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航天五院神舟学院2018年度《深空探测技术概论》课程要点及大作业攻略

航天五院神舟学院2018年度《深空探测技术概论》课程要点及大作业攻略 星际航行
2018-03-12
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导读:欲上此课,先读此文。

    首先感谢航天五院神舟学院研究生部师生的信任,聘请我担任《深空探测技术概论》这门课程的讲师,这是我第四个年度为五院神舟学院的研究生们讲授此课程。感谢2018年度共42名研究生选择了这门课,其中有9位博士生,31位硕士生,感谢你们对深空探测技术领域拥有浓厚的兴趣,也感谢你们睿智的选择。这门课共40学时,我给大家共上9次课,每次课4个学时,最后一次课是同学们的课程作业展示。我很希望能跟大家共同渡过40个学时的美好时光。


    我的教学理念可能跟其它教师有所不同,古人云“学而不思则罔,思而不行则怠”,我理解就是不管你学的知识怎样,先应用它做个东西出来看看,即使做的不是很完美,也可以在这个过程中去加深体会和认识,尤其我们五院是工业部门,中国航天器的重要研制单位,光学理论和基础知识是不够的。在这里最重要的是“学而思、思后行、行必果”,还要讲究速度和力度,因此大家选择跟我学习这门课,就请先做好思想准备,你们是要团结在一起具体设计“深空探测技术领域”的任务案例,当然不是一个人做一个案例,那就实在太辛苦了。根据这次选修课程的人数,我建议分成5个组,每个组8-9人,自由组合,自由推举组长,来带领大家共同完成本次课程的学习。


    我讲授的《深空探测技术导论》这门课程不仅包括机器人探测任务,也包括载人探测任务,这和国际上对“空间探索”的认识是一样的,机器人探测任务往往是载人探测任务的先导任务。而我讲授的课程更加偏重载人深空探测任务,这是因为我的理念是:学习以往任务知识只是补课,而只有学习未来任务需要的知识,才是给自己找机会,这也可能是以后你们毕业参加工作后,有可能赶上国家将要实施的重大工程任务中能用到的知识和技能。


    当然这么做对授课教师的风险是最大的,如若讲授已发生过的故事是四平八稳的,但讲述未来的故事不可预测的太多,犯错误很正常的,也有可能会天马行空......所以我没有完整的教材,年年都在更新课件,很多时候甚至都没有来得及翻译成中文,我尽量把我所接触和理解的前沿知识和技术领域都传授给大家。但是我无法保证我的正确性,关于未来是需要几代人去共同探索的。所以请务必不要迷信老师,更不要迷信所谓的权威,前辈和老师不过是先行者,可以尊重但不要迷信。当代科技知识更新的速度很快,很多原有的老旧知识已经过时了,新的技术领域和知识扑面而来。因此我希望你们能跟我一样,永远保持着婴儿般的好奇心,瞪大眼睛去观察未来可能发生的一切,并在其中找到自己的立足点和生存之道......


    这门课的参考书有四本,第一本是神舟学院印给大家的教材,仅限五院研究生内部使用;第二本是《载人月球基地工程》一书,2013年中国宇航出版社正式出版;第三本是《中国学科发展战略.载人深空探测》,2016年由科学出版社正式出版;  第四本是《面向载人月球及火星探测任务的原位资源利用技术》,我可以给大家提供英文原版,这本书的中文翻译书正在中国宇航出版社校对,计划2018年4月份,也就是下个月正式印刷出版。这四本书会对大家完成本次课程的知识学习和大作业有所帮助。


    此外这门课其实主要是靠同学们自学。组长的作用很重要,根据你们最终想要设计的任务,给每个同学分工,每个人根据自己的专业特长去做相应的任务设计,最后把每个人的设计成果整合在一起成为本组的案例,因此每个组的作品都是独一无二、继往开来的。那么在我讲述的这9次课中我主要讲什么呢?

    今年春节我遇见一位大师,我问他你给大家弘扬佛法主要讲什么呢?是把典藏经文的释意讲给大家听吗?大师笑了笑,说不啊,其实我是个段子手!.....我瞬间就明白了,大师原是通过讲故事来让弘扬佛法的。然而我不是大师,也不是段子手,来听我课的又都是博士生硕士生,咱这个是专业课,我也很难让你们像听郭德纲相声一样听的轻松愉快。但是我可以尽量在大家感到疲惫的时候,给大家插播一些在我过去工作20年里发生过的一些有趣的故事,我可以保证故事的真实性,这些故事对日后你们真正走上工作岗位我相信是有帮助的。所以我的建议还是请上课时自带咖啡,随时提神备用。

    至于我的授课风格呢?据以往同学们总结,就是连续嘶吼三个小时,中间不休息,因为我总是有太多的话想说,所以基本上每次讲课后我的嗓子都哑掉了,接下来的这一周基本上都懒得再开口说话了,直到下次上课......如果今年我的体力还能支撑这么干,那么这还是我的风格。对了,还请大家谅解我的一个小毛病,我会掺杂些不太流利的英文授课,主要是年轻时没学好,年纪大了又要用,所以逮着个机会就得练练,请务必谅解。


第二本参考书

第三本参考书

第四本参考书

    在我计划要讲的9次课里,主要讲一些共性的基础的知识,主要要点如下:

    第一次课:载人深空探测的发展概述,主要介绍载人深空探测是什么?它的技术特点是什么?在美国上个世纪实施阿波罗登月计划之后,为什么没有再开展过载人深空探测任务?即使特朗普宣布重返月球、瞄准火星之后,从工程技术实施的角度来看,它有哪些方面的难点和挑战?那么我们中国在深空探测和载人航天两大工程之后该做什么考虑和准备?请主要参考第三本参考书。


