時間：2023-09-27 09:06:47
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一、 引言
目前測度產業生產率的方法主要是總量生產函數、隨機前沿生產函數（Stochastic Frontier Production Function Method，SFA）和數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA），適用于不同的條件，其中DEA法要求較高的數據準確性，SFA法考慮了隨機誤差對經濟增長的影響，也允許存在無效率，能較好的模擬經濟狀況。由于航空航天產業在發展中存在隨機擾動和不可觀測因素，采用SFA法應該更為適用。
技術創新要素是產業創新要素的核心，創新組織要素和創新環境要素圍繞著技術創新要素發揮作用。因此，文章采用SFA的方法對我國航空航天產業1995年～2011年的技術效率進行了測度，并分析了時間、地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模及制度等對技術效率的影響，為航空航天產業的發展和技術提升提供借鑒。
二、 模型與數據來源
1. 航空航天產業生產效率基礎模型。文章采用Battese&Coelli（1995）提出的SFA模型 ，假定我國航空航天產業生產函數為CD生產函數，則隨機前沿生產函數模型為：
Yit=A（t）K？琢itL？茁itevit-uit i=1，…，I；t=1，…，17（1）
兩邊取對數，（1）式變為：
lnYit=？子+？仔？子+？琢lnKit+？茁Lit+vit-uit （2）
其中，Yit、Kit、Lit分別是i省t年產業總產出、資本投入和勞動投入，？琢、？茁是資本、勞動的產出彈性；A（t）=e？子+？子？仔為t年各省市前沿技術進步水平，其中e？子是基年即1995年產業初始技術水平，？仔是前沿技術水平進步速度；vit-uit是隨機擾動項：vit是經濟系統自身存在的隨機誤差，服從對稱正態分布，即vit～N（0，？啄2v）；uit是技術無效率項，服從單側正態分布，即uit～N+（mit，？啄2u），mit是技術無效函數。
影響uit的因素很多，制度是重要的影響因素，此外還有企業規模、人力資本素質、研發投入、能源消耗狀況、產業生命周期及產業密集度等。限于數據的可得性，將uit設定為人力資本素質、研發投入、企業規模和制度的函數，并考慮時間和地區因素：
mit=？漬+？茲t+？準1Locit+？準2Humit+？準3RDit+？準4Scaleit+？準5Systemit+wit i=1，…，I；t=1，…，17（3）
其中，？漬i（i=1，…，5）是技術無效率函數中第i個因素的截距項；t為時間趨勢，系數？茲為正表明技術效率隨時間的推移遞減，反之亦然；Loc、Hum、RD、Scale和ystem是地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模和制度，系數？準i為正表明第i個因素對技術效率的作用是消極的，反之亦然。各個變量含義見表1。
（4）
式中？酌是指式（2）隨機擾動項占技術無效率項的比重，？酌越趨近于1，前沿生產函數和技術無效函數的設定就越合理，采用隨機前沿模型就更合適。
2. 數據來源與處理。文章主要數據來自《中國高技術產業統計年鑒》，航空航天產業的統計數據最早可至1995年，所以研究期間為1995年～2011年，樣本是去除數據缺失較多的、海南、新疆、寧夏、云南、浙江、內蒙古以外的其他22個省市。此外，價格指數來自各年《中國統計年鑒》。
各指標數據選擇及處理如下：
（1）總產出（Y）選取了能大體反映產業發展的當年價總產值，并采用以1995年為基期的各省市第二產業價格指數進行縮減以消除價格干擾。
（2）勞動（L）選取從業人員平均數，即年初就業人數與年末就業人數的均值。
（3）資本（K）的選取，1995～2005年為年末固定資產額，2006～2011年根據（5）式永續盤存法計算，即在上年折舊后加當年固定資產投資額。航空航天產業是高技術產業，資產提前報廢、更新、淘汰的可能性較大，設備的技術損耗也會導致固定資產價值驟減，在借鑒會計上飛機、電子設備等折舊處理方式將折舊率取值15%。之后，用各省市固定資產投資價格指數將固定資產值統一折算到1995年不變價，其中廣東缺乏的1995～2000年價格指數數據用地理和經濟水平接近的福建替代。
Kit=Kit-1（1-）+Iit（5）
其中，Kit、Kit-1、、Iit分別是i省t年固定資本存量、i省 t-1年固定資本存量、固定資產折舊率和i省t年固定資產投資額。
（4）無效率因素：①地區特征，將22個省市分為東中西3個地區，分別取值1、2、3。②人力資本素質，是科學家和工程師占從業人員的比重?？茖W家和工程師知識水平高且實踐經驗豐富，是技術創新的主要貢獻者，這一指標能大致反映產業人力資本水平。③研發投入，是R&D經費內部支出占主營業務收入的比重，涵蓋了企業內部開展R&D活動的實際支出，能準確反映產業的R&D水平。其中，總產值以1995年為基期的第二產業價格指數進行了縮減。④企業規模，是產業總產值與企業數量的比值。產業內企業的數量是衡量市場結構和容量的重要指標，也能反映行業進入和退出的難度。⑤制度，用樊綱等（2011）的市場化進程指標來刻畫，他從政府與市場關系、非國有經濟發展、產品市場發育程度、要素市場發育程度、市場中介組織發育與法律制度環境5個方面綜合測度了市場化進程，此外，用趨勢外推法估算缺失的1995年、1996年、2010年及2011年的數據。
三、 實證結果及分析
利用Frontier4.1軟件得出模型的參數估計值和檢驗結果，并得出各省市航空航天產業1995年～2011年的技術效率水平（見表2及表3）。
1. 航空航天產業生產函數分析。據表2的結果，LR統計檢驗值的顯著性水平為1%，表明（1）式中誤差項vit-uit復合結構明顯， SFA法比OLS法更恰當；估計量？酌=0.612統計結果顯著，表明技術無效率中隨機誤差項的影響高達61.2%、統計誤差等不可控因素比例低，模型設定合理可靠，有必要分析技術效率未能充分發揮的原因。截距和時間趨勢項系數為1.662和-0.061，表明1995年產業前沿技術進步水平為5.270（e1.662），之后以年均6.1%的速度下降。這可能的原因是：航空航天產業是國防科技工業中相對封閉、開放度小的行業，盡管十五大以來進行了改革，但科研、生產兩張皮現象依舊存在，科技成果難以實現產業化；國防科技工業改革是漸進式的，這也有可能是改革過程中出現的無序狀況。資本、勞動的彈性系數分別為0.350和0.712，表明勞動貢獻度是資本的2倍。這也說明航空航天產業是知識密集型產業，科技人員在技術設備投入基礎上進行產品的發明、實用新型和外觀設計研發；重大技術R&D中需要大量科技人員長期持續的共同開發，勞動力及高科技人才作為稀缺要素發揮重要作用。此外，資本與勞動彈性系數之和大于1，表明產業具有容易形成規模報酬遞增的特征。
