搜索
我所熟悉的宇宙探测工程【内容提要】伴随着人类的产生，工程与技术作为人类改造自然、适应自然的手段逐渐产生。在漫长的人类社会发展历程中，对工程与技术的认识研究不断深入，逐渐形成了一整套人类关于改造、利用自然和发展人类自身的理论。进入工业社会以来，人们发现许多问题紧靠单一领域内的方法来解决是不够的，于是提出了系统概念，随后便产生了系统方法论。现今时代，我们正在进入一个各方面都要求系统化、工程化的社会，大到关系国计民生的教育工程、基础建设工程等，小到关乎个人日常生活的个人营养计划工程。总之，在当代高速发展的时代背景条件下，工程化、系统化的解决某一问题的能力已经成为衡量一个国家、一个民族的重要砝码。人类是宇宙中微小的一份子，自16世纪以来，人类探索宇宙的步伐一直没有停止，让我们更加了解我们所生存的环境，认识了宇宙这个庞大的家系。认识了解宇宙、开发利用宇宙，带动科技发展。也是人探索宇宙工程进步的根源，人类认识了解宇宙的目的是为了开发、利用宇宙，目前人类已从探索阶段逐步进入到了空间开发利用阶段。【关键词】工程与技术工程系统化宇宙探测工程一·工程、工程技术及系统工程化与宇宙探测工程1.工程技术及系统工程化的理论研究工程与技术的产生由来已久，在人类漫长的发展历程中逐渐形成了完整的关于工程与技术概念的理论。“在现代社会中，工程一词有广义和狭义之分。就狭义而言，工程定义为“以某组设想的目标为依据，应用有关的科学知识和技术手段，通过一群人的有组织活动将某个（或某些）现有实体（自然的或人造的）转化为具有预期使用价值的人造产品过程”。就广义而言，工程则定义为由一群人为达到某种目的，在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。”也有学者认为，“工程是人类有目的有组织地改造世界的活动。”按这一定义,人们面临自然灾害时的撤离不是工程,因为这是适应世界,不是改造世界;污染环境不是工程,因为没有人会有目的地这样做;古人把野生稻改造为栽培稻也不是工程,因为不是有组织地进行的。“技术又称生产技术，是在工业生产中实际应用的技术，即为了满足特定的社会需要，由具有专门知识和技能的人所从事的研究、开发、设计、创造和使用具备特定功能的产品的活动过程，以及这种过程所使用和创造的各种手段、知识和规则的总和。”按照这些定义，我们可以把能够促进人类社会发展的一切活动归在工程与技术的范畴里。1笔者认为，在人类不断实践工程中，人们发现工程的基本要素不仅共存于一个工程框架或边界之内,而且还相互紧密地联系和作用着,组成一个整体1《工程系统论》，王连成著，中国宇航出版社，2002年8月第一版。或全局，加之千百万次工程危机的出现呼唤着有效解决工程系统问题的理论的出现和支持。于是提出了工程系统的理论。“工程系统论是关于工程系统中的系统规律的理论,是一般系统论与工程实践相结合的产物。工程系统论以各种各样的工程系统为其研究对象,并力图寻找和概括在所有工程系统中存在于如下诸方面的共同规律；工程系统论采用一般系统方法论研究存在于所有工程系统中的共同规律。工程系统是一门技术科学。”由此可见，系统工程是一种组织管理技术,宜改称为系统技术。2.自然工程技术及其工程化的理论研究自然工程是人类创造和构建人工实在的一种社会实践活动过程及其结果，它主要是指探索和改造自然的有形的人类实践活动，譬如我国的都江堰!万里长城!长江三峡工程、奥运场馆工程、探月工程等;国外的如埃及的金字塔、美国的曼哈顿工程等，这些形形色色的自然工程,不但生动地展示了人类“敢教日月换新天”的伟大智慧和勇气,而且徐徐拉开了一幅波澜壮阔的人类自然工程发展的历史长卷。“自然工程活动是人类社会存在和发展的基础,是人类直接改造物质世界的有组织!工程是人们改造世界的主要方式,客观世界包括自然界和社会,人们自然可以把改造自然的工程统称为自然工程,改造社会的工程统称为社会工程。如果撇开社会工程,那么与自然科学这一学科群相对应,就应当有一个自然工程学学科群。参照中国工程院学部划分,自然工程可以分为:建设类工程、制造类工程、原料类工程、公用类工程、生物类工程、地球环境类工程6大类。”