時間：2023-08-21 16:58:05
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【關鍵詞】航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)控制系統(tǒng)研究進展
隨著我國航空航天的不斷進步，航空發(fā)動機技術的發(fā)展也不斷的提高，燃油和控制系統(tǒng)由原來的簡單系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的復雜技術，由原來的液壓機械操作發(fā)展到現(xiàn)在由全權限數(shù)字電子控制（FADEC）進行操作。原有的軍用航空發(fā)動機中燃油和控制系統(tǒng)的特點是多變幾何控制能力，而現(xiàn)在的FADEC技術將發(fā)動機的故障診斷和監(jiān)視系統(tǒng)歸入到發(fā)動機的控制系統(tǒng)中。在航空航天發(fā)展速度較快的今天，防喘控制也受到航天專家的重視。因此，本文將對航空發(fā)動機燃油和控制系統(tǒng)的發(fā)展進行闡釋，為我國的航空航天發(fā)展提供理論依據。
1我國現(xiàn)階段航空發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1燃油控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
燃油控制系統(tǒng)是航空發(fā)動機的核心控制系統(tǒng)，其主要性能直接影響整個發(fā)動機的控制系統(tǒng)，而燃油泵是燃油系統(tǒng)的重要組成部分。燃油泵包括燃油增壓泵和主燃油泵，目前全球各國研制的軍用航空發(fā)動機中的燃油增壓泵是采用離心式獨立轉動模式，其增壓能力可達到0.4-0.8 MPa；而主燃油泵一般采用的是齒輪泵，主要是由于齒輪泵的體積較小、流量較大。還有一種比較合理的選擇是采用高壓柱塞泵，它既可以作為主燃油泵還可以作為噴口油泵，據調查顯示，該泵使用情況較為普遍，在英國生產的發(fā)動機中就采用了高壓柱塞泵作為主燃油泵，最大的出口壓力可達21 MPa，最大的流量也可達每小時10000kg，而近期俄羅斯也研發(fā)出了高壓燃油柱塞泵。而通過大量的實驗和應用顯示，在泵油系統(tǒng)中還是應該采用離心泵作為發(fā)動機的主燃油泵，其主要特點是制造結構簡單、質地較輕、燃油溫升較少，且質量達到了要求。離心泵在設計上較為簡單，其控制操作也極為方便，但在小流量的啟動過程中其性能較低，因此需要再單獨配置一個啟動泵，這樣將發(fā)動機的轉數(shù)和流量變?yōu)榭烧{控的模式。
1.2噴管控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)動機的噴管控制系統(tǒng)在航空發(fā)動機中也占有舉足輕重的位置，對于發(fā)動機尾噴管的介質，我國目前采用液壓油、燃油和滑油，但由于滑油和液壓油的性較好，可導致噴管油源泵在工作時壓力達到最高。在發(fā)動機中使用液壓油系統(tǒng)則可以無需設立獨立的油源系統(tǒng)，但在這樣共同使用液壓油源時，可對飛機的動態(tài)操作系統(tǒng)產生不利的影響，還會導致飛機的液壓系統(tǒng)遭到污染。有調查顯示，英國曾采用發(fā)動機尾噴管的獨立滑油系統(tǒng)，雖然對噴管的控制得到了靈敏的提升，但在油源系統(tǒng)中增加了油箱和油泵等裝置，使得控制系統(tǒng)的結構更為復雜。目前在我國的軍用發(fā)動機中，使用較多的噴管控制系統(tǒng)是以燃油為介質，與此同時，在噴管油源泵的選擇上多以高壓柱塞泵為主。該泵的最大出口壓力可達23 MPa，最大流量可達每小時3600L。
1.3FADEC技術系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
FADEC技術是新研發(fā)的全權限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，其主要包括傳感器、執(zhí)行結構、微處理機以及數(shù)據的通訊。數(shù)據傳感器的使用數(shù)量在不斷的增加，致使軍用發(fā)動機電纜的質量也有進步，在發(fā)動機的燃油和控制系統(tǒng)中，傳感器的質量占有不可或缺的位置。我國對傳感器的研發(fā)方向是制造出光纖和智能的傳感器，這將是迎合光纖通信的最大亮點。與此同時，微電子技術也給FADEC的發(fā)展提供了電子硬件，隨著電子技術的蓬勃發(fā)展，微處理機也越來越受到航空專家的關注。在發(fā)動機的數(shù)據通訊過程中，通過高速的光纖數(shù)據把發(fā)動機的智能傳感器和執(zhí)行機構有效的連接起來，取代了原有的點到點式的串行通訊方式，這樣提高了數(shù)據傳輸系統(tǒng)的安全性。在發(fā)動機未來的研發(fā)過程中，要注重防喘控制等相結合的應用，要做到同監(jiān)視系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)以及火控系統(tǒng)共同結合。FADEC技術可以實施較復雜的控制計劃，用自適應控制系統(tǒng)進行對發(fā)動機的綜合控制。
1.4防喘系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
防喘系統(tǒng)在軍用航空發(fā)動機中的主要作用是防止飛機飛行或發(fā)射武器時發(fā)動機出現(xiàn)喘振和熄火。美國和俄羅斯等國家在軍用發(fā)動機上都使用了防喘和消喘的控制系統(tǒng)，同樣的在我國的軍用航空發(fā)動機中也應用了數(shù)字化的防喘控制系統(tǒng)，并取得了較大的研究進展。我國軍用發(fā)動機中防喘控制系統(tǒng)的設計理念是采用有靜壓傳感器的喘振信號器和高響應壓力傳感器，其設計可以利用數(shù)字濾波準確的判斷出喘振的征候。不同類型的發(fā)動機其采用的防喘控制系統(tǒng)也是不盡相同的。在發(fā)動機的研發(fā)過程中，進口溫度在90-100℃之內方可保證發(fā)動機工作的穩(wěn)定性，若超過140℃時，發(fā)動機會出現(xiàn)瞬間的喘振現(xiàn)象，但發(fā)動機自身的防喘控制系統(tǒng)會將其回復到原始的穩(wěn)定狀態(tài)。
1.5監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
在我國軍用發(fā)動機中均配置了不同模式的監(jiān)視控制系統(tǒng)，根據飛機功能的不同配置不同模式的監(jiān)視控制系統(tǒng)，有的配置專用的監(jiān)視系統(tǒng)，有的同飛行記錄系統(tǒng)相兼容。我國研制的軍用發(fā)動機中的監(jiān)視控制系統(tǒng)，為了監(jiān)視發(fā)動機在使用過程中關鍵參數(shù)的變化情況，監(jiān)視系統(tǒng)可記錄發(fā)動機的工作時間、工作溫度、渦輪葉片的使用壽命系數(shù)以及高壓轉子的主、次循環(huán)等參數(shù)。監(jiān)視系統(tǒng)在正常工作時，有兩個機構在執(zhí)行著相應的職責，一個機構執(zhí)行控制系統(tǒng)，另一個機構執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，就由狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)進行對發(fā)動機的控制，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時間里對飛行的數(shù)據和存儲的監(jiān)視參數(shù)進行記錄，以便對監(jiān)視故障的診斷提供幫助。
2我國未來燃油和控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
2.1供油系統(tǒng)的加強
我國研發(fā)的軍用發(fā)動機主要是以燃油和控制系統(tǒng)為主導地位，采用新型的燃油泵控制系統(tǒng)同科學的電子硬件相結合，共同提高FADEC系統(tǒng)的工作性能。運用科學的控制系統(tǒng)和合理的控制算法可提高發(fā)動機的控制指令，不僅可以提高控制系統(tǒng)的使用壽命，同時還可以降低研發(fā)控制系統(tǒng)的成本。而降低供油系統(tǒng)的成本也成為學者的研究目標，研究表明當燃油的溫升在20-30℃之間時，供油系統(tǒng)的質量便可減輕一半，這就大大的提高了供油系統(tǒng)的使用壽命。為了降低燃油系統(tǒng)對污染的增加，我國研制的軍用發(fā)動機多采用離心式油泵，進而取代原有的齒輪泵和柱塞泵。但離心泵在工作過程中有弊端，即在小流量時效率較低，便會造成燃油溫度的升高，因此，專家研發(fā)得出通過調節(jié)泵的工作轉速來調節(jié)燃油泵的供油量。目前我國軍用的航空發(fā)動機的燃油系統(tǒng)是應用電子技術進行控制，這就需要應用高集成度和耐高溫的電子元件和器件，獨立的燃油泵轉動裝置便成了發(fā)動機自我監(jiān)視和診斷的保證。
2.2先進技術和科技的應用
我國軍用發(fā)動機的燃油和控制系統(tǒng)中，應用了先進的技術和科技，采用耐高溫的半導體元件可耐高溫350℃、應用最先進的高溫光電技術測量裝置、采用砷化鎵材質作為集成電路、高速處理器可達每秒一億次以及高性能的復合材料。在軍用航空發(fā)動機控制系統(tǒng)的設計上運用先進的分析和檢測軟件。在發(fā)動機研制過程中，應加強計算機輔助的設計理念，在燃油附件中利用先進技術進行改造，從發(fā)動機的工裝設計、產品設計、工藝設計以及編程等發(fā)面共同發(fā)展，提高發(fā)動機的質量，節(jié)省研制時間。要利用先進的技術積極展開對控制系統(tǒng)和綜合控制系統(tǒng)的研發(fā)工作，加強對FADEC技術的研發(fā)，利用智能傳感器、數(shù)字執(zhí)行機構、數(shù)據通訊、網絡技術等進行發(fā)動機的研發(fā)。
3結語
在我國航空航天行業(yè)迅速發(fā)展的今天，軍用航空發(fā)動機燃油和控制系統(tǒng)的研究取得了較大的進步。隨著我國科研人員的不斷研究，中國航空發(fā)動機的燃油和控制系統(tǒng)也達到了較高的水平。為能研制出更高質量的航空發(fā)動機燃油和控制系統(tǒng)，研究人員應繼續(xù)加大對FADEC系統(tǒng)的研發(fā)工作，增加試驗的準確性和應用性，要注重軟件系統(tǒng)的編程，結合實踐中發(fā)動機的型號進行研究，加快FADEC系統(tǒng)的研發(fā)。本文通過闡釋燃油控制系統(tǒng)、噴管控制系統(tǒng)、FADEC技術系統(tǒng)、防喘系統(tǒng)以及監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，進而提出了我國要加強供油系統(tǒng)，同時采用先進技術和科技來提高我國未來燃油和控制系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。為我國軍用航空發(fā)動機的研制提供理論依據，與此同時，也為我國的航空航天發(fā)展指明了方向。
參考文獻：
[1]張紹基.航空發(fā)動機燃油與控制系統(tǒng)的研究與展望[J].航空發(fā)動機，2003，03：1-5+10.