技術無效函數中，時間趨勢項系數值為-0.002，表明產業技術效率年均增加0.2%，但統計結果不顯著。前沿技術下降伴隨技術效率提高的原因可能是：①我國尚未形成自主創新的技術創新體制，還處于依賴國外先進技術的狀態，如我國不具備生產渦輪風扇發動機或先進火控系統的能力；②產業部分是國防科技工業，具有公共產品的特征，會造成技術前沿下降的錯覺。例如某些航空產品或軍用航天器只是國防建設的需要，不參與市場流通，統計數據上無法顯示。地區變量系數值為0.079，統計結果略微顯著，表明東中西部地區產業技術效率呈現遞減狀態。
人力資本素質系數值為-0.010且統計結果較為顯著，表明人力資本能積極提升產業技術效率，提高雇員中科學家和工程師人員的比重可以有效提高勞動生產率。Vandenbussche等（2006）的研究表明教育水平會使勞動力會對技術效率產生不同的影響，文章研究結果與其一致，表明科學家和工程師比重上升1%會提高1%技術效率水平，因為科學家和工程師具有較高的知識水平和豐富的實踐經驗?？梢姡娇蘸教飚a業吸收的勞動力具有較高的素質水平，對產業技術效率的提高做出了一定的貢獻。
研發投入系數值為0.022且統計結果顯著，表明研發投入對產業技術效率具有消極影響。研究期內各省市及全國水平的研發投入總體上漲，但研發績效不高，這與鐘衛等（2011）的研究結果一致，他認為在經濟發展初期加大R&D投入能有效提高技術創新效率，但隨著企業深入發展應重點調整經費投入結構。此外，航空航天產業企業大多由國家或國有控股，近年雖有下降但國有比例仍高達50%。雖然國有企業有規模、政府特許等優勢，但激勵卻不充分。十五大以來中央對國防工業做出的多次部屬是對改革的進一步延伸。
企業規模系數值為-0.134且統計結果顯著，表明企業規模是積極的影響因素。產業具有高投入、高技術和高風險等特點，進入的企業都有一定的規模。研究期內各省市企業規模變化起伏：相對來說，黑龍江、江西、遼寧的企業規模曾較高（≥6億元/企業）但變化急??；大多數省市都在0～2之間。產業中大型企業比重不到20%，大中型企業比重在50%左右，并未形成良好的企業規模；此外，《2012年財富世界500強》排行榜中有12家航空公司，其中我國雖然有2家但上榜的中國航空工業集團公司在排名、主營業務收入和利潤方面都與排名第一的波音公司差距較大。
制度系數值為-0.148且統計結果顯著，是影響最大的因素。研究期內各省市市場化程度逐年提高，東部優于中部優于西部；位于沿海的廣東、江蘇、福建、上海等省市的市場化程度最高，而西部陜西、甘肅等省市只有發達地區的一半。1964年推行的三線建設將44項中的21項國防工業企業投放在西部，可見產業半數左右企業在西部地區；2001年實施的西部大開發政策一定程度上提高了西部省市的市場化程度，為產業發展提供良好的市場環境。
2. 航空航天產業技術效率分析。根據計算結果（見表3-1及表3-2）對產業技術效率從區域角度進行分析。
（1）航空航天產業技術效率總體分析。依據測算結果（表3），表明研究期內技術效率均值離效率前沿面較遠，僅為0.472，即實際產出水平只占最優隨機產出水平的47.2%（表明既定產出水平下能節約52.8%的投入）?？梢?，產業未能發掘現有科技資源和技術潛力，資源使用效率、管理水平及產業技術實際利用率低。盡管產業平均技術效率不高，但總體是逐年增長的。
（2）航空航天產業技術效率區域分析。由于地域稟賦、國家政策不同造成我國東中西部經濟發展呈現東強西弱。產業區域技術效率的具體情況（見表4）：各個區域技術效率存在顯著差異；東西部增長較快，中部略微增長，所以2000年前原本領先的中部被東部趕超。各省市技術效率排行中，中部的黑龍江和江西排在第一和第三，技術效率值分別為0.85和0.75；大部分東部省市排名都很靠前；西部省市排名全部靠后，甘肅和山西技術效率值最低只有0.23。
航空航天產業區域技術效率差異顯著，最高省市和最低省市相差高達0.62。黑龍江、廣東、江西高效利用了現有技術，效率值都在0.75以上；吉林、甘肅和山西效率最低；9省市技術效率不足0.4。從各省市的變動趨勢來看：高效率省市（≥0.60）除遼寧2003年前增長快速外的變化起伏；陜西、四川、甘肅、貴州、河北等低效率省市（≤0.3）正逐步釋放內部潛力保持低速持續增長。
黑龍江研發投入處于中等且逐年增長、企業規模領先，產出水平很高，因而技術效率最高。黑龍江是工業發展的搖籃，產業全國影響大，其中哈爾濱民航產業發展也很突出。廣東位于沿海地區，能吸引眾多外資和高技術人才，企業規模雖然遞減但處于全國領先，即使研發投入不高但產出規模大。盡管廣東沒有被納入軍事航空制造業布局，但在航空關聯制造業相關領域國內市場占有率名列前茅，并在2010年推行《廣東省航空產業發展規劃（2010～2025年）》促進產業發展。
山西、甘肅位于內陸或經濟不發達地區，產業發展相對較為緩慢，技術效率值偏低。山西技術效率值總體下降；吉林技術效率大致維持在同一水平；甘肅的技術效率逐年緩慢提高；這些變化一部分是由于受當地經濟發展的影響，一部分也與國家政策支持力度和國防科技工業布局有關。
四、 結論和建議
航空航天產業發展過程應重點關注技術效率問題。文章用SFA法實證測度了1995年～2011年航空航天產業的技術效率，并對時間、地區特征、人力資本素質、研發投入、企業規模和制度等技術無效率因素進行了分析，得出如下結果：
1. 我國航空航天產業技術效率水平較低，研究期內均值只有0.472。技術效率各年均值波動增長，雖然從0.374上升到0.539，但仍有46%的上升空間。從無效率因素來看，時間趨勢不是很顯著；人力資本素質、企業規模、制度因素對技術效率具有積極的影響，應適當加大或提高這部分的水平；研發投入作用消極，應對投入結構進行調整。
2. 航空航天產業技術效率存在區域差異，區域效率均值排序為東部>中部>西部，黑龍江、廣東、江西技術效率值排名前三，吉林、甘肅和山西排名最末。值得注意的是，研究期間內西部技術效率持續穩定的增長，中部是早期處于領先的情況下后期被東部趕超。
