無標(biāo)題文檔信息技術(shù)與航天航空
●中國工程院院士、電子工程系教授 吳佑壽
航天航空工程是復(fù)雜的系統(tǒng)工程。1957年，前蘇聯(lián)SPUTNIK人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來，宇航科學(xué)發(fā)展迅速，理論研究不斷深入，技術(shù)進(jìn)步神速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓廣。今天，航天航空科學(xué)已成為高科技最重要的發(fā)展方向之一：新體制、新制式、新技術(shù)和新應(yīng)用領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)。航天航空在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的重要性日益突出，而航天航空科技的每一次進(jìn)步都與信息技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。
通信衛(wèi)星是空間商業(yè)化最成功的個(gè)案，今后仍有廣闊的發(fā)展空間。由于衛(wèi)星通信具有頻帶寬、覆蓋范圍廣、又具有廣播能力和建立通信鏈路迅速等優(yōu)勢，其發(fā)展將不會(huì)因地面通信系統(tǒng)的發(fā)展而受到制約。近年來，人們對因特網(wǎng)的需求迅速增長，越來越多的Internet服務(wù)商開始使用衛(wèi)星，寬帶IP衛(wèi)星技術(shù)因而得到迅速發(fā)展。據(jù)估計(jì)，到2007年,寬帶衛(wèi)星在互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)市場的份額有望占到30%，日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將研制Gbit/s量級容量的通信衛(wèi)星提上議事日程。星間鏈路及星間通信的研究也方興未艾，是實(shí)現(xiàn)低軌衛(wèi)星組網(wǎng)、衛(wèi)星編隊(duì)飛行的重要手段，也將是實(shí)現(xiàn)天、空、地一體化網(wǎng)絡(luò)不可或缺的技術(shù)。
隨著微電子、計(jì)算機(jī)、高速信號處理、通信傳輸?shù)刃畔⒓夹g(shù)的發(fā)展，上個(gè)世紀(jì)90年代興起的小衛(wèi)星初露頭角。據(jù)英國學(xué)者SWEETING教授稱：這種小衛(wèi)星能做一般衛(wèi)星80%的工作，價(jià)格只有10%左右，很有發(fā)展前景；同時(shí)，小衛(wèi)星也是吸納專業(yè)部門以外一些科研單位(例如高等院校)共同參與有關(guān)研發(fā)工作的好項(xiàng)目。此外，上個(gè)世紀(jì)末興起的“高空平臺(tái)站”HAPS和衛(wèi)星平臺(tái)結(jié)合，也將為新一代空間信息系統(tǒng)開創(chuàng)一個(gè)嶄新的天地。
機(jī)載及星載信息裝備在現(xiàn)今的國防建設(shè)中占有重要的地位。現(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)空間已從傳統(tǒng)的陸、海、空擴(kuò)大至陸、海、空、天、電五維戰(zhàn)場。戰(zhàn)場信息不但將通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳遞，也將由各種星載信息裝備獲得，實(shí)現(xiàn)各種信息的綜合，提高合成指揮和智能化輔助決策的能力。這將是作戰(zhàn)部門信息集成應(yīng)用質(zhì)的飛躍。
航天航空裝備“軟件化”、進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)智能化將是航天航空技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。從海灣戰(zhàn)爭開始，“軟件無線電”使得軍用無線電臺(tái)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N多媒體設(shè)備，形成了戰(zhàn)場上話音、報(bào)文、圖像和其他數(shù)據(jù)交互的“信息優(yōu)勢”，它能在開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用平臺(tái)上用軟件完成各種功能。基于這種技術(shù)的“軟件衛(wèi)星”的概念也正日臻完善，衛(wèi)星電子系統(tǒng)通過軟件上載可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功能重構(gòu)，具有重要而廣闊的應(yīng)用前景。