【關鍵詞】應變電測 傳感器 發(fā)展應用
隨著社會的不斷發(fā)展，科技對于人們生活的影響越來越大，已經逐步的走入了人們日常環(huán)境以及工業(yè)化生產中。在大型工業(yè)、機械化工以及航空航天等領域中，新的科技應用使得各種大型設備結構復雜、精密度高，為工業(yè)化、機械化發(fā)展提供重要技術保障。因此，各種設備的正常運行是保證工業(yè)化發(fā)展的基礎，是安全生產以及產品經濟的前提，而對設備的應變測試是檢測設備正常運行的重要手段之一。應力應變測試以及傳感器技術的應用可以精確的對設備或者產品的結構、各種零部件以及工作時的受力、傳熱等狀況進行準確的測試，保證設備運行時有著正確的位移、應變、受力、受熱等力學基礎參數(shù)，保證機械設備在合適的范圍運行，避免由于結構問題或者受力、強度等問題導致的運行故障。所以說，應變電測與傳感器技術對我國工業(yè)生活的發(fā)展建設是人類社會未來發(fā)展的必然選擇。借助一定的設備檢測節(jié)點來處理一定的信息，從而來監(jiān)控和檢測設備運行的實時環(huán)境，有利于大大的推動、保護設備的正常運行以及人們的生命財產安全，展示了廣闊的發(fā)展前景。
1 技術原理與發(fā)展現(xiàn)狀
應變電測的原理是將被測物品產生的應變反應到電阻片上，然后采集電阻應變片上由于電阻變化產生的阻值。由于電阻應變片較為敏感，屬于敏感性元件，因此在電阻應變片設計以及測量過程中需要注意應變片的連接方式、溫度影響、電阻片厚度和敏感度等因素的影響。在應變測量時，需要把電阻應變片連接在被測物件的表面，當被測物表面產生受力變形時，表面的電阻應變片會敏感的捕捉到電阻片基底感應獲取的應力信息，從而將信息由基地傳到應變片的敏感柵位置，敏感柵根據被測件的變形情況計算出實際的變形量，最終使得電阻應變片產生相應的阻值，轉換為阻值數(shù)字表達出來。在信息技術的不斷推進發(fā)展中，應變電測也逐漸走向 了數(shù)字化以及網絡化，自動采集數(shù)據大大增加了電測技術的工作效率以及工作精度，有效促進了應變電測技術發(fā)展。
傳感器目前主流的有多種類型，例如感光傳感器、溫度傳感器、應變傳感器、濕度傳感器以及熱紅外傳感器等等，一般在工業(yè)系統(tǒng)中常用的傳感器是應變計式傳感器。在工業(yè)系統(tǒng)中，傳感器與各個網絡的節(jié)點密切實時連接，不同的節(jié)點之間可以借助一定的協(xié)議來實現(xiàn)連接，進而保證在一定的環(huán)境信息基礎之上進行協(xié)同工作，共同完成了數(shù)據采集護工作。恰恰傳感器憑借著其自身的優(yōu)越性，例如網絡容量大、數(shù)據量較小、靈敏度高、實時性好等，進而來發(fā)揮出整個網絡在傳輸數(shù)據信息的可靠性和安全性，體現(xiàn)了工業(yè)系統(tǒng)的優(yōu)勢。
當前，應變電測與傳感器技術正在我國各個行業(yè)發(fā)揮重要的作用，而該技術的發(fā)展仍然需要進一步提高，應變電測與傳感器技術的水平以及精度必須要達到具有一定的功能使用性標準，達到國際一流水平，以滿足我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求?？偠灾?，當前形勢下我國應變電測與傳感器技術工作的主要目標具體如下：
（1）要能夠實現(xiàn)科學的、系統(tǒng)的、精確的且快速的對于工業(yè)設備的工作狀況進行數(shù)據性的描述， 針對未來的工業(yè)設備的發(fā)展變化趨勢，特別是那些我國政府十分重視的行業(yè)設備進行重點關注，并根據設備進行技術革新，不斷滿足發(fā)展需求。
（2）要能夠更加精確的給出應變阻值，提高技術的精度，根據反饋值保證設備在安全使用范圍內。
（3）進一步完善應變電測技術的采集功能，實現(xiàn)多種傳感器技術的融合，加強技術創(chuàng)新，不斷適應日益發(fā)展的科學化生產水平。
2 應變電測與傳感器技術的發(fā)展應用
2.1 新型設備的產生
越來越先進的工業(yè)技術使得工業(yè)系統(tǒng)對新技術的要求也越來越高，這也同樣刺激了應變電測計的品種以及技術規(guī)格都有了突飛猛進的發(fā)展。在使用的應力值范圍、應用溫度、環(huán)境復雜程度等方面都有了^大的進步，一些針對特殊環(huán)境下使用的應變計也逐漸被推出，如高溫應變計、防水應變計等。除此之外，在應用范圍上也有了較大的革新，除了常用的溫度、應力應變外 ，還包括加速度、稱重、超小型、沉降計等新型應變計，在使用精度上有了較大的提高，一些應變計還可以多次重復使用，節(jié)約資源，提高 利用率。同時，針對各種應變電測設備，相應的開發(fā)出了很多對設備進行物理量測試的技術方法，包括對各種形式的傳感器進行數(shù)據采集、處理的專門軟件，可以實現(xiàn)對應變計以及傳感器的自動化測量與分析。新型數(shù)字動態(tài)應變電測計的使用也是一種技術革新，能夠實現(xiàn)應變電測計和 計算機的對接，大大提高了對設備結構、試驗進行分析的工作效率，保證了工作質量。
2.2 航空航天領域的應用
近年來，我國航空航天技術得到了長足的發(fā)展，同樣的，應變電測與傳感器技術在其中也起到了不可小覷的作用，是航空航天發(fā)展中重要的技術支持。在飛機發(fā)動機中，渦輪轉子以及渦輪風扇的工作需要很高的溫度，發(fā)動機轉動時溫度最高可以達到900℃，要想在這種工作環(huán)境下檢測發(fā)動機葉片的應變變化，所用的應變電阻片必須要能夠耐高溫，對此，新開發(fā)的應變測量計可以實現(xiàn)長時間的高溫使用，成功解決了這一難題并取得了良好的效果。此外，在飛機發(fā)動機搖臂上采用的動態(tài)應變儀取得突出的效果；飛機發(fā)動機導管采用的應力檢測試片很好的減小了飛機發(fā)動機導管 的動應力；發(fā)動機矢量噴管采用的載荷測量技術實現(xiàn)了發(fā)動機的減重并為發(fā)動機優(yōu)化設計提供數(shù)據 理論支持；在返回艙的模擬中采用的應力測試以及動態(tài)應變儀保障了返回艙的強度，由此可見，應變電測技術以及傳感器技術在航空航天領域有著至關重要的作用。
3 結束語
隨著工業(yè)化系統(tǒng)的飛速發(fā)展，科技化技術水平不斷推動著應變電測技術的不斷進步，工業(yè)設備的應變測試有了更多、更好的選擇，為航空航天、鐵路運輸?shù)裙I(yè)領域的產品發(fā)展提供了有利的技術保障，是計算結構強度、應力應變、溫度變化等測試的有效手段，為工業(yè)試驗以及工業(yè)數(shù)據分析提供了較為準確的數(shù)據資料。
參考文獻
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世界航天工業(yè)經過五十多年的發(fā)展，目前規(guī)模已相當可觀。在不同程度上建立了航天工業(yè)的國家和地區(qū)已有20多個，但在能力與水平上，各國的相互差距仍然很大。目前，世界航天工業(yè)主要分布在一些發(fā)達國家和大國，以美國最為發(fā)達，俄羅斯、歐洲和日本的航天工業(yè)也相當發(fā)達，發(fā)展中國家中，中國、印度、巴西等國的航天工業(yè)都有一定的能力和水平。
一、美國的航天工業(yè)
美國的航天工業(yè)經過數(shù)十年的發(fā)展已形成了龐大的科研生產體系，從事航天工業(yè)的員工人數(shù)近百萬人，其中科研和工程技術人員約占到總數(shù)的近80%。美國從事與航天有關的研究與咨詢活動的研究機構及學會等約有200多家。按照航天產品和導彈的總體、動力系統(tǒng)和電子設備三大部分的主要承包商統(tǒng)計，約有370多家公司；如果將有關設備、儀器儀表、地面設備、電子元器件及原材料企業(yè)也計算在內，則為航天產品配套的公司有1000多家。美國大型航天和導彈公司大多從事航空航天業(yè)務，同時經營多種業(yè)務，有雄厚的技術開發(fā)設計能力。
美國將空間開發(fā)與利用作為綜合國力新的增長點，確立了發(fā)展空間能力為基本國策，不斷加強國家對航天工業(yè)的協(xié)調，實施商業(yè)化空間政策，對民用和軍用航天計劃在技術開發(fā)、發(fā)射和服務支持方面進行最大限度的協(xié)作，并廣泛參與世界范圍的競爭。美國已形成了一套比較完善的航天與導彈工業(yè)管理體制?？偨y(tǒng)與國會為決策層，總統(tǒng)負責航天和導彈工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略決策和方針政策，國會進行航天和工業(yè)管理的立法，監(jiān)督政府有關部門的航天和導彈工業(yè)管理工作，并通過預算撥款和政策對航天和導彈工業(yè)進行宏觀調控。國防部與國家航空航天局（NASA）為計劃層，國防部是軍用航天和導彈的主管部門，NASA是美國民用航天活動的政府主要管理部門，并承擔部分軍用航空航天計劃，NASA還與其它政府部門負責商業(yè)航天規(guī)劃的實施。承包商（工業(yè)界）、科研部門、大學等為實施層。
美國在航天工業(yè)上的投資遠遠超出其它國家，2001年達到288億美元，約占世界所有國家航天預算總和的75%。
到目前為止，美國不僅形成了龐大的航天和導彈研發(fā)、生產和管理體系，而且不論是航天運載工具和航天器、還是各類導彈，均形成種類齊全、型號繁多的體系。美國具有世界上最強大的航天運載能力，擁有重型、大、中、小型等多種系列運載火箭，目前只有美國的航天飛機是世界上唯一投入使用的可重復使用的運載器，在研的及預研的可重復使用的運載器數(shù)量最多時達到十幾種；美國載人航天和空間探測技術發(fā)展成熟，目前領導和管理著龐大而復雜的國際空間站工程，數(shù)十個空間探測器探測了月球、行星和星際，各類在軌的衛(wèi)星門類齊全。自人類發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，各國發(fā)射了5000余顆衛(wèi)星，其中美國占了將近一半。
