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一、引言
Yit=A（t）K？琢itL？茁itevit-uiti=1，…，I；t=1，…，17（1）
两边取对数，（1）式变为：
lnYit=？子+？仔？子+？琢lnKit+？茁Lit+vit-uit（2）
其中，Yit、Kit、Lit分别是i省t年产业总产出、资本投入和劳动投入，？琢、？茁是资本、劳动的产出弹性；A（t）=e？子+？子？仔为t年各省市前沿技术进步水平，其中e？子是基年即1995年产业初始技术水平，？仔是前沿技术水平进步速度；vit-uit是随机扰动项：vit是经济系统自身存在的随机误差，服从对称正态分布，即vit～N（0，？啄2v）；uit是技术无效率项，服从单侧正态分布，即uit～N+（mit，？啄2u），mit是技术无效函数。
mit=？渍+？兹t+？准1Locit+？准2Humit+？准3RDit+？准4Scaleit+？准5Systemit+witi=1，…，I；t=1，…，17（3）
（4）
式中？酌是指式（2）随机扰动项占技术无效率项的比重，？酌越趋近于1，前沿生产函数和技术无效函数的设定就越合理，采用随机前沿模型就更合适。
各指标数据选择及处理如下：
（1）总产出（Y）选取了能大体反映产业发展的当年价总产值，并采用以1995年为基期的各省市第二产业价格指数进行缩减以消除价格干扰。
（2）劳动（L）选取从业人员平均数，即年初就业人数与年末就业人数的均值。
（3）资本（K）的选取，1995～2005年为年末固定资产额，2006～2011年根据（5）式永续盘存法计算，即在上年折旧后加当年固定资产投资额。航空航天产业是高技术产业，资产提前报废、更新、淘汰的可能性较大，设备的技术损耗也会导致固定资产价值骤减，在借鉴会计上飞机、电子设备等折旧处理方式将折旧率取值15%。之后，用各省市固定资产投资价格指数将固定资产值统一折算到1995年不变价，其中广东缺乏的1995～2000年价格指数数据用地理和经济水平接近的福建替代。
Kit=Kit-1（1-）+Iit（5）
其中，Kit、Kit-1、、Iit分别是i省t年固定资本存量、i省t-1年固定资本存量、固定资产折旧率和i省t年固定资产投资额。
（4）无效率因素：①地区特征，将22个省市分为东中西3个地区，分别取值1、2、3。②人力资本素质，是科学家和工程师占从业人员的比重。科学家和工程师知识水平高且实践经验丰富，是技术创新的主要贡献者，这一指标能大致反映产业人力资本水平。③研发投入，是R&D经费内部支出占主营业务收入的比重，涵盖了企业内部开展R&D活动的实际支出，能准确反映产业的R&D水平。其中，总产值以1995年为基期的第二产业价格指数进行了缩减。④企业规模，是产业总产值与企业数量的比值。产业内企业的数量是衡量市场结构和容量的重要指标，也能反映行业进入和退出的难度。⑤制度，用樊纲等（2011）的市场化进程指标来刻画，他从政府与市场关系、非国有经济发展、产品市场发育程度、要素市场发育程度、市场中介组织发育与法律制度环境5个方面综合测度了市场化进程，此外，用趋势外推法估算缺失的1995年、1996年、2010年及2011年的数据。
三、实证结果及分析
利用Frontier4.1软件得出模型的参数估计值和检验结果，并得出各省市航空航天产业1995年～2011年的技术效率水平（见表2及表3）。
研发投入系数值为0.022且统计结果显著，表明研发投入对产业技术效率具有消极影响。研究期内各省市及全国水平的研发投入总体上涨，但研发绩效不高，这与钟卫等（2011）的研究结果一致，他认为在经济发展初期加大R&D投入能有效提高技术创新效率，但随着企业深入发展应重点调整经费投入结构。此外，航空航天产业企业大多由国家或国有控股，近年虽有下降但国有比例仍高达50%。虽然国有企业有规模、政府特许等优势，但激励却不充分。十五大以来中央对国防工业做出的多次部属是对改革的进一步延伸。
企业规模系数值为-0.134且统计结果显著，表明企业规模是积极的影响因素。产业具有高投入、高技术和高风险等特点，进入的企业都有一定的规模。研究期内各省市企业规模变化起伏：相对来说，黑龙江、江西、辽宁的企业规模曾较高（≥6亿元/企业）但变化急剧；大多数省市都在0～2之间。产业中大型企业比重不到20%，大中型企业比重在50%左右，并未形成良好的企业规模；此外，《2012年财富世界500强》排行榜中有12家航空公司，其中我国虽然有2家但上榜的中国航空工业集团公司在排名、主营业务收入和利润方面都与排名第一的波音公司差距较大。
制度系数值为-0.148且统计结果显著，是影响最大的因素。研究期内各省市市场化程度逐年提高，东部优于中部优于西部；位于沿海的广东、江苏、福建、上海等省市的市场化程度最高，而西部陕西、甘肃等省市只有发达地区的一半。1964年推行的三线建设将44项中的21项国防工业企业投放在西部，可见产业半数左右企业在西部地区；2001年实施的西部大开发政策一定程度上提高了西部省市的市场化程度，为产业发展提供良好的市场环境。
2.航空航天产业技术效率分析。根据计算结果（见表3-1及表3-2）对产业技术效率从区域角度进行分析。
（1）航空航天产业技术效率总体分析。依据测算结果（表3），表明研究期内技术效率均值离效率前沿面较远，仅为0.472，即实际产出水平只占最优随机产出水平的47.2%（表明既定产出水平下能节约52.8%的投入）。可见，产业未能发掘现有科技资源和技术潜力，资源使用效率、管理水平及产业技术实际利用率低。尽管产业平均技术效率不高，但总体是逐年增长的。
（2）航空航天产业技术效率区域分析。由于地域禀赋、国家政策不同造成我国东中西部经济发展呈现东强西弱。产业区域技术效率的具体情况（见表4）：各个区域技术效率存在显著差异；东西部增长较快，中部略微增长，所以2000年前原本领先的中部被东部赶超。各省市技术效率排行中，中部的黑龙江和江西排在第一和第三，技术效率值分别为0.85和0.75；大部分东部省市排名都很靠前；西部省市排名全部靠后，甘肃和山西技术效率值最低只有0.23。
航空航天产业区域技术效率差异显著，最高省市和最低省市相差高达0.62。黑龙江、广东、江西高效利用了现有技术，效率值都在0.75以上；吉林、甘肃和山西效率最低；9省市技术效率不足0.4。从各省市的变动趋势来看：高效率省市（≥0.60）除辽宁2003年前增长快速外的变化起伏；陕西、四川、甘肃、贵州、河北等低效率省市（≤0.3）正逐步释放内部潜力保持低速持续增长。
山西、甘肃位于内陆或经济不发达地区，产业发展相对较为缓慢，技术效率值偏低。山西技术效率值总体下降；吉林技术效率大致维持在同一水平；甘肃的技术效率逐年缓慢提高；这些变化一部分是由于受当地经济发展的影响，一部分也与国家政策支持力度和国防科技工业布局有关。
四、结论和建议
2.航空航天产业技术效率存在区域差异，区域效率均值排序为东部>中部>西部，黑龙江、广东、江西技术效率值排名前三，吉林、甘肃和山西排名最末。值得注意的是，研究期间内西部技术效率持续稳定的增长，中部是早期处于领先的情况下后期被东部赶超。
综上所述，人力资本素质、企业规模和制度等因素对航空航天产业技术效率具有积极影响，研发投入的作用是消极的。为了加快我国航空航天产业的增长，不仅需要完善教育、培训和人力资源开发体系，也应当扩大企业规模、使之形成规模效应，并推进市场化改革，保证所需人才、基础设施和制度支撑条件，此外也应改革国防科研体系，在改革研发投入结构的基础上提高研发投入，最终促进产业发展。
参考文献：
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《航空概论》课程是我校（郑州航空工业管理学）针对航空特色面向全校开设的公共选修课程。本课程的开设目的有两方面：一是使学生初步建立航空技术的基本概念和基础知识。二是拓宽学生的视野，扩大知识面，培养他们学航空、爱航空、投身于航空事业的兴趣，使他们初步建立航空工程意识，为今后的工作奠定基础。
一、本课程的教学现状
《航空概论》作为一门全校公选课，开设对象以低年级学生为主，选课的学生人数多，学生专业知识背景很复杂，层次参差不齐，而且这门课程涉及的学科也比较多，其中有些理论知识，例如空气动力学、飞机发动机对很多学生来说比较抽象、难理解，特别是人文社科类的学生，感觉课程内容枯燥、机械呆板，提不起学习的兴趣。在教学中，教师讲课费劲，学生厌学，难以取得良好的教学效果，这种情况下，迫切需要采取合适的教学方法和手段，优化教学效果。
二、教学内容的优化
《航空概论》是一门关于航空方面知识介绍的基础课程，基于课程的性质和目的考虑，教学内容应该通俗易懂，不能有太多专业性很强的词汇，要注意扩宽知识面、保持内容的系统性，反映出科学前沿，同时还需要不断加强趣味性与知识性，在实际当中要注意教学内容的丰富多彩，比如有鸟类飞行可延伸到现在飞机，有放风筝延伸到飞行原理，进而讲解飞机的构造原理，让学生在感兴趣的事例中汲取航空知识。这样做即可提高学生学习兴趣，让学生积极主动的学习，又可以达到科学普及的目的。
三、教学方法的多样化
《航空概论》是一门以基础知识为主的课程，信息量大，且大多数内容以讲述为主。为了避免课堂教学枯燥乏味，提高学生的学习兴趣，在授课时，应该采用多样化的教学方法。作为授课教师，通过不断的探索，总结经验，请教有经验的老教师，总结了以下几种教学方法：
（一）互动、自主式教学方法
“教”与“学”是相辅相成的，缺一不可。若要提高教学效率，就要让学生充分参与到教学过程中，变被动学习为主动学习。例如为了让学生更了解世界航空发展历史，教学中可布置作业，让学生收集自己感兴趣的航空器的各种资料，包括航空器的图片、型号、性能、发展概况等，然后上台介绍给大家，通过收集、讲解的方式，调动了学生的积极性，增加课堂的趣味性，同时扩大知识面，增长更多课本之外的知识。
（二）启发、联想、讨论式教学方法
四、教学手段的多样性
教学手段的多样性对提高课程的教学效果和质量具有十分显著的作用。对于综合性强、信息量大的航空概论，采用多种教学手段，在有限的学时内，让学生尽可能多的去了解航空知识，显得尤为重要[4]。因此要不断的改进教学手段，充分利用多媒体技术、网络课程、慕课、课外实践等方式，为学生创造一个快捷、高效的学习环境，提高教学质量。
（一）多媒体教学
多媒体技术集声音、图片、视频、动画、文字于一体，有着文字信息无法比拟的优势。很多的知识比如讲解燃气涡轮发动机的工作过程，如果仅仅依靠课本上的文字和教师的口述，学生很难形成直观的印象，甚至费劲口舌，也无法让学生真正的理解。而采用多媒体的形式，通过视频和动画把气流在发动机各部件的工作过程进行完整的演示，可以非常直观和形象的把信息表达出来[4]，便于学生理解、加深印象，获得良好的教学效果。
（二）网络课程开设
（三）慕课
慕课，英文名MOCC（MassiveOpenOnlineCourse），意思为“大规模、开放性的在线课程”，由教师负责、很多学生参与，集讲课视频、作业、互动、测试相交织的网络教学模式。将慕课翻转课程的教学理念和教学模式应用到《航空概论》的教学实践中，课前学生学习在线课程，积累知识，为上课做准备。课中学生充分参与到课堂中，进行师生之间、学生与学生之间的讨论、交流（包括成果展示）、评价（包括学生互评）等学习活动。一方面提高了学生自主学习、合作学习的能力，另一方面培养了学生创新能力和解决问题的能力。
（四）课外实践活动
五、结论
《航空概论》是一门涉及多学科多领域的综合性课程，且选课学生的背景专业存在很大差异，如果采用单一的教学方法和教学手段难以满足课程教学的需要，因此进行教学改进是现实教学发展的需要。通过一系列的措施和教学改进，提高了学生对本课程的学习热情，增强了学生的自主学习和解决问题的能力，得到了良好的教学效果。
[1]谢础，贾玉红.航空肮天技术概论[M].北京：北京航空肮天大学出版社，2005：9-1.
