民用航天技術是以民事套用為目的、開發和利用太空的一門綜合性工程技術。民用航天是指使用各類太空飛行器從事除了國防、軍事等國家航天活動以外的用於民用的航天活動。執行科學研究、經濟開發、工業生產等民用任務(具有非軍事目的)的航天活動,稱為民用航天活動。
蘇聯的軍事航天技術是與民用航天技術結合在一起發展的。蘇聯軍用衛星的發展開始於60年代初,大多混編在“宇宙”號衛星系列中。蘇聯1962年4月26日發射了第一顆照相偵察衛星,1963年12月13日發射了第一顆氣象衛星,1965年4月23日發射了第一顆通信衛星“閃電”I,1967年1 1月23日發射了第一顆導航衛星。隨後,蘇聯陸續發射了軍事通信、電子偵察、測地、導航、飛彈預警、海洋監視等軍用和軍民合用衛星,並試驗了部分軌道轟炸系統和截擊衛星等航天作戰武器。民用航天技術是國家綜合實力的集中體現,而現今美國科技軍轉民以及軍民融合度是全球最高的國家,給予抵稅政策。R&D tax credit可以作為公司開支抵稅,年底算稅的時候越多越好。據統計美國私人航天公司列表已經多達近百家之多。俄羅斯歐洲也在積極開展太空全民化行動,出現了眾多私人航天公司。
基本介紹
- 中文名:民用航天技術
- 從事活動:除軍事、商業等以外的航天活動
- 組成:航天公司、機場、監管機構等
- 性質:民用
- 基本要求:安全第一
發展概況
民用航天技術教育
早在1998年美國航宇局的戰略計畫中,就規定了“教育優先”的原則,要求在航宇局的各項任務中部加入航天教育的內容,並每年投入1億~1.5億美元經費用於航天教育。在美國,各州政府負責中國小航天教育,航宇局把航天教育的責任下放到它分布在美國的10個研究中心,他們分別負責與全國50個州及特區聯繫,組織各種與航天有關的課外活動,進行有關航天知識教育、鼓勵和幫助大、中、小學生參加太空實驗。本文主要介紹NASA是如何開展航天教育的。
NASA的教育網站
要進行航天教育,首先要進行航天教育的宣傳。在網路技術迅猛發展的今天,利用網路傳媒的新優勢,進行宣傳教育是最快捷、最方便的方法,NASA當然會利用這個有力的工具來進行航天教育了。對公眾進行航天教育一直是NASA工作的重要組成部分,NASA設立了專門部門負責航天教育,並建立了自己的宣傳網站。在NASA的官方宣傳網中,占最顯著地位的是“NASA教育”網頁。網頁中的主版塊稱之為“NASA,教育”(NASA,education),此外還有許多其他的輔助版塊。
在NASA教育網頁的主版塊下,設立了四個主欄目:“關於NASA教育”,“適合於教師”。“適合於學生”和“兒童俱樂部”。在“關於NASA教育”的主欄目下,有7個子欄目:“關於NASA教育計畫”、“教育領導層”、“NASA中心和設備”、“NASA任務主管”、“績效考核”、“教育計畫”和“聯繫方式”。我們來看看NASA是如何介紹它的教育計畫的:“NASA航空和航天發展的歷程,加深了人類對宇宙的了解,實現了先進技術的突破,增強了航空旅行的安全和擴展了前沿科學的研究。這些成就都是來自於一個共同的起源:教育。現在,美國進入了第二個世紀的飛行,必須恪守自己的諾言,進行卓越的科學、技術、工程和數學方面教育,確保下一代美國人能完全承擔起建設美好未來的重任。NASA將繼續繼承以往的傳統,投資美國教育計畫,支持美國的教育者們,這些教育者在準備、激發、鼓勵、培育今天幼小的心靈成為明天的勞動力中起著關鍵作用。”其中,規定了今後NASA將繼續奉行三個主要的教育目標:1)加強NASA和學生們的聯繫;2)激發學生們對科學、技術、工程和數學的興趣,為這些領域的研究培養接班人;3)為NASA培養接班人。在“教育計畫”子欄目下,按照字母的順序,列出了NASA的教育計畫項目,多達80項,可見NASA對學生教育是多么重視。