美國的航天和導彈技術始終處于世界領先地位，這與其長期保持雄厚的航天工業(yè)基礎和持續(xù)的創(chuàng)新能力分不開。航天與導彈技術屬于綜合技術和系統(tǒng)工程技術，需要以各專業(yè)技術為基礎。美國十分重視國防技術基礎的發(fā)展，國防部制訂的15項國防關鍵技術，其中12項都用于航天和導彈的研發(fā)。而這些關鍵技術的絕大多數(shù)在世界居領先地位。
二、俄羅斯航天工業(yè)
俄羅斯繼承了蘇聯(lián)大部分航天與導彈工業(yè)的科研設計機構和工業(yè)企業(yè)，保留了規(guī)模巨大航天與導彈工業(yè)的基礎，以及雄厚的科研、生產、試驗和應用能力。獨立后，俄聯(lián)邦政府給航天與導彈工業(yè)的財政撥款銳減，許多已列入航天與導彈計劃的研制和生產項目被取消或推遲，航天與導彈工業(yè)受到巨大的影響。但由于蘇聯(lián)航天與導彈工業(yè)的龐大規(guī)模和堅實的基礎，使俄羅斯至今仍然保持著一個實力僅次于美國、許多領域可以與美國并駕齊驅的航天與導彈工業(yè)強國的地位。
俄羅斯非常重視航天工業(yè)的發(fā)展，在經費有限，航天與導彈發(fā)展規(guī)?？s小的情況下，突出保證國家航天與導彈重點項目的實施和發(fā)展，繼續(xù)保持重點航天與導彈技術在世界的領先地位。俄羅斯將核威攝力量做為國家安全的基石，保持和發(fā)展包括新型戰(zhàn)略導彈在內的戰(zhàn)略核力量，確保獨立研制、生產先進戰(zhàn)略導彈系統(tǒng)的能力。鼓勵航天與戰(zhàn)術導彈產品的出口，積極開展國際航天合作。
目前，俄羅斯航空航天局直接管理著從事航天與導彈系統(tǒng)及相關部件研制的研究設計機構和生產企業(yè)一百多家，另有航空航天局內外的45家企業(yè)通過合作參與航天器與導彈的研制生產，還有一些俄羅斯與國外合資的航天企業(yè)。從事航天與導彈研制與生產的雇員近30萬。從獨立后的1992年至2000年底，俄羅斯共進行了316次航天發(fā)射，先后發(fā)射了454個各種軌道的航天器。近5年來，俄羅斯平均每年約進行20～30次航天發(fā)射，發(fā)射數(shù)量大約是蘇聯(lián)時期的1/3。俄羅斯的航天產品包括各種航天運載器、衛(wèi)星和深空探測器、載人飛船與空間站，建立了完整的航天飛行控制與測量系統(tǒng)，開展了全面的航天應用與豐富空間科學研究活動，是美國之外全球航天產品最齊全、設施最配套的國家。俄羅斯已經形成種類齊全、產品配套的導彈武器系統(tǒng)。總體上說，在許多領域俄羅斯導彈武器系統(tǒng)在品種、技戰(zhàn)術水平上都可與美國匹敵。
三、歐洲航天工業(yè)
法國是西歐第一航天大國，也是美國和俄羅斯之后的世界第三航天大國。它擁有強大的運載火箭與航天器制造能力和類型較齊全、規(guī)模較龐大的導彈研制生產能力。法國航天和導彈工業(yè)的規(guī)模在西歐居第一位，從業(yè)人數(shù)和銷售額均高居西歐各國之首。法國能獨立或為主研制各種大型運載火箭，通信、偵察和對地觀測衛(wèi)星，較大型航天器以及各種類型的導彈，共研制過或正在研制約5個系列的運載火箭、約15種型號的衛(wèi)星、3種型號的航天器和約60種型號的導彈，具備總體設計、推進、制導、結構、防熱等分系統(tǒng)設計與研制以及電池、火工品等零部件研制能力。法國研制生產的各種運載火箭、衛(wèi)星 、航天器和導彈具有較高的技術和應用水平。其中，通信和遙感衛(wèi)星性能接近世界先進水平，并帶頭打破了美國對國際商業(yè)通信衛(wèi)星研制市場的壟斷，成為“阿拉伯衛(wèi)星”和“土耳其衛(wèi)星”的主承包商；反艦導彈、防空導彈、空空導彈的性能基本接近或達到美國同類武器系統(tǒng)的水平。法國航天大型企業(yè)的基礎雄厚、設備精良、技術先進，如在“阿里安”火箭總裝車間擁有現(xiàn)代化的機器人、加工中心、CAD／CAM、數(shù)學仿真、模擬仿真等設備，其設計、研制、管理手段均非常先進。
英國航天和導彈工業(yè)的規(guī)模，在西方國家中處于前列。英國有比較配套的航天工業(yè)產業(yè)結構和產品結構，研發(fā)、生產能力與水平在西方國家中處于前列。英國航天工業(yè)的研發(fā)和生產注重選擇重點發(fā)展方向，主要是在對地觀測衛(wèi)星、小衛(wèi)星和衛(wèi)星軟件等領域的研發(fā)、生產中具有很強的實力；在通信衛(wèi)星技術領域的研發(fā)中處于世界先進水平；能獨立研發(fā)、生產衛(wèi)星整星和探空火箭，但不能獨立研發(fā)、生產運載火箭。英國雖然缺乏戰(zhàn)略導彈生產能力，但在戰(zhàn)術導彈領域，除了不具備獨立研制生產巡航導彈的能力外，其它戰(zhàn)術導彈不僅可以獨立研發(fā)和生產，而且其水平位居世界先進行列，至今已經生產了30多種型號的戰(zhàn)術導彈。英國的航天與導彈產品在國際市場上具有一定的競爭力，其中每年戰(zhàn)術導彈的出口貿易額達10多億英鎊。
德國近年來在航天器系統(tǒng)設計、制造、管理和工程總承包方面積累了豐富的經驗，掌握了許多領域的關鍵先進技術。在單、雙組元液體推進系統(tǒng)，硅太陽電池及復合材料電池板，衛(wèi)星姿控系統(tǒng)，行波管放大器，光學儀器，電火箭發(fā)動機技術等領域擁有世界一流技術。在大型運載火箭第二級液體芯級、液體捆綁助推器、上面級液體火箭發(fā)動機、姿控發(fā)動機和火箭結構件的研制上具有豐富的經驗。德國具有應用衛(wèi)星和科學實驗衛(wèi)星整星研制的能力，并擁有很高衛(wèi)星制造水平，尤其在衛(wèi)星太陽電池系統(tǒng)、姿控系統(tǒng)、光學儀器、衛(wèi)星通信有效載荷、衛(wèi)星單組元和雙組元推力器及電推進系統(tǒng)領域擁有先進水平。德國近年來積極參與了歐洲阿里安4、阿里安5運載火箭的研制和生產，并自己研制了哥白尼德國郵政衛(wèi)星。德國不生產戰(zhàn)略導彈產品，研制的導彈產品主要有地空導彈、空地導彈、空空導彈、反艦導彈、反坦克導彈等。
意大利航天與導彈工業(yè)規(guī)模在西歐排名第四位。意大利的航天工業(yè)在歐洲具有較先進的技術水平，能夠獨立開發(fā)衛(wèi)星系統(tǒng)和輕型運載火箭。在大型運載火箭固體助推器、衛(wèi)星平臺、衛(wèi)星通信高頻技術、通信衛(wèi)星有效載荷、衛(wèi)星天線、遠地點發(fā)動機領域位于歐洲前列。意大利作為主承包商研制的典型衛(wèi)星型號有意大利衛(wèi)星-1、-2通信衛(wèi)星，阿蒂米斯先進中繼和技術衛(wèi)星，宇宙-昴星團衛(wèi)星，米塔科學小衛(wèi)星。與其他國家聯(lián)合研制的航天器有多種型號。意大利目前作為主承包商正在研制維加輕型運載火箭；參加了國際空間站項目，承擔了多功能增壓后勤艙（MPLM）等重大項目的研制。在導彈領域，主要通過與法國、德國、英國和美國等國家合作的方式研制生產戰(zhàn)術導彈，產品包括反艦導彈、防空導彈、空空導彈、空地（艦）導彈和反坦克導彈。
1970年4月24日，我國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”發(fā)射成功，拉開了中國人探索宇宙奧秘、和平利用太空、造福人類的序幕。經過幾代航天人的接續(xù)奮斗，我國航天事業(yè)創(chuàng)造了以“兩彈一星”、載人航天、月球探y(tǒng)為代表的輝煌成就，走出了一條自力更生、自主創(chuàng)新的發(fā)展道路，積淀了深厚博大的航天精神。
2016年10月12日，國家國防科技工業(yè)局黨組在《人民日報》刊文稱，中國將力爭在2020年左右實現(xiàn)重點突破，加速邁向航天強國；2030年左右實現(xiàn)整體躍升，躋身航天強國之列；2050年之前實現(xiàn)超越引領，全面建成航天強國。
工業(yè)和信息化部副部長、國家國防科技工業(yè)局局長、國家航天局局長許達哲說：“‘十三五’是中國航天發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，發(fā)展航天事業(yè)，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢?！睆暮教齑髧胶教鞆妵覀冞€有多少路要走？
我國距離航天強國還有多遠？
航天強國有哪些具體指標？中國航天科技集團董事長雷凡培曾在接受采訪時表示，航天強國的指標包括100項產品技術指標和27項經濟指標。
現(xiàn)在，我國能達到國際先進水平的指標有三分之一。產品技術指標中，載人航天工程、月球探測等一些主要指標上，已達到國際先進水平；經濟指標中，有一半的經濟規(guī)模指標已達到，但人均指標仍有差距。從目前來看，“十三五”乃至未來的一段時間，我國將從重大項目、工程落地和應用層面進行布局。
在重大項目上，圍繞國家重大戰(zhàn)略需求，我國將選擇重點領域，啟動實施天地一體化信息網絡、深空探測及空間飛行器在軌服務與維護系統(tǒng)、重型運載火箭等一批新的重大科技項目和重大工程。
例如，載人航天工程建成長期有人照料的空間站，開展較大規(guī)模的空間應用；探月工程實現(xiàn)“三步走”戰(zhàn)略目標，嫦娥五號實現(xiàn)特定區(qū)域軟著陸及采樣返回，嫦娥四號實現(xiàn)人類探測器首次月球背面軟著陸；高分辨率對地觀測系統(tǒng)全面建成，為形成高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率的綜合對地觀測體系提供支撐；第二代北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)覆蓋全球，形成高質量定位、導航和授時的全球服務能力。