[2]王文虎，“航空航天技术概论”教学改革与实践研究[J].科技咨询，2007，（7）：100.
关键词：中美贸易顺差；高技术产品；形成原因；调整对策
20世纪90年代初，随着美国“新经济”的出现，美国与世界其他国家或地区间的高技术产品贸易迅速发展。作为世界“新经济”的发源地，美国毫无疑问成为世界第一科技强国，科技创新能力和生产能力都超过其他国家。然而，自21世纪初以来，美国对中国的高技术产品贸易却呈现日益扩大的贸易逆差，其形成的真正原因以及如何对其进行调整，需要我们做进一步深入研究。
一、中美高技术产品贸易差额的现状
从2002—2008年中美高技术产品贸易差额的数据看，它主要有三个特征：第一，中美高技术产品贸易顺差的核心是中美信息与通讯贸易顺差。2002—2008年中美信息与通讯产品贸易顺差保持着年均100亿美元左右的增长速度，七年累计总额高达3414.48亿美元，在中美两国10类高技术产品贸易顺差总额中的比重高达109.64％。第二，中美两国间部分高技术产品贸易正从顺差转为逆差。自2007年以来，中国对美国的生物技术、高新材料与核技术贸易正逐步从贸易顺差逆转为贸易逆差，而且2008年这三类商品的中美贸易逆差正日益扩大。第三，虽然部分关键高技术产品双边贸易仍表现为中国对美国的贸易逆差，但其中有部分产品的贸易逆差额在缩小。
从2002—2008年中美高技术产品贸易差额的结构看，并非所有类别的高技术产品都呈现中国对美国的贸易顺差，如在生命科学、电子产品、柔性制造品和航空航天技术等产品上，中国始终对美国呈持续贸易逆差，七年的贸易逆差总额分别达到18.12亿美元、179.19亿美元、42.53亿美元和292.99亿美元，只是因为中国对美国信息与通讯贸易顺差数额过大，才使中美高技术产品贸易整体表现为顺差。需要指出的是，从2008年开始，中国对美国的生命科学、柔性制造品和航空航天技术贸易逆差正呈日趋缩小的趋势，相比2007年同期分别减少了0.07亿美元、3.83亿美元和19.68亿美元。
二、中美高技术产品贸易顺差的形成原因
中美高技术产品贸易顺差是由多因素导致的，因此需要对表现出不同变化趋势的双边高技术产品贸易差额做出解释，才能真正阐释中美高技术产品贸易顺差的形成原因，本文认为可以从三个方面解释其成因。
1、外资对中国信息与通讯行业的产业转移。中美高技术产品贸易顺差的核心是中美信息与通讯产品贸易顺差，要探讨中美高技术产品贸易顺差的形成原因，首先要解释中美信息与通讯产品贸易顺差为什么会持续扩大。20世纪90年代初，在信息与通讯技术革命的推动下，美国率先步入“新经济”时代。进入21世纪，随着东亚各主要国家或地区对美国信息与通讯领域创新技术的模仿，世界信息与通讯领域的市场竞争日益激烈，美国也因此开始调整其高技术产业发展的重心。
首先，美国在继续鼓励国内信息与通讯产品研发和创新的基础上，逐步将处于衰退期的信息与通讯产业的核心制造与加工装配环节让渡给其他国家或地区进行，建立起信息与通讯产品的全球生产网络。目前，美国将信息与通讯产品的零部件制造环节主要是让渡给东亚的日本、韩国、中国台湾地区及东盟进行，而将信息与通讯产业的加工生产工序，与东亚的这些国家或地区一起，通过外商直接投资的方式转移到劳动力成本较低的中国。这使得以外资在华企业加工类产品出口为特征的对美出口不断增多，中美信息与通讯贸易中也因此出现了明显的“外资引致中美加工贸易顺差”的特征。
其次，美国开始将国内政策支持的重点转向新兴高技术产业。如生物技术、生命科学、电子产品、柔性制造品、高新材料等新兴产业。通过将资本、人力资源、税收优惠向这些新兴产业的倾斜，鼓励其产品研发及参与国际市场竞争，以始终保持其对其他国家或地区的技术优势，2008年美国在生物技术、生命科学、电子产品、柔性制造品、高新材料、航空航天技术、核技术等产品上能够保持对中国的贸易顺差，与此有一定关联。因此，综合这两方面因素，可以认为包括美资企业在内的外资企业对中国的信息与通讯产品加工生产工序的产业转移，是导致中美高技术产品贸易顺差的最主要原因。
2、美国对中国的技术出口管制。目前，国内外学术界更多地是从“重商主义”的角度解释中美高技术产品贸易顺差的形成原因，有两种截然不同的观点：其一，美国部分学者认为中国实施的出口鼓励和限制美国对华出口政策，导致中美高技术产品贸易顺差；其二，部分中国学者和国外机构认为美国对华技术出口管制是造成中美高技术贸易顺差的主要原因。沈国兵(2006)认为1989年后美国对华实施的贸易制裁和技术禁运，加强了对华高技术产品出口管制，致使中国从美国高技术产品进口被扭曲，使美国对中国高技术产品贸易出现逆差。中美经济安全委员会(USCC)认为，中美贸易引发了战略技术利害关系，中国是美国先进技术产品的最大供给商，究其原因可归咎于美国对华高技术产品出口管制政策。杜莉(2006)则明确提出，由于美国始终对中国怀有，“戒心”，因此一直限制涉及到安全问题的高技术产品出口，在诸如核电站、卫星、超大型计算机和数控机床等许多产品的对华出口上实施严格限制，使中国在高技术产品进口上出现了“愿买者无可买”的现象。
从中美两国10类高技术产品贸易顺差的趋势看。美国对华技术出口管制可以解释中美部分高技术产品，如光电技术、武器与核技术贸易顺差的形成原因。但是，“中国实施出口鼓励和限制美国对华出口导致中美高技术产品贸易顺差”的观点却难以成立。2004-2007年中国在对美国出现贸易顺差的同时，却对日本、韩国、东盟和中国台湾地区出现了巨额贸易逆差。这充分说明中国对外并没有实施奖出限入的重商主义贸易政策，否则在出现中美贸易顺差时，必然会出现中国对这些国家和地区的贸易顺差。
目前，“美国对华技术出口管制”论的解释力度正不断减弱。美国在决定对外是否实行出口管制政策时一般基于四个原则：一是否涉及敏感技术和武器出口而危及美国国家安全，二是否影响美国国家战略目标和外部政策目标，三是否影响到美国经济利益，四是否允许美国对其先进技术出口进行终端使用情况检查。从这些原则看，由于光电技术、武器与核技术等关键高技术可能在军事领域广泛运用，美国必然会对其出口实行严格限制，导致美国在这些产品上对中国呈贸易逆差。然而，在与军事领域也有密切关联的航空航天技术与柔性制成品上，美国对中国却始终保持贸易顺差，这是美国对华技术出口管制论难以解释的。
3、中国国内技术创新水平的提升。2008年中美两国10类高技术产品贸易最突出的变化表现为中国对美国的生命科学、柔性制造品和航空航天技术贸易逆差在不断缩小，这间接地加快了中美高技术产品贸易顺差的扩大速度，这很可能是近年来中国在这些领域自主创新水平的提升导致的。
21世纪初以来，随着中国加入世界贸易组织，政府对知识产权保护和自主技术创新的日益重视，中国国内科技研发水平日益提升，尤其是在航空航天技术创新能力迅速提高的带动下，中国在上述几类高技术产品上的对美进口日益减少，一定程度上加快了中美高技术产品贸易顺差的扩大。
三、调整中美高技术产品贸易顺差的可行措施
随着中美高技术产品贸易顺差的扩大，贸易各方间实际形成了一种“互利”、但非“共赢”的利益分配格局。贸易各方利益分配不均的现实客观存在，尤其是在美国主导的全球高技术产品生产网络中，中国主要从事的是低附加值的加工装配、贴牌定制等劳动密集型工序，这些工序相比美国从事的研发工序及东亚主要国家或地区从事的核心制成品生产工序，进入门槛低、替代性强、基本处于或接近处于完全竞争状态，因而常常只能获得较低的附加收益。如果这种利益分配不均一直持续，将可能拉大各主要国家或地区的贸易及经济发展差距，不利于中国在国际经济格局中地位的保持或提升。因此，需要对中美高技术产品贸易顺差进行适当调整，以实现贸易各方的真正“互利共赢”。
目前，FDI在中国信息与通讯领域的投资主要集中在高技术产品加工生产企业，加工贸易仍然是中国对美信息与通讯贸易的主要方式。这种贸易方式不仅使中国获利较低，而且全部最终产品的出口均被计人中国对美出口。因此，中国政府需要对高技术产业中的外资流入结构进行政策性引导，逐步减少对信息与通讯产业加工类外资流入的“超国民待遇”，将优惠政策集中于其他新兴高技术产业，尤其是具有自主研发和技术创新能力产业的引资上，降低外商对华信息与通讯加工制造业投资对中美贸易顺差的“引致扩大效应”，增加其他新兴高技术产业的引资额，提高其技术创新能力和对外贸易竞争力。
2、改善中美政治关系，游说美国政府及国内利益集团。中美政治关系是否改善是决定中美经贸关系好坏的重要基石。当前调整中美高技术产品贸易顺差的可行途径之一是逐步减轻美国对华技术出口管制。因此，当前中国政府应做的重要工作之一，就是要想方设法改善中美政治关系，通过游说美国国内的部分利益集团，由其作为中国的“代言人”，游说美国政府将中国视为“正常的”贸易伙伴，取消对华实施或即将实施的技术出口管制。
3、继续扩大内需，弥补美国进口需求的下降。在国际金融危机爆发的背景下，如何应对美国对中国进口需求的下降是中国外贸政策需要解决的主要问题之一。中国不仅要想方设法维持对美高技术产品出口的持续扩大，而且应继续坚定不移地推行扩大国内有效需求的政策，变国内过剩储蓄为国内消费，变对美高技术产品出口为国内销售。从而有效弥补美国国内进口需求下降给中国出口带来的“缺口”，使包括外资在华企业在内的中国国内企业的销售实现可持续增长。
空间环境与运载装置相互作用会对航天器的可靠性和使用寿命带来威胁，适应市场的需求，可抵御太空环境的材料的研究与开发始终是一个热点。通常，空间环境主要涉及自然环境和人工诱导环境两个方面。
航空器或其动力装置上使用的具有高强力，重量比的复合材料，可有效地降低乘用装置的重量，大大改善航天器的性能和运行效率。而聚合物纤维复合材料在航天器上的应用部位与使用量的多少正成为衡量航天器结构先进性的重要指标之一。
1新型纤维材料在航天领域的使用
目前航天员舱外活动装备(EMU)使用的多层结构绝热材料，在火星空间探测中将会失去效用。美国国家航空航天局(NASA)探索可替代的绝缘材料，其热传导性能要求达到0.005W／(m·K)。
1.14DG热绝缘纤维材料
NASA选择3种纤维，即实体圆形截面纤维、四孔中空纤维和深槽型表面纤维(4DG)作为试样，纤维使用两种规格即6.67dtex／16.7dtex为筛选对象。
