电子设备、通用飞机的产业化,以通用航空产品为核心,打造从产品技术研发、生产制造、销售以及通用飞机运营服务的通用航空产业链。将成为承载国家通用航空产业发展战略的北京通用航空旗舰型企业。
“未来5年内北航南区科技楼和北区科技楼的相继交付使用,一个以‘导航与位置服务’和‘通用航空’为特色的战略性新兴产业聚集区将会迅速形成。”李军表示。届时园区企业将超过500家。年产值预计可达300亿元。
改革如何做到位
事实上,国际航空航天创新园的建设。是北航科技园改革探索的举措之一。但如何保证将改革做到位,北航亦是苦恼之一。
“前几年,大学科技园很艰难,产学研合作受制于体制,爹不亲娘不爱,靠着做物业做服务。挣房租过日子。”回忆起多年大学科技园从业经历,李军至今还感到有些无奈。尽管他对于这种介于政府、大学和企业三者之间的角色感到游刃有余,但是对于大学科技园边缘化的身份却感到郁闷。
像他这样的大学科技园管理者。聚在一起曾戏谑地称自己是“第三类人”。大学的责任依次是人才培养、科学研究和社会服务;而高校产业又是社会服务中最边缘化的。
截至2011年底,北航科技园内依托北航科技成果创办的企业达53家。从绝对数量上来看并不如何显著。但是大学科技园在成果转化和项目孵化过程中所作出的贡献却不容忽视。2011年。北航科技园200多家企业的总收入为60多亿元,3年后,这个数字将超过300亿元。
一些大学科技园,使大学“名利双收”。前不久。科技部、教育部对86家国家大学科技园进行绩效评价,评出A类大学科技园17家,北航科技园位居其中。
这个成绩主要得益于北航的科技体制改革。2010年,北航进行了科研管理体制的改革,撤销原科技研发处。成立先进工业技术研究院。与大学科技园两块牌子、一个实体。共同实施科技成果转化和产业化。建立了从项目的筛选、中试、孵化到公司化运作的科技成果转化体系,通过采用研发专职化、管理职业化手段,理顺了学校科技成果转化的体制。
高校相比其他科研机构有一个突出的优势,就是可以利用校园内众多学科进行优化组合。通过跨学科的交流与合作形成科技创新的优势。因此高校在交叉学科的研究上具有优势。大学科技园则在交叉学科上寻找研究方向,这样。将可能促成新兴产业的诞生。而促进战略新兴产业的培育,正是《国家大学科技园“十二五”发展规划纲要》对大学科技园明确提出的任务。
北京智明星通科技有限公司是北航科技园中战略性新兴产业的典型代表。该公司创始人唐彬森为北航2008届硕士毕业生。在北航科技园种子基金的支持下,唐彬森与4个本科同学成立公司。经过4年的发展。智明星通已成为产值过亿元、全球拥有4个子公司、员工近400人的社交游戏以及互联网产品发行商,目前位居全球第五、亚洲第一。目标是成为互联网领域的“中国华为”。
李军认为。大学科技园未来的发展,除了深化成果转化和项目服务。深化服务同样重要。如今,“孵化+创投”的模式已经为大学科技园所普遍认同。因此。北航科技园希望未来能够成立真正的创投基金,加强对优秀项目的早期支持。
探寻大学科技园赢利点
1999年,北航大学科技园的重要主体——北航天汇科技孵化器有限公司正式成立。几乎与此同时。一场关于孵化器是否应该盈利的争论空前激烈。
“当时我们的观点比较鲜明,孵化器能盈利,做好以后是能够赚大钱的。”李军说。当时,北航天汇孵化器就开始探索如何对企业做深层服务。并尝试引进创业投资。“之后我们的观念也发生了一些变化,但这个思路没变。”
在全国孵化器中,北航天汇孵化器是少有的不收房租的孵化器,这使得它不得不在企业增值服务上下功夫。
“我们发现,国家对科技型中小企业的扶持力度越来越大。然而这些创新型企业建立之初往往是以技术为先导,在融资、管理、财务、人力资源等方面能力都较弱。这些缺陷影响了他们的发展。”李军说。由此,北航天汇孵化器也发现了提供增值服务的空间——帮助企业申请政策性融资,通过项目申报。帮助企业强化管理。
专家们一致认为,为宇航员寻找一个合适的小行星目标物,是所有小行星探索任务的重中之重。虽然,目前人类已探测到的近地天体已经超过了7000颗,但是有多少可以进行探索,它们的物理结构如何,这些仍是未知数。
美国航空航天局宇航员汤姆・琼斯说:“现在我们登记在册的目标物很少。为了最大化任务灵活性,我们需要更多候选对象。”研究人员表示,这么做可大大降低任务和机组成员面临的风险。
美国航空航天局当前的目标是在2025年把宇航员送上小行星,这是2010年美国总统奥巴马提出的新太空探索计划的核心思想。它象征着美国航空航天局的探索目标发生了重大转变,该局此前的目标是让宇航员重返月球。
