空间设计年终总结范例(3篇)

空间设计年终总结范文篇1

关键词：赛博空间；Cybernode；全域安全到达；全域安全控制；全域安全感知

1概述

在新世纪世界新军事变革的影响下，以美国为世界各军事强国日益重视和发展赛博空间（Cyberspace）的背景下。2009年5月，美国总统奥巴马在白宫公开发表“确保国家赛博空间安全”的讲话，宣布赛博空间安全是美国的最高国策，并认为现在是关键的历史转型时刻，美国需要建立全新的、全面的保卫赛博空间的战略。奥巴马的讲话表明了现阶段美国对信息技术的战略谋划，在全世界引起了广泛的关注。实际早在上世纪90年代初美军就提出了赛博（Cyber）战的概念，2005年美空军将其作战任务范围扩展为“空中、空间和赛博空间”，并于2006年11月成立了空军赛博司令部。

赛博空间是一个极度分散的区域，特点是日益增加的全球联接、无所不在和机动性。通过赛博空间，可以以较低成本，迅速对兵力进行部署及远程控制。美国国防部定义赛博空间为作战中“以使用电子和电磁频谱来存储、修改，以及通过网络系统和一体化物理基础设施交换数据为特征的领域”。国家安全不可避免地同赛博空间领域紧密联系，因而冲突不再局限于地理或时间限制。美国国防部认为赛博空间是一个类似于领陆、领海、领空和大气空间一样的全球领域，美国的军队必须可以在这一领域内畅通无阻地展开军事行动，并且有能力制止敌对方有效地利用这种赛博空间能力。

从军事角度看，赛博空间涉及到网络战、信息战、电子战、空间战、指挥控制战、C4ISR等领域，是超越了传统陆、海、空、天四维作战空间的第五维作战空间；从作战和指挥控制的角度看，对赛博空间的有效控制能提高精确交战、态势感知等能力。

2国外研究现状

美国是世界上最早提出赛博空间、赛博作战等概念的国家，也是投入最大、研究体系性最强、成果最多的国家。2000年，美国国防部官员理查德・克拉克就在“网络战争”一书中提出了“数字珍珠港”的概念。美国前国际网络影响部门主任斯格特・伯格认为，大多数国家能顶住持续2～3天的大规模网络攻击。但是，如果部分关键性基础设施被瘫痪达8～10天之久，那么由此造成的社会经济损失足可将一国拖垮。尤其令美国政府担心的是国防部内部的问题。美国防部在全球88个国家和地区的4000多个军事基地内就拥有超过15000个电脑网络。随着计算机网络在军事领域应用的普及，网络系统为武器装备和指挥控制系统的功能和性能提升提供了强大的技术和信息资源，已经成为提升军队作战能力的“倍增器”，最为熟知的是“网络中心战”和“联合作战”。如同制海权、制空权、制天权一样，争夺赛博空间控制权已逐渐演变成为美军维持军事霸权的重要组成部分。美军方重要智库兰德公司也指出，工业时代的战略战是核战争，信息时代的战略战主要是网络战。因此，这种新的作战模式以“意志”臣服对手，可能改变以往以“武力”臣服对手的战争模式。

目前，美国对于赛博空间认识和研究现状如下：

(1)将赛博空间安全作为美国的最高国策。2003年美国政府就提出了“保护赛博空间的国家战略”；2009年5月美国总统办公室正式了有关赛博空间安全的政策评述报告，报告称：来自赛博空间的威胁已经成为美国面临的最严重的经济和军事威胁之一，并且美国21世纪的经济繁荣取决于赛博空间安全。

(2)明确了赛博司令部的使命，并从赛博空间特性角度对美国空军传统的“三大能力”提出了新的要求，包括：①全球警戒：感知、传递；②全球到达：连接、传输；③全球作战：威慑、打击，从而为该司令部尽早实现全面作战能力的要求确定了努力方向。

(3)提出了实现赛博空间作战能力的主要手段：①建立赛博空间：实现全球范围赛博空间作战能力、网络与安全作战的指挥控制以及赛博空间民用设施保障；②利用赛博空间：利用己方的电磁频谱作战，并阻止敌方利用赛博空间，实现赛博空间作战能力与陆、海、空、天作战同步化和一体化；③控制赛博空间：赛博空间防御作战与赛博空间进攻对抗。

(4)组建了赛博空间作战部队和司令部。2009年6月23日，美国国防部正式宣布成立赛博战司令部，以统一协调保障美军赛博安全和开展赛博战等军事行动，应对日益严重的赛博安全威胁。据估计，美军赛博战部队人数大约在8.8万名左右。