綜上所述，人力資本素質、企業規模和制度等因素對航空航天產業技術效率具有積極影響，研發投入的作用是消極的。為了加快我國航空航天產業的增長，不僅需要完善教育、培訓和人力資源開發體系，也應當擴大企業規模、使之形成規模效應，并推進市場化改革，保證所需人才、基礎設施和制度支撐條件，此外也應改革國防科研體系，在改革研發投入結構的基礎上提高研發投入，最終促進產業發展。
參考文獻：
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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）37-0172-02
航空航天技術是表征一個國家科學技術先進水平的重要標志，是力學、熱力學、計算機技術、材料學、自動控制理論、電子技術、噴氣推進技術及制造工藝等技術的綜合體現[1]，是衡量一個國家國防實力，工業實力和科研實力的重要指標之一。近年來，國家大力發展航空航天事業，為了振興國家，促進我國航空航天事業的快速發展。很多航空航天類的院校比如北京航空航天大學、哈爾濱工業大學等相繼開設了公共選修課《航空航天概論》，受到在校大學生的一致認可，特別是“神舟號”系列載人飛船發射成功以后，航空航天知識受到更多學生的關注[2]。因此，開設公共選修課《航空航天概論》，普及航空航天的基礎知識，日益受到學生們的歡迎。
《航空概論》課程是我校（鄭州航空工業管理學）針對航空特色面向全校開設的公共選修課程。本課程的開設目的有兩方面：一是使學生初步建立航空技術的基本概念和基礎知識。二是拓寬學生的視野，擴大知識面，培養他們學航空、愛航空、投身于航空事業的興趣，使他們初步建立航空工程意識，為今后的工作奠定基礎。
一、本課程的教學現狀
《航空概論》作為一門全校公選課，開設對象以低年級學生為主，選課的學生人數多，學生專業知識背景很復雜，層次參差不齊，而且這門課程涉及的學科也比較多，其中有些理論知識，例如空氣動力學、飛機發動機對很多學生來說比較抽象、難理解，特別是人文社科類的學生，感覺課程內容枯燥、機械呆板，提不起學習的興趣。在教學中，教師講課費勁，學生厭學，難以取得良好的教學效果，這種情況下，迫切需要采取合適的教學方法和手段，優化教學效果。
二、教學內容的優化
《航空概論》是一門關于航空方面知識介紹的基礎課程，基于課程的性質和目的考慮，教學內容應該通俗易懂，不能有太多專業性很強的詞匯，要注意擴寬知識面、保持內容的系統性，反映出科學前沿，同時還需要不斷加強趣味性與知識性，在實際當中要注意教學內容的豐富多彩，比如有鳥類飛行可延伸到現在飛機，有放風箏延伸到飛行原理，進而講解飛機的構造原理，讓學生在感興趣的事例中汲取航空知識。這樣做即可提高學生學習興趣，讓學生積極主動的學習，又可以達到科學普及的目的。
三、教學方法的多樣化
《航空概論》是一門以基礎知識為主的課程，信息量大，且大多數內容以講述為主。為了避免課堂教學枯燥乏味，提高學生的學習興趣，在授課時，應該采用多樣化的教學方法。作為授課教師，通過不斷的探索，總結經驗，請教有經驗的老教師，總結了以下幾種教學方法：
（一）互動、自主式教學方法
“教”與“學”是相輔相成的，缺一不可。若要提高教學效率，就要讓學生充分參與到教學過程中，變被動學習為主動學習。例如為了讓學生更了解世界航空發展歷史，教學中可布置作業，讓學生收集自己感興趣的航空器的各種資料，包括航空器的圖片、型號、性能、發展概況等，然后上臺介紹給大家，通過收集、講解的方式，調動了學生的積極性，增加課堂的趣味性，同時擴大知識面，增長更多課本之外的知識。
（二）啟發、聯想、討論式教學方法
在講述某些章節內容時，要注意啟發學生的想象力，激發學生興趣，強化學生自主學習和知識遷移的能力。例如，在講解伯努利定理時，由于公式內容比較抽象，學生不容易理解和記憶，如果直接向學生灌輸定理的內容和公式，學生的學習效果不是很理想。在這種情況下，可以設定一系列問題。引導學生自己推導出定理的內容。具體授課過程：兩只手各拿一張紙，向紙中間吹氣，讓學生觀察。問題1：發生了什么現象，學生答兩張紙相吸了。問題2：兩張紙為什么會相吸，學生答兩張紙中間的壓強變小了。問題3：壓強代表的是空氣中的那種能量？學生答“勢能”。問題4：當壓強減小時，空氣中哪個參數變大了？學生回答“速度”。問題5：速度代表著空氣的哪種能量？學生回答“動能”。問題6：當速度增加時壓強為什么會減小？引導學生主動思考、相互討論，再進一步引導，勢能和動能的關系，以及能量守恒定律，最后總結出伯努利定律的相關知識。通過這種問答式的教學模式，讓學生自主參加到課堂中，主動思考，積極討論，提高了學習興趣。增強教學效果，對所學的知識記憶更加牢固。
四、教學手段的多樣性
教學手段的多樣性對提高課程的教學效果和質量具有十分顯著的作用。對于綜合性強、信息量大的航空概論，采用多種教學手段，在有限的學時內，讓學生盡可能多的去了解航空知識，顯得尤為重要[4]。因此要不斷的改進教學手段，充分利用多媒體技術、網絡課程、慕課、課外實踐等方式，為學生創造一個快捷、高效的學習環境，提高教學質量。
（一）多媒體教學
多媒體技術集聲音、圖片、視頻、動畫、文字于一體，有著文字信息無法比擬的優勢。很多的知識比如講解燃氣渦輪發動機的工作過程，如果僅僅依靠課本上的文字和教師的口述，學生很難形成直觀的印象，甚至費勁口舌，也無法讓學生真正的理解。而采用多媒體的形式，通過視頻和動畫把氣流在發動機各部件的工作過程進行完整的演示，可以非常直觀和形象的把信息表達出來[4]，便于學生理解、加深印象，獲得良好的教學效果。
（二）網絡課程開設
我校結合自己的教學實際，開通了網絡教學平臺，并為每個教師和學生設置了一個網絡賬號，教師可以通過自己的平臺，上傳一些與課程相關的資料。可以在網絡平臺建立：（1）飛機圖片庫。將國內外典型的軍用、民用飛機的形狀，特征、尺寸和功能建立檔案，通過對比學習，學生可以了解更多飛機知識。鍛煉了學生的觀察能力，加深理解所學知識，開闊眼界，拓寬思路。（2）飛機影片庫。把一些戰爭場面中飛機的飛行狀況和性能通過影片展現出來，使學生身臨其境，在感受戰爭的殘酷性的同時更加意識到飛機在現代戰爭中的重要作用，增強學生航空報國、為國爭光的主人翁意識和責任感[5]。（3）老師可以將課程的重點難點上傳至網絡平臺，與學生通過網絡進行答疑解惑。學生隨時隨地可以在線學習，方便快捷，提高學習效率。