①要求实体结构纤维具有均匀的圆形截面，纤维直径为25μm或40μm。对于低孔隙率的纤维试样的选择，直径偏差要大干0.1μm，即直径分别为25.1μm或40.1μm。而对孔隙率较高的纤维来说，选择的纤维直径要扩大10倍，即选用250μm或400μm的样品。
②中空结构纤维试样要求纤维截面为圆形，呈四孔均匀分布，当纤维直径为25μm时，中孔径6μm，纤维直径为40μm时，中孔径9μm。中空四孔纤维由DuPont(杜邦)公司提供。
③槽状表面纤维。4DG纤维由Eastman(伊士曼)公司提供，具有沿纤维轴向分布的深陷沟槽，纤维截面以轮廓线观察为矩形，有6组叶片，其叶片尺寸如下：
6.67dtex纤维：纤维截面轮廓34μm×47μm，叶片宽8μm；
16.67dtex纤维：纤维截面轮廓50μm×74μm，叶片宽12μm。
NASA的实验结果显示，4DG作为热绝缘材料的性能最佳。图1所示为4DG纤维的截面。
4DG纤维是特别设计的纤维品种，其沿轴向分布的深槽，赋予了纤维独特的使用性能，即：
①具有流体自移动性能，按4DG纤维3种纤度6.6、11.2和16.67dtex的变异，最大的潜在通量分别为122、113和145mL／(g·h)；
②4DG纤维有贮存和扑集粉尘微型颗粒的功能；
③具有十分高的比表面积。圆形截面纤维的形状系数以1计，4DG纤维为2.5，即4DG的比表面积是相同细度纤维的250％～300％，实验所用4DG纤维样品的比表面积在1710～3130m2／g之间；
④与圆形截面纤维相比，其有更好的蓬松性和包覆性。
4DG纤维一般使用聚酯、聚丙烯和聚酰胺为原料，与其3种纤度规格——6.67、11.2和16.67dtex相对应的纤维截面的宽×长分别为34μm×47μm、42μm×58μm和50μm×74μm，纤维截面形状系数分别为2.7、2.7和2.4，沟槽面积所占比例分别为40％、40％和35％，主体叶片的宽／深尺寸分别为8／13μm、11／18μm和12／71μm。4DG纤维的性能特征如表1所示。
由于4DG纤维具有独特的使用性能，其潜在应用领域已被广为看好，目前在过滤介质、农业用纺织品、军用服装、油吸附材料、土工材料、化妆制品、揩巾和创伤敷料等领域的使用正取得进展。
1.2航天装备上使用的纤维材料
航天服是国际空间站或航天飞机乘用人员维系生存的装置，用以保护宇航员进入太空和月球行走的安全。美国阿波罗－9和阿波罗－11使用的太空服面料的多层结构中均配置了两层Nomex热绝缘层。
Nomex纤维的玻璃化温度(Tg)为275℃，具有优良的耐热性能，而相对较低的比热值(0.29cal／(g·K))则显示出良好的热绝缘性能。NASA使用的Nomex热绝缘层证明可以适应极端高温或低温的环境条件，同时Nomex纤维的模量为140g／D，断裂伸长率22％，可承载冲击负荷，并在负载条件下表现出很好的稳定性。目前的航天服中蜂窝Kevlar(凯夫拉)纤维和Nomex纤维仍然是重要的纤维组分。
一、模拟的类型
1.模拟的基本类型
模拟是以科学技术理论与实践为基础，在一定环境与条件下，将研究对象用其它手段进行模仿的一种实验方法。该方法不直接涉及研究对象固有的现象与过程本身，而是设计一个和该现象与过程相似的模型，并通过该模型间接地呈现出该现象与过程。模拟实验的目的主要是便于经济地检验、验证、再现、发现或揭示该现象与过程的特征、演变规律与内在机制。
模拟的基本类型有物理模拟与计算机模拟。
物理模拟是制作和某现象与过程相似的物理模型，并对该模型研究，获取该现象与过程的特征。
计算机模拟是利用计算机对某现象与过程进行求解、分析、判断以及图像显示等，得出该现象与过程的特征。计算机模拟有模型模拟和统计模拟两种基本方法。
2.模拟实验方法的进展特征
科学技术的发展，对许多航空航天系统有越来越严格的性能要求[4-7]。为探索性能的未知特性，实时评估与预测性能退化轨迹，科学技术研究已经从静态发展到动态、从线性发展到非线性、从确定性参数发展到不确定性参数、从不变性函数发展到多变性函数。面对这些新问题，现有研究所采用的模拟实验方法取得了许多进展。
以近年来航空航天技术领域的某些中文科技论文为案例，经研究发现，模拟实验方法的最新进展以依赖问题的属性信息和现场信息为特征，旨在求解动态、非线性、不确定性与多变性等复杂问题，根据对问题信息的依赖特征，将现有的模拟实验方法归纳为属性依赖法与现场依赖法。
二、属性依赖法
属性依赖法是基于属性、目标属性与层次属性等3个信息要素的模拟实验方法。
属性是问题的抽象刻画，表示问题的性质与关系。性质表示问题的固有特征，关系表示不同问题之间的性质传承与影响。
目标属性是期望得到的对问题属性的某种解答或认知。
层次属性是目标属性的分解，即将目标属性分解为若干个子属性。若子属性彼此独立，则称为同层次子属性;否则称为非同层次子属性。层次按从低到高的顺序分为多层，目标属性依赖于最高层子属性，最高层子属性依赖于次高层子属性，依次类推，直到最低层子属性。
根据目标属性的不同，属性依赖法又细分为同步进化法与层次进化法。
1.同步进化法
同步进化法是将问题分解成低一层次的多个彼此独立的子问题，用基本模拟方法逐个解决各子问题，最后融合出结果。这是一种化整为零、逐个击破、同步进化的方法。具体做法是，若目标属性是由多个低一层次的独立子属性综合构成，则可以根据各独立子属性的特征，进行子属性模拟，然后推断各子属性的模拟结果，使各子属性由低层次同步进化至高层次，获得目标属性特征。
在这个案例中，非线性响应特征问题被分解为2个同层次的子问题，即理论建模计算与模态实验，2个子问题解答的融合是将计算结果与实验结果进行对比分析。可以看出，解决这2个子问题的实验模拟方法分别是物理模拟和计算机模型模拟，经过对2种模拟结果的对比检验，最终推断出航空发动机非线性响应的某些特征，为探索航空发动机非线性动力学特征提供了新思路。
2.层次进化法
层次进化法是将问题按属性层次由低到高地分解成多个前后有联系的子问题，用基本模拟方法逐步解决各子问题，最后直接得到结果。该方法的特点是化整为零、逐步击破、依次进化。具体做法是，若目标属性可以分解为多个彼此低一层次的关联子属性，则可以根据各子属性的特征，按照设计好的步骤，依次进行子属性模拟，逐步使属性由低层次向高层次进化，逼近目标属性特征。
为此，文献[4]将问题分解为混合卡尔曼滤波器组故障诊断理论，发动机故障诊断系统和故障诊断实验等3个不同层次的子问题。这3个层次的进化关系为：(1)用计算机模型模拟方法构建混合卡尔曼滤波器组，为发动机故障诊断系统奠定理论模型基础;(2)基于理论模型，针对民用涡扇发动机常见的4种故障，用物理模型模拟方法搭建发动机故障诊断系统，为故障诊断实验奠定基础;(3)基于故障诊断系统，用统计模拟法评价出发动机故障诊断系统性能的定量指标值。
在该案例中，依次解决3个子问题的实验模拟方法分别是计算机模型模拟、物理模型模拟和统计模拟，最终目标是实现故障诊断系统性能的定量评价，为工程实践提供了重要依据。
三、现场依赖法
2.参数序列依赖法
参数序列依赖法是根据现场实时信息的输入参数序列来实施输出序列运行轨迹评估与预测的一种模拟实验方法。
常见参数有刚度、阻尼、固有频率、压力、流量与温度等，多种参数的组合构成参数序列。模拟实验系统的参数序列取值应该与真实系统的参数序列保持一致，才能可信赖地实施输出序列运行轨迹评估与预测。
例如，文献[8]的卫星在轨微振动环境模拟实验，用物理模拟方法构建出低频弹性支撑装置，揭示出自由边界条件对卫星动力学特征的影响机制，为提高卫星在轨微振动地面模拟实验精度奠定了基础。其中，依赖的现场实时信息是微振动扰振，输入参数序列为激振力参数，输出序列为模拟卫星弹性体的模态相应。
四、结语
基于科学技术问题的属性信息和现场信息特征，提出模拟实验的属性依赖法与现场依赖法，可以解决动态、非线性、不确定性与多变性问题，为模拟实验方法的发展提供新思路。
模拟实验方法归类为科学技术研究方法论，合理运用属性依赖法与现场依赖法可以有效地验证或再现研究对象的表现，揭示其演变规律，发现某些未知特性。
ResearchonAxialPerformancesof3DBraidedCompositeCircularTubes
HUANGYu-ni1LIUZhen-guo2
(1.ShanghaiAircraftDesignResearchInstitute,Shanghai,200232,China;
2.SchoolofAeronauticScienceandEngineering,BeihangUniversity,Beijing,100191,China)
【Abstract】Tubeperformsforthe3D4-directionaland3D5-directionalmaterialswereproducedbyfourstepbraidingmethodandT-700/epoxycompositesweremadebyVARTM.Astudyoftensileandcompressionpropertiesforthetwomaterialswerecarriedout.Theresultsindicatethattheaxialperformancesmaintainlinearelasticitybeforefailureandthetensilestrengthismuchlargerthanthecompressivestrengthforthetwomaterials.Thetensileelasticmodulusofthe3D4-directionalmaterialissimilartothecompressiveelasticmodulus.Thecompressiveelasticmodulusislargerthanthetensilestrengthforthe3D5-directionalmaterialandthefailureformischaracterizedbybrittlecracks.Moreover,theaxialpropertiesof3D4-directionalbraidedcompositesarelowerthanthatof3D5-directionalbraidedcomposites.