(5)研制了赛博战武器装备及Suter系统等。在软攻击方面，美军已经研制出2000多种计算机病毒武器，如“逻辑炸弹”和“陷阱门”等；硬件方面，美国正在研究或已开发能对别国网络的物理载体进行攻击的电磁脉冲弹、次声波武器、动能拦截弹和高功率微波武器等装备和系统，其中包括Suter机载系统，它将传统电子战的“侦察-干扰-物理摧毁”过程改变为“侦察-处理-网络入侵-控制”过程，通过无线注入等方式侵入并操纵敌方网络传感器，使得敌方丧失空战预警能力。

(6)突破了多项关键技术，包括：病毒植入、病毒同化、计算机网络系统嗅探、服务否认、信息篡改、中途窃取和欺骗、嗜食集成电路芯片的微生物，以及破坏电路的微米／纳米机器人等。

(7)进行了多次演习并拟建设赛博空间靶场。美军于2006年和2008年先后举行了两次代号为“CYBERSTORM”的大规模网络战演习；并从2001年1月起，先后开展了5次Schriever系列作战演习。除美国之外，俄罗斯、英国、德国、印度、韩同等其他国家也积极开展赛博空间或Cyber作战方面的研究和部署。如俄罗斯将Cyber战称为“第六代战争”；英国颁布了首个国家赛博安全战略；德国国防军组建了6000人的赛博战部队；韩国组建赛博战司令部等。

3赛博网络空间的设计难点

3.1赛博空间网络体系构架研究与设计

定义赛博空间网络的总体设计原则，研究和设计赛博空间网络体系构架等都是赛博网络空间的设计难点：

(1)赛博空间的开放网络基础构架设计。

与现有网络不同的是，赛博空间网络是为彼此相连的网络而不是彼此相连的节点提供各种网络服务，例如对于QoS或者媒体传送的支持。这样的观点主要是由于现有的以节点为中心的网络设计思路对于许多应用场景而言是不适用的，例如将个域网或传感器网络与其他网络相连时。在赛博空间网络中将假定通信的一端为某个网络，因此，用“Cybernode”来取代终端节点这一说法。在赛博空间网络当中定义了一组支持功能来满足终端需求。对于终端环境而言，各种功能得到了最大程度的分解，并在控制功能之间建立了端到端的关系。存在的挑战在于，如何提供合适的机制来支持这样的关系。

(2)基于网络合成和自我管理赛博空间网络构架设计。

在赛博空间网络的研究当中将网络的自动合成和自动重新配置作为指导性的设计原则，从而能够将网络合成和自我管理功能作为网络架构的基本逻辑构件。这其中也包括跨越不同实体的网络的合成以及对于基于策略的网络结构的广泛支持。现有的各种网络在提供基本的传输能力（分组转发）方面具有高度的一致性，然而网络的控制功能却分散在多个层面，并且因其所采用的网络技术、通信策略甚至是具体的实现方式的不同而不同。对于赛博空间网络而言，需要对协议层面和信息层面在逻辑上进行分离，而且对于赛博空间网络的各个部分都互相兼容。

(3)赛博空间网络的可扩展性研究

不同的传统网络在内部结构和用户接口上均存在着差异，因而限制了网络结构的可递归性和可扩展性。在赛博空间网络中并不会出现这样的区别，该网络结构的设计原则之一就是可以允许网络之间不必始终保持相连状态，特别是对于诸如个域网在内的小型网络而言，它们常常与具有合成关系的其他网络断开，此时，应确保这些网络仍然能够正常地工作。

3.2赛博空间网络安全防护体系研究与设计

赛博空间安全体系结构面临着安全性、终端设备与无线网络的异构性等系列矛盾，尤其是赛博空间与其他现有网络融合的安全要求，迫切需要对赛博空间安全体系结构进行深入研究和设计，以满足未来赛博空间发展的安全需要。笔者所在的项目组对此的研究分两个方面，一是从赛博空间安全管理的角度，设计一种基于管理的赛博空间安全体系结构。该体系结构是由三层管理体系构成，分别是移动终端安全平台、集成化的赛博空间接入管理平台和赛博空间安全管理平台。该结构从接入点的角度，基于安全中间件的思想，设计赛博空间异构性安全与差异性安全的解决方案；另一方面是从Cybernode的角度设计自适应的终端继承安全认证体系结构方案，并通过软件系统的实现，验证集成安全方案的可行性。