另一方面，加強空間科學研究，提高人類科學認知水平。充分發(fā)揮空間科學在創(chuàng)新、發(fā)現(xiàn)和技術牽引方面的重要作用，持續(xù)推進載人航天、月球探測以及空間科學先導專項等工程的科學探索，開展空間天文、空間物理、微重力、空間環(huán)境、空間生命等空間科學研究，建立可持續(xù)發(fā)展的空間科學計劃，加強空間科學探索研究，在空間科學前沿領域取得重大發(fā)現(xiàn)和突破。
而在應用層面，商業(yè)航天發(fā)展和產業(yè)化應用是重要方向。我國將圍繞國民經濟建設和社會發(fā)展重大需求，完善衛(wèi)星應用體系，拓展衛(wèi)星應用領域，強化衛(wèi)星在資源開發(fā)與環(huán)境保護、防災減災與應急反應、社會管理與公共服務、大眾信息消費與服務等方面的綜合應用。
此外，我國還將進行航天體系的體制改革。例如，推進航天科研院所分類改革和混合所有制企業(yè)改革，科學劃分航天科研院所類別，堅持生產經營類院所企業(yè)化轉制，推動建立現(xiàn)代企業(yè)制度。
構建航天新業(yè)態(tài)
雷凡培曾表示，從歐美航天產業(yè)發(fā)展歷程來看，航天產業(yè)的直接投入產出比約為1：2，而相關產業(yè)的輻射則高達1：7至1：14。我國航天產業(yè)的直接投入產出比較歐美略低，相關產業(yè)的輻射可以達到1：7至1：10的區(qū)間范圍。在航天的商業(yè)應用上仍有提升空間。
這樣的輻射力正在吸引著地方布局商業(yè)航天產業(yè)。
2016年9月，我國首個國家級商業(yè)航天產業(yè)基地落戶武漢。該基地將以發(fā)展商業(yè)航天為主導，以新一代航天發(fā)射及應用為核心，通過科技創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，打造航天運載火箭及發(fā)射服務、衛(wèi)星平臺及載荷、空間信息應用服務、航天地面設備及制造等四大主導產業(yè)。
復旦大學航空航天系教授孫剛認為，地方這樣的探索嘗試，是希望能夠在航天商業(yè)發(fā)展上做出一些產品。但要想達到盈利目的，時間還比較長。
在他看來，國外之所以能出現(xiàn)像SpaceX公司的“獵鷹-9”完成世界首次海上回收火箭這樣的實踐項目，是因為技術基礎較牢靠?！拔覀兡茏龀鲆恍┊a品，但后續(xù)的產品延保需要大量的技術保障?！?/p>
北京航空航天大學通用航空產業(yè)研究中心主任高遠洋表示，從我國國情來看，吸引社會資本和減低民營企業(yè)進入航天領域門檻，也是難點和重點。因為航天航空領域往往自成體系，傳統(tǒng)做法是進行體制內配套。未來，可以考慮在準入標準上，進行一些體制機制突破。
這也是今后的一個探索方向。例如，我國將探索推廣政府與社會資本合作（PPP）等模式，鼓勵和引導社會力量參與國家民用空間基礎設施、衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)等建設運營，以及空間信息產品服務，培育“互聯(lián)網+衛(wèi)星應用”新業(yè)態(tài)，建立完善政府購買服務的模式，促進商業(yè)航天健康發(fā)展?？臻g站、探測器登月返回等國家重大航天工程將持續(xù)實施，服務經濟社會發(fā)展的北斗導航、高分、海洋等眾多衛(wèi)星項目產生良好而廣泛的經濟和社會效益……當前和今后一個時期，作為產業(yè)鏈較全的航天大國，中國航天正迎來一個難得的發(fā)展機遇。如果能夠抓住這個機遇并利用好，將加速實現(xiàn)我國從航天大國向航天強國的歷史性跨越，包括具備全面的宇宙空間探索能力，建成完善的國家空間基礎設施和航天裝備體系，具備引領航天技術發(fā)展的自主創(chuàng)新能力，具備實力雄厚的航天國際競爭力和話語權等。
在機遇面前，一方面需要航天大型企業(yè)和研究機構不斷創(chuàng)新，繼續(xù)引領整個行業(yè)和領域發(fā)展：另一方面，也可以看到，一些新的研發(fā)機構和民營企業(yè)也對民用航天領域充滿熱情，并具備了跨入門檻的實力。如2015年發(fā)射的第一顆新一代北斗導航衛(wèi)星，由中科院和上海市合作共建的上海微小衛(wèi)星工程中心研制，采用了不同以往的衛(wèi)星新平臺和新技術，在性價比上比較有優(yōu)勢。如果能夠讓這些新生力量獲得更多參與、成長的機會，整合到航天產業(yè)的生態(tài)鏈中，與大型航天企業(yè)一起合力構建起更為開放的民用航天創(chuàng)新生態(tài)，將為中國航天帶來更廣闊的創(chuàng)新空間。
此外，國家層面將加快推進航天法立法工作，研究制定民用航天管理條例、空間數(shù)據與應用管理條例、宇航產品與技術出口管理條例等行政法規(guī)，健全民用航天發(fā)射許可、空間物體登記等制度。研究制定國家航天政策，建立完善商業(yè)航天、國際合作、知識產權等配套政策，形成社會各類主體公平有序參與航天發(fā)展的軍民融合開放局面，保障航天事業(yè)規(guī)范有序發(fā)展。
【關鍵詞】河北省廊坊市 航天戰(zhàn)略 新興產業(yè)
【中圖分類號】F276.44 【文獻標識碼】A
我國社會主義現(xiàn)代化建設，經過改革開放多年努力，已經取得了重要實質性成果，尤其表現(xiàn)在我國社會經濟快速增長。但是，隨著全球經濟和金融一體化趨勢不斷深入，我國各項產業(yè)正面臨著嚴峻考驗，2008年金融危機以來，國民生產總值和貿易出口額獲得了進一步增加，這一結果主要還是以高額資源消費為代價。世界各國都更加關注高新科學技術和構建未來可持續(xù)發(fā)展的制高點，如何構建符合我國國情的產業(yè)結構和培植具有核心競爭力的新產業(yè)，已經成為國家宏觀政策制定的主要方向和學術界研究的一個熱點問題。
2012年，我國出臺關于《“十二五”戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，更加明確我國著力發(fā)展新興產業(yè)的相關政策和指導方針，由于航天產業(yè)從自身建設和功能性外延等特征，更加成為我國戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展的關鍵性支撐石。2011年，河北省政府與中國航天科技集團公司簽署區(qū)域地方和航天產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架協(xié)議，在“十二五”期間，共同促進河北省社會經濟和航天產協(xié)同發(fā)展，主要包括：運載火箭制造及實驗、戰(zhàn)略性新興產業(yè)等五個主要內容。而廊坊市在河北省具有得天獨厚的位置優(yōu)勢，廊坊航天戰(zhàn)略新興產業(yè)建設，對于我國航天工業(yè)可持續(xù)發(fā)展、京津航天產業(yè)的拓展和延伸、地方傳統(tǒng)產業(yè)調整和產業(yè)結構全面系統(tǒng)升級都有著關鍵性的實踐性理論意義。
航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)是基于高新技術和新興產業(yè)相互融合，代表著我國科技創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展方向，近年來，河北省在推進產業(yè)結構調整和突出新興戰(zhàn)略產業(yè)方面，推出了一系列具有導向性政策措施，而這些實踐性政策性策略，對于航天戰(zhàn)略新興產業(yè)長足進步起到關鍵性作用，并且取得一定的成效。但是不可回避的是，河北省產業(yè)調整和戰(zhàn)略產業(yè)培育過程中，受到理論和經驗等多維度影響，以及實際客觀條件局部限制，產生很多新問題。
河北省航天產業(yè)發(fā)展的必要性
航天產業(yè)發(fā)展將會直接帶動一系列戰(zhàn)略新興產業(yè)培育和學科技術的融合式發(fā)展，我國經過幾十年的航天工業(yè)的探索和建設，已經構建出我國航天產業(yè)體系結構，并且航天產業(yè)的發(fā)展邁入了一個新發(fā)展階段和歷史時期。
航天產業(yè)具有重要的戰(zhàn)略導向性。航天產業(yè)的發(fā)展直接關系到我國高端裝備制造建設和發(fā)展，是我國眾多行業(yè)中具有高新科學技術應用產業(yè)之一，同時對于我國企業(yè)產業(yè)發(fā)展，起到戰(zhàn)略導向性作用。①航天產業(yè)技術創(chuàng)新和應用，對于我國社會經濟的發(fā)展起著重要的技術支撐和推進性作用效果，在提升我國人民生活質量、國際地位和綜合國力方面，更加強調其戰(zhàn)略性影響意義，一方面代表著我國在國際航天發(fā)展領域地位，另一方面也能夠表示我國核心國防實力。例如美國航天協(xié)會關于航空航天技術的相關說明，②即該技術是否領先于世界水平，直接關系到國家各個方面戰(zhàn)略性安危，發(fā)展航空航天技術是現(xiàn)在乃至未來長期投入和建設國家安全戰(zhàn)略。可見，航天產業(yè)在我國社會經濟和軍事中占據核心地位，河北省航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)建設，將會直接關系到我國航天產業(yè)整體規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展。