（三）慕課
慕課，英文名MOCC（Massive Open Online Course），意思為“大規模、開放性的在線課程”，由教師負責、很多學生參與，集講課視頻、作業、互動、測試相交織的網絡教學模式。將慕課翻轉課程的教學理念和教學模式應用到《航空概論》的教學實踐中，課前學生學習在線課程，積累知識，為上課做準備。課中學生充分參與到課堂中，進行師生之間、學生與學生之間的討論、交流（包括成果展示）、評價（包括學生互評）等學習活動。一方面提高了學生自主學習、合作學習的能力，另一方面培養了學生創新能力和解決問題的能力。
（四）課外實踐活動
為了進一步提高學生的學習興趣，可以把動手能力強、學有余力的學生組織起來，成立航模隊，進行飛機模型的設計與制作。把課堂上學習的理論知識如空氣動力學、飛行原理與實踐動手相結合。現在，航模隊的學生不僅可以做出紙質、木質的飛機模型，還能做出可以遙控指揮的飛機模型。并且，通過自學學習遙控飛行器的技術，已經具備航模飛行表演的能力，個別學生還參加2016年央視春節聯歡晚會廣州分會場上的飛行表演。通過課外實踐，逐步培養學生創新、思考、維修飛機航模的基本能力，增強學生的團隊協作、集體榮譽感的觀念。同時可以帶動更多同學參與到航空航天科普創新活動中，充分利用課余時間，發展學生的個人興趣，提高學生的創新思維和實踐動手能力，增強了我校學生的綜合素質。
五、結論
《航空概論》是一門涉及多學科多領域的綜合性課程，且選課學生的背景專業存在很大差異，如果采用單一的教學方法和教學手段難以滿足課程教學的需要，因此進行教學改進是現實教學發展的需要。通過一系列的措施和教學改進，提高了學生對本課程的學習熱情，增強了學生的自主學習和解決問題的能力，得到了良好的教學效果。
參考文獻：
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關鍵詞：中美貿易順差；高技術產品；形成原因；調整對策
20世紀90年代初，隨著美國“新經濟”的出現，美國與世界其他國家或地區間的高技術產品貿易迅速發展。作為世界“新經濟”的發源地，美國毫無疑問成為世界第一科技強國，科技創新能力和生產能力都超過其他國家。然而，自21世紀初以來，美國對中國的高技術產品貿易卻呈現日益擴大的貿易逆差，其形成的真正原因以及如何對其進行調整，需要我們做進一步深入研究。
一、中美高技術產品貿易差額的現狀
目前，中美兩國商務部均已開始統計雙邊高技術產品貿易，但相比之下，美國商務部的統計時間較早，數據較為充分。根據美國商務部的劃分方法，高技術產品主要分為10類：生物技術、生命科學、光電技術、信息與通訊、電子產品、柔性制造品、高新材料、航空航天技術、武器和核技術。
從2002—2008年中美高技術產品貿易差額的數據看，它主要有三個特征：第一，中美高技術產品貿易順差的核心是中美信息與通訊貿易順差。2002—2008年中美信息與通訊產品貿易順差保持著年均100億美元左右的增長速度，七年累計總額高達3414.48億美元，在中美兩國10類高技術產品貿易順差總額中的比重高達109.64％。第二，中美兩國間部分高技術產品貿易正從順差轉為逆差。自2007年以來，中國對美國的生物技術、高新材料與核技術貿易正逐步從貿易順差逆轉為貿易逆差，而且2008年這三類商品的中美貿易逆差正日益擴大。第三，雖然部分關鍵高技術產品雙邊貿易仍表現為中國對美國的貿易逆差，但其中有部分產品的貿易逆差額在縮小。
從2002—2008年中美高技術產品貿易差額的結構看，并非所有類別的高技術產品都呈現中國對美國的貿易順差，如在生命科學、電子產品、柔性制造品和航空航天技術等產品上，中國始終對美國呈持續貿易逆差，七年的貿易逆差總額分別達到18.12億美元、179.19億美元、42.53億美元和292.99億美元，只是因為中國對美國信息與通訊貿易順差數額過大，才使中美高技術產品貿易整體表現為順差。需要指出的是，從2008年開始，中國對美國的生命科學、柔性制造品和航空航天技術貿易逆差正呈日趨縮小的趨勢，相比2007年同期分別減少了0.07億美元、3.83億美元和19.68億美元。
二、中美高技術產品貿易順差的形成原因
中美高技術產品貿易順差是由多因素導致的，因此需要對表現出不同變化趨勢的雙邊高技術產品貿易差額做出解釋，才能真正闡釋中美高技術產品貿易順差的形成原因，本文認為可以從三個方面解釋其成因。
1、外資對中國信息與通訊行業的產業轉移。中美高技術產品貿易順差的核心是中美信息與通訊產品貿易順差，要探討中美高技術產品貿易順差的形成原因，首先要解釋中美信息與通訊產品貿易順差為什么會持續擴大。20世紀90年代初，在信息與通訊技術革命的推動下，美國率先步入“新經濟”時代。進入21世紀，隨著東亞各主要國家或地區對美國信息與通訊領域創新技術的模仿，世界信息與通訊領域的市場競爭日益激烈，美國也因此開始調整其高技術產業發展的重心。
首先，美國在繼續鼓勵國內信息與通訊產品研發和創新的基礎上，逐步將處于衰退期的信息與通訊產業的核心制造與加工裝配環節讓渡給其他國家或地區進行，建立起信息與通訊產品的全球生產網絡。目前，美國將信息與通訊產品的零部件制造環節主要是讓渡給東亞的日本、韓國、中國臺灣地區及東盟進行，而將信息與通訊產業的加工生產工序，與東亞的這些國家或地區一起，通過外商直接投資的方式轉移到勞動力成本較低的中國。這使得以外資在華企業加工類產品出口為特征的對美出口不斷增多，中美信息與通訊貿易中也因此出現了明顯的“外資引致中美加工貿易順差”的特征。
其次，美國開始將國內政策支持的重點轉向新興高技術產業。如生物技術、生命科學、電子產品、柔性制造品、高新材料等新興產業。通過將資本、人力資源、稅收優惠向這些新興產業的傾斜，鼓勵其產品研發及參與國際市場競爭，以始終保持其對其他國家或地區的技術優勢，2008年美國在生物技術、生命科學、電子產品、柔性制造品、高新材料、航空航天技術、核技術等產品上能夠保持對中國的貿易順差，與此有一定關聯。因此，綜合這兩方面因素，可以認為包括美資企業在內的外資企業對中國的信息與通訊產品加工生產工序的產業轉移，是導致中美高技術產品貿易順差的最主要原因。