【Keywords】3Dbraided;Composites;Tubes;Axialperformances
0引言
随着世界航空航天技术的飞速发展，现代航空航天器结构设计提出了大结构尺度和结构超轻型化问题[1]。利用复合材料管件制造出的结构在满足强度及刚度的前提下，至少能实现减重20%的目标[2]，同时还具有良好的抗疲劳、抗腐蚀性的特点。
目前，航空航天复合材料管件的制造方法主要有缠绕工艺和卷管成型工艺等，由于制造工艺的特点决定了其存在着一定的不足，难以满足航空航天高性能管件的要求。缠绕工艺生产的管件，轴向拉伸强度较低、外表面粗糙、易渗漏，管连接件较难成型，而卷管成型工艺生产的管件易出现分层现象[3]。三维编织复合材料是一种先进的复合材料，它是现代复合材料制造技术和编织技术相结合的产物，克服了用其他方法成型的管件的某些不足，具有高强度、高模量、高抗损伤容限和抗冲击等优异性能，在航空、航天领域具有广泛的应用前景。文献[4]指出三维编织工艺技术结合RTM成型工艺是实现高性能复合材料管件制造的低成本技术途径之一。
本文所用管件采用三维整体编织技术和VARTM工艺制作，对相同编织角、相同体积分数的三维四向、五向编织T700/环氧树脂复合材料进行了拉伸和压缩试验，获得了这些编织复合材料的主要轴向性能，并对破坏形式进行了分析。
1三维圆管的编织
三维编织工艺，就是由增强纤维束形成编织预成型件的过程。本试验采用四步法编织三维四向和五向的圆管预成型件，所用试样预成型件由北京柏瑞鼎科技有限公司提供。所选用的纤维为T700-6K碳纤维，圆管预成型件实物如图1所示。
图1三维编织圆管预成型件
Fig.1Theperformof3Dbraidedcirculartube
2三维编织圆管的成型
由图1可看出，本试验所用三维编织圆管结构致密，纤维体积含量较高，为充分发挥三维编织结构的优势，选用VARTM工艺固化成型。本文选用的树脂为TDE-85#环氧树脂，固化剂为70#酸酐，促进剂为苯胺[5]。胶液配比为树脂：固化剂：促进剂=100：100：1；固化工艺为：130℃恒温2小时，150℃恒温1小时，160℃恒温8小时，180℃恒温3小时。
3试验描述
参照GB/T14462005，GB/T33541999，以及ASTM有关试验标准要求，确定试样的尺寸参数。本次试验在WDW-100微机控制电子万能试验机上进行，加载速度2mm/min，测试温度为室温。
Table1Relatedparametersofsamples
4试验结果和分析
图3为试样应力-应变曲线，由图可知，曲线在试样破坏前基本保持为一条直线，这说明三维编织圆管在拉伸和压缩破坏前是线弹性的。由图中直线斜率和表2数据可知，三维五向圆管模量明显大于三维四向圆管，这是由于五向材料有轴向纱的缘故。
由表2可知，在纤维体积分数相同时，随着编织角的增大，三维四向和五向材料圆管的拉伸模量和压缩模量都减小，且编织角越大，变化越剧烈。四向材料拉伸模量和压缩模量相近，压缩模量略大于拉伸模量。五向材料压缩模量明显大于拉伸模量。
图2拉伸和压缩试样结构图
Fig.2Thediagramsoftensileandcompressedsamples
(a)拉伸应力-应变曲线
(a)Stress-straincurvesoftensiletests
(b)压缩应力-应变曲线
(b)Stress-straincurvesofcompressedtests
图3三维编织圆管应力-应变曲线
Fig.3Stress-straincurvesof3Dbraidedcirculartubes
表2三维编织T-700/TDE-85#圆管轴向性能
Table2Axialperformancesof3DbraidedT-700/TDE-85circulartubes
由于粘接强度不够和工艺不稳定的原因，拉伸试样破坏形式大部分为脱胶，仅得到1号试样的拉伸强度537.5MPa，但可得出其他材料的强度的大概范围。由表2可推知，在相同编织角和纤维体积分数条件下，五向材料的拉伸强度高于四向材料。四向材料1号试样在加载初始阶段试验力-位移曲线基本为一直线，当试验力达到一定值时开始发出轻微的响声，基体或界面发生破坏，并随着载荷的增加而声音逐渐增大，在此过程中圆管明显变细被拉长，达到试验力峰值时瞬间发生断裂，如图4所示，纤维在断口处被拉断。
图4拉伸试样破坏图
Fig4Failurediagramoftensilesample
（a）Diagramof4-directionalmaterial
（b）Diagramof5-directionalmaterial
图5压缩试样破坏图
Fig.5Failurediagramofcompressedsample
比较表2中拉伸强度和压缩强度可知，拉伸强度远大于压缩强度。在纤维体积分数相同时，随着编织角的增大，三维四向和五向材料圆管的压缩强度都减小，五向材料减小趋势不明显。相同编织角和纤维体积分数情况下，五向材料压缩强度远大于四向材料，甚至为四向材料的2倍。可见，轴向纱的加入，能很大程度上提高材料的轴向压缩性能。由图5(a)可以看出，四向压缩试验圆管的破坏形式主要是沿着编织角方向的斜面纤维和树脂同时断裂，表现出明显的剪切破坏特征。纤维和树脂同时断裂说明在圆管受压的过程中树脂基体也起到了较大的承载作用。图5(b)看出，五向试样断裂均发生在试件的试验段内。与三维四向试样断裂形式不同的是，五向编织复合材料圆管的断口都较为平整，且纤维基本沿横截面断裂。沿纵向分布的轴向纱的加入使五向材料的失效模式更趋向于脆性破坏。
5结论
5.1采用三维编织四步法编织预成型件，利用VARTM工艺制造三维整体编织增强环氧TDE-85#的复合材料管，对于高性能复合材料管件的制造进行了探索。
5.2三维四向和五向编织复合材料的纵向拉伸和压缩应力-应变曲线在试件破坏前基本保持线性关系，四向材料拉伸和压缩模量值相近，五向材料压缩模量明显大于拉伸模量。
5.3在纤维体积分数相同时，随着编织角的增大，拉伸模量、压缩模量和压缩强度均减小。
5.4三维四向和五向材料压缩强度均小于拉伸强度，五向材料压缩强度远大于四向材料。由于五向引入了轴向纱，试件的失效方式均趋向于脆性破坏。
［1］范华林，孟凡颢，杨卫．碳纤维格栅结构力学性能研究[J]．工程力学，2007，24(5)：42-46.
［2］冼杏娟，李端义．复合材料破坏分析及微观图谱[M]．北京：科学出版社，1993：1.
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航空动力是工业皇冠上的明珠，是多学科耦合、多专业综合的最复杂的智能机械之一，是综合国力的重要体现，对国民经济和国家安全具有不可替代的作用，是必须下决心走自主创新之路才能实现跨越发展的战略必争领域。
站在国家重大专项实施的十字路口，如何通过自主发展实现由“跟跑、并跑”到“领跑”的跨越是当前的重大问题。
美国如何“沿途下蛋”
作为人类研制过的最复杂机械之一，类似航空发动机这样的高端产品的特征就是核心技术堆集，没有核心技术就没有现动机。
这一核心技术要回答的问题，不仅包括怎么做，还包括为什么这么做。而要回答这些问题，必须以精深的科学知识为基础，其途径就是基础研究。
基础研究是现代西方发动机行业的基础。西方国家通过几十年的基础研究，投入了大量人力、物力、财力，获取大量工具、准则和实验数据库，才基本掌握了核心技术。
航空发动机基础研究面临的各类问题范围广、难度大，因此需要建立长期的国家级发动机基础研究计划。以美国为例，政府通过实施IHPTET和VAATE等计划，显著提高了美国发动机的科学水平和技术能力，而且可以“沿途下蛋”，不仅大幅度提高现役发动机性能，也对四代机F119、F120等研制提供了强有力技术支持。
在科研经费方面，美国NASA每年专用于支持航空发动机方向的基础科研经费超过1.2亿美元。
自美国等国家1959年实施“航空航天推进计划”以来，已经连续不断地实施了30余项不针对具体型号的航空发动机技术研究计划，这使得美国发动机技术处于国际领先的地位。
中国正由跟踪仿研转向自主创新
中国航空发动机发展从军机起步，历经了引进修理、跟踪仿研和改进改型三个时期，军用航空发动机技术水平已经实现由第二代向第三代的跨越，并向第四代迈进。
民用航空发动机面临着适航技术和知识产权的双重壁垒，已经开始了自主研制，但无论是涡扇、涡轴，还是通航动力的商业产品基本空白。
目前，在军用航空发动机领域，只有美、俄、英、法四国可以独立研制和发展一流水平的发动机;民用航空发动机市场的技术、资金和产业门槛更高，目前真正具有技术和商业优势的只有美、英、法三国的四家公司。
无论是英国罗罗公司、美国GE公司、PW公司还是苏联，都是引进专利后开始自主研制。发动机强国都走了一条与国内工业发展水平相适应、适度超前的自主发展道路，形成了鲜明的技术特色。
从宏观上看，罗罗公司的三转子构型、PW公司的齿轮驱动风扇等不同的技术路线都实现了高性能指标，同样具有商业竞争力;从微观上看，涡轮叶片的材料、内冷通道和外气膜冷却方式各有不同，也都实现了高冷却效率和长寿命。苏联的军用发动机也走出了一条不同于欧美的技术路线，在四动机上采用了外涵换热器的独特结构，弥补了材料耐温不够的缺陷。
反观中国，跟踪仿研的主导思想导致了技术路线的摇摆不定，与发动机强国的差距越来越大，只有找到一条适合中国发动机发展的技术道路，才能弯道超车，实现跨越。
因此，对中国来说，转变发展方式是必然的。所谓转变就是指由跟踪仿研主导的逆向设计研发体系向自主创新主导的正向设计研发体系的转变，这既是我国航空动力近60年发展经验和教训的总结，也是国家重大专项的战略要求。
“天地人法”合一的正向体系
我认为，要建立自主创新主导的正向设计研发体系，总的来说，共涉及四个方面的问题，即“天地人法”。