航天產業(yè)的技術多樣性和鏈條可擴性。航天產業(yè)建設和發(fā)展具有戰(zhàn)略現(xiàn)代性作用，主要體現(xiàn)在航天產業(yè)技術的構成技術多樣性和鏈條可擴展性，一是技術多樣性，航空航天產品制造和生產是一項高精端、多學科技術融合而成，從某種程度上講，航空航天產業(yè)發(fā)展水平能夠直接代表我國先進科學生產力的基礎建設情況。由于航天產品生產工藝的復雜性要求，制造生產需要在特定環(huán)境下完成，涉及多個學科和技術領域的協(xié)調配合，例如要求航空航天材料具有高可靠性新材料、新工藝和新技術，這也能夠進一步說明航天產業(yè)在我國各產業(yè)領域前瞻性地位。同時技術多樣性還體現(xiàn)在，生產航天產品需要小批量和多零件構成，這也要求在加工工藝選擇和技術上，呈現(xiàn)出明顯柔性生產力。二是鏈條可擴性，據有關部門相關數(shù)據統(tǒng)計，③航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展帶動我國80%的新材料研發(fā)，促進多產業(yè)鏈條企業(yè)之間融合式發(fā)展，技術能夠直接提升企業(yè)核心市場競爭力，能夠更加有效促進其他產業(yè)結構的有效調整。未來10年，一個航天項目與產業(yè)效益的比值為1：180，推進國民生產總值增長值為 0.714%。
河北省航天產業(yè)發(fā)展存在的問題
河北省在航天性戰(zhàn)略產業(yè)培育和發(fā)展方面，具有獨特發(fā)展優(yōu)勢。一是區(qū)域位置屬于京津經濟的三角區(qū)域，符合產業(yè)延伸和資源互相滲透互補的要求，河北省航天產業(yè)的發(fā)展，將帶動區(qū)域多元新興產業(yè)發(fā)展，并且能夠具有影響和被影響的區(qū)域經濟發(fā)展優(yōu)勢；二是河北省的產業(yè)優(yōu)勢，2012年底，河北省物流產業(yè)呈現(xiàn)出快速增長趨勢，同比2011年增加23.4%，物流產業(yè)已經成為河北省現(xiàn)代服務性的優(yōu)勢性產業(yè)，這也為航天戰(zhàn)略新興產業(yè)全國協(xié)同發(fā)展，提供重要基礎性保障，同時河北省在推動我國“十二五”新興產業(yè)方面，具有明顯的發(fā)展成果，尤其是先進制造、新材料和高科技電子信息技術等；三是河北省航天產業(yè)政策性優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在“十二五”綱要中明確指出進一步促進和實現(xiàn)河北省沿海地區(qū)發(fā)展，這也為河北省航天產業(yè)發(fā)展，提供上層政策性保證。由于河北省航天產業(yè)建設過程中基本無樣本參照，屬于探索性發(fā)展模式，目前，河北省航天產業(yè)發(fā)展的過程中，依然存在兩個重要問題。
航天戰(zhàn)略新興產業(yè)集群模式偏低。從國家統(tǒng)計據的相關數(shù)據分析可知，④河北省是我國一個重要經濟型大省，但是從河北省國內生產總值產業(yè)分布情況看，不屬于一個以新興產業(yè)為主導經濟強省。主要體現(xiàn)在河北省的基礎性還是以粗放式、高資源消耗為主的，例如鋼鐵等傳統(tǒng)產業(yè)，企業(yè)規(guī)模雖有所增加，但是系統(tǒng)化歸類集成程度不明顯，低水平生產現(xiàn)象還很明顯，這也是河北省產業(yè)發(fā)展過程中一個基礎性問題。河北省航天產業(yè)有其自身特有發(fā)展模式，航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)需要從布局上，充分考慮集中性，并通過相應產業(yè)集群模式，進行統(tǒng)籌式發(fā)展，構建出航天產業(yè)企業(yè)之間協(xié)調、多贏和技術互補促進融合的創(chuàng)新發(fā)展模式，并積極帶動與之相關輔產業(yè)發(fā)展，初步形成以廊坊市為主的新興航天產業(yè)集群，而對比河北省其他產業(yè)來說，還是屬于較小規(guī)模產業(yè)集群，并且還需要進一步完善系統(tǒng)框架上的組織協(xié)調發(fā)展，形成航天戰(zhàn)略新興產業(yè)的協(xié)同發(fā)展機制，形成大產業(yè)鏈條下的規(guī)模性循環(huán)經濟，從而形成以河北廊坊為中心的航天產業(yè)集群基地。
缺失高新核心支持性技術。全球范圍內已經掀起了新一輪航空航天產業(yè)發(fā)展新時期，我國航空航天產業(yè)雖然在一些關鍵性技術領域，例如載人和火箭技術，已經達到國際航空航天的世界領先技術，但是從整個航天產業(yè)發(fā)展上，卻具有明顯的缺點和不足，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是航天產業(yè)原始創(chuàng)新能力還存在著明顯的差距性，尤其是一些關鍵性核心支撐技術，不能滿足我國社會經濟發(fā)展要求，例如民用和軍用飛機在我國社會生產生活中需求量急劇增加，而我國大型航空工業(yè)，還承接一些國外外包業(yè)務，嚴重影響航空科技技術創(chuàng)新資源。同時航天產業(yè)相關技術研發(fā)過多關注于數(shù)量而不是質量，2012年航天制造產業(yè)的申請專利數(shù)達到908件，但是具有整個行業(yè)高新技術比例不足2%，美國申請8654項，核心技術占26%，這一數(shù)據顯示，我國航天產業(yè)原始創(chuàng)新能力和驅動力存在著較為嚴重問題，這也是河北省航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展的一個關鍵性問題。二是創(chuàng)新體制上存在著一定問題，尤其是在航天產業(yè)高新技術研發(fā)和市場結合方面的問題，河北省政府與中國航天科技集團具有戰(zhàn)略性協(xié)同發(fā)展關系，在航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展過程中，已經感覺到中國航天科技集團具有明顯的計劃經濟體制形態(tài)，企業(yè)之間管理上還存在行政領導關系，各個企業(yè)的自主經營權受到了重要限制，這也是導致原始創(chuàng)新動力不足的一個重要原因，同時，中航集團強調科研是主要，直接影響科研成果的市場性技術轉化，導致與河北省航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展中的資源浪費和技術擱置情況，這也是河北省以及廊坊市航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展過程中的一個關鍵性抑制性問題。
促進航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的對策和建議
河北省航天產業(yè)發(fā)展是一項多技術、多企業(yè)相互融合，協(xié)同發(fā)展的高新技術產業(yè)模式，在河北省產業(yè)結構調整和新興產業(yè)配置中，具有特殊的重要作用和意義。
地處京津兩大城市之間的廊坊市其地理位置優(yōu)越，并且具有較好的航天產業(yè)發(fā)展基礎和條件，已建成的固安航天科技城正在成為對接北京、借勢發(fā)展的契合點，預計在未來幾年，固安航天科技城將形成航天技術研發(fā)、應用、服務一條龍的完整產業(yè)鏈，搶占戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的制高點。此外，廊坊市還擁有較好的科學研究平臺，“河北省航天產業(yè)發(fā)展軟科學研究基地”和“河北省航天遙感信息處理與應用協(xié)同創(chuàng)新中心”均設在廊坊市北華航天工業(yè)學院，這將為我省航天產業(yè)發(fā)展提供高質量的研究成果。在我國“十二五”規(guī)劃的指導推動下，廊坊市航天產業(yè)必然會成為河北省社會經濟發(fā)展的新的增長點。因此，在促進河北省及廊坊市航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展過程中，可以以廊坊市航天產業(yè)發(fā)展為著眼點，集中一切優(yōu)勢資源，制定符合區(qū)域經濟發(fā)展可行性政策引導和支持，完善航天產業(yè)鏈條發(fā)展支持性渠道，運用多維度協(xié)同共進機制和手段，加大培養(yǎng)和促進航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展。具體建議及對策如下：
促進廊坊航天產業(yè)集群模式和產業(yè)鏈條協(xié)同創(chuàng)新。航天產業(yè)自身特點是一個大型復雜、多技術、多產業(yè)組合，要實現(xiàn)國家航天戰(zhàn)略創(chuàng)新導向目標，不斷創(chuàng)造和提升航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展增長點，就要更加關注和強調航天產業(yè)集群模式合理化構建和產業(yè)鏈條中各個相互企業(yè)之間協(xié)同創(chuàng)新能力。廊坊市航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)可持續(xù)發(fā)展，需要產業(yè)系統(tǒng)良好外界政策性環(huán)境和產業(yè)鏈條中各個企業(yè)創(chuàng)新，兩者直接相互協(xié)調，直接影響航天產業(yè)發(fā)展實質性效率，也制約著航天產業(yè)價值鏈條各企業(yè)均衡性發(fā)展。因此，河北省及廊坊市航天新興產業(yè)發(fā)展，就要不斷完善和優(yōu)化航天產業(yè)各企業(yè)外部發(fā)展環(huán)境，即給予政策性的引導和稅收支持，構建出符合產業(yè)發(fā)展航天產業(yè)鏈條各個企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新和共生平臺，加大對于產業(yè)關鍵性核心共性產業(yè)技術研發(fā)突破，作為其他產業(yè)發(fā)展的技術導向和配套支持，從而更好服務于河北省傳統(tǒng)產業(yè)結構轉型和新興戰(zhàn)略產業(yè)發(fā)展。