此網頁的特點是分別針對學齡前兒童和國小低年級(Grades K-4)、國小高年級和國中(Grades 5-8)、高中(Grades 9-12)、大學生和研究生(Higher Education)知識水平的不同,提供適合他們的閱讀材料或者教材,使老師和學生可獲取精確到年級的科普資料。在“適合於教師”主欄目下除設立了上述4個子欄目外,還設立了“非正規教育”、“教學材料”、“教育TV時間表”、“最近的機會”。對航天教育感興趣的教師們點擊這些欄目,不僅可以獲得適合自己教學所需要的教材和教學用具,而且可以了解最近NASA為學生們提供參加航天活動的計畫,有心的教師有可能通過它為自己的學生爭取到參加太空實驗的機會。例如,老師點擊“Grades 5-8”一欄的“教學材料”,就可以找到很多教學材料,例如,銀河系中的運動物體、天空中的星星的發現、空間站介紹、太空植物的生長、空間站進行的實驗等。
在“適合於學生”主欄目下,也設立了上述4個子欄目和“最近的機會”欄目。學生們可以根據自己學識,從不同欄目中學習感興趣的航天知識和參加NASA有關的活動。例如,“Grades K-4”適合學齡前兒童和國小低年級學生的欄目,這個年齡段的孩子主要是以“玩”為主,或剛剛轉入正規的學習,他們好奇多問、活潑好動、行為和學習缺乏目的性,要讓他們掌握深奧的航天知識很困難。因此,NASA根據他們年齡的特點,在這個欄目中,採用講故事、看圖片、放視頻、在玩中學、形象化的教學等方式,向孩子們灌輸航天知識,激發他們對航天的興趣,例如,有一個遊戲是“幫助我穿上航天服”。但是,Grades 9-12的高中學生,學習的課程多,所學的各門學科基本上反映著自然、社會和精神現象的客觀規律,邏輯性、系統性很嚴密。在學習中要求他們不僅要發揮更大的獨立性和自覺性,而且還要具有獨立分析問題和解決問題的能力。同時,這是一個人獨立走向社會生活的準備時期,也是一個人開始嚴肅考慮自己未來生活道路的時期。對這個年齡段的學生,NASA採用介紹比較專業性的航天科普知識、為他們提供參加航天實驗機會、鼓勵他們參加NASA的航天任務和參加航天知識大賽等方式進行航天知識教育,這些教育可發展他們的智力和能力,促使他們良好個性品質的形成,把他們培養成今後自然科學研究和航天事業的建設者和接班人。 NASA還根據孩子們的特點,設立了“兒童俱樂部”欄目。這個欄目讓孩子們充分體驗到學習航天知識的樂趣,孩子們可以通過遊戲,過一把當“火星航天員”的癮,也可以隨著卡通小動物“雷蒙”參觀美國甘迺迪航天中心和太空梭,“雷蒙”與真正航天員的訪談節目還可以使孩子們了解航天員的太空生活,在不知不覺中接受了很多航天知識。
NASA的另一項傳統是希望可以培養高質量的科學、工程學和數學學科上的本科生和研究生,而這種培養往往是通過科學競賽或者提供實習機會的方式來實現的。2010年3月,NASA開始為公眾中的申請者提供到NASA實習或者參加科研工作的機會,藉此鼓勵學生積極參與到科學技術、工程學和數學的研究和空間探索研究任務。其中,表現優秀申請者還可以獲得由NASA提供的總額高達970萬美元的獎學金。更可貴的是,公眾參與過程十分簡單和公開透明,所有申請者都可以在NASA的網站上找到並且申請所有的職位和參加NASA的工作。這些內容在NASA教育網站中也充分地體現出來。
形形色色的航天教育計畫
NASA充分認識太空梭和國際空間站是一個很好的航天教育平台,它利用這個平台開展了一場聲勢浩大的學生實驗和教育活動。概括起來,包含了以下五方面內容:
為學生設立、由學生獨立完成的實驗。這些實驗是學生在教師或者科技導師的指導下進行的,是專門為學生設立的,由學生自己來完成。例如,“中學生獲得地球知識觀測”是一項對學生進行地理知識教育設立的項目。為了進行此計畫,美國航宇局特意在國際空間站上安裝了專用9罩相機,學生通過遙控拍攝了他們需要的地球照片和負責照片的整理工作,國際空間站上的航天員只負責安裝和撤卸照相機及傳輸照片。
在教室中完成的太空實驗。為了讓學生們了解太空特殊環境(如,微重力、輻射)的影響,學生們在他們的自己的教室中完成模擬太空相應條件的實驗,或者進行空間站上專業研究人員正在進行的實驗。這些實驗的目的是讓學生們通過對比地面實驗和太空實驗的結果,尋找出它們之間的差異,就可以知道太空的微重力等特殊環境的影響。這種類型實驗的一個典型例子是學生們在地球上的教室內種植種子,與此同時,航天員在國際空間站上種植同樣的種子,對比兩組種子發育過程的不同,就可以了解微重力對種子發育的影響。