“天”就是总体，指对航空发动机的多学科融合、多专业综合以及设计、材料、制造、试验、验证、使用、维护等全产业链协同的复杂属性的认识。2010年12月28日，工作人员正在航空发动机也容性与外物吸入损伤研究中心内进行模拟试验
“天”不强和中国航空发动机的发展历史有关。中国的发动机开始于修理和测仿，修理和测仿对总体的依赖度低，既不能从总体的角度对航空发动机本身的多学科融合和专业综合进行系统的流程规划，更不能从全产业链的角度对航空发动机的研发、生产、使用、退役作全局性规划。
跟踪仿研主导的逆向设计研发体系，不能从源头形成气动热力、结构完整性、材料工艺协同的优化设计，导致材料工艺攻关变成了常态，从而造成中国的材料牌号远远多于欧美和俄罗斯，但数据完备、成熟可用的关键材料少之又少的尴尬局面。而且，跟踪仿研主导的逆向设计研发体系，也不能系统牵引基础研究和关键技术的发展，使得基础研究处在无序发展状态，导致型号发展没有成熟的技术作为支撑。
“地”就是基础，是指航空发动机的“气、固、热、声、控、材料、工艺”等多个学科的应用基础，是知其所以然和跨越发展的基础。
型号研制和关键技术攻关、甚至基础研究同时进行屡见不鲜，这严重违背了型号研制必须具备的技术成熟度条件，造成研制工作举步维艰。没有对各个基础学科规律的深入认识，很难支撑和引领“形神兼备”的自主创新。
“人”是这一战略领域成败的核心，这是指具有研发先进航空发动机的合适知识结构和能力结构的创新人才。
对照航空发动机国际标杆企业的人才结构可以看出，研发队伍普遍具有通用型人才（Generalist）、专业型人才（Specialist）、系统型人才（Universalist）等典型的橄榄型梯次特征。
以罗罗公司为例，其11300名研发人员中，约2000人为通用型人才、6000名为专业型人才，系统型人才为2000人。而在中国，各航空发动机主机研究所和企业设计人员已达到4000人的规模，但与罗罗公司近万名研发人员相比，依然有显著差距。
“人”不足和两方面的影响有关，一方面是国家长期未对该战略领域给予足够的重视，造成人才流失严重;另一方面是中国航空发动机的行业发展走了以“跟踪仿研为主”的发展路径，对人才的知识结构和能力结构要求，从学历教育、非学历教育到成长路径都存在系统性缺失。
“法”则是这一战略领域可持续发展的保障。这一方面是指国内航空发动机发展的立法保障，另一方面是指国际适航规章。
正如美国《国家关键技术计划》所描述的：“这是一个技术精深得使新手难以进入的领域，它需要国家充分保护并利用该领域的成果，需要长期数据和经验的积累以及国家大量的投资。”
适航法规是国际公约的要求，是民用航空产品进入民机市场的最低安全标准，首要功能是保障公共安全，对后发展国家来说也成为了事实上的技术壁垒。中国的航空发动机领域的发展还没有对国际立法体系和技术深入研究，也没有上升到国家立法保障的层面，对该领域的可持续发展有深远影响。
如何进行组织改革
目前，中国航空发动机正处于从“跟踪仿研”向“自主发展”转变的关键阶段，这些转变不仅表现在研究内容的技术特征上，也表现在组织模式必须由松散、无序、内耗走向系统、有序、协同，更需要国家基础研究计划的持续支持。
“系统”体现在多学科交叉、多专业综合、全产业链融合;“有序”体现在以技术成熟度为标志的技术承载主体有序、以承载主体特征为标志的人才和研究设施的有序，“协同”体现在全产业链的数据协同、人力和设施资源协同以及系统环境下的学科和专业协同。
作为大国，这种“系统、有序、协同”需要围绕国家战略产品建立自己的基础研究体系，设立专门基础研究计划，持续加大资金投入。国产大型客机C919计架机在上海总装下线仪式现场，日前我国正在研制与C919飞机配套的发动机
这既要借鉴美国等体制，更要结合自身航空发动机基础研究的现实国情。具体组织架构上可以分为三层：
第一层次为最高决策层，代表国家意志行使重大事项决策，通过预算拨款，并对执行情况进行宏观调控。建议由国家成立航空发动机专业基础研究委员会或专门机构。
当我到达的时候，马斯克正在他的电脑上办公，精神抖擞地回复着一行行电子邮件。我找了个座位坐了下来，然后环顾四周，打量了一下他的工作空间：一个黑色的皮沙发和一张硕大的办公桌，还有一些酒瓶和奖杯，除此之外，房间里空空如也。从窗户向外看去，是一个沐浴在阳光中的停车场。整个办公室的氛围让人感觉平常、实用，甚至有些单调乏味。几分钟过去，我开始担心马斯克已经把我给忘了，但就在这时，有点儿戏剧性的一幕发生了：他突然转过身，一把推开身后的转椅，向我伸出了手。“我是埃隆。”他说。
他的姿态很优美。在人类纪元进入2016年时，埃隆马斯克已经无须再做过多的自我介绍了。能够抓住文化想象力的技术专家，史蒂夫乔布斯可以说是美国历史上的第一位，马斯克是第二位。
他的童年在南非度过，12岁时就发明了一款视频游戏，并成功地把它推销了出去。20世纪90年代中期，马斯克移民美国，开始了他的快速崛起。28岁那年，马斯克将他的软件公司Zip2以3亿美元的价格售出，3年后，他又以15亿美元的价格将PayPal卖给了eBay，然后创办了两家非同寻常的公司――特斯拉汽车公司和SpaceX公司，将自己的全部身家都投了进去。前者致力实现他用电动汽车取代全世界汽车的梦想，后者致力实现人类殖民火星的梦想。汽车制造和航空航天都是成熟产业，而且在过去都被一些巨头把持。他们在所有的国会选区都设有工厂，能够通过游说议会获得大笔额外预算。对马斯克来说，这都不是问题。他将同时颠覆这两个行业。“旅行者”号探测器
一
我想和马斯克谈一谈他对太空探索的未来的展望，就用一个老问题开始了这次访谈：在地球上生活都充满难题的情况下，为什么要将如此多的钱花在太空探索上？
把这个问题抛给他似乎并不公正。马斯克只是个私营企业主，不是公立航天机构的负责人。但他最大的客户是美国航空航天局，而且更重要的是，马斯克是一个声称想要影响人类未来的人。马斯克会告诉你他的看法，他不会因为这个命题的宏大而畏首畏尾。马斯克喜欢赚钱，他似乎很享受亿万富翁的生活方式，但他不仅仅是一个资本家，他已经将自己的全部身家押在了解决人类关心的最根本的问题上。因此，我想知道，为什么他会选择太空这个领域。
马斯克并没有说那些老生常谈的原因，比如我们需要开发空间技术以激励人类。他没说太空是一个研发实验室;没有从技术研发的额外用途，如宇航员食品和行军毯等方面解释;也没有说太空是人类智慧的终极试验场。相反，他说，将人类送达火星和让数十亿人摆脱贫困或消除致命疾病同样紧迫。
“我认为，人们对让人类在多个行星上生活存在激烈的人道主义争论。”他说，“开展外星殖民计划，是为了在某些灾难发生的情况下，维护人类的生存。这些灾难与贫穷或疾病毫不相干，它可能导致人类灭绝。最终的结局可能是这样的：贫穷和疾病的问题已经解决了，但人类已经不存在了。”
“我经常思考，为什么在可观测宇宙中智慧生命不可思议地毫无踪迹？当然，迄今人类还没有对地球外智慧生命进行过详尽搜寻。但是，我们所做的工作，相较于随意地在天空中乱看一通，已经有了很大的进步。50多年来，我们已经将射电望远镜对准了附近的恒星，希望能够找到一个电磁信号，一个穿越这无底深渊的灯塔。为了寻找地外智慧生命，我们释放了探测器，已经在太阳系中寻找过了，也检查了与我们处于同一太空区域的恒星。不久以后，我们将对那些与我们相距甚远的行星的大气层展开调查，以寻找合成污染物以及缺失了某些金属的小行星带。这些迹象有可能表明采矿活动的存在。
“这些搜索行动的失败，让人百思不得其解，因为人类智慧在宇宙中不应该有什么特别之处。从哥白尼的时代开始，我们就被告知，我们所处的是一个均质的宇宙，一个延伸达数百亿光年的网状结构。宇宙中每一个布满了璀璨群星的、圆盘状星系的‘枝丫’，都和我们的世界一样，有大量由同样物质组成的行星和卫星。如果大自然的任何一处都遵循相同的法则，那么，毫无疑问，这大量的‘枝丫’肯定包含许多‘大锅炉’。在这些‘大锅炉’中，能量与水和岩石搅在一起，直到这三者如魔法般混合在一起，形成生命。而且，其中有些地方肯定可以培育出第一批脆弱的细胞，并最终进化出智慧生命，从而形成具有远见和持久发展能力、足以制造出宇宙飞船的文明。
二
马斯克有一个更黑暗的理论。他说：“宇宙中的这种无任何明显生命迹象的缺失现象，可能成为支持以下说法的一个论据，那就是，我们的世界只不过是一个数字模拟仿真实验。这就像是你在玩冒险类游戏，你可以看到背景上的星星，但永远也不可能到达那里。如果这不是一个数字模拟仿真实验，那么我们也许是在一个实验室中，而某些高度发达的外星文明出于好奇，正在观察着我们，看我们是如何发展的，就像我们在微生物实验室中观察培养在皮氏培养皿中的霉菌一样。”
“50亿年后，太阳将膨胀到足以将地球上的生物圈化为一片焦炭。到那时，地球上的大陆将会熔成一整块。太阳将越来越多的辐射倾泻到地球大气层中，使得地球一天内的温差越来越大。这一整块大陆将遭受越来越猛烈的膨胀和收缩，地球上的岩石将变得脆弱不堪，其硅酸盐将开始以前所未有的速度被侵蚀，同时吸收二氧化碳，沉到海底，沉入地壳深处。最终，大气层将变得无比贫碳，以至于植物无法继续进行光合作用。地球上的森林将被毁去，但少数植物会英勇地坚持站到最后一刻，直到耀眼的太阳将它们全部杀死。跟着遭殃的，是所有依靠植物生存的动物，也就是说地球上所有的动物。
“在人类历史上出现过的自然灾害中，洪水是最严重的，人类有关全球性大洪水的传说，都是受到离我们最近的一个冰河时期结束时冰川融化的启发而产生的。还有很少的一些故事，对宇宙灾难有那么一点点描述，例如太阳神赫利俄斯之子法厄同的故事。法厄同未能驾好父亲狂暴的太阳战车，使之撞到了地球上，把地球的表面烧成了一片焦土。
“在这100亿年里，我们在银河系中的运行轨道将经历四次变化，其中的任何一次变化，都可能将我们带入与另一个恒星系碰撞的险境，或遭遇超新星爆发的冲击，以及被伽马射线爆烧成灰。我们还有可能被荡出太阳系，走上一条流浪行星的道路，成为银河系数十亿颗流浪行星中的一员，在银河系中两眼一抹黑地漫游。这些流浪行星就像是宇宙中的破碎球，随时可能撞上其他天体。地球如果能够异常幸运地运行下去，它最终也会从现在的位置向太阳慢慢靠拢。