4目前已取得的突破

笔者所在的项目组近十年来一直在从事信息安全、无线传感网构架相关方法与技术研究，在多层次无线传感网构架、软件体系结构、安全管理系统体系等方面开展了大量工作。而依托南京理工大学模式识别与智能系统国家重点学科和无锡特种传感网应用技术研发中心的实验环境，项目组对于赛博空间网络构架、安全体系及关键技术研究等方面开展了研制工作，并取得了以下一些突破。

(1)赛博空间协议模型设计。赛博空间协议模型是设计网络系统的分层次的框架，它使得所有类型的Cybernode可以通信，保证全域感知、全域到达、全域控制能力的实现。

(2)层间的接口和各层组织。定义清楚的接口和层功能使得网络可以模块化。只要一个层向它的上层提供了预期的服务，则这个层的功能的特定实现就能够被修改或替换，而不需要对其他的一些层进行改动。

(3)全域安全感知。赛博空间由通过无线/有限直接接入转向混合多源多跳接入，导致相应的安全需求和安全防护体系结构都要做出相应的变化。本项目从安全需求和安全防护体系的演化两个方面进行讨论，给出赛博空间安全体系的框架设计研究思路。

(4)全域安全到达。赛博空间的异构性和安全性是赛博空间面临的难题，本项目从赛博空间的安全需求出发，提出一个赛博空间抽象层面的安全体系结构，通过安全引擎和移动安全中间件技术，解决移动终端的异构性与安全性的难题，给出赛博空间环境下终端安全的自修复框架。该体系结合风险管理技术，集成多种不同的安全技术和安全层次，实现赛博空间环境下的有效防护，实现安全管理的自动化与智能化。

(5)全域安全控制。目前，赛博空间尚未形成统一的安全技术体制，用户不能自适应地实现各种网络的接入认证，这就导致了网络安全管理配置复杂，使用不方便和重复投资等问题。现有安全技术体制各有其特点和优势，对于所有网络强制实行统一的安全技术体制而不区分服务与应用的解决方案是不现实的。为了有效解决用户自适应接入的各种问题，本项目组从接入端出发，提出一个赛博空间集成安全接入体系结构方案，并对部分关键技术进行分析与原型实现。

参考文献

[1]JOSEPHHSCHERRER,WILLIAM.CGRUND.ACyberspaceCommandandControlModel[M].AirUniversityPress,2009.

[2]CHALRSCLUM.CyberspacePolicyReview:AssuringaTrustedandResilientInformationandCommunicationsInfrastructure[EB/OL].[2010-12-19].aupress.au.a.fmi.l.

[3]KARMAGABRIELLE.CyberVisionandCyberForceDevelOpment[EB/OL].[2010-10-02].research.au.a.fmi.l.

[4]李敏勇,张建昌.新指挥控制原理[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2004,26(1):1-10.

空间设计年终总结范文

【关键词】航空气象观测;硬件;软件;操作平台

1.引言

航空气象观测是民航气象服务工作的重要组成部分，其职责是为空中交通管制、航空公司、机场保障部门等提供航空气象观测服务。2010年，民航黑龙江空中交通管理分局从芬兰Vaisala公司新引进了1套MIDASIV型自动气象观测系统，该系统是目前世界公认的最先进的航空气象观测设备之一，自从在哈尔滨太平国际机场投入使用后，提高了该机场气象保障和服务能力。但由于该型设备的操作平台仅仅是一种基础性的终端操作平台，其业务功能与我国民航气象行业要求相比还存在较大的距离，为此分局组成了1个科研组，在前期研究成果[1]的基础上，按照我国民航行业标准和业务规范的要求，充分开发现有硬件资源，重新研发了MIDASIV终端操作平台软件（版本号MRDS5.0，以下简称操作平台），实现了自动读取处理观测数据、自动监测特殊天气、编发航空天气报告、制作气象观测报表、统计分析查询打印等一些列航空气象观测方面的业务功能。作者将MRDS5.0的有关技术资料整理成文，供同行参考。

2.操作平台介绍

2.1硬件结构简介

操作平台充分利用了目前哈尔滨机场现有的相关硬件资源，其硬件配置主要有自动气象观测设备、通信及相关网络设施、直属平台配置硬件等，其中：（1）气象观测数据的观测、探测及传输等通过机场目前配置的MIDASIV型自动气象观测系统来实现;（2）通信及网络设施，是指用来实现相关数据信息交换、航空电报发送等业务功能的民航通信转报设备、机场场内局域网络等设施，全部利用机场现有的设施;（3）操作平台配属硬件主要有工作站1台、A4和A3规格打印机各1台、音响设施等。操作平台相关硬件配置及工作流程结构示意图如图1所示。