2、美國對中國的技術出口管制。目前，國內外學術界更多地是從“重商主義”的角度解釋中美高技術產品貿易順差的形成原因，有兩種截然不同的觀點：其一，美國部分學者認為中國實施的出口鼓勵和限制美國對華出口政策，導致中美高技術產品貿易順差；其二，部分中國學者和國外機構認為美國對華技術出口管制是造成中美高技術貿易順差的主要原因。沈國兵(2006)認為1989年后美國對華實施的貿易制裁和技術禁運，加強了對華高技術產品出口管制，致使中國從美國高技術產品進口被扭曲，使美國對中國高技術產品貿易出現逆差。中美經濟安全委員會(USCC)認為，中美貿易引發了戰略技術利害關系，中國是美國先進技術產品的最大供給商，究其原因可歸咎于美國對華高技術產品出口管制政策。杜莉(2006)則明確提出，由于美國始終對中國懷有，“戒心”，因此一直限制涉及到安全問題的高技術產品出口，在諸如核電站、衛星、超大型計算機和數控機床等許多產品的對華出口上實施嚴格限制，使中國在高技術產品進口上出現了“愿買者無可買”的現象。
從中美兩國10類高技術產品貿易順差的趨勢看。美國對華技術出口管制可以解釋中美部分高技術產品，如光電技術、武器與核技術貿易順差的形成原因。但是，“中國實施出口鼓勵和限制美國對華出口導致中美高技術產品貿易順差”的觀點卻難以成立。2004-2007年中國在對美國出現貿易順差的同時，卻對日本、韓國、東盟和中國臺灣地區出現了巨額貿易逆差。這充分說明中國對外并沒有實施獎出限入的重商主義貿易政策，否則在出現中美貿易順差時，必然會出現中國對這些國家和地區的貿易順差。
目前，“美國對華技術出口管制”論的解釋力度正不斷減弱。美國在決定對外是否實行出口管制政策時一般基于四個原則：一是否涉及敏感技術和武器出口而危及美國國家安全，二是否影響美國國家戰略目標和外部政策目標，三是否影響到美國經濟利益，四是否允許美國對其先進技術出口進行終端使用情況檢查。從這些原則看，由于光電技術、武器與核技術等關鍵高技術可能在軍事領域廣泛運用，美國必然會對其出口實行嚴格限制，導致美國在這些產品上對中國呈貿易逆差。然而，在與軍事領域也有密切關聯的航空航天技術與柔性制成品上，美國對中國卻始終保持貿易順差，這是美國對華技術出口管制論難以解釋的。
3、中國國內技術創新水平的提升。2008年中美兩國10類高技術產品貿易最突出的變化表現為中國對美國的生命科學、柔性制造品和航空航天技術貿易逆差在不斷縮小，這間接地加快了中美高技術產品貿易順差的擴大速度，這很可能是近年來中國在這些領域自主創新水平的提升導致的。
21世紀初以來，隨著中國加入世界貿易組織，政府對知識產權保護和自主技術創新的日益重視，中國國內科技研發水平日益提升，尤其是在航空航天技術創新能力迅速提高的帶動下，中國在上述幾類高技術產品上的對美進口日益減少，一定程度上加快了中美高技術產品貿易順差的擴大。
三、調整中美高技術產品貿易順差的可行措施
隨著中美高技術產品貿易順差的擴大，貿易各方間實際形成了一種“互利”、但非“共贏”的利益分配格局。貿易各方利益分配不均的現實客觀存在，尤其是在美國主導的全球高技術產品生產網絡中，中國主要從事的是低附加值的加工裝配、貼牌定制等勞動密集型工序，這些工序相比美國從事的研發工序及東亞主要國家或地區從事的核心制成品生產工序，進入門檻低、替代性強、基本處于或接近處于完全競爭狀態，因而常常只能獲得較低的附加收益。如果這種利益分配不均一直持續，將可能拉大各主要國家或地區的貿易及經濟發展差距，不利于中國在國際經濟格局中地位的保持或提升。因此，需要對中美高技術產品貿易順差進行適當調整，以實現貿易各方的真正“互利共贏”。
1、完善外資政策，強化對高技術產業外資流入的政策性引導。中美高技術產品貿易順差的核心是信息與通訊產品貿易順差，而其主要來源是包括美資企業在內的外資在華企業。因此，當前要調整中美信息與通訊產品貿易順差，就需要對外資在華直接投資方向做出調整。
目前，FDI在中國信息與通訊領域的投資主要集中在高技術產品加工生產企業，加工貿易仍然是中國對美信息與通訊貿易的主要方式。這種貿易方式不僅使中國獲利較低，而且全部最終產品的出口均被計人中國對美出口。因此，中國政府需要對高技術產業中的外資流入結構進行政策性引導，逐步減少對信息與通訊產業加工類外資流入的“超國民待遇”，將優惠政策集中于其他新興高技術產業，尤其是具有自主研發和技術創新能力產業的引資上，降低外商對華信息與通訊加工制造業投資對中美貿易順差的“引致擴大效應”，增加其他新興高技術產業的引資額，提高其技術創新能力和對外貿易競爭力。
2、改善中美政治關系，游說美國政府及國內利益集團。中美政治關系是否改善是決定中美經貿關系好壞的重要基石。當前調整中美高技術產品貿易順差的可行途徑之一是逐步減輕美國對華技術出口管制。因此，當前中國政府應做的重要工作之一，就是要想方設法改善中美政治關系，通過游說美國國內的部分利益集團，由其作為中國的“代言人”，游說美國政府將中國視為“正常的”貿易伙伴，取消對華實施或即將實施的技術出口管制。
3、繼續擴大內需，彌補美國進口需求的下降。在國際金融危機爆發的背景下，如何應對美國對中國進口需求的下降是中國外貿政策需要解決的主要問題之一。中國不僅要想方設法維持對美高技術產品出口的持續擴大，而且應繼續堅定不移地推行擴大國內有效需求的政策，變國內過剩儲蓄為國內消費，變對美高技術產品出口為國內銷售。從而有效彌補美國國內進口需求下降給中國出口帶來的“缺口”，使包括外資在華企業在內的中國國內企業的銷售實現可持續增長。
空間環境與運載裝置相互作用會對航天器的可靠性和使用壽命帶來威脅，適應市場的需求，可抵御太空環境的材料的研究與開發始終是一個熱點。通常，空間環境主要涉及自然環境和人工誘導環境兩個方面。
航空器或其動力裝置上使用的具有高強力，重量比的復合材料，可有效地降低乘用裝置的重量，大大改善航天器的性能和運行效率。而聚合物纖維復合材料在航天器上的應用部位與使用量的多少正成為衡量航天器結構先進性的重要指標之一。
1 新型纖維材料在航天領域的使用
目前航天員艙外活動裝備(EMU)使用的多層結構絕熱材料，在火星空間探測中將會失去效用。美國國家航空航天局(NASA)探索可替代的絕緣材料，其熱傳導性能要求達到0.005W／(m·K)。
1.14DG熱絕緣纖維材料
NASA選擇3種纖維，即實體圓形截面纖維、四孔中空纖維和深槽型表面纖維(4DG)作為試樣，纖維使用兩種規格即6.67dtex／16.7dtex為篩選對象。
①要求實體結構纖維具有均勻的圓形截面，纖維直徑為25μm或40μm。對于低孔隙率的纖維試樣的選擇，直徑偏差要大干0.1μm，即直徑分別為25.1μm或40.1μm。而對孔隙率較高的纖維來說，選擇的纖維直徑要擴大10倍，即選用250μm或400μm的樣品。