2狭义工程定义为以某组设想的目标为依据应用有关的科学知识和技术手段通过一群人的有组织活动将某些(某个)现有实体(自然的或人造的)转化为具有预期使用价值的物质产品的过程。相应地,广义工程则定义为由一群人为达到某种目的在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。3笔者认为在人类不断改造自然和利用自然的过程中，逐渐提出了自然工程系统化的理论。自然工程系统化，“就是为了使人类在利用和改造自然工程中，为获得预期的目标而同时进行的涉及多个自然的工程活动。”它力求寻找多个工程间的相互联系，以期使各自然更好的协调发展，共同为人类社会进步服务；它是运用系统思想直接改造客观世界的一大类改造和利用自然的工程技术的总称，是以研究大规模复杂系统为对象的新兴边缘科学，是处理自然工程系统的一门工程技术。3.宇宙探测工程及其理论化研究宇宙探测工程是大型的系统工程。除运载工具、探测器和探测卫星等航天器以及发射测控技术外，宇宙探测工程还涉及到多种光、机、电探测器设备的研制和信息及数据的采集、收集、处理和分析等。随着科学技术的进步，人类探索宇宙的工程目的大致可以分为以下三点：（1）从科学技术发展看——航天技术是高科技技术、多种科学技术的结晶，是现代科学史上的一次跃进，而航天活动的开展又是人类认识自然、利2论技术科学与工程科学(1清华大学水利水电工程系,北京100084;2南京水利科学研究院,南京2100293工程工程系统工程系统论与工程科学体系王连成中国航天机电集团第二研究院,北京100854用自然一次质的飞跃，会带来众多的效益；(2)经济效益——开发空间资源，解决地球上的资源短缺，对发展空间产业具有重要意义。(3)社会效益——对促进人类文明、科学文化的发展、一个国家综合国力的增加和国际地位的提高，以及促进人类社会生活的现代化都有着重大的作用。(4)综合效益——利用卫星进行空间通信、气象观测、寻找资源、预测灾情、军事侦察等，从中获得许多实际利益。更为人类扩大活动领域和生存空间提供了可能性。4而我认为宇宙探测工程是21世纪一项新兴的工程，它作为一个国家一个名族中和实力的彰显，有着至关重要的作用。它与创投的工程技术有很大的差别，不仅在技术上有严格的要求，而且在资金人才方面等等都有着较高的要求，这项工程人类由不完善到完善是一个完美的退化过程，这一过程则显示了我们人类的智慧与能力的无限性。二·上古时代和中古时代宇宙探测的实践活动1·上古时代宇宙探测工程的理论和实践古代，人们出于农业生产或辨识方向等一些生活、生产的需要，必然要对其所处的自然环境、宇宙空间现象进行观察，由此衍生出原始的天文地理学。当时，由于技术原因，人们对宇宙环境的观测主要依靠肉眼观测，因此，所能观测到的范围十分有限，其所讨论的天文、宇宙就不外乎模糊概念上的大地和天空。人们把空间称为“宇”，把时间称为“宙”；因此，我们可以说宇宙是空间和时间的总和。而现代的天文探测表明，宇宙是由各种形态的物质构成的，是在不断运动变化的。如果要给宇宙在地理学意义上下个定义的话，我们可以这么定义：宇宙是广袤的空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质与能量的总称，也就是天地万物的总称。约公元前3000到公元前钱1000年前，在英国南部的索尔兹伯里平原伫立着一个巨石阵(它们可能是当时人们为了预测夏至时所使用的古代天文学日历）。约公元前1300年，埃及天文学家辨别了所有肉眼可观测到的行星（水星，金星，火星，木星和土星），并识别了四十多个恒星组合（即星座）。约公元前500年，巴比伦人创立了黄道十二宫的概念，此概念后被希腊人引用并加以完善，它被其他早期人类名族所用。这个时期主要的宇宙观有古希腊毕达哥拉斯学派提出的中心火团说、阿里斯塔克的太阳中心说以及古罗马的托勒密提出的“地心说”。（大致说明各学说观点）其中“地心说”由于符合人们日常的视觉体验，加之符合了基督教“上帝以地球为中心创造宇宙”的教义，因此较易得到人们的接受与推广。