    第二次课:深空探测的基础知识,主要讲述天文学、行星科学的基础知识,包括认识太阳系,天体运动基本规律、当前行星科学的热点问题,一黑两暗三起源,探测地外宜居星球,引力波探测;无人深空探测基础知识,包括深空探测的常用方式、常用的有效载荷,深空探测领域的现状、深空探测的主要技术领域;小卫星在深空探测任务中的作用等等。请主要参考内部教材的第一章和第三章。


    第三次课:载人深空探测的基础知识,主要讲述人在太空生存的基本条件,载人生命保障与环境控制的基础知识,长期深空飞行空间环境对人体的影响,载人航天的心理学及精神病学等方面的基础知识,当前国外为载人深空探测任务进行的地面技术试验。请主要参考内部教材的第四章。


    第四次课:前三次课主要是补基础,从本次课开始学习载人深空探测的飞行模式分析,第四次课主要介绍载人登月的飞行模式飞行及轨道设计的基础知识,请主要参考内部教材的第五章和第六章。


    第五次课:主要介绍载人月球基地的任务分析及典型案例,包括月球基地的选址、月球基地的结构和构建、月球基地的能源、热控、环控系统的设计、月面的移动和作业系统设计、月球基地的通信和导航系统的设计,以及典型的月球基地的方案,请主要参考第二本参考书。


    第六次课:主要介绍载人飞船和深空居住舱的任务分析和典型案例,包括国内外载人飞船的典型方案、空间站的典型方案,以及未来载人深空探测任务需要的深空居住舱的设计要点,请主要参考第一本内部教材的第十章。


    第七次课:主要介绍行星表面着陆及起飞的任务分析和设计,包括无人月球、火星、小行星的表面着陆(附着)及起飞(分离)任务,以及无人与载人任务的区别,载人月球、火星着陆及起飞的难点分析等,请主要参考第一本内部教材的第七章。


    第八次课:主要介绍运载火箭及空间推进技术,包括载人运载火箭和重型运载火箭的发展概况,地月空间运输系统及对基地后勤补给的效益分析、运载火箭总体设计主要考虑的技术难点;运载火箭的低温推进技术;空间飞行器的低温推进技术;无人货运任务的电推进技术;核推进技术;未来实现星际航行的先进推进技术等等,请参考内部教材第九章。


    第九次课:主要介绍原位资源利用及太空采矿技术,包括原位资源利用技术的价值,月球任务与火星任务的对比,原位资源探测及矿产资源的评判,原位资源利用的方法和效益,以及有可能面临的法律问题,请参考内部教材第十章及第四本参考书。


    怎么样?是否感觉内容庞杂宏大?每次课的主题都可以再延伸成N次课进行精讲了吧?现在大家能理解为什么我连续讲3个小时中间不愿休息了吧?但事实上,我们课程时间有限,只能是师傅领进门、修行在个人了。一切课程未尽事宜只能在课后靠同学们自学了。此外在以上9次课的介绍过程中,我会给大家讲解一下以往同学们课程大作业的得失,以及大作业的评分标准,供大家临摹并突破。


    通常同学们最关心的是最后的考核,那么就先介绍一下课程大作业的攻略。首先请各个组的组长认真研读大作业的评分标准,掌握本课程考察的要点,然后给组员们进行合理分工;其次组长和组员要进行紧密合作,既要共同确定一个本团队的设计主题,又要把任务进行分解,待组员完成后进行整合,中间要进行多次反复迭代,因此团队保持一个good relationship 是非常重要的;再好的任务理念,最终也要通过可视化的手段展现出来,因此擅长结构制图、擅长制作动画、PPT、APP的同学往往会成为各位组长争夺的人才。以往有位组长抢到了一位会3D打印模型的同学,高兴的整天眉飞色舞;此外在最后的课程展示中每位同学都要对自己负责部分的作品进行现场介绍,会计算财务及懂产品营销策略的同学又变成了香饽饽。总之,只要你有一技之长,在面临这个具体的任务时,都有你发挥的空间。关键是靠组长来发现人才、合理策划和组织,因此选个有领袖气质和技巧的组长很关键!


    接着介绍一下课程的计分规则,本门课的满分100分,日常考勤占10分、第5次课后的小作业占20分,最后以组为单位的课程大作业占70分,在大作业展示中每个组的得分乘以70%,计入个人的总得分中。这样的计分规则,既能体现你的个人能力和水平,也能体现你的团队合作能力,多为自己的团队做贡献,少拖团队的后退,才算拿到高分的关键,实现个人和团队的双赢!


    最后,各位同学都是我们航天五院的新鲜血液,未来航天型号任务攻坚的骨干力量,我衷心希望通过《深空探测技术概论》课程的学习,能把你真正的领入工程研制部门的门槛,把所学的知识快速转换成生产力。我也衷心祝愿你们在这里不仅收获知识,更能收获友谊,共同领略航天人的精神风貌!


    一切未尽事宜我们课上解释,预祝你们学业进步,玩的开心,最终都取得好成绩!希望我们能一起渡过这段美好的时光!



    

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本公众号是国内第一家以载人航天和深空探测为主题的公众号,下设国际月球村、Artemis任务、美天军观察、太空评论、太空经济、深空探测、读书荐书感悟等十个专题栏目,希望能以此推动国内航天科普事业的发展和进步。
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