②中空結構纖維試樣要求纖維截面為圓形，呈四孔均勻分布，當纖維直徑為25μm時，中孔徑6μm，纖維直徑為40μm時，中孔徑9μm。中空四孔纖維由DuPont(杜邦)公司提供。
③槽狀表面纖維。4DG纖維由Eastman(伊士曼)公司提供，具有沿纖維軸向分布的深陷溝槽，纖維截面以輪廓線觀察為矩形，有6組葉片，其葉片尺寸如下：
6.67dtex纖維：纖維截面輪廓34μm×47μm，葉片寬8μm；
16.67dtex纖維：纖維截面輪廓50μm×74μm，葉片寬12μm。
NASA的實驗結果顯示，4DG作為熱絕緣材料的性能最佳。圖1所示為4DG纖維的截面。
4DG纖維是特別設計的纖維品種，其沿軸向分布的深槽，賦予了纖維獨特的使用性能，即：
①具有流體自移動性能，按4DG纖維3種纖度6.6、11.2和16.67dtex的變異，最大的潛在通量分別為122、113和145mL／(g·h)；
②4DG纖維有貯存和撲集粉塵微型顆粒的功能；
③具有十分高的比表面積。圓形截面纖維的形狀系數以1計，4DG纖維為2.5，即4DG的比表面積是相同細度纖維的250％～300％，實驗所用4DG纖維樣品的比表面積在1710～3130m2／g之間；
④與圓形截面纖維相比，其有更好的蓬松性和包覆性。
4DG纖維一般使用聚酯、聚丙烯和聚酰胺為原料，與其3種纖度規格——6.67、11.2和16.67dtex相對應的纖維截面的寬×長分別為34μm×47μm、42μm×58μm和50μm×74μm，纖維截面形狀系數分別為2.7、2.7和2.4，溝槽面積所占比例分別為40％、40％和35％，主體葉片的寬／深尺寸分別為8／13μm、11／18μm和12／71μm。4DG纖維的性能特征如表1所示。
由于4DG纖維具有獨特的使用性能，其潛在應用領域已被廣為看好，目前在過濾介質、農業用紡織品、軍用服裝、油吸附材料、土工材料、化妝制品、揩巾和創傷敷料等領域的使用正取得進展。
1.2航天裝備上使用的纖維材料
航天服是國際空間站或航天飛機乘用人員維系生存的裝置，用以保護宇航員進入太空和月球行走的安全。美國阿波羅－9和阿波羅－11使用的太空服面料的多層結構中均配置了兩層Nomex熱絕緣層。
Nomex纖維的玻璃化溫度(Tg)為275℃，具有優良的耐熱性能，而相對較低的比熱值(0.29cal／(g·K))則顯示出良好的熱絕緣性能。NASA使用的Nomex熱絕緣層證明可以適應極端高溫或低溫的環境條件，同時Nomex纖維的模量為140g／D，斷裂伸長率22％，可承載沖擊負荷，并在負載條件下表現出很好的穩定性。目前的航天服中蜂窩Kevlar(凱夫拉)纖維和Nomex纖維仍然是重要的纖維組分。
一、模擬的類型
1.模擬的基本類型
模擬是以科學技術理論與實踐為基礎，在一定環境與條件下，將研究對象用其它手段進行模仿的一種實驗方法。該方法不直接涉及研究對象固有的現象與過程本身，而是設計一個和該現象與過程相似的模型，并通過該模型間接地呈現出該現象與過程。模擬實驗的目的主要是便于經濟地檢驗、驗證、再現、發現或揭示該現象與過程的特征、演變規律與內在機制。
模擬的基本類型有物理模擬與計算機模擬。
物理模擬是制作和某現象與過程相似的物理模型，并對該模型研究，獲取該現象與過程的特征。
計算機模擬是利用計算機對某現象與過程進行求解、分析、判斷以及圖像顯示等，得出該現象與過程的特征。計算機模擬有模型模擬和統計模擬兩種基本方法。
2.模擬實驗方法的進展特征
科學技術的發展，對許多航空航天系統有越來越嚴格的性能要求[4-7]。為探索性能的未知特性，實時評估與預測性能退化軌跡，科學技術研究已經從靜態發展到動態、從線性發展到非線性、從確定性參數發展到不確定性參數、從不變性函數發展到多變性函數。面對這些新問題，現有研究所采用的模擬實驗方法取得了許多進展。
以近年來航空航天技術領域的某些中文科技論文為案例，經研究發現，模擬實驗方法的最新進展以依賴問題的屬性信息和現場信息為特征，旨在求解動態、非線性、不確定性與多變性等復雜問題，根據對問題信息的依賴特征，將現有的模擬實驗方法歸納為屬性依賴法與現場依賴法。
二、屬性依賴法
屬性依賴法是基于屬性、目標屬性與層次屬性等3個信息要素的模擬實驗方法。
屬性是問題的抽象刻畫，表示問題的性質與關系。性質表示問題的固有特征，關系表示不同問題之間的性質傳承與影響。
目標屬性是期望得到的對問題屬性的某種解答或認知。
層次屬性是目標屬性的分解，即將目標屬性分解為若干個子屬性。若子屬性彼此獨立，則稱為同層次子屬性;否則稱為非同層次子屬性。層次按從低到高的順序分為多層，目標屬性依賴于最高層子屬性，最高層子屬性依賴于次高層子屬性，依次類推，直到最低層子屬性。
根據目標屬性的不同，屬性依賴法又細分為同步進化法與層次進化法。
1.同步進化法
同步進化法是將問題分解成低一層次的多個彼此獨立的子問題，用基本模擬方法逐個解決各子問題，最后融合出結果。這是一種化整為零、逐個擊破、同步進化的方法。具體做法是，若目標屬性是由多個低一層次的獨立子屬性綜合構成，則可以根據各獨立子屬性的特征，進行子屬性模擬，然后推斷各子屬性的模擬結果，使各子屬性由低層次同步進化至高層次，獲得目標屬性特征。
例如，揭示航空發動機非線性動力學特征是相關領域的一個重要問題。為此，文獻[7]綜合現有方法的優點，提出一種振動耦合動力學模型，計算出系統非線性響應，并在兩個航空發動機轉子模擬裝置上進行模態實驗，發現計算結果與實驗結果有很好的吻合性。
在這個案例中，非線性響應特征問題被分解為2個同層次的子問題，即理論建模計算與模態實驗，2個子問題解答的融合是將計算結果與實驗結果進行對比分析。可以看出，解決這2個子問題的實驗模擬方法分別是物理模擬和計算機模型模擬，經過對2種模擬結果的對比檢驗，最終推斷出航空發動機非線性響應的某些特征，為探索航空發動機非線性動力學特征提供了新思路。
2.層次進化法
層次進化法是將問題按屬性層次由低到高地分解成多個前后有聯系的子問題，用基本模擬方法逐步解決各子問題，最后直接得到結果。該方法的特點是化整為零、逐步擊破、依次進化。具體做法是，若目標屬性可以分解為多個彼此低一層次的關聯子屬性，則可以根據各子屬性的特征，按照設計好的步驟，依次進行子屬性模擬，逐步使屬性由低層次向高層次進化，逼近目標屬性特征。
例如，航空發動機的故障診斷技術對發動機性能的可靠性、維護性和保障性有重要影響。但是，現有研究主要關注故障診斷算法的有效性，尚未有效驗證故障檢測率、定位率與虛警率等指標，從而無法定量評價故障診斷系統性能。這里的問題是如何定量評價故障診斷系統性能?