2010年4月,奥巴马在佛罗里达州美国航空航天局肯尼迪航天中心说:“我们希望,到2025年能借助用于长途飞行的新飞船,进行首项超越月球的载人深空探索任务。届时我们将把宇航员送上一颗小行星,这是划时代的第一次。我认为,到21世纪30年代中期我们就能安全把宇航员送人火星轨道,然后再把他们安全送回地球,随后就是登陆火星。”
最近举行的“直击近地天体:为人类进行近地轨道外探索提供一个切实可行的近地天体”学术研讨会的组织者是乔治・华盛顿大学艾略特外交学院太空政策研究所和美国科罗拉多州鲍尔航天科技公司。行星学家琼斯认为,小行星是太空探索中的“天然垫脚石”,能为未来几十年的太空任务提供一个切实可行的探索方向。琼斯表示,借助小行星可以降低深空探索的风险。它对科学发现、行星防御目标、利用太空资源和提高前往火星的操作技术都有好处。
小行星大小很关键
为人类未来的空间探索寻找合适的小行星候选对象,地面望远镜和太空红外观测是很必要的。太空岩石科学家越来越清楚地意识到,要进行载人小行星探索任务,小行星的大小很关键。
研究人员表示,由于太阳系的小型太空岩石还在不断增加,让宇航员乘坐一艘比目标小行星还大的飞船前往目的地,似乎有违我们的探索意图。而且美国航空航天局顾问、小行星研究方面的权威人士亚尔-哈里斯表示,有些直径小于50米的物体,最终被查明是人造太空垃圾――以前进行的探索任务丢弃的东西。他说:“显然,没人想把一个上面写着人类字迹的人造垃圾当做自己的探索目标。”而且,大部分近地天体是一些超高速旋转的微型世界,宇航员很难对其进行研究。必须全面了解小行星
科学家需要对一颗小行星有多少了解,才能发射载人任务,准备降落在这个目标太空岩石上呢?关于这个问题,目前还存在一些争议。遥控探测器事先可以收集的有关小行星的旋转速度、大小、形状和成分等信息,在人类到达以前是否都应该准备齐全?美国航空航天局经验丰富的宇航员安迪・托马斯在宇航员办公室深空探索项目组工作,他表示,毫无疑问,把宇航员送上小行星并不是轻而易举就能做到的事情。
安迪・托马斯说:“往、返都需要很长的时间,这本身就是一大挑战。”除此以外,呆在狭窄的空间里、辐射问题和没有实时通讯,都是小行星探索任务需要面临的问题。要想取得成功,“我们必须对生命保障系统进行很大改进。现在空间站技术还做不到这些”。安迪・托马斯表示,让空间站与小行星保持联系,避免机组成员和飞船遇到危险,也是目前需要考虑的问题。“抵达目的地后的生活和工作会很艰难。”
风险水平
托马斯提到了公众和美国国会参与近地天体项目的问题。他说:“这些任务非常非常危险,它们的风险性绝不亚于20世纪六七十年代开始的‘阿波罗’任务。试图通过把它出售给公众来获得科学回报,这么做可能靠不住。”人们也许把行星防御(学习如何避开正在逼近地球的小行星)看成一个非常紧迫的因素,但是事先需要把送人前往小行星存在的问题一一说清楚。托马斯要求学术研讨会参与者详细列举出必须把人送上近地天体的可信原因,如果没有这些,就会很难获得资助。
小行星项目资金不足
麻省理工学院的行星学家理查德・本泽尔教授表示,进行近地天体研究、行星防御项目和载人小行星任务一直以来因为缺少资金的支持,进展相当缓慢。他说:“很简单,人类进行星际飞行的第一步是确定目的地。调查工作是最基本、也是花费最少的一个环节。就这么一个最简单的环节,为什么美国航空航天局的筹划者仍未做到呢?”
本泽尔表示,小行星调查工作已经持续了20余年。“由于缺少资金,当前的努力很难顺利进行下去。现在,尽管国家顾问委员会的建议、国会的书面训令以及当前的形势都需要进行深空探索和行星防御,但是这项努力并未获得新的资助来源,行政官员也不想为这笔费用买单。解决这个问题迫切需要责任感。”
探索小行星还未付诸行动
曾是美国航空航天局宇航员的爱德-卢现在是硅谷的一名高科技顾问,他赞同本泽尔的观点。爱德・卢说:“不幸的是,美国航空航天局的历史和过去20年的计划使我们对这失去了兴趣,不再关心它们。”他表示,有关近地天体一直以来没有改变的事实是一“尽早发现它们,尽早发现它们,尽早发现它们”。“但是,如果人类近地天体任务向前发展了,这三件最重要的事情将变成‘从现在开始,从现在开始,从现在开始’。你等待的时间越久,它变成一纸空文的机会就越大。”卢表示:“我们不仅需要从现在开始,而且需要加快进程。也就是说,我们需要尽快看到一个个重大转折点,而不是经过漫长等待,直到第一次成功出现。”