2.2软件功能简介

民航航空气象观测员的业务工作内容主要包括：密切监测天气演变状况，编发例行天气报告和特殊天气报告，整理气象观测数据、统计气象观测报表等。作者设计的这个操作平台最终全部实现这些业务功能。

操作平台的主体软件和操作软件设计在WindowsXP及以上操作系统环境下运行，其开发环境使用Delphi[2]，编程语言使用Pascal，相关支持平台有Officeexcel、Oracle等。软件整体结构按其功能设计、划分为数据读取维护处理及储存单元，特殊天气监测告警单元，编辑发送航空天气报告单元，统计气象观测报表单元，其它综合功能（含参数设置、查询、打印、帮助等）单元，并由平台主窗体控制。

图1操作平台及关联设备结构示意图

2.3主要技术指标

（1）具有标准、美观、友好的Windows人机界面：操作平台实现简体中文显示，具有标准、美观、友好和便捷的人机互动功能，配上音箱具有很好的告警效果;操作方法简便易懂，只需要短时间培训，就能够很快掌握操作和维护方法;具有很好的兼容性，只需调整数据读取方式，就能够适应目前我们民航使用的大部分自动气象观测设备。

（2）连续接收、分析、处理、存储、显示实时观测数据：连续从观测设备接收、读取各类气象要素实时观测信息，除部分欠缺的气象要素需要人工判断、录入外，其它常规观测数据通过操作平台自动录入，并按照民航气象观测规范进行统计、分析，显示在平台主窗体上、存储在指定位置和相关表格里。

（3）编辑、发送航空天气报告：依据民航行业标准和业务规范，编辑发送例行航空天气报告、特殊航空天气报告。其中对编发特殊天气报告设为人工和自动监测两种状态，如设置为自动监测状态，那么操作平台将自动监测各气象要素，当达到特殊天气标准时，自动以声音和图像信息进行提醒、告警。

（4）统计、制作和打印月总簿、年总簿：当每月观测结束后，即可利用操作平台统计制作和打印该月观测月总簿;当每年观测结束后，即可利用操作平台统计制作和打印该年观测年总簿;可以随时对历史资料进行月总簿、年总簿回检统计。

（5）设置了较为完善的错误陷阱，对运行过程实施监控：操作平台具有较强的数据录入和运行操作过程纠错功能，避免初始数据录入出错以及操作失误导致的运行出错;依据民航行业规定和规范，连续监控航空气象报文的编发过程;连续监测数据线路状态，监控数据采集、信息交换等情况。

（6）查询气象资料和提供帮助信息：根据用户需要，随时查询各类气象要素数据，包括例行观测数据和特殊观测数据;查询编辑、的各类航空天气报告;查询某一个或几个气象要素的一个或几个数值范围的相关统计信息;查询系统帮助信息和版本信息等。

3.研发技术措施

3.1观测数据读取

根据业务需要，读取的气象观测数据包括：风向风速、能见度（MOR）、跑道视程（RVR）、现在和近时天气现象、云况或垂直能见度、温度、露点温度、相对湿度、水汽压、修正海平面气压、场面气压、降水量等，其中部分气象要素包括1min、2min、10min数据。

针对MIDASIV特点，操作平台接收观测数据的方式设计为：首先，MIDASIV通过端口服务器将CAACLINE数据存入气象信息网，该数据采用RS232通信协议，每1min发送一组实时数据，利用串口通信技术将数据写入气象信息网ORACLE11g数据库;然后操作平台直接访问气象信息网，读取其数据库中的数据，根据CAACLINE数据通信协议进行解析，逐次分解出各项观测要素数值，最后屏显在操作平台主窗体上（如图2所示），并另存入指定的位置。

图2操作平台主窗体示意图

3.2运行过程监测

3.2.1特殊天气监测

根据中国民用航空局的相关规定[3-5]，要求对重要天气现象、风向风速、能见度、跑道视程、云况等气象要素进行实时监测，当达到特殊天气标准时及时实施特殊天气告警，这是航空气象观测服务于航空飞行、保障其安全和正常的重要职能之一。这项功能已经在本观测操作平台上得以实现，其监测标准和方法依据民航局相关规定来执行，比如：

（1）地面风，其特殊监测标准为：当平均地面风向比最近报告的风向有≥60o变化，且平均风速在变化前或变化后达到≥5M/S时;当平均地面风速比最近报告的风速有≥5M/S的变化时;当平均地面阵风比最近报告的阵风有≥5M/S的变化，且平均风速在变化前或变化后达到≥8M/S时;当平均地面风向相对于跑道为正侧风，且平均风速由<15M/S变为≥15M/S，或由≥15M/S变为<15M/S时。