實現(xiàn)廊坊特色航天產業(yè)核心技術創(chuàng)新。河北省航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展要充分和依靠自身，地理、科研和政策性優(yōu)勢，強調和突出以廊坊市為產業(yè)中心，支持和培養(yǎng)企業(yè)核心技術發(fā)展。核心技術企業(yè)發(fā)展是航天產業(yè)鏈條中心臟組成部門，直接代表著航天產業(yè)專業(yè)化和高信息技術性，這也直接需要政府政策性導向和引入社會資本進行長期可持續(xù)建設和發(fā)展。例如，國際上航天產業(yè)的一些核心技術都是由寡頭企業(yè)壟斷，由于利益驅使，其更加注重核心技術保護，使得其他國家難以獲取。而我國在掌握航天產業(yè)關鍵技術中，具有較好產業(yè)發(fā)展優(yōu)勢，核心技術研究就是要依靠企業(yè)原創(chuàng)性，要耐得住長期投入和風險，建議河北省構建出航天產業(yè)核心技術創(chuàng)新保障平臺，增加航天產業(yè)核心技術研發(fā)抗風險能力，關注國外航天同類技術反向工程求解、結合我國本土技術，進行核心技術再創(chuàng)新。在實現(xiàn)以河北省廊坊市為代表的航天產業(yè)核心技術創(chuàng)新的過程中，要始終明確兩個支持問題：一是結合國內外航天產業(yè)發(fā)展新形勢，解決關鍵性技術核心問題，以點蓋面，充分把握住航天產業(yè)發(fā)展必要性和特殊性，建立廊坊市航天戰(zhàn)略新興產業(yè)良性發(fā)展合理化機制，形成一種產業(yè)優(yōu)勢發(fā)展穩(wěn)定環(huán)境。二是以中央國企混合制改革為背景，不斷整合河北省航天戰(zhàn)略新興產業(yè)鏈條，推進航天產業(yè)軍用和民用相結合模式，更好地實現(xiàn)航天產業(yè)研發(fā)性向服務性模式轉化，促進河北省及廊坊市區(qū)域社會經濟航天新興產業(yè)和其他產業(yè)的聯(lián)動協(xié)調發(fā)展。
結語
航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，直接關系到我國社會經濟發(fā)展和國際地位，航天產業(yè)發(fā)展的必要性，主要體現(xiàn)在航天產業(yè)具有先天的戰(zhàn)略導向性和航天產業(yè)的技術多樣性和鏈條可擴性，戰(zhàn)略導向性是航天產業(yè)發(fā)展的必要前提，而產業(yè)技術多樣性和鏈條可擴性是航天產業(yè)推進自身和促進其他產業(yè)建設的著眼點，可見構建我國大戰(zhàn)略背景下的航天產業(yè)航母，促進河北省航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展具有現(xiàn)實客觀需求。河北省在產業(yè)結構調整和培育新興戰(zhàn)略產業(yè)上，具有更加突出的京津翼黃金三角區(qū)地域優(yōu)勢、更加完備的產業(yè)配套服務保障體系和航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展的政策性扶持導向優(yōu)勢。
近幾年，河北省航天戰(zhàn)略性產業(yè)發(fā)展取得一定成績的同時，也暴露出一些明顯不足和問題，主要是航天戰(zhàn)略新興產業(yè)集群模式偏低和缺失高新核心支持性技術，而產業(yè)集群模式是航天戰(zhàn)略新興產業(yè)價值鏈條協(xié)同發(fā)展的保障性措施，高新核心技術支持是航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展基礎，也是推進河北省其他產業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展推動力。對于當前所存在的問題，文中建設性提出促進航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的對策和建議，主要包括，航天產業(yè)集群模式和產業(yè)鏈條的協(xié)同創(chuàng)新，及河北省具有特色航天產業(yè)核心技術創(chuàng)新。河北省航天戰(zhàn)略產業(yè)發(fā)展需要來自各方面的多維度創(chuàng)新，只有創(chuàng)新才能走出一條符合我國實際情況的航天產業(yè)發(fā)展之路。我國航天戰(zhàn)略新興產業(yè)發(fā)展，是一項理論和實踐反復結合的工作，需要更多機構和學者，進行系統(tǒng)性和關鍵問題研究，希望筆者文章關于河北省廊坊市航天戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展問題探究，能起到拋磚引玉之作用，更加有利于航天戰(zhàn)略新興產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進一步探討和研究。
（作者單位：北華航天工業(yè)學院；本文系2013年度北華航天工業(yè)學院科研基金項目“加速廊坊戰(zhàn)略性新興高端產業(yè)發(fā)展，助推綠色崛起”階段性成果并受“河北省航天產業(yè)發(fā)展軟科學研究基地”資助，項目編號：KY―2013―24）
【注釋】
①傅培瑜：《我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展的研究》，東北財經大學碩士學位論文，2010年，第6～9頁。
②張春玲：“加快培育我國戰(zhàn)略性新興產業(yè)的對策研究“，《生態(tài)經濟》，2013年第3期，第30頁。
③王新新：“戰(zhàn)略性新興產業(yè)的培育與發(fā)展策略研究“，《生產力研究》，2011年第8期，第155～157頁。
發(fā)令槍已響，一場空天領域的競賽正在激烈上演。近日，歐洲航天局宣布重返月球計劃，將建造首個月球永久性基地，美國宇航局2016年則瞄準太空旅行和深空探測，實施一系列火星計劃，并計劃于2030年實現(xiàn)宇航員登陸火星的目標。各大國動作頻頻，劍指蒼穹，那么作為軍事強國的俄羅斯有著怎樣的舉動和戰(zhàn)略考量呢？在這場激烈的角逐中，俄羅斯空天力量體系的實力又到底如何呢？ 俄羅斯空天領域既有優(yōu)勢
作為老牌世界軍事強國，俄羅斯的航天實力不容小覷。在蘇聯(lián)的光環(huán)下，俄羅斯航天業(yè)有著得天獨厚的既有條件，使得其在諸多航天領域獨具優(yōu)勢。
航天基礎設施體系完善 莫斯科郊外的航天中心內，用于宇航員模擬太空練習的離心機正在工作。
20世紀美蘇的“星球大戰(zhàn)”推進了蘇聯(lián)航天業(yè)的快速發(fā)展，催生了強大完善的航天力量體系。蘇聯(lián)解體后，俄羅斯繼承了蘇聯(lián)85%以上的航天工業(yè)，這使得俄在航空航天領域的起點較高，起步較快。諸如航天與導彈工業(yè)的科研機構、空天武器裝備的生產制造單位、航天器的發(fā)射及監(jiān)測基地等一整套完整的基礎設施體系為俄羅斯航天業(yè)的發(fā)展鋪平了道路。
空天核心技術較為成熟 1961年4月12日，蘇聯(lián)航天員尤里?加加林搭乘“東方”號載人航天飛船遨游太空，書寫了人類探索太空的新篇章。蘇聯(lián)時期的叱咤雄風并未隨蘇聯(lián)的解體而消散，其領先的核心技術在俄得以繼承。目前，在運載火箭、反導武器方面，俄可以說獨領。自1995年以來，美國軍方一直使用俄制RD-180火箭發(fā)動機來發(fā)射軍事和間諜衛(wèi)星。迄今為止，“質子”-M大型運載火箭也運載了50多顆美國商用衛(wèi)星。另外，俄正在發(fā)展的S-500防空反導系統(tǒng)，可攔截500千米外以5千米/秒速度高速飛行的彈道導彈或戰(zhàn)略彈道導彈，以及大氣層外的各種高速飛行器，其整體作戰(zhàn)效能遠遠超過全球任何一種現(xiàn)役的防空系統(tǒng)。 追夢路上困難重重
雖然俄羅斯在空天領域占有一定優(yōu)勢，但較蘇聯(lián)來說，卻一直在走下坡路，體制機制上的詬病積重難返，基礎設施上的損耗也日益嚴重，這無形中給俄航天業(yè)的發(fā)展增加了巨大的阻力。
資金不足成為“拖油瓶” 此前，俄總統(tǒng)普京曾痛心疾首地指出，俄航天事業(yè)有淪為“航天馬車夫”的危險?，F(xiàn)在看來，這種形勢依然不容樂觀。從俄羅斯航天集團公司在2016年1月公布的2016～2025年俄聯(lián)邦航天計劃草案來看，俄未來10年的航天預算將比此前計劃大幅縮水。受國際經濟形勢低迷和盧布匯率持續(xù)下跌影響，2016～2025年俄聯(lián)邦航天預算將由此前計劃的2萬億盧布降至1.4萬億盧布，降幅達30%。由此，俄未來10年的航天計劃將被迫大幅“瘦身”。例如通過重型運載火箭實施“繞月”探測的時間，將從此前計劃的2025年推遲到2025～2030年間實施;首次載人上月球的飛行時間將從2030年推遲至2035年;未來10年研制和發(fā)射的航天器數(shù)量也由此前計劃的185個降至150個;此外，還有數(shù)個研究計劃被從太空計劃中砍掉。由于經費問題，俄空天領域老化的舊武器系統(tǒng)得不到有效改進，先進的新裝備也無法列裝部隊?？梢哉f，資金的短缺已經嚴重阻礙了俄航天工業(yè)的發(fā)展。
腐敗問題成為“攔路虎” 近年來，俄航天工業(yè)效率低下，航天事故頻發(fā)，多枚火箭發(fā)射失敗，俄目前在建的大型航天發(fā)射場―所謂的“東方航天港”也屢次因為資金問題而導致工程陷入停滯。在2014年，根據俄羅斯相關監(jiān)管機構的調查結果，聯(lián)邦航天局內部被發(fā)現(xiàn)的金額竟超過18億美元。俄副總理羅戈津也直言：“在這樣的道德腐化程度之下，我們的航天發(fā)射屢屢發(fā)生事故也就不足為奇了?！彼裕砀邔記Q心根除航天部門久治不愈的頑疾，俄航天集團公司也由此應運而生。