深空探測是21世紀(jì)航天航空領(lǐng)域又一個(gè)發(fā)展方向，近期重點(diǎn)是發(fā)展有助于更快、更遠(yuǎn)、更省、性能更好地開展深空探測活動(dòng)的一系列關(guān)鍵技術(shù)，其中微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、高級自主和智能技術(shù)、光學(xué)通信、深空網(wǎng)絡(luò)通信等是優(yōu)先發(fā)展的課題。MEMS將使微型深空探測器的電源、遙控、數(shù)據(jù)處理、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以微機(jī)為核心的高度集成，實(shí)現(xiàn)模塊化、微型化、超輕量化；操作和控制深空探測器的自主技術(shù)將大大增強(qiáng)深空探測活動(dòng)的效率，使各種操作(包括導(dǎo)航、跟蹤、精確著陸、失效監(jiān)測和校正等)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化；光學(xué)通信由于其大容量、非相干性、輕便、小型等優(yōu)點(diǎn)，將會(huì)作為未來深空探測的重要信息傳輸手段；未來的深空網(wǎng)絡(luò)也將采取星座和組網(wǎng)的工作方式，深空中繼通信將為星座或網(wǎng)絡(luò)中的探測器與探測器之間、著陸器與軌道器之間、巡視車與基地站之間、機(jī)器人與其他裝置之間，提供通信保障。
我國對發(fā)展航天航空事業(yè)十分重視。1956年制定的科學(xué)發(fā)展規(guī)劃就把它列入國家重要工作日程之中，并迅速付諸實(shí)施。“兩彈一星”研制成功取得了輝煌成果，“神舟五號”載人航天工程的成功極大地提高了我國的國際聲望，也鼓舞了全國人民進(jìn)一步發(fā)展航天航空事業(yè)的熱情和信心。然而，與美國和俄羅斯等國家相比，我國的航天航空技術(shù)和空間科學(xué)仍然有較大的差距。信息技術(shù)是航天航空科學(xué)不可或缺的組成部分：“神舟五號”載人航天工程的成功，與可靠的地面信息保障及在軌信息獲取、處理、傳輸?shù)燃夹g(shù)密不可分；在“勇氣”號火星探測車的成功試驗(yàn)中，探測車上高性能的通信傳輸和信息系統(tǒng)起了至關(guān)重要的作用。因此，抓住當(dāng)今信息技術(shù)飛速發(fā)展的契機(jī)，努力做好信息技術(shù)的研發(fā)工作，立足于自主集成創(chuàng)新，是當(dāng)務(wù)之急；另一方面，必須發(fā)揮各方面的力量來參加航天航空科技的研發(fā)工作。我國的高等學(xué)校，特別是重點(diǎn)研究型大學(xué)在信息技術(shù)和航天航空領(lǐng)域都有大量的優(yōu)秀人才和雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，更好地組織高等院校參加航天航空領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究和綜合性、高素質(zhì)人才培養(yǎng)工作，對加速我國航天航空事業(yè)的發(fā)展是很有必要的。
清華大學(xué)一直非常重視航天航空與信息技術(shù)學(xué)科的發(fā)展。上個(gè)世紀(jì)30年代就建立了航空系和無線電研究所，開展了許多卓有成效的基礎(chǔ)和技術(shù)研究工作。1956年我國制定了“科學(xué)發(fā)展剛要”以后，我校就積極參加“兩彈一星”的研究。原無線電系研制了參量放大器、行波管、數(shù)據(jù)傳輸、脈碼調(diào)制通信系統(tǒng)(即現(xiàn)在的數(shù)字通信)等器件和設(shè)備，成功地用于國家多個(gè)重要工程，受到原國家科委的表彰。近年來，在國防科工委和有關(guān)單位的大力支持下，清華大學(xué)在與航天航空有關(guān)的信息技術(shù)方面也做了一些研究工作：電子系“微波與數(shù)字通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”研制成功微波毫米波微帶電路和超導(dǎo)濾波器等關(guān)鍵部件；解決了把話音信號壓縮到200比特/秒的關(guān)鍵技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；該實(shí)驗(yàn)室還曾承擔(dān)某工程星上數(shù)據(jù)處理、寬帶接收機(jī)、以及實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)中的有關(guān)任務(wù)；研制成功衛(wèi)星遙感“中頻通用接收解調(diào)系統(tǒng)”，獲國家科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。在遙感方面，電子系圖像教研組早在1984年就研制成功遙感圖像計(jì)算機(jī)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，在大興安嶺火災(zāi)救治中發(fā)揮重要作用，該組研制的用于遙感圖像快速格式化和存儲(chǔ)技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)，在國內(nèi)也屬首創(chuàng)。