（2）主导能见度，其特殊监测标准为：当主导能见度数值由≥800米变为<800米，或由<800米变为≥800米时;当能见度数值由≥1500米变为<1500米，或由<1500米变为≥1500米时。

（3）跑道视程（RVR），其特殊监测标准为：当RVR数值由≥600米变为<600米，或由<600米变为≥600米时;当RVR数值由≥800米变为<800米，或由<800米变为≥800米时。

3.2.2操作运行监控

除了对气象要素进行特殊监测外，操作平台还具有较强的操作监控、纠错的功能，避免了数据录入出错以及操作失误导致的运行出错，主要监控项目和方法：

（1）连续监控对观测数据的编辑操作，其中包括：设置要素数值门限（如云量不得超过8/8），设置要素数值演变幅度限制（如场面气压每小时演变幅度超过3hPa告警），设置特定符号监控纠错功能（如不得出现非规定的云状和天气现象符号），确保气象观测满足“三性”要求（准确性、比较性、代表性）。

（2）监测航空天气报告的编辑、发送过程，确保符合航空气象电码规范和民航通信要求。

（3）监测月总簿和年总簿的统计制作过程，确保符合民航气象业务规范。

3.3编发天气报告

编辑、航空天气报告，是民航气象观测部门向空中交通管制、航空公司、机场保障部门等提供气象观测服务，并参与全国、全世界民航气象情报交换的主要形式。

航空天气报告包括例行航空天气报告（即METAR报）、特殊航空天气报告（即SPECI报和SPECIAL报）。其中在气象服务期间正点和半点定时编发的航空天气报告为METAR报;当各气象要素的某一组或几组达到了特殊天气标准，随即编发的航空天气报告为SPECI报、SPECIAL报（其中SPECI报与METAR报一样也参与气象情报交换，而SPECIAL报只限于机场内使用而不参与交换）。报文编辑使用的风向风速、能见度、跑道视程、云况、温度、露点温度、气压等要素采用10min数据，天气现象采用实时信息，电报格式及报文编辑方法均依据中国民航局的有关规定[6]执行。以编辑METAR报为例，其电报编辑样例如图3所示。

如图3所示，航空天气报告编辑项目主要包括：1）电报冠字及流水号：操作平台按照通信部门要求依次自动产生;2）电报等级：操作平台按照通信部门要求自动产生，其中METAR报使用GG等级，SPECI报和SPECIAL报使用FF等级;3）收电地址：操作平台自动产生，可在人工干预下根据航班信息添加和删减;4）发报时间和地址：操作平台按照通信部门要求，依据当前时间自动产生;5）报文内容：操作平台按照民航局的相关规定，在人工监控、干预下自动产生，并通过气象信息网读进、编入预报员编发的趋势预报报文。限于论文篇幅，实现报文编辑的具体技术措施不再详细介绍。

3.3.2发送天气报告

发送航空天气报告必须在人工监控、干预下进行的，这是因为发送出去的航空天气报告关系到航空飞行的安全和航班的正常率，必须坚决杜绝错误报文意外发出的可能性，因此暂时没有开通自动发送报文的功能。

操作平台设置了2种发送航空天气报告的方式：一种是将报文转入气象信息网，通过气象信息网发送至机场通信转报站，其前提是配置有气象信息网且具有发送电报的功能;另一种是通过操作平台主机的串行接口连接外接的调制解调器，直接向机场通信转报站发送。其中如果设定为串行接口发送，其通信参数按照机场通信转报部门的有关要求来设定，比如操作平台目前设置为串行接口发送电报（如图1中流程），其通信参数的波特率设为300BPS，奇偶校验设定为None，数据位设定为8，停止位设定为1。

3.4制作气象报表

气象观测数据统计报表包括月总薄和年总薄，其版面设计、表格格式、统计项目、数据记录方法、合计和平均值统计、极值挑选、极值日期挑选、风的统计、天气现象统计、各类日数的统计、跨月跨年的技术处理、初终日期统计等，均严格按照中国民航局最新版本的《民用航空地面气象观测规范》[5]的有关要求实施。每月的月总薄包括1张封面、1张文字说明、21张观测数据统计表，共计23张。每年年总簿涉及1张封面、1张文字说明、4张全年观测数据统计分析表，共计6张。