人才流失成為“絆腳石” 近年來，由于在政治、經濟等方面的保障及待遇不完善，使得俄國防科技人才大量外流。俄羅斯齊奧爾科夫斯基航天科學院專家卡拉什表示，許多一流專家沒有在一線工作，他們的興趣點也不在加速俄航天技術發(fā)展方面，而更關注自己的職位和薪水。雖然政府最近幾年在航空航天產業(yè)投入了大量資金支持其發(fā)展，但這些費用大都投給了新的研發(fā)項目，而投入到人才培養(yǎng)上的資金相對不足，造成了目前俄羅斯大部分掌握尖端技術的科學家仍都是年過半百的老科學家，年輕科學家和技術人員的比例越來越低，甚至出現(xiàn)“斷崖”。 砥礪前行，只為空天夢
俄羅斯曾是雄霸一時的世界大國，自然不甘愿淪當“航天馬車夫”。同時，俄羅斯也清楚，隨著新時期戰(zhàn)爭形態(tài)的深刻變革，空天領域將是未來敵我較量的主要戰(zhàn)場。因此，俄羅斯十分重視空天力量的發(fā)展，不斷采取措施以實現(xiàn)孜孜以求的空天夢。
整合結構，聚焦精干 未來作戰(zhàn)是體系間的作戰(zhàn)，構建完善的空天作戰(zhàn)防御體系顯得十分必要。俄羅斯從1993年就已經開始著手籌建太空作戰(zhàn)、預警和偵察系統(tǒng)，并于1997年合并完成了火箭部隊、軍事航天部隊和導彈防御部隊建設，到2001年已正式創(chuàng)建了“天軍”―航天部隊。2006年4月5日，俄羅斯總統(tǒng)批準了新的《空天防御構想》，明確了俄軍空天防御體系的建設原則、結構組成、作戰(zhàn)目標、建設步驟、未來發(fā)展方向等一系列重要的事宜。近年來，乘著“新面貌”軍改的浪潮，俄在2011年開始建立“集防空、反導和太空防御為一體”的“國家空天防御系統(tǒng)”，組建空天防御兵，并于2015年8月正式成立空天軍，整合了戰(zhàn)略預警、導彈防御、要地防空、外空監(jiān)控、航天支援保障等力量，大大提升了空天作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)了防空、反導、太空防御“三位一體”的目標要求。在2016年1月，俄又將國家航天局改為俄羅斯國家航天集團公司，旨在進一步精簡組織編制、改善指揮能力、增強作戰(zhàn)能力，加速落實“空天一體”的戰(zhàn)略構想。這一路走來，俄羅斯披荊斬棘，乘風破浪，不斷朝著精簡、高效的空天作戰(zhàn)防御體系邁進，大大推動了航天事業(yè)的發(fā)展。
防御為主，瞄準打贏 現(xiàn)今武裝斗爭的重心已轉向空天領域，未來武裝沖突的結局將主要由空天領域的對抗決定。2001年，美國單方面退出《反導條約》，在外空攻防對抗中采取“先發(fā)制人”的進攻戰(zhàn)略原則。近年來，美國不斷試飛X-37B空天飛機，使得全球快速打擊不再遙不可及，隱身飛機、精確制導武器的廣泛應用又給各國空天安全帶來嚴重挑戰(zhàn)。面對來自美國及其盟友咄咄逼人的空天威脅，俄羅斯結合目前的政治經濟現(xiàn)狀，認為優(yōu)先發(fā)展空天防御、避免陷入軍備競賽、保證國家安全是當下的首要任務。為此，根據俄航天10年計劃，反衛(wèi)星武器將是重點發(fā)展對象，積極推進反衛(wèi)星武器的研究和部署，壓制和削弱美國的反導體系成為了工作的主要目標。目前，俄羅斯航天導彈防御部隊可監(jiān)視8500個太空目標，能對美國全境內所有洲際彈道導彈發(fā)射場進行全天候監(jiān)視，已建成15個快速反低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射臺，擁有100部導彈發(fā)射裝置。在武器系統(tǒng)上，俄羅斯主攻的“白楊”-M導彈及主守的S-400“凱旋”反導系統(tǒng)提供了尖銳的利器和堅實的盾牌，讓美國精心部署的空天攻防武器顯得“力不從心”。
合作共贏，謀于發(fā)展 優(yōu)勢互補，合作共贏可以說是俄羅斯目前不得不采取的一項舉措。由于巨大的經濟下行壓力，導致俄羅斯投在航天工業(yè)上的資金一縮再縮，不得不從其他方向上獲取部分經濟來源。另外，由于俄國防科技人才的流失及技術上的短板，使得加強國際交流合作非常必要。在商業(yè)領域，俄羅斯瞄準太空潛在的商業(yè)價值，不斷開發(fā)挖掘，早在1999年8月俄羅斯空間聯(lián)盟公司就開始與安德森的太空冒險旅行公司合作開發(fā)“太空游”項目，獲得巨大利潤;在太空探索領域，俄美兩國合作已久，美國主力運載火箭“宇宙神”-5的第一級發(fā)動機就是引進俄制的RD-180，且在國際空間站的合作上，美國每向國際空間站運送1名宇航員，需向俄支付近7100萬美元的“船票”。不管怎樣，以國際交流與合作為跳板，將助力航天工業(yè)的迅速發(fā)展，給俄羅斯空天事業(yè)打開一條光明大道。因此，航天領域的交流與合作仍將是未來俄航天產業(yè)的重要工作方向。 俄羅斯S-400防空導系統(tǒng)
關鍵詞：增材制造技術；金屬快速成型；工程應用；發(fā)展趨勢
中圖分類號：TB47 文獻標志碼：A
增材制造技術又稱快速成型技術（RapidPro－totyping，RP），是20世紀80年代中期發(fā)展起來的一種利用材料堆積法制造實物產品的一項高新技術．該技術借助計算機、激光、精密傳動和數(shù)控等手段，將計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）集成于一體，以逐層累積的建造方式在短時間內直接制造產品樣品，無需傳統(tǒng)的機械加工設備和工藝，顯著地縮短了產品開發(fā)的周期，增強了企業(yè)的競爭能力［1］．相比傳統(tǒng)機械制造方法，增材制造技術可以實現(xiàn)任意復雜結構模具等的快速制造，在單件或小批量生產用機械制造過程中，具有制造成本低，周期短的優(yōu)勢，因此廣泛應用于機械制造業(yè)［2］．
1增材制造技術發(fā)展現(xiàn)狀
1．1增材制造技術在國外的發(fā)展
增材制造技術最早出現(xiàn)在1892年，美國Blan－ther用分層制造法構成地形圖并申請了專利，開啟了該技術發(fā)展的序幕．20世紀80年代，RP技術經歷了快速及根本性的發(fā)展，僅在1986～1998年期間注冊的美國專利就有274個［3］．美國的3DSystems公司于1988年生產出了世界上第一臺液態(tài)光敏樹脂選擇性固化快速成型機（SLA－250）．20世紀90年代后期，出現(xiàn)了3DP、SDM、SGC、FDM等十幾種不同的快速成型技術．2012年美國總統(tǒng)奧巴馬為重振美國制造業(yè)提出一系列計劃，將3D打印技術列為11項重要技術之一．英國技術戰(zhàn)略委員會“未來的高附加值制造技術展望”中，把增材制造技術列為提升國家競爭力，應對未來挑戰(zhàn)的22個應優(yōu)先發(fā)展技術之一［4］．目前，美國Ford汽車公司和DuPont公司已經在他們的生產線上采用RP技術，美國Pratt＆Whitney公司已應用RP技術制造鑄造熔模．歐洲和日本等國家也不甘落后，紛紛進行RP技術及設備研制等方面的研究工作，如德國的EOS公司、以色列的Cubital公司以及日本的CMET公司等［3］．近年來，采用RP設備最積極的地區(qū)是東亞，尤其是韓國、香港、新加坡［5］．國外RP技術在航天航空、汽車交通、醫(yī)療器械、藝術創(chuàng)作等多個領域得到應用．
1．2增材制造技術在國內的發(fā)展
我國于90年代初才開始增材制造技術研究，雖短短20余年時間，卻得到了工業(yè)界的高度重視，發(fā)展迅速．2013年，國內媒體紛紛報道，將RP技術稱為“3D打印—無所不能的未來”［6］、“幾乎顛覆傳統(tǒng)的制造模式”［7］等．我國已擬定增材制造技術路線圖和中長期發(fā)展戰(zhàn)略，中國工程院2012年1號文件內容即為進行“增材制造技術工程科技發(fā)展戰(zhàn)略的研究”，成立了由華中科技大學、西安交通大學、清華大學、北京航天航空大學、西北工業(yè)大學和國防科工委625所等專家組成的工作組，并已在2013年3月提交相關咨詢研究報告［4］．目前，我國已初步形成增材制造設備和材料的制造體系．部分國產設備已接近或達到美國公司同類產品的水平，設備及材料價格便宜．在國家科學技術部的支持下，我國已在深圳、天津、上海、西安等地建立一批向企業(yè)提供快速成形技術的服務機構，推動了增材制造技術在我國的廣泛應用．另外，我國的部分科研院所和企業(yè)已研發(fā)出光固化、金屬熔敷、生物制造、陶瓷成形、激光燒結、金屬燒結、生物制造等類型的增材制造裝備和材料［8］，取得了很好的效果．但與工業(yè)化國家相比，我國RP技術的研究和應用尚存在一定的差距．
2增材制造技術基本成型原理與工藝
2．1增材制造技術的原理
增材制造技術是采用離散∕堆積成型的原理，通過離散獲得堆積的路徑、限制和方式，經過材料堆積疊加形成三維實體的一種前沿材料成型技術［9］．其過程為：對具有CAD構造的產品三維模型進行分層切片，得到各層界面的輪廓，按照這些輪廓，激光束選擇性地切割一層層的紙（或樹脂固化、粉末燒結等），形成各界面并逐步疊加成三維產品［10］．由于增材制造技術把復雜的三維制造轉化為一系列二維制造的疊加，因而可以在沒有模具和工具的條件下生成任意復雜的零部件，極大地提高了生產效率和制造柔性［11］．增材制造技術體系可分解為幾個彼此聯(lián)系的基本環(huán)節(jié)：三維模型構造、近似處理、切片處理、堆積成形、后處理等．增材制造過程如圖1所示．
2．2增材制造技術的制造工藝