參加美國航宇局的研究實驗。美國航宇局的很多研究是招募學生們來幫助完成的。其中的一些試驗是專門安排來“激發下一代探索者靈感”的。另一些是學生們作為“配角”,參加到太空實驗中。例如,美國航宇局在國際空間站上進行的一項毛細流動實驗,目的是觀察微重力環境下,複雜幾何形狀容器內的毛細流動和液體流動情況,其結果可套用到未來太空船的低重力流體系統設計的計算機模型中。在此研究中,招募了很多學生:中學生參加了分析和地面實驗,大學生提供實驗支持,研究生和博士生進行建模模型和縮減數據的工作。
參加國際空間站的工程活動。參加者主要是高等學校和大學生,他們參加國際空間站硬體的研發,或在科學支持中心工作,學習如何參與科學操作活動。典型的例子是麻省理工學院的學生們參與了“球面”零重力實驗衛星的研發工作,這顆衛星是放置在國際空間站上用來示範衛星編隊飛行的動態過程。學生們參與了概念論證、實驗設計、裝配、檢測和運行全過程。
教育性示範活動。為了提供航天教育的特殊資源和為了激勵學生們學習航天知識的興趣,美國航宇局將太空梭和國際空間站作為一個特殊的“教室”,讓航天員在太空進行簡單有趣的太空實驗,並將它拍攝下來,做成視頻教材,提供給學生們,以便進行航天教育。或者,允許各個年齡段的學生向太空飛行的航天員提問題。這些變化多樣的活動,開闊了學生的眼界,擴展了他們的課堂知識。
這些計畫為學生們提供了豐富和擴大想像力的機會,並吸引了具有各種水平的學生(小學生、中學生、本科生、研究生、博士後)參與此活動。甚至是大一的學生也有機會設計自己在空間站上想進行的實驗。很多中學生參加了國際空間站的研究項目,這些項目有助於他們今後選擇數學、自然科學和其它技術領域作為自己終身的職業。很多大學生直接參與國際空間站的研究工作,完成了很多與國際空間站有關的項目。
可能沒有其他的方法可以像這種方法一樣能夠更好地激起下一代科學探索的欲望。這些活動除了使學生們獲益外,對教師也有益。在進行每項實驗前,首先要培訓教師,為教師們召開一些研討會,讓他們首先了解有關的航天知識和如何進行實驗操作,以便能夠指導學生進行實驗,擴大國際空間站的影響。教師是激發探險精神的巨大源泉,教師們將所學到的知識用於他們的教學,能夠吸引更多的學生加入此活動。
創新夏季計畫
近年來,美國中小學生對數學和科學等知識的興趣不斷減弱,學習動力明顯不足,成績顯著下降。例如,在2006年國際學生評估比較項目中,美國學生在30個已開發國家中,科學排名第21名,數學排名第25名。長此下去,將對美國保持世界科技領先優勢,維持其科技經濟頭號強國的國家戰略產生巨大威脅。在此背景下,於2009年11月23日,歐巴馬在全美範圍內發起了“創新教育”行動,呼籲聯邦政府和所有企事業、科學界聯手致力於“創新教育”,動員社會各方力量,通過媒體宣傳、電視節目、社區活動、互動遊戲、趣味課程等各種方式,吸引中小學生愛科學、學科學、用科學,增強美國學生在科學、技術、工程和數學等方面的興趣和能力,為大量培養下一代頂尖科學家、工程師、數學家和發明家打下堅實基礎。同時,聯邦政府撥款1000億美元用於教育,還動員各企業、科研單位資助。
歐巴馬的“創新教育”一提出,得到社會各界的積極回響,紛紛採取行動來回應總統的呼籲。在所有的團體中,由於NASA地位特殊,使命崇高,更能吸引數以千計的中國小教師和學生參與,因此倍受關注。NASA以其雄厚科技實力為依託,提出並實施了“創新夏季”計畫。在2010年的整個夏季假期,NASA投入大量的資金和人力資源,並與聯邦、州和當地政府、非營利機構、大學和高校教師開展合作,為參與該計畫的中國小教師和學生制定形式多樣、內容豐富的學習計畫,既有涉及各學術領域的知識講座和課程,也有激發想像力和創造力的設計競賽,更邀請教師和學生直接參與到NASA眾多的任務和項目中,與專家一道開展科研開發和實際操作。同時,該計畫將一直持續下去,在假期結束重返校園後,NASA仍會為那些投身其中的教師和學生繼續提供學習和實踐的機會。NASA相信通過該計畫的實施,將極大地提高教師的素養和能力,進而顯著地提高教學水平,極大地激發學生們對科學技術的興趣,逐步培養他們的科學意識和創新意識。