考虑到制作月总簿和年总簿所涉及的数据量较为庞大，统计制作的报表较多，同时也是考虑打印输出的方便，观测操作平台采用了调用MicrosoftExcel的方法来制作气象报表，最终实现了较好的效果。在调用MicrosoftExcel制作月总薄和年总薄前，事先利用Excel软件编制好月总薄和年总薄模版，在操作平台软件程序的文件中，月总薄和年总薄模版分别保存为“月总薄.XLS”和“年总薄.XLS”这两个文件;在进行月总簿、年总簿的统计制作过程中，首先使用COMObj自动化应用程序，调用CreateOLEObject函数创建OLE对象Excel，返回Variant类型的数据变量，将预备好的表格以WorkBooks方式打开，再依次调用WorkSheets，然后将相关数据写入相关的工作表格里，并按照规定的统计方法完成统计、计算、存放。调用MicrosoftExcel的详细技术方法及统计制作月总簿、年总簿的技术方法过程略。

3.5其它综合处理

其它综合处理技术措施，包括数据库的控制、数据资料的储存交换、平台相关参数的设置、电报发送地址的编辑、特殊天气标准的编辑、打印输出、数据信息统计查询等，其实现的技术过程相对较为简单，本文不详细介绍。

4.结束语

MRDS5.0操作平台研发工作始于2011年，完成于2012年，2012年通过民航东北地区空管局验收，随后在哈尔滨机场正式投入业务运行，还推广到沈阳、大连、长春和齐齐哈尔等机场。经过近2年在各机场的运行情况表明，操作平台技术处理措施方法得当，各项技术指标符合民航行业标准和业务规范的要求，在我国东北各大型机场保障飞行安全、提高航班正常率的气象观测业务工作中发挥了积极的作用。而且操作平台兼容性强，操作和维护简便易懂，只需适当调整就能够适用于我国民航目前大部分机场使用的气象观测设备。

参考文献

[1]黄红兵，刘均力，卢玉宝等.AWOS数据接收处理系统的研制及应用[C].民用航空气象服务与技术交流论文集[M].北京：气象出版社，2004.

[2]肖雪莲，里希纳.Delphi技术手册[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]民用航空机场运行最低标准制定与实施细则[M].北京：中国民用航空局，2011.

[4]民航气象行业标准第1部分-观测和报告[M].北京：中国民用航空局，2008.

[5]民用航空地面气象观测规范[M].北京：中国民用航空局，2012.

空间设计年终总结范文

大国太空军事博弈既需要各种卫星，如导航卫星、对地观测卫星、对海观测卫星、预警卫星等，也需要人进入太空。而这些都需要一项能力作为支撑―“进入空间的能力”。纵观人类太空探索的历史，人类一直在克服一个难题，那就是把有效载荷从地面送到太空轨道上，这些有效载荷包括卫星、空间站等硬件装备，也包括人、植物等生命体。而大型运载火箭正是为人类提供这种“进入空间的能力”的最有效手段，同时也是彰显国力的最有力的说明。长征五号完成总装开始转运

万丈高楼，起于设计。

长征五号运载火箭的设计没有太多经验可以直接拿来，它是真正的跨代研制项目，是在一张白纸上重新画下每一根线。

运载火箭专家、中国工程院院士龙乐豪表示，长征五号火箭是新一代运载火箭的老祖宗。从这个意义上说，在我国火箭发展史上，长征五号运载火箭与长征二号运载火箭有着相似的意义。长征五号火箭启动研制是为了全面提升我国进入空间的能力，而不是以发射某个特定载荷为目标。

“以前是两地之间需要一条路，于是就修这么一条路。而研制长征五号火箭是修一条高速公路，把沿线地点都带动起来。”长征五号火箭总设计师李东说，这是设计理念上最重要的突破，表明了顶层决策的重大进步。

从2006年10月到2009年2月，用时约29个月，长征五号火箭在中国航天科技集团公司设计师的计算机里逐渐成型。

“像一棵树，慢慢长，越来越清楚。”长征五号火箭副总指挥曲以广形容这一过程。

12项核心关键技术，247项关键技术，接近100%的技术创新，从设想逐步走进现实。高可靠性、低成本、无毒无污染、高适应性、高安全性……长征五号火箭跻身国际最先进火箭之列，起步于设计理念的先进。

大火箭之大

“实现大运载能力，一靠大发动机，二靠大结构。”李东说，火箭要么“长高”，要么“长胖”，太高就变得细长，结构强度减弱。所以，大直径变成了必须突破的屏障。

设计师的难题在于，不仅要大，还要轻。与其他工业产品相比，设计火箭最关键的约束就是重量。

好钢用在刀刃上，火箭设计师将重量一边省给燃料，一边省给载荷，箭体自身则越轻越好。这一主题贯穿设计始终。

长征五号火箭副总设计师娄路亮回忆，为了给箭体减重，设计师曾经历过压力相当大的一段时间。通过智能减载、优化结构、更换材料、创新工艺等措施，他们最终成功为火箭减重。“过程当中，我们大胆趟出了很多前人没有走过的路。”