“无论这些灾难是不可预测的黑天鹅事件，还是确定无疑要发生的，如果人类想在这些灾难中存活下来，都只能为了生存而迁徙，这也是生命一直以来都在做的。我们需要发展出新的能力，就像我们的水生祖先曾经做过的那样：进化出可以吞吐空气的肺，以及可以进行原始运动的骨质的鳍，然后艰难地爬上陆地，开辟出一条新的生路。我们需要秉持人类经过艰难跋涉最终到达新大陆的精神，正是因为有了这种精神，离我们最近的祖先才得以在穿越整个大洋之前，如涓涓细流般，从一个岛屿到另一个岛屿，从一个群岛到另一个群岛，直至到达地球的每一个角落。我们需要动身前往新的行星，并最终到达新的恒星。但是，我们是不是需要抓紧点呢？”
三
物理学家弗里曼戴森宣称，研究载人航天在短期内是一种愚蠢的行为。人类的技术仍然处于起步阶段，要知道，人类学会用火到现在也不过100万年。从人类燃起第一堆篝火，到将燃料注入火箭中推动我们挣脱地球引力的束缚，我们取得的进步是神速的。但并不是每一个坐在火箭上的人都能够安全地回来。为了在另一颗行星上播下殖民的种子，我们需要将航天员队伍扩大。或许，现在我们应该暂停载人航天任务，而是通过无人驾驶宇宙飞船上的仪器继续探索太空，比如最近脱离了太阳系的“旅行者”号行星际探测器，让它们向我们发送对星际空间的探测结果。我们可以等到将目前这个科技时代的全部成果收入囊中后，到21世纪末，或者下个世纪再重启载人航天。因为我们知道，我们可能即将在能源、人工智能以及材料科学领域迎来大的变革。以上这些领域中的任何一个取得突破，都会让载人航天成为一件更容易的事情。
“在航空圈里，你会经常听到这样一种说法，”我说，“近期将重点放在载人太空旅行上，完全是放错了地方……”
“什么重点？根本就没有一个重点！”马斯克打断了我的话。
“但是从某种程度上说，你目前正在倡导这种载人航天。”我说，“现在有一种观点，认为除非我们在技术上有重大突破，否则最好还是发送探测器，因为哪怕只有一个人出现在航天器上，也会使工程的难度成倍增加。”
“我们也正在发送探测器！”马斯克说，“而且，顺便说一句，它们都非常昂贵。探测器也不完全都是便宜货。我们最近发送到火星上的一个遥控火星车，花费就超过30亿美元。火星真是一个机器人的地狱。有了这些钱，我们本应该能够将很多人发送到火星上去的。”
马斯克很喜欢给人讲有关SpaceX公司创始神话的一个故事，就是他如何熬了一个通宵，在美国航空航天局的网站上查询有关载人火星任务的信息。那是2001年的事情了，当时航天飞机还在飞行。航天飞机发射时呈现在世人面前的稳定轰鸣的画面，正好足以使漫不经心的观察家相信，载人航天技术并未出现大幅度下滑。而在今天，要想维持这种错觉是不可能的了。
自从有了神话开始，人类终有一天将冒险进入太空的想法就已经产生了，但是直到科学革命以后，当望远镜使天空清晰地呈现在人们眼前时，这一想法才开始变得似乎是一个可以实现的目标。1610年，天文学家约翰尼斯开普勒在一封给伽利略的信中写道：“假设我们创造出能够航行于苍穹之上的船和帆，那么肯定会有很多人面对空虚荒芜的太空毫无惧色。同时，为了这些勇敢的太空旅客，我们应当准备好天体地图。”
在热气球和飞机被发明出来以后，就有少数有远见的人开始规划太空移民了。但是，直到太空竞赛的出现，人们对宇宙宿命的清晰认识才成为主流。太空竞赛从1957年苏联第一颗人造地球卫星“斯普特尼克”号升空开始，到1969年人类第一次登月结束。它激发了整个文化圈和亚文化群，使得关于人类未来的故事成为占主导地位的世俗故事之一。但现实远远没有跟上。
人类致力于平流层飞艇探索研究，大约是从上世纪70年代初期开始的。人们对平流层飞艇的期望其实并不高：能够在地面、对流层到20千米以上的平流层高度范围实施有效操纵升降、定点悬浮或巡航飞行；能携带一定重量的载荷在平流层长航时执行任务；能够有效操纵返回到地面指定位置，这就算达到平流层飞艇的目的了。这样的期望，当然就使人们不约而同地联想起现有的软式飞艇：既然早期的飞艇都能轻而易举往返地面至数千米的高空，那么只需把他们的体积加大到足以对付平流层稀薄空气的程度，研发出高阻气和具备高抗压能力的新型囊体材料，再配以先进的动力、控制与工程方法和工艺技术，平流层飞艇应当不难实现。然而，当人们将设想付诸行动之后才发现，问题并非那么简单。
此后的几年中，李晓阳还实地考察了多个国家的平流层实验样艇。他倒不是想学别人怎么做，而是要研究为什么大家都做不成，这当中究竟隐藏着什么尚不为人知的奥秘。
从平流层飞艇的各种方案中，李晓阳找到了它们的共同点。这些看似有别、各有特色的平流层飞艇，它们调节囊体压力的基本方法，却都采用了140年前法国人查理和罗伯特兄弟的发明，简单说来就是软式飞艇普遍采用的主囊+副囊结构。借助动升力上升时，利用主囊的承压能力来防止内压扩张，同时“挤”出副囊中的空气；向副囊鼓入空气以重新获得下沉力时，亦需利用主囊的承压能力来束缚囊中增大的内压，防止囊体爆裂和维持囊体形状。由此可见，软式飞艇在垂直方向运动的高度范围，受制于“主囊容积”和“囊体承压能力”这两个主要条件。李晓阳发现，正是这两个无法平衡的矛盾，阻碍了平流层飞艇的发展进程。
软式平流层飞艇的主囊容积相对不变，要使之能够浮升到平流层高度，飞艇除了要有巨大的体积外，还要求升空前飞艇主囊中的轻质气体量与副囊空气量达到一定的比值，否则飞艇因不能获得净静升力而升不起来。而轻质气体量多了则副囊中的空气量必须相应减少，这又使得其理论压力高度（升限）降低。这种结构性的矛盾，成为软式平流层飞艇无法突破的技术瓶颈。
可以设想：假如采用现有软式飞艇原理和构造来制造一艘飞艇，并且已经有能力把艇体容积做得足够大，飞艇能轻易越过气流多变的对流层和风速较大的激流层，上升到数十千米高的平流层去展开作业。同时，人们也有足够的技术条件来应对飞艇在平流层环境中面临的种种复杂问题。那么在完成任务后，有什么办法能把这艘巨大飞艇可靠地操纵下降返航，准确回到基地或者其他指定的着陆场站，而不是无能为力地任其随着经、纬向气流，不受控地飘降到某个无法准确预测的着陆点？
“在释放出主囊体中部分轻质气体的同时向副囊鼓入空气”，或者干脆“利用主囊体的承压余度向副囊鼓入空气”，这样使飞艇获得初始下沉力的方案似乎可行。然而深入研究下去就会发现，即使不考虑是否有能力制造承压能力极强的软式飞艇囊体材料，也不考虑加强材料后所增加的囊体重量，在飞艇获得初始下沉力后的下降过程中，如何有效解决飞艇囊体所承受的、不断增大的压力问题，则是一定不能回避的。因为软式飞艇的囊体需要始终保持其外形，否则就会丧失可操纵性。飞艇从数十千米的平流层返回到地面，大气压强增大了数十倍，飞艇从开始下降就需要持续对抗大气压强，对抗力还得不断增大才行。换言之，根据能量转换和守恒定律，飞艇从数十千米的平流层下降回到地面，大气压力对飞艇做了多少功，飞艇就必须对抗大气压强付出相同的功，才能维持其囊体外形以保持可操纵性。
理论上，能携带任务载荷在数十千米高度长航时作业的实用软式平流层飞艇，其体积至少也得有数万立方米。因此，当它从数十千米的平流层下降返航时，需要把近百万立方米密度逐渐由小到大的空气，先是鼓入进而压缩到其数万立方米的艇囊中，如此才有可能以对等的内压来持续对抗囊外大气压强，以免飞艇囊体变形而失去可操纵性。在人类现有技术条件下，任何基于阿基米德浮力定律的浮空器，显然都无法承担功耗如此巨大的作功系统。
人们还记得那个著名的“马德堡半球”实验。据史册记载，1654年5月8日，在神圣罗马帝国时期的雷根斯堡，奥托·冯·居里克向罗马皇帝斐迪南三世演示了大气压强巨大威力的半球实验。他先将两个沉重的铜制半球小心翼翼地对接在一起，不用任何粘合剂的辅助将它们密合成一个圆球，并用自制的真空泵将球内的空气抽掉。随后，奥托·冯·居里克驱使两队各15匹壮马，从两侧以相反的方向试图拉开这两个半球。然而无论这些马匹如何竭尽全力，始终都无法将这两个半球拉开，两个半球最终还得通过解除真空状态才得以分离。此后几年中，居里克还多次在马德堡等地重复演示了该项实验，结果都相同。
从这个300多年前的物理学经典实验中李晓阳得到启发：人类对抗大自然的能力终有限度，深入了解并适应而非总是试图对抗大自然规律，是人类掌握和利用大自然的不二法则。此外，过多依赖和迷信数理逻辑计算也可能会误入歧途，因为许多在数学计算上能够成立的技术理论，在物理事实中却是违反自然规律而不可行的，这样的事例并不鲜见。
过往各类平流层飞艇方案难以化解或绕开的结构矛盾，大多是因为需要对抗但又无法对抗大气压力而引发。因此，李晓阳认为在现阶段科技能力条件下，巧妙利用而不是对抗大气压力，才是能否真正实现平流层飞艇的关键所在。
此外，任何一种航空航天器都有其安全使用周期和寿命，不仅需要定期或不定期返回地面维修养护，寿命结束后也必须返回地面销毁。发展航空航天技术的目的，主要还是为居住在地球上的人类服务，但我们不能仅仅考虑如何发展和应用航空航天技术而不重视其中的隐患。例如，自苏联发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克”1号以来，世界各国先后向太空发射了大约4000多颗卫星，当中许多卫星如今已经成为了太空垃圾，是悬在人类头上的“达摩克利斯之剑”。虽然这些太空垃圾中的大部分都在掉回地面的过程中燃烧殆尽，或掉入没有人烟的大海，但由于这些太空垃圾坠回地面的过程是不可控的，因此完全有可能给人类带来难以预测的灾难。面对太空垃圾这一严峻问题，人类至今仍然束手无策。所以，我们在发展新技术的同时应当高度重视前车之鉴，不要又给自己埋下灾难伏笔。
有代表性的各类平流层飞艇
1、美国HALE-D平流层飞艇