而在同时期的中国也有“天圆地方说”，到“地圆说”的过程。虽然在这一时期人们的神学思想在认识领域利占主导地位，人们总是相信宇宙是由上帝创造的，但是在生产生活的实际过程中，人们日渐进行研究与探索，不断总结经验，得到了对宇宙的初步认识理论，在今天看来是那么的荒唐，可是这也是人们文明进步的一小步，它对人类的文明进步做出了贡献，一点点的积累生产与生活经验。4百度百科2·中古时代宇宙探测工程的理论和实践然而“地心说”的理论体系对行星运动规律难以作出圆满的解说。但是文艺复兴时代的后期，由于科学技术的进步以及思想的解放，波兰的天文学家哥白尼提出了“日心说”。其后，德国天文学家开普勒进一步发展和修正了哥白尼学说，创立了行星运动的三大定律，而意大利天文学家伽利略则第一个用望远镜观察天体，证明了哥白尼天文学说的正确。而伟大的天文学家牛顿发现了万有引力，提出万有引力定律，揭示了行星运动的原因，这对后来海王星、冥王星的发现做出了巨大的贡献。以上这些成就在当时勾勒出较完整的太阳系结构。5具体的时间为，1543年，N.哥白尼提出科学的日心说，认为太阳位于宇宙中心，而地球则是一颗沿圆轨道绕太阳公转的普通行星。1·地球是球形的;2·地球在运动，并且24小时自转一周。因为天空比大地大的太多，如果无限大的天穹在旋转而地球不动，实在是不可想象。3·太阳是不动的，而且在宇宙的中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，而只有月球环绕地球运行。这些大胆的猜测和验证为人类踏上宇宙成功的迈出了第一步，为人类日后的研究布下坚实的基础。1609年，J.开普勒揭示了地球和诸行星都在椭圆轨道上绕太阳公转，发展了哥白尼的日心说，同年，伽利略·伽利雷则率先用望远镜观测天空，用大量观测事实证实了日心说的正确性。1687年，I.牛顿提出了万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运动的力学原因，使日心说有了牢固的力学基础。1750年赖特天才地猜想，这类星云中有一些可能是同银河系相似的巨大恒星系统。1755年德国人康德首次明确提出在银河系外的宇宙空间中存在着无数个类似的天体系统，称为河外星系。可是当时人们对星云的精细结构缺乏了解，更不知道它们的距离，无从妄下断语。这一时期，人们的宇宙观仍主要限于太阳系。天文科学家们逐渐通过实验来验证自己理论与假说的准确性，与此同时，人们的科学观念也得以提高，人们不再依附于传统的神学理论，而是更愿意接受科学的观念。在接受天文科学家的神学的同时，人们也逐渐认识了太阳系。可以说科学的观念在这一时期人们接受日心说有着必然的历史条件。三·近现代宇宙探测的实践活动1·近代宇宙探测工程的理论和实践近代可以说是宇宙探测工程的开端与里程碑，在这个时期人们的科学思维与科学素养渐渐养成，人们也逐渐认识到神话论与神话学说不可以完完全全的解释我们所生活的宇宙世界同时也解释不了我们生活中众多纷繁复杂的自然现象的发生。这一期人们更多的能接受科学的东西，进而否认一些神学的成为观点，也为宇宙探测工程的进步有了很好的群众基础。18世纪，印度军队在抗击英国和法国军队的多次战争中曾大量使用火箭并取得良好的效果。由此推动了欧洲火箭技术的发展。曾在印度作战的英国人康格雷对印度火箭作了改进。他确定了黑火药的多种配方，改善了制造方法并使火箭系列化，射程达3公里。这些初期火箭的原理成了近代火箭技术的基础。戈达德博士在1010年开始进行近代火箭的研究工作。他在1919年的论文中提出了火箭飞行的数学原理，指出火箭必须具有7.9km/s的速度才5能克服地球的引力。他认识到液体推进剂火箭具有极大的潜力，1926年3月他成功在研制和发射了世界上第一枚液体推进剂火箭，飞行速度103km/h，上升高度12.5米，飞行距离56米。2·现代宇宙探测工程的理论和实践纵观现代宇宙探测工程的历程，宇宙探测大致可以人造卫星的利用，载人航天，深空探测；而每一步都是航天航空科学家们倾注了血与汗水，航天事业每一步成功都说明了人类对未知世界更了解了一步。人类科技社会生活