长征五号火箭的创新设计，是从总体优化开始的。

研制之初，长征五号火箭就确定了系列化、组合化、模块化的研制思路，力争以最小的投入得到最大的产出。

长征五号研制带动的大推力液氧煤油发动机、控制系统的系统级冗余等，已经被新一代运载火箭所共享。按照系列化思想，长征五号同时开展了6种构型的总体设计，从低轨道到高轨道的运载能力实现全覆盖。

最初设计时，包含5米直径芯级、3.35米直径助推器、2.25米直径助推器几个标准模块，以不同的组装方式可以实现不同的运载能力。

当年统称为长征五号火箭的6种构型中，后来分出了长征六号和长征七号，并早于长征五号访问太空。像一棵树，慢慢长，枝叶越来越繁茂。

大火箭之力

大，太大，当然是长征五号火箭与其他长征火箭相比最重要的外形特征。除了这一点，最明显的差异当属助推器的斜头锥。斜头锥有着优异的气动外形，是减少空气阻力的不二之选。

但助推器设计的高超之处，远不止如此。

研制之初，长征五号火箭总体与助推器分系统经过长时间联合论证，最终定下包括斜头锥、前捆绑主传力、助推主支撑等全新技术在内的助推器方案。当时欧洲“阿丽亚娜”-5火箭已经使用了这些技术，但大量关键技术在国内还是空白。

斜头锥和前捆绑传力，使得助推器从内而外成为一个非对称结构。箭体非对称结构比对称结构的设计更为复杂。

长征五号火箭副总指挥兼副总设计师鲍国苗说，一个长征五号助推器的研制难度，不亚于其他常规火箭的芯级。

最终，助推器研制时间长达10年，“小小的”斜头锥也经历了六七年才定型。

助推器设计的唯一宗旨，就是在起飞时提供足够大的推力，克服地球引力。以往的长征火箭，助推器依靠接近尾部的后捆绑点向芯级传力，实现较为容易，但效率不及前捆绑点传力。采用前捆绑点传力，还可以为芯级减轻负担，将节省下来的重量用于载荷与燃料。长征五号火箭果断选择了前捆绑主传力方案。

长征五号火箭竖立时，依靠4个助推器底部共12个支撑点“踮脚”站立。所以在发射瞬间，每个助推器需要⒌撞3个支撑点的推力最高效地传送到头锥内侧的那个前捆绑点上，带动火箭起飞。助推器内部的力“先扩后收”，轨迹复杂，设计更复杂。

鲍国苗说：“这种偏置集中力的计算，在仿真和试验时难度极大。”

难度到底多大？当他们将数字仿真计算的任务交给国内实力最强的高校时，对方起初坦言难以胜任。

可以说，长征五号火箭带动了国内复杂结构大偏置力设计、仿真与试验能力的大跨度进步。我国首枚大型运载火箭长征五号在中国文昌航天发射场成功升空

大火箭之智

由箭载计算机、传感器、线缆等组成的控制系统，遍布火箭全身，源源不断传输着庞大的数据，并迅速计算出结果，指挥火箭向哪飞、怎么飞。

“简洁、智慧、靠谱，是长征五号控制系统的设计理念，也是最明显的优点。”长征五号火箭副总设计师李学锋说。

长征五号火箭控制系统采取了大量首创的控制策略，突破了26项重大关键技术，综合性能指标达到全球先进水平。

火箭飞行时，要实时控制飞行姿态，保证不偏航，尤其是在飞越大风区时，要避开对箭体结构造成的最大应力，并精确分离、精准入轨。这是控制系统的职责;

长征五号点火起飞时，10台发动机一起发力，推力超过1000吨。让这些发动机在飞行中始终提供最大推力，这也是控制系统的职责。

长征五号火箭控制系统设计师将火箭飞行控制和燃料利用集成这两个功能统一在了一个数字化网络平台上，既控制飞行姿态，又控制发动机的利用。这种“总线控制技术”为我国新一代运载火箭首创。

为了提供最大推力，液氧煤油和液氢液氧两种发动机需要被合理分配，甚至点火时间也有毫秒级的先后之分，这就需要采用不同的控制策略。为此，设计师全球首创了大推力发动机精准关机技术。

类似的全球首创技术，长征五号控制系统一共有5项，打造了全球先进的“火箭大脑”。看起来，火箭一点火，“轰隆”一声就飞了。其实，火箭全身上下都被控制系统精确地调控着。