隨著CAD建模和光機電一體化技術的發(fā)展，增材制造技術的工藝發(fā)展很快，按照所用材料和建造技術的不同，目前投入應用的已有十余種工藝方法．其中發(fā)展較為成熟的主要有光固化立體成型、分層實體制造、選擇性激光燒結等．上述工藝發(fā)展較為成熟，在此不再贅述．金屬直接成形法可以實現(xiàn)具有較高致密度和力學性能產品的快速制造，但工藝難度大，因此整體還處于技術研究階段［2］．現(xiàn)將發(fā)展?jié)摿^大、較前沿的金屬直接成型工藝進行重點介紹．2．2．1激光立體成形技術激光立體成形技術（LSF）是在快速成形技術和大功率激光熔覆技術蓬勃發(fā)展的基礎上迅速發(fā)展起來的一項新的先進制造技術［12］．該技術綜合了激光技術、材料技術、計算機輔助設計、計算機輔助制造技術和數(shù)控技術等先進制造技術，通過逐層熔化、堆積金屬粉末，能夠直接從數(shù)據生成三維實體零件，具有無模具、短周期、近凈成形、組織均勻致密、無宏觀偏析等優(yōu)點［13］．這項技術尤其適用于大型復雜結構零件的整體制造，在航空航天等高技術領域具有廣闊的發(fā)展前景．目前，LSF的研究不斷取得突破性進展，發(fā)展迅速．如西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室，在國內率先提出LSF發(fā)展構思，并研發(fā)一套完整的高性能致密金屬零件的激光立體成形理論、技術與裝備，榮獲陜西省科學技術一等獎［14］．近年來，LSF在大型鈦合金構件的研究方面取得重大突破，解決了其變形控制、幾何尺寸控制、冶金質量控制、系統(tǒng)裝備等方面的一系列難題［4］，如試制成功C9飛機翼肋TC4上下緣條構件．另外，LSF在一些理論研究方面也取得一些進展，如激光成形凝固組織的理論分析；TC4合金的α＋β兩相組織控制、斷裂韌性、疲勞性能的研究；激光立體成形鎳基合金室溫拉伸和高溫持久性能研究等．LSF在航空航天領域的設備修復、激光組合制造、現(xiàn)場維修和再制造以及醫(yī)用植入體應用等領域已得到廣泛應用．其中，航空航天領域研究進展顯著，如航空航天高性能薄壁零件的成形、挽救常規(guī)技術不可修復的航空發(fā)動機零件、修復高推重比航空發(fā)動機整體葉盤、尾氣能量處理透平機0Cr17Ni4Cu4Nb葉輪修復［4］等．LSF發(fā)展較快，已在國內外獲得廣泛應用，還須在工藝研究進一步系統(tǒng)化、理論研究繼續(xù)深化、發(fā)展激光涂覆過程的實時觀測技術、開發(fā)適用于該技術的合金材料、成形精度與成形速率如何達到最佳匹配［15］等方面加大研究力度．2．2．2激光選區(qū)熔化工藝激光選區(qū)熔化工藝（SLM）是激光選區(qū)燒結技術的一種升級和衍生，是直接進行金屬打印的最新前沿技術之一．該技術為將零部件CAD模型分層切片，采用預鋪粉的方式，掃描鏡帶動激光束在計算機控制下沿圖形軌跡掃描選定區(qū)域的合金粉末層，使其熔化并沉積出與切片厚度一致、形狀為零件某個橫截面的金屬薄層，直到制造出與構件CAD模型一致的金屬零件［16］．其工藝原理圖如圖2所示，SLM制造激光功率一般在數(shù)百瓦級，精度高（最高可達0．05mm），質量好，加工余量?。艿呐浜厦嬷?，制造的產品一般經噴砂或拋光等后續(xù)簡單處理就可直接使用．該技術燒結速度快，成型件質量精度高，適合中、小型復雜結構件，尤其是復雜薄壁型腔結構件的高精度整體快速制造［16］．SLM可為生產高精密、復雜器件提供全新的制造方法，應用前景廣闊．如：美國GE公司在各大型企業(yè)中率先成立金屬材料激光熔化增材制造研發(fā)團隊，并在LEAP噴氣發(fā)動機中采用SLM制造燃油噴嘴；美國NASA馬歇爾航天飛行中心于2012年采用激光選區(qū)熔化成形技術制造了復雜結構金屬零部件樣件，用于“太空發(fā)射系統(tǒng)”重型運載火箭；2013年8月，NASA對SLM制造的J－2X發(fā)動機噴注器樣件進行了熱試車試驗并獲得成功；美國加利福尼亞大學圣迭戈分校太空發(fā)展探索團隊用3D打印方法制造火箭發(fā)動機推力室組件等［16］．在設備開發(fā)方面，早在2004年，華南理工大學與北京隆源合作，在國內選區(qū)激光燒結設備的基礎上首先開發(fā)出選區(qū)激光熔化快速制造設備Dimetal－240．2012年，華南理工大學研發(fā)出最新精密型Dimetal－100成型機［17］．目前，各研究機構一直致力于高（變）致密度、成型角度、薄壁、力學性能等基礎研究，適用于該技術的各種金屬材料及工藝研究有待開發(fā)．
3增材制造技術的應用典型
3．1設計驗證方面的應用
增材制造技術在設計驗證方面應用廣泛，可應用于航天系統(tǒng)功能性風扇組裝、進行功能性和聲響測試，使得模擬實際旋轉速度達15000r／min，遴選出問題解決方案，節(jié)約成本［18］．保時捷將其用于功能性測試，以便分析冷凍液流動特性，改變設計以減少紊流．另外，美國GE公司采用增材制造技術用1個零件代替原設計20個零件組成的飛機發(fā)動機噴嘴，減重25％，增效15％，制造成本大幅度降低，已大批量生產；美國公司還采用增材制造技術，成形了能耐熱3300°C的復合材料航天發(fā)動機零件，使其成為“龍飛船2號推力達到龍飛船1號推力的200倍”技術的關鍵［19］．增材制造技術還可應用于機器人表面映射反饋輔助原型設計［20］、光彈應力分析等．光彈應力分析時，需將作用于激光快速原型工件上的應力可視化，以識別設計不足的區(qū)域．圖3為增材制造技術設計驗證的部分應用.
3．2模具制造方面的應用
增材制造技術在模具制造方面的應用廣泛，主要分為軟模具制造和硬模具制造．利用真空澆注軟硅膠模翻模技術，可生產小批量的類似工程塑料、聚氨酯等產件．快速鑄造方面，光敏樹脂消失法鑄造可一次完成鑄造成型，周期短，機械性能好［21］．嘉陵集團利用該技術用于摩托車發(fā)動機缸頭研制，獲得了巨大的經濟效益．光固化原型與砂型結合鑄造技術應用也較為廣泛，如研發(fā)新型四缸柴油發(fā)動機缸蓋［18］、開發(fā)汽車零部件［22］等．快速成形原型直接制造蠟型模具可用于小批量精鑄，大大提高鑄件壽命，節(jié)約成本．另外，西安交通大學研發(fā)出的陶瓷型鑄造，鑄型外殼、內芯和漿料包裹層一體化設計，使航空葉片鑄件合格率由15％提升至85％．東方氣輪機廠利用該技術已研發(fā)出空心渦輪葉片，大大提高了葉片機械力學性能［18］．目前，最為先進的快速模具制造方法有樹脂基復合材料快速制模方法、中或低熔點合金鑄造制模、金屬電弧噴涂制模等．其中，金屬電弧噴涂成型快速制模技術［18］在模具成本、壽命、制造周期、精度等方面具有綜合優(yōu)勢，并且模具工作表面具有較好的強度、硬度和耐磨性，模具表面摩擦學特性更接近于鋼質模具，是一種較為理想的快速制模方法．其技術原理、設備及制模應用如圖4、5所示．快速模具技術可節(jié)約成本3／4，縮短生產周期約2／3．提高模具制造精度、開發(fā)新材料新工藝、直接制造高強度金屬模具等是該技術的重要發(fā)展方向．
3．3個性化醫(yī)療方面的應用
增材制造技術在醫(yī)療模型制造和體外醫(yī)療器械［23］、個性化永久植入物制造、組織工程支架制造、細胞打印、器官打印方面應用廣泛，現(xiàn)已取得較大進展．如利用增材制造技術制造出高精度連體骨骼模型，成功實現(xiàn)連體嬰兒分離［24］等．西安交通大學與第四軍醫(yī)大學聯(lián)合開展骨替代物制造、定制化人工脛骨半關節(jié)大段骨重建術、定制化鈦合金半膝關節(jié)假體復合大段骨移植、定制下頜骨原型設計［25］等研究，并成功實現(xiàn)中國首例“下頜骨溶解修復”手術［18］．另外，西安交通大學與昆明軍區(qū)醫(yī)院聯(lián)合進行了脊椎手術導航模板制作等研究，進一步擴展了個性化永久植入物的應用領域．采用TCP材料，西安交通大學積極開展基于光固化原型的支架制作人工活性骨支架研究，取得一定的科研進展．圖6所示為利用3D打印技術制作的脊椎手術導航模板．
4增材制造技術的發(fā)展趨勢
目前，增材制造技術存在許多問題，如材料方面限制、成形精度與成形速度的矛盾、設備及材料的價格昂貴等．在未來的發(fā)展中，該技術將會在新材料及創(chuàng)新工藝［26］、裝備與關鍵器件、與傳統(tǒng)工藝相結合等方面展開更深入的研究．另外，增材制造技術要克服一些技術瓶頸，實現(xiàn)關鍵技術環(huán)節(jié)上的突破，如：與傳統(tǒng)制造結構保持同樣的強度；減小成型過程中的變形，細化光斑、優(yōu)化材料和工藝［27］，以提高制造精度；進行工藝創(chuàng)新與優(yōu)化，提高光束能量以提高制造效率［18］等．現(xiàn)階段，該技術將重點研究陶瓷零件制造、復合材料制造、聚合物噴射快速原型制造［28］、金屬直接制造等，如：利用光固化原型技術，使支撐結構中組織發(fā)生變化制作碳化硅復合材料零件；使用高介電陶瓷材料，構造復雜型腔結構實現(xiàn)微波負折射功能，進行光子晶體制造，完成傳統(tǒng)制造技術難以制作的內外形結構；深入研究金屬直接成形自愈合原理，進行高溫合金葉片制作實現(xiàn)金屬直接制造［18］等．增材制造技術在工藝研究方面，存在許多具有潛力的研究方向．如：建立多層激光直接成形的自穩(wěn)定機制并利用粉末負離焦技術制造薄壁，使工件側面平均粗糙度達到10．04μm；充分研究葉片制造中的曲率效應，實驗發(fā)現(xiàn)曲率大處熔化嚴重；進行空心葉片掃描路徑設計與實驗研究，以輪廓、光柵（方向優(yōu)化）、分區(qū)的路徑選擇掃描復雜空心葉片，減少空行程，節(jié)約粉末；依據液氮控制冷卻梯度，對空心葉片定向晶組織進行控制［18］等．在生物組織制造方面，增材制造技術潛力巨大，應用前景廣闊，如：進行肝組織支架制造，通過仿生流道和定向多孔結構促進肝細胞向支架內生長，研究支架／細胞復合體用于修復肝缺損的有效性［29］；對細胞打印和器官打印等生物醫(yī)學前沿領域研究探索［18］等．另外，將增材制造技術與傳統(tǒng)工藝相結合，進行小批量制造，可發(fā)揮倍增效益，是該技術發(fā)展的一大趨勢．
5結語