2011年7月27日，美国军方和洛克希德·马丁公司在俄亥俄州实施了HALE-D平流层验证艇的首航试飞，这是处于平流层飞艇研究领域世界领先地位的美国所进行的最新实验。HALE-D平流层验证艇采用典型的软式飞艇原理，其设计技术指标是：直径约21米，体积约1.8万立方米，携带约22千克的摄像机和通信转发器，可到达18～21千米的平流层高度并停留10～14天。
这艘耗资巨大的平流层验证艇试飞结果是：当HALE-D平流层验证艇升高到约9.7千米的高度时，它的囊体就超过了承压极限而破裂，于是飞艇失浮下沉。由于其仅有10KW功率的小电动螺旋桨难以驱动体积庞大、因失压而变形的艇体，故该艇连飘带降随风位移了100多公里后坠落到宾夕法尼亚州的森林里，未能达到预期的试验目标。
HALE-D验证艇1.8万立方米的体积显然很巨大了，但它仍只是美国“HAA高空飞艇”项目的缩比小艇而已。事实上，HAA高空飞艇项目在几年前就已经被终止了，终止原因是专家和用户们有足够的理由怀疑“该飞艇是否实用？”和“平流层飞艇的关键技术能否突破？”。
2、日本“同温层平台”平流层飞艇
日本宇宙开发事业团等机构投入巨资联合开发的“同温层平台”平流层飞艇，2003年8月实施了一次检验升空高度极限的试验。该飞艇的设计技术指标是：艇长约47米，直径约12米，体积3566立方米，起飞重量约500千克，设计升限16千米。
“同温层平台”平流层飞艇采用类似施放高空气球的方法，利用净静浮力自由飘浮升空。据报该艇上升30分钟后曾到达16.4千米高空，其囊体在此高度因超过了承压极限而破裂。和高空气球伞降回收的情形一样，该艇自由坠落下沉的过程是不可控的，随风飘降到海滨小城日立市附近海域低空，伞降到海面打捞回收。
从实验表现和结果来看，日本“同温层平台”平流层飞艇实质上仍只是一种外观呈飞艇状的高空气球，没有动力而不可操纵，只能随风飘荡，更不能操纵下降返回地面指定位置。因此，该浮空器显然与人们愿景中的平流层飞艇相去太远。
3、螺旋桨动力平流层双气球飞艇
2011年10月，美国JP航宇公司在内华达州施放了一个悬挂着电动螺旋桨的气球组，这个名为坦德姆（Tandem）的双气球飞艇能够浮升到约3万米的高空。
坦德姆双气球飞艇构造是将两个普通高空气球分别固定在碳纤吊架的两端，利用两个安装在碳纤吊架上的电动机驱动螺旋桨，在无风或微风的环境中，螺旋桨可以带动两个气球沿水平向缓慢位移或左右旋转。当双气球飞艇浮升到其气球承压能力极限的高度时，一个气球自行爆炸泄气，另一个气球则人工遥控放气。地面人员借助艇上的5个降落伞，把双气球飞艇的仪器设备伞降回到地面。然后，根据仪器设备接地后信标发出的位置信号，将它们寻回。
高空气球是轻于空气浮空器的一种，它们一般都能浮升到数万米以上的临近空间中下层。气球与飞艇的区别，主要在艇可以操纵而气球难于操纵。这是因为虽然气球、飞艇两者的体积都较为庞大，但飞艇艇囊流线形的减阻设计使它的迎风阻力显著降低，而且飞艇艇囊还具备一定的动升力，这就使得飞艇能够借助驱动装置实施飞行控制。相比之下，球形物体的阻力系数相对很大，而球体微小的动升力也几乎可以忽略不计。因此，即使给气球配上驱动装置，其效率也会很低，在风速较大或流速多变的环境中几乎无法操纵。
4、升浮一体混合飞艇
100多年前，人们就提出过各种利用机翼来增加飞艇升力的“升浮一体混合飞艇”方案，例如建于1903年的Santos-Dumont飞艇，就是采用了这种结构。这类结构的飞艇重于空气，理论上，其所配置的机翼或其他升力装置能够帮助飞艇获得额外的升力，因此可以看作是飞机和飞艇的结合体。
历史上诸多类似实验表明，升浮一体混合飞艇工作效率很低，集中了飞艇和飞机的缺点而损失了两者的优点，因为：重于空气的升浮一体混合飞艇必须依靠于引擎的动力才能保持在空中的升力，起飞和降落都需要相对较快的速度。由艇的功耗与其相对空气速度的三次方成正比，高速飞行正是飞艇的弱项；飞机的升力则与速度的平方成正比，低速飞行时机翼将不能提供足够的升力。简单说来就是飞艇要慢而飞机要快，才能发挥各自的长处，升浮一体混合飞艇显然无法解决这个致命的矛盾。
充满大量气体的艇体不能像飞机那样方便和易于操作，升浮一体混合飞艇也不可能像飞机那样在跑道上高速滑行起飞。此外，如何解决柔弱的艇体在高速着陆时需应对的巨大撞击力问题也不容易，对付着陆撞击力的坚固结构给飞艇带来的重量，是飞艇无法承受的。
显而易见，升浮一体混合飞艇方案并不适用于平流层飞艇。
5、变轴长可折叠飞艇
2006年10月27日，美国一个民间航空爱好者团体首次试飞了他们创造的“变轴长可折叠飞艇”，该飞艇有两个特征：一是采用了雨伞状可折叠的艇囊结构，二是利用“给定表面积的几何体中，球形容积最大”这一数学原理，通过拉长或缩短艇囊的“变轴长”方法来改变艇囊容积，以期能够增加或减少飞艇浮力，使它上升到平流层的高度。
该艇是热气飞艇，艇载液化石油气燃烧产生的热气从艇体下部的开口进入艇囊，加热囊内空气，使囊内空气密度低于艇囊外部空气而获得浮力升空，基本原理与人们常见的热气球类似。该飞艇长31米，最大直径21米，最大重量1860千克，巡航速度16千米/小时，汽油发动机驱动螺旋桨推进，巡航时的艇囊容积为5805立方米。不飞行时，其艇囊可以折小到42立方米。
该飞艇艇囊结构由三部分构成：织物蒙皮；镶入织物里的柔性骨肋；贯穿艇体中心轴的张力线。艇囊的关键技巧是一个典型的“张拉结构”，在艇囊里的骨肋处于压缩下，织物蒙皮和张力线处于相反的张力下。张力结构的原理广泛应用了一个多世纪，最普遍的例子就是人们日常生活中所用的折叠伞。
将表面积一定的球体拉长或缩短，其容积最多只能有约2.5倍的变化，而地面与数万米高度的平流层却有数十倍的空气密度差，因此将该艇折叠伞式的“张拉结构”用于平流层飞艇并没有明显增益，其“变轴长”的折叠结构给飞艇增加的重量，将会抵消热气飞艇容积增大所获得的浮力。
6、可折叠/展开平流层飞艇
可折叠/展开平流层飞艇方案由美国约翰·霍普金斯大学提出，称为HARVe飞艇。HARVe飞艇的研究目标，是探索低成本平流层飞艇的科学理论和技术方法。该飞艇要求能够折叠放入巡航导弹中，巡航导弹则由潜艇承载并从海下发射升上18.3-30.5千米高度的平流层。到预定高度后，导弹解体释放出HARVe飞艇执行预定任务。
该飞艇的研究团队认为HARVe具有极大的潜在军事应用价值，是保卫国土安全和满足国土全地域无缝隙侦察的理想平台。方案中的HARVe飞艇是一次性的，不能操纵返回地面故不能重复使用。在平流层巡航约30天后，HARVe飞艇会自行解体或用其他方法将其摧毁。业内认为，如果计入导弹、潜艇承载与发射等的费用，HARVe飞艇的总体运行成本其实并不低。
一、高新技术产业的内涵
关于高新技术产业，国际上一般采用技术密集度（R&D经费强度或R&D人力强度）作为确定的基本依据。美国对高技术产业的定义经常采用两种指标，其一，产品研究与开发费用在销售额或增加值中所占比重；其二，科技人员（包括科学家、工程师、技术工人）占总劳动力的比重。因为，研究与开发强度反映了产品和技术变化的速度,以及产业和公司的技术含量。
经济合作与发展组织（OECD）把研究与开发密集度（即R&D经费占工业总产值的比重）作为界定高技术产业的标准，将相对于其他制造业而言具有较高R&D密集度的产业定义为高技术产业。OECD在20世纪80年代将R&D经费占总产值高于4%的行业划分为高技术产业，90年代后期这一标准提高到8%，其成员国均按该组织确定的划分标准统计高技术产业并进行国际比较。2001年OECD依照新的国际标准产业分类重新确定了高新技术产业分类标准，根据13个成员国1991年～1997年间的平均R&D经费强度（R&D经费占产值的比重和R&D经费占增加值的比重），将制造业中的航空航天制造业，医药制造业，计算机及办公设备制造业，无线电、电视及通信设备制造业，医疗、精密和光学科学仪器制造业5类产业确定为高新技术产业。
欧盟《科学技术指标报告》把有很高的经济增长率和国际竞争能力，有较大的就业潜力，同时R&D投入高于所有部门平均水平的航空航天制造业，化工产品制造业，医药品制造业，汽车及零部件制造业，科学仪器制造业产业作为技术密集型或先导产业。
我国对高新技术的界定基本上采用经济合作与发展组织的新旧两种口径。采取概括法，也称例举法，即按技术类型定义高技术产业。1991年3月原国家科委公布了《国家高新技术产业开发区高新技术企业认定的条件和办法》，对高新技术的范围进行了规定，把新兴科学与技术融合在一起，把高新技术的范围划定为：(1)微电子科学和电子信息技术产业;(2)空间科学和航空航天技术;(3)光电子科学和光机电一体化技术;(4)生命科学和生物工程技术;(5)材料科学和新材料技术;(6)能源科学和新能源、高效节能技术;(7)生态科学和环境保护技术;(8)地球科学和海洋工程技术;(9)基本物质科学和辐射技术;(10)医药科学和生物科学工程；⑾其它的新工艺、新技术。
根据2006年科技部、财政部、国家税务总局共同组织编制并颁布的《中国高新技术产品目录2006》，涉及电子信息、现代交通、航空航天、先进制造、生物医药和医疗器械、新材料、新能源与节能、环境保护、地球空间与海洋、核应用技术、农业共11个领域的产品。
二、高新技术产业及其产品属性
高新技术产业同传统产业相比有着独特的特征，主要是高投入、高风险、高收益等。OECD提出的高技术产业的五个特征是：(1)强化研究与开发工作;(2)对政府具有重要战略意义;(3)产品与工艺老化快;(4)资本投入风险大、数额高;(5)研究与实验成果的生产及其国际贸易具有高度的国际合作与竞争性。
具体表现在以下几个方面:
第二，高投入性。高技术产业的高投入主要体现在研究与开发阶段的投入，这是与资本密集型产业在投向上的主要区别，因而技术密集度（R&D经费支出占总产值比重）成为划分高技术产业的主要依据。从事高新技术R&D活动要取得科技成果，这项科技成果无论是自己研究产生的，还是他人研究产生的，都需要投入研究费用。通常，技术难度越大、越复杂，需要投入的资金就越多。此外，高新技术企业在产业化阶段推向市场和扩大市场占有率方面也需要大量的资金投入。