為此，文獻[4]將問題分解為混合卡爾曼濾波器組故障診斷理論，發動機故障診斷系統和故障診斷實驗等3個不同層次的子問題。這3個層次的進化關系為：(1)用計算機模型模擬方法構建混合卡爾曼濾波器組，為發動機故障診斷系統奠定理論模型基礎;(2)基于理論模型，針對民用渦扇發動機常見的4種故障，用物理模型模擬方法搭建發動機故障診斷系統，為故障診斷實驗奠定基礎;(3)基于故障診斷系統，用統計模擬法評價出發動機故障診斷系統性能的定量指標值。
在該案例中，依次解決3個子問題的實驗模擬方法分別是計算機模型模擬、物理模型模擬和統計模擬，最終目標是實現故障診斷系統性能的定量評價，為工程實踐提供了重要依據。
三、現場依賴法
現場依賴法是基于時間序列和參數序列的模擬實驗方法，時間序列和參數序列統稱為序列。時間序列是將某現象的某一個指標在不同時間上的各個數值按時間先后順序排列而形成的序列，序列中的信息與時間密切相關。參數序列是由某現象的某些特征值構成的序列，序列中的信息與時間沒有關系。
現場依賴法是指依賴于問題真實現場信息的一種模擬實驗方法，其特點是，在模擬實驗中有現場的實時信息輸入、輸出與交流，可以及時矯正評估與預測結果。按照現場實時信息特征，現場依賴法可以細分為時間序列依賴法與參數序列依賴法。
1.時間序列依賴法
時間序列依賴法是根據現場實時信息的輸入時間序列來實施輸出序列運行軌跡評估與預測的一種模擬實驗方法。
不確定性的輸入時間序列干擾會導致輸出時間序列運行軌跡發生未知的非線性與多變性演化，通過將外界的真實或模擬真實的時序干擾輸入模擬實驗系統，獲取輸出時間序列的演化響應機制，及時預測與矯正其運行軌跡，可以為真實航空航天系統的可靠運行奠定基礎。
例如，為揭示大氣阻力導致衛星軌道衰減的機制，文獻[1]構建了模擬實驗系統，將地球扁率與大氣阻力攝動影響作為輸入時間序列，通過模型模擬輸出軌道根數變化，獲取衛星軌道高度衰減結果即輸出時間序列。其中，依賴的現場實時信息是經模擬改進的用某衛星高精度加速度儀測量得到的大氣密度數據。盡管熱層大氣密度數據呈現出明顯的動態、非線性、不確定性與多變性時序特征，模擬軌道序列與衛星實際軌道序列仍然保持一致，發現了衛星運行軌跡演變的新特性，研究成果具有創新性。
2.參數序列依賴法
參數序列依賴法是根據現場實時信息的輸入參數序列來實施輸出序列運行軌跡評估與預測的一種模擬實驗方法。
常見參數有剛度、阻尼、固有頻率、壓力、流量與溫度等，多種參數的組合構成參數序列。模擬實驗系統的參數序列取值應該與真實系統的參數序列保持一致，才能可信賴地實施輸出序列運行軌跡評估與預測。
例如，文獻[8]的衛星在軌微振動環境模擬實驗，用物理模擬方法構建出低頻彈性支撐裝置，揭示出自由邊界條件對衛星動力學特征的影響機制，為提高衛星在軌微振動地面模擬實驗精度奠定了基礎。其中，依賴的現場實時信息是微振動擾振，輸入參數序列為激振力參數，輸出序列為模擬衛星彈性體的模態相應。
四、結 語
基于科學技術問題的屬性信息和現場信息特征，提出模擬實驗的屬性依賴法與現場依賴法，可以解決動態、非線性、不確定性與多變性問題，為模擬實驗方法的發展提供新思路。
模擬實驗方法歸類為科學技術研究方法論，合理運用屬性依賴法與現場依賴法可以有效地驗證或再現研究對象的表現，揭示其演變規律，發現某些未知特性。
Research on Axial Performances of 3D Braided Composite Circular Tubes
HUANG Yu-ni1LIU Zhen-guo2
( 1. Shanghai Aircraft Design Research Institute, Shanghai, 200232, China;
2. School of Aeronautic Science and Engineering, Beihang University, Beijing, 100191, China)
【Abstract】Tube performs for the 3D 4-directional and 3D 5-directional materials were produced by four step braiding method and T-700/epoxy composites were made by VARTM. A study of tensile and compression properties for the two materials were carried out. The results indicate that the axial performances maintain linear elasticity before failure and the tensile strength is much larger than the compressive strength for the two materials. The tensile elastic modulus of the 3D 4-directional material is similar to the compressive elastic modulus. The compressive elastic modulus is larger than the tensile strength for the 3D 5-directional material and the failure?form is characterized by brittle cracks. Moreover, the axial properties of 3D 4-directional braided composites are lower than that of 3D 5-directional braided composites.
【Key words】3D braided; Composites; Tubes; Axial performances
0引言
隨著世界航空航天技術的飛速發展，現代航空航天器結構設計提出了大結構尺度和結構超輕型化問題[1]。利用復合材料管件制造出的結構在滿足強度及剛度的前提下，至少能實現減重20%的目標[2]，同時還具有良好的抗疲勞、抗腐蝕性的特點。
目前，航空航天復合材料管件的制造方法主要有纏繞工藝和卷管成型工藝等，由于制造工藝的特點決定了其存在著一定的不足，難以滿足航空航天高性能管件的要求。纏繞工藝生產的管件，軸向拉伸強度較低、外表面粗糙、易滲漏，管連接件較難成型，而卷管成型工藝生產的管件易出現分層現象[3]。三維編織復合材料是一種先進的復合材料，它是現代復合材料制造技術和編織技術相結合的產物，克服了用其他方法成型的管件的某些不足，具有高強度、高模量、高抗損傷容限和抗沖擊等優異性能，在航空、航天領域具有廣泛的應用前景。文獻[4]指出三維編織工藝技術結合RTM成型工藝是實現高性能復合材料管件制造的低成本技術途徑之一。
本文所用管件采用三維整體編織技術和VARTM工藝制作，對相同編織角、相同體積分數的三維四向、五向編織T700/環氧樹脂復合材料進行了拉伸和壓縮試驗，獲得了這些編織復合材料的主要軸向性能，并對破壞形式進行了分析。
1三維圓管的編織
三維編織工藝，就是由增強纖維束形成編織預成型件的過程。本試驗采用四步法編織三維四向和五向的圓管預成型件，所用試樣預成型件由北京柏瑞鼎科技有限公司提供。所選用的纖維為T700-6K碳纖維，圓管預成型件實物如圖1所示。
圖1三維編織圓管預成型件
Fig.1The perform of 3D braided circular?tube
2三維編織圓管的成型
由圖1可看出，本試驗所用三維編織圓管結構致密，纖維體積含量較高，為充分發揮三維編織結構的優勢，選用VARTM工藝固化成型。本文選用的樹脂為TDE-85#環氧樹脂，固化劑為70#酸酐，促進劑為苯胺[5]。膠液配比為樹脂：固化劑：促進劑=100：100：1；固化工藝為：130℃恒溫2小時，150℃恒溫1小時，160℃恒溫8小時，180℃恒溫3小時。