在衛(wèi)星導(dǎo)航方面，我校承擔(dān)國家GPS A級網(wǎng)數(shù)據(jù)處理任務(wù)，相對定位精度可達(dá)2×10-8，達(dá)到國際先進(jìn)水平；自行研制的GPS單頻機(jī)已用于城市規(guī)劃、水利工程與水下地形測量，在南極考察和大型建筑物與橋梁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量方面也起了很好作用。在深空測控方面，我校電子系承擔(dān)了國家航天高技術(shù)領(lǐng)域有關(guān)小型月球探測器總體系統(tǒng)技術(shù)和深空通訊方案的研究任務(wù)，提出了創(chuàng)新的探月方案。我校宇航中心和英國SURREY大學(xué)合作研制的“航天清華一號”微小衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，成功地進(jìn)行了寬頻域、大動(dòng)態(tài)范圍的數(shù)據(jù)接收、處理和傳輸實(shí)驗(yàn)，獲取了大量有價(jià)值的電磁頻譜信息，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與應(yīng)用的創(chuàng)新。此外，還研制成功小型無人機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行了多次成功試飛；開展了高高空無人機(jī)的起飛/著陸控制、航跡規(guī)劃、自主控制以及非常規(guī)布局無人機(jī)的智能建模、控制面綜合管理以及智能魯棒控制方法的研究；研制了可供高高空多功能無人飛行平臺(tái)和供數(shù)字飛行控制系統(tǒng)使用的嵌入式飛行控制計(jì)算機(jī)。
以上這些情況表明：航天航空科技與事業(yè)發(fā)展的需求，有力地帶動(dòng)了我校相關(guān)信息技術(shù)的發(fā)展；我校的信息技術(shù)研究對于航天航空科技也起到了很好的支撐作用。“任務(wù)帶學(xué)科”，兩者相輔相成，是一條應(yīng)該珍惜的經(jīng)驗(yàn)。
國家在“十五”和今后相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，仍將一如既往大力發(fā)展航天航空事業(yè)。登月計(jì)劃也正在規(guī)劃中。我們要抓住這一契機(jī)，在我校“航天清華一號”微小衛(wèi)星及“NS-1”納型衛(wèi)星成功發(fā)射及在軌實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮清華大學(xué)專業(yè)多、學(xué)科廣、人才密集的綜合優(yōu)勢，研究關(guān)鍵技術(shù)，組織起來，建立學(xué)科支撐體系，推進(jìn)隊(duì)伍建設(shè)和科研管理體制創(chuàng)新，逐步形成人才培養(yǎng)規(guī)模，努力建設(shè)一流的航天航空學(xué)科群。
5月18日我校航天航空學(xué)院正式成立。這是我校邁向國際一流大學(xué)征途中又一個(gè)重要的里程碑。我們衷心希望，新成立的航天航空學(xué)院能成功地、盡快地出成果、出人才，實(shí)現(xiàn)我校在航天航空領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。要完成這一任務(wù)，關(guān)鍵的因素是人。要立足信息技術(shù)的集成創(chuàng)新，要有一批能與世界先進(jìn)水平接軌的高水平信息技術(shù)，特別是交叉學(xué)科領(lǐng)域的科技人才，要有一支團(tuán)結(jié)合作、求實(shí)創(chuàng)新、勇于奉獻(xiàn)的跨學(xué)科研究隊(duì)伍。此外，還必須有一個(gè)很好的管理體制，加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科(包括力學(xué)、信息、精密儀器與納米科技等)的交叉、協(xié)作，活躍學(xué)術(shù)空氣，研究新發(fā)展方向，組織聯(lián)合攻關(guān)，形成一個(gè)堅(jiān)強(qiáng)的、組織靈活的、能承擔(dān)重大研發(fā)任務(wù)的群體。也只有這樣，才能適應(yīng)時(shí)代的要求，真正為實(shí)現(xiàn)我國航天航空技術(shù)的騰飛做出我們應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
（編輯 魏磊）