第三，高风险性。高新技术企业的高风险来自它所面临的众多不确定性因素，主要体现在:(1)技术风险。高新技术及产品R&D过程的不确定性，高新技术转化为现实的产品或劳务的不确定性，存在因技术失败而造成损失的风险；同时还有其他新技术、替代技术的产生使现有技术急剧贬值所带来的风险。(2)侵权风险。如果企业通过大量的R&D投入所取得的技术、发明、产品或软件等得不到法律的有效保护，在推向市场后被其他企业仿冒或侵权，研制该产品的企业很快便会无利可图，甚至可能无法回收R&D费用。因而，构建良好的知识产权保护体系是维护高新技术企业利益的核心工具和手段。此外，高新技术企业的高投入意味着，如果企业的生产规模与效益、投入与产出等不匹配，企业会面临巨大的财务风险。
第五，创新性。高新技术是以最新科学研究成果为基础，通过代价高昂的研究和探索，促成技术和应用不断创新。高新技术在产品开发中的应用加速了高新技术的渗透和辐射，只有不断创新的产品才具有持续的国际市场竞争力。创新过程的实质是技术知识的投入产出过程。无论是以新产品还是以新工艺出现的创新，其中都包含了新的技术知识。知识往往具有公共品的特性，即非竞争性和非排他性。创新正是由于包含了新的技术知识而具有一定公共品的特征，从而具有技术方面的外部性。可以说，高新技术产业的核心特征就是创新特性――技术创新、产品创新,以及组织和制度创新。
三、创新能力：高新技术产业的核心竞争力
创新是高新技术产业持续发展的力量源泉，也是提升高科技企业核心竞争力、获取竞争优势的重要甚至惟一途径。我国高新技术产业虽然近年发展较快，但总体规模小，高技术密集度、高附加值、高效益的优势尚不显著，国际竞争力不显著；企业传统的“重产品引进，轻消化吸收”、“重模仿创新、合作创新，轻自主创新”的模式导致创新能力尤其是自主创新能力薄弱，缺乏拥有自主知识产权的技术和产品，在国际分工中所处的地位和发展水平与领先国家尚有较大差距。
以软件产业为例，印度2005-2006财年软件出口236亿美元，整个产业产值达296亿美元；中国2005年的软件出口值为35.9亿美元。从软件外包业务看，我国的软件外包项目大多为低端外包出口，中高端的项目很少；以做数据录入、编码测试等工作为主，这不利于中国软件业的长期发展和做大做强。2005年中国软件外包服务市场规模达9.2亿美元，约占全球软件外包的2.3%；2006年达到14.3亿美元。在全球软件外包服务市场的竞争格局中，排名第一的印度约占有全球离岸外包业务50%的份额。这些数据表明，中国软件外包业整体规模与印度相去甚远。
为了改变我国高新技术产业创新能力不足的问题，本文提出以下建议：
2.注重创新人才培养。高素质的人才是最为稀缺的创新资源，是决定创新水平的关键因素，也是企业创新的根本动力和竞争制胜的关键。因此，必须加强人才开发，全面提高劳动者素质，培养和引进自主创新带头人，形成企业多元创新人才结构。值得注意的是，大学在重视完成人才宽厚的基础知识储备的同时，更应重视让学生发展自主学习的能力，让学生学会独立地分析和思考。加强对学生自主学习、科学精神与实践能力的培养，为创新提供必需的能力基础，使创新型、创业型人才培养成为我国高等教育人才培养体系的一个重要部分。只有培养出具备创新才能的人才，才有现实意义上的创新企业和创新产业。
3.构建良好的投融资环境。健全的风险投资体系和完善的资本市场是高新技术产业发展的基本要素，这是由高新技术产业的成长规律决定。时下技术创新不能够顺利转化为实业、不能够顺利实现创业，一个很重要的原因就是融资困难。对于创业型的企业，特别重要的就是广义的风险投资，包括风险投资和私募股权基金，能帮助以技术人员为主的这些创业企业成长壮大。尽快建立健全风险投资、创业投资机制，通过产权抵押、知识产权专利入股等资本化操作方式分散企业创新的风险，确保企业创新的收益。
4.建立以知识产权为核心的现代产权制度。加快有关知识产权保护的立法进程，严格执法程序，严厉打击侵犯知识产权的行为。没有对创新产品知识产权的保护，就没有对创新者的利益实现保护，也就无法提高企业研发创新的积极性。明确市场与政府的职能，优化技术产业化的环境。
5.完善高新技术产业的发展环境。政府的主要责任，就是要为创新和创业构建一个好的环境。强化对高技术企业的综合服务能力，重点发展各类科技企业孵化器，加快高科技园区、大学科技园、科研机构创业园、留学人员创业园的建设；加强孵化服务的公共技术基础设施平台建设。鼓励多种模式发展高新技术产业中介服务机构，引导以生产力促进中心、风险投资机构等科技中介机构的发展，为科技型企业发展提供市场化服务平台。另外，政府还可以通过财税优惠、融资资助、研究发展经费补助等奖励措施或优惠政策来鼓励产品技术创新。
[1]刘友金:集群式创新与创新能力集成――一个培育中小企业自主创新能力的战略新视角[J].中国工业经济，2006，（11）:22～29
1.前言
材料加工是一门多学科交叉的学科，它涉及的内容包括材料、物理、力学、机械、信息等，它涵盖的内容有很多，主要包括金属塑性成形、表面处理、粉末冶金成形等方面[1]。材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，同时，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义。今天，各种新技术的发展日新月异，然而，材料加工技术仍然是无可替代的，它对国民经济的发展起着十分重要的作用。如今，随着科学技术的飞速发展，不断有新的材料加工技术出现。在机械制造行业里，材料加工有着举足轻重的地位，在制造行业中起着基础作用。
2.材料加工技术的发展现状
从20世纪至今，出现了许多新型材料与新材料技术，主要代表有高温超导材料、纳米材料等，造成这种现象的重要因素是飞速发展的科学技术，如电子信息技术和航空航天技术，这些技术大大促进了新型材料的研究，许多新材料技术得到了开发。
然而，仍有个重要的问题存在，新型材料的研发与材料加工技术发展并没有达到同步，这样大大制约了新型材料的发展与运用。比如，一种性能优越的新型材料，具备很好的实用性，但是由于没有适宜的加工技术，导致该材料的规模化生产和利用效率低下且成本较高，制约了材料的发展，使得高性能的材料没有得到很好的运用。由此看来，发展材料加工技术的任务势在必行。
21世纪以来，材料加工的发展将会体现出的主要特征有：
（1）实现材料加工工艺与材料性能设计的统一。要实现这个统一，将会在材料加工技术领域发生重大变革，这是进入发展加工工艺技术的标志。
（2）在生产加工过程中对材料各个方面精确控制。要做到这些，不仅需要高度发展的计算机模拟仿真技术，还需要完备的数据库系统。
20世纪90年代，材料加工技术的革命已经开始，其中，就如今的发展情况来说，人工点阵与复合材料特别能代表此次的革命，尤其是人工多层膜材料以及各种层状复合材料。
3.材料加工技术的展望
3.1材料加工技术总体发展趋势
材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，并且，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义[2]。随着科学技术的飞速发展，材料加工技术快速地发展，不断有新的材料加工技术出现。该技术的总体发展趋势，可以总结为三点，分别是过程综合、技术综合、学科综合。
（1）过程综合。过程综合的趋势涵盖了两层意思，第一，实现材料加工工艺与材料性能设计的统一，使新型材料的研发与材料加工技术发展同步，使各个环节紧密地联系在一起；第二，指的是材料加工技术的各个过程的统一，这也可以称作短流程化。
（2）技术综合。材料加工已经逐渐发展成为结合多种学科的一门科学，材料加工技术综合了其它学科，使得材料加工得到了长足发展，如制备技术与信息技术的综合。
（3）学科综合。学科综合在许多方面都有所体现，主要表现为三个方面：第一，与传统三级学科相结合，例如与铸造技术综合；第二，与二级学科综合，例如与材料物理与化学综合，从一定意义上来看，与二级学科的综合是由现代科学技术的发展要求造成的，要求根据使用需求对材料性能进行设计，在这一层面进行学科综合的主要特点是，各学科间界限逐渐变得不清晰，各学科相互渗透；第三是与其他一级学科的综合，是材料科学与工程学科以外学科的综合[3]。
3.2金属材料加工技术的主要发展方向
上文着重叙述了材料加工的总体发展趋势，现在着重对金属材料今后的主要发展方向进行论述，发展方向主要包括六个方面：
（1）缩短常规材料加工流程化，提高加工效率。今后的材料加工趋势将打破传统成形加工方式，使得材料加工工艺流程得以简化缩短，有效简化工艺环节的冗余部分，最终连续化生产，从而达到提高效率的目的。
（2）成形加工技术更加先进，对组织和材料性能进行高效精确的控制。使得传统材料品质得到很大提升，更便于使用。对于难以加工的材料，将会大大提升其加工性能，并开发出高附加值的材料。
（3）材料设计、制备与成形加工一体化，有效简化材料加工工艺流程，实现连续化生产，从而达到提高生产效率的目的。
（4）进行新技术研发，开发先进的制备技术与成形技术，研发新材料，例如，大块非晶合金制备与应用技术、电磁约束成形技术等。
（5）运用计算机科学，对材料加工过程中的数值进行模拟仿真，并利用所得数据建立相应材料的数据库，这将大大促进材料加工技术的发展。
4.结语
从20世纪至今，出现了许多新型材料与新材料技术，如电子信息技术和航空航天技术，这些技术大大促进了新型材料的研究，许多新材料技术得到了开发，材料加工技术的过程、技术以及学科综合得以深化。材料技术的发展对材料的生产和改性有巨大促进作用，从而使得材料生产效率有了较大提高，生产成本得以降低，材料使用寿命得到保证，并且，这也对促进分析研究新型材料、使研究成果产业化发展有着重要意义。材料加工技术以其在科技中无可替代的地位，对我国国民经济的发展起着十分重要的作用。