“这都是精细活儿。”李学锋说，长征五号火箭里，控制系统的电缆线总重超过1吨。

而完美干出这些精细活儿的并不是地面上的人，是箭载计算机。

火箭一旦点火升空，就进入了“自动驾驶”模式。“火箭之眼”―惯性测量组合每20毫秒感知一次火箭的速度、位置和姿态，传送给箭载计算机。计算机飞快运算，指挥火箭实时作出调整。

长征五号火箭的高可靠性也有着控制系统的卓越贡献。长征五号火箭全面采用了系统级冗余技术，核心控制仪器均采用三取二冗余技术，主流的可靠性技术长征五号一应俱全，即使发生了小故障也不影响成功。

“既然要搞新一代，就搞可靠性最高的。”娄路亮说，长征五号火箭的设计可靠性达到我国火箭的最高值：0.98。也正因为这么高的可靠性，研制团队对高风险的首飞信心很足。

大火箭之助

液氧煤油发动机和液氢液氧发动机早就被认可为环保、高效、受欢迎的两类液体火箭发动机。半个世纪前出版的《星际航行概论》中，“中国航天之父”钱学森就盛赞过它们。

但纵观国际航天界，点火起飞时使用异型液体发动机，还要追溯到苏联的能源号火箭。异型发动机“脾气”不同，从点火到建立推力再到平稳起飞，控制难度大于同类发动机同时工作。

长征五号火箭芯一级的氢氧发动机推力为50吨级，助推器使用的液氧煤油发动机推力为120吨级。既然如此，芯一级为什么不干脆也使用推力更大的液氧煤油发动机呢？不仅外行人会感到疑惑，在方案落定之前，一些业内人士也曾提出过这个问题。

这是设计团队在1000多种方案中筛选出的最合理搭配。原因在于，绝对推力并非运载能力的决定性因素。

当火箭升空之后，火箭对比冲的要求提升，对推力的要求降低。燃烧同样质量的液氢液氧混合物产生的气流速度比液氧煤油更高，能将火箭送往更高的轨道。

液氢与液氧是当前火箭燃料中最高能的物质，大推力液氢液氧发动机是航天科研水平的标志。我国大推力液氢液氧发动机2001年立项，比长征五号火箭立项还要早5年。

发动机是航天航空工业中的一道难关，被称为“工业桂冠上的那颗明珠”。为什么这么难？

长征五号火箭副总设计师王维彬表示，就氢氧发动机来说，它将低温、高温、高压、高转速、高热流密度等极端特性集于一身，在极短时间内发生难以想象的剧烈变化。而大推力比之小推力，又难上加难，“就像建一座普通体育馆和鸟巢的区别”。

以人为本、安全可靠、绿色环保，是长征五号火箭研制初期就定下的设计原则。在设计长征五号火箭时，设计师努力实现了液氢加注时不需要人值守。他们通过应用大量新技术，减轻了人的工作强度，使得发射前准备工作简化。否则，如此大体量的低温火箭，射前准备工作会让人忙碌得难以想象。

大火箭之美

被昵称为“胖五”的长征五号火箭，身材健壮但比例匀称。

“很多人感觉看起来很舒服、很漂亮，整流罩和斜头锥都很漂亮。”但设计之初其实并没有考虑到这种美感，李东说，“设计师们只是在寻找一种最合理的设计。”

整流罩采取了冯・卡门曲线设计，这一由“导弹之父”发现的曲线，可以有效地减小空气阻力，减轻载荷影响;助推器采取斜头锥设计，与芯级优美衔接。长征五号火箭的外形因而圆润饱满。

“合理、协调的东西都是美的，人长得漂亮肯定也是比例匀称的。通过设计获得了最合理的外形、最小的气动阻力、最有效的传力方式，各分系统互相协调也是最和谐的，自然就美了。”李东说。

大火箭之美，其实并非完全由它的曲线和比例判断，与它的色彩、喷绘关系也不大。

当高达20层楼、壮如小山的长征五号真正矗立在面前时，你会感到：大即是美。在发射一瞬g，地动山摇的时候，这种感觉更加强烈。看到它的人情不自禁赞叹它“漂亮”的时候，其实是在说它的“大”。

因为大火箭的背后，是国家科技能力、制造水平的全面体现，是我国向航天强国、科技强国、制造强国目标前进的实实在在的一步。所以，火箭越大，就越是航天科研实力的壮大，就越是国家实力的强大，就越能在探索宇宙的道路上再跃进一大步。

荣耀的起点，归于长征五号火箭的设计师。他们人数多达上万，其中核心人员也多达上千，正值壮龄。副总设计师杨虎军、娄路亮等一批航天青年干将，伴随了长征五号火箭10年，至今也才40岁左右。