3試驗描述
參照GB/T14462005，GB/T33541999，以及ASTM有關試驗標準要求，確定試樣的尺寸參數。本次試驗在WDW-100微機控制電子萬能試驗機上進行，加載速度2mm/min，測試溫度為室溫。
本文試樣有三維四向和三維五向兩種材料，編織角有30°、40°和50°三種，纖維體積分數60%，分別進行拉伸和壓縮試驗，相關參數見表1。試樣尺寸如圖2所示。由于是薄壁圓管，為方便加載，試樣端頭使用加強鋁件，圓管和加強鋁件之間用高強膠粘接。為測量管件模量，試樣中部粘貼應變片。
表1試樣相關參數
Table 1Related parameters of samples
4試驗結果和分析
圖3為試樣應力-應變曲線，由圖可知，曲線在試樣破壞前基本保持為一條直線，這說明三維編織圓管在拉伸和壓縮破壞前是線彈性的。由圖中直線斜率和表2數據可知，三維五向圓管模量明顯大于三維四向圓管，這是由于五向材料有軸向紗的緣故。
由表2可知，在纖維體積分數相同時，隨著編織角的增大，三維四向和五向材料圓管的拉伸模量和壓縮模量都減小，且編織角越大，變化越劇烈。四向材料拉伸模量和壓縮模量相近，壓縮模量略大于拉伸模量。五向材料壓縮模量明顯大于拉伸模量。
圖2拉伸和壓縮試樣結構圖
Fig.2The diagrams of tensile and compressed samples
(a)拉伸應力-應變曲線
(a) Stress-strain curves of tensile tests
(b) 壓縮應力-應變曲線
(b) Stress-strain curves of compressed tests
圖3三維編織圓管應力-應變曲線
Fig.3Stress-strain curves of 3D braided circular tubes
表2三維編織T-700/TDE-85#圓管軸向性能
Table2Axial performances of 3D braided T-700/TDE-85 circular tubes
由于粘接強度不夠和工藝不穩定的原因，拉伸試樣破壞形式大部分為脫膠，僅得到1號試樣的拉伸強度537.5MPa，但可得出其他材料的強度的大概范圍。由表2可推知，在相同編織角和纖維體積分數條件下，五向材料的拉伸強度高于四向材料。四向材料1號試樣在加載初始階段試驗力-位移曲線基本為一直線，當試驗力達到一定值時開始發出輕微的響聲，基體或界面發生破壞，并隨著載荷的增加而聲音逐漸增大，在此過程中圓管明顯變細被拉長，達到試驗力峰值時瞬間發生斷裂，如圖4所示，纖維在斷口處被拉斷。
圖4拉伸試樣破壞圖
Fig 4Failure diagram of tensile sample
（a）Diagram of 4-directional material
（b）Diagram of 5-directional material
圖5壓縮試樣破壞圖
Fig.5Failure diagram of compressed sample
比較表2中拉伸強度和壓縮強度可知，拉伸強度遠大于壓縮強度。在纖維體積分數相同時，隨著編織角的增大，三維四向和五向材料圓管的壓縮強度都減小，五向材料減小趨勢不明顯。相同編織角和纖維體積分數情況下，五向材料壓縮強度遠大于四向材料，甚至為四向材料的2倍。可見，軸向紗的加入，能很大程度上提高材料的軸向壓縮性能。由圖5(a)可以看出，四向壓縮試驗圓管的破壞形式主要是沿著編織角方向的斜面纖維和樹脂同時斷裂，表現出明顯的剪切破壞特征。纖維和樹脂同時斷裂說明在圓管受壓的過程中樹脂基體也起到了較大的承載作用。圖5(b)看出，五向試樣斷裂均發生在試件的試驗段內。與三維四向試樣斷裂形式不同的是，五向編織復合材料圓管的斷口都較為平整，且纖維基本沿橫截面斷裂。沿縱向分布的軸向紗的加入使五向材料的失效模式更趨向于脆性破壞。
5結論
5.1采用三維編織四步法編織預成型件，利用VARTM工藝制造三維整體編織增強環氧 TDE-85#的復合材料管，對于高性能復合材料管件的制造進行了探索。
5.2三維四向和五向編織復合材料的縱向拉伸和壓縮應力-應變曲線在試件破壞前基本保持線性關系，四向材料拉伸和壓縮模量值相近，五向材料壓縮模量明顯大于拉伸模量。
5.3在纖維體積分數相同時，隨著編織角的增大，拉伸模量、壓縮模量和壓縮強度均減小。
5.4三維四向和五向材料壓縮強度均小于拉伸強度，五向材料壓縮強度遠大于四向材料。由于五向引入了軸向紗，試件的失效方式均趨向于脆性破壞。
［1］范華林，孟凡顥，楊衛．碳纖維格柵結構力學性能研究[J]．工程力學，2007，24(5)：42-46.
［2］冼杏娟，李端義．復合材料破壞分析及微觀圖譜[M]．北京：科學出版社，1993：1.
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航空動力是工業皇冠上的明珠，是多學科耦合、多專業綜合的最復雜的智能機械之一，是綜合國力的重要體現，對國民經濟和國家安全具有不可替代的作用，是必須下決心走自主創新之路才能實現跨越發展的戰略必爭領域。
站在國家重大專項實施的十字路口，如何通過自主發展實現由“跟跑、并跑”到“領跑”的跨越是當前的重大問題。
美國如何“沿途下蛋”
作為人類研制過的最復雜機械之一，類似航空發動機這樣的高端產品的特征就是核心技術堆集，沒有核心技術就沒有現動機。
這一核心技術要回答的問題，不僅包括怎么做，還包括為什么這么做。而要回答這些問題，必須以精深的科學知識為基礎，其途徑就是基礎研究。
基礎研究是現代西方發動機行業的基礎。西方國家通過幾十年的基礎研究，投入了大量人力、物力、財力，獲取大量工具、準則和實驗數據庫，才基本掌握了核心技術。
航空發動機基礎研究面臨的各類問題范圍廣、難度大，因此需要建立長期的國家級發動機基礎研究計劃。以美國為例，政府通過實施IHPTET和VAATE等計劃，顯著提高了美國發動機的科學水平和技術能力，而且可以“沿途下蛋”，不僅大幅度提高現役發動機性能，也對四代機F119、F120等研制提供了強有力技術支持。
在科研經費方面，美國NASA每年專用于支持航空發動機方向的基礎科研經費超過1.2億美元。
自美國等國家1959年實施“航空航天推進計劃”以來，已經連續不斷地實施了30余項不針對具體型號的航空發動機技術研究計劃，這使得美國發動機技術處于國際領先的地位。
反觀中國，由于在較長時間內對“預研先行”的客觀規律缺乏深刻認識，預先研究的投入也不足。在引進、跟蹤仿研時，也沒有足夠的經費來安排消化吸收，很多技術問題都是“知其然不知其所以然”，并沒有完全吃透，難以真正掌握關鍵技術去再創新，引進工作并沒有真正起到促進自主創新發展的作用。
中國正由跟蹤仿研轉向自主創新
中國航空發動機發展從軍機起步，歷經了引進修理、跟蹤仿研和改進改型三個時期，軍用航空發動機技術水平已經實現由第二代向第三代的跨越，并向第四代邁進。
民用航空發動機面臨著適航技術和知識產權的雙重壁壘，已經開始了自主研制，但無論是渦扇、渦軸，還是通航動力的商業產品基本空白。
目前，在軍用航空發動機領域，只有美、俄、英、法四國可以獨立研制和發展一流水平的發動機;民用航空發動機市場的技術、資金和產業門檻更高，目前真正具有技術和商業優勢的只有美、英、法三國的四家公司。
無論是英國羅羅公司、美國GE公司、PW公司還是蘇聯，都是引進專利后開始自主研制。發動機強國都走了一條與國內工業發展水平相適應、適度超前的自主發展道路，形成了鮮明的技術特色。
從宏觀上看，羅羅公司的三轉子構型、PW公司的齒輪驅動風扇等不同的技術路線都實現了高性能指標，同樣具有商業競爭力;從微觀上看，渦輪葉片的材料、內冷通道和外氣膜冷卻方式各有不同，也都實現了高冷卻效率和長壽命。蘇聯的軍用發動機也走出了一條不同于歐美的技術路線，在四動機上采用了外涵換熱器的獨特結構，彌補了材料耐溫不夠的缺陷。
反觀中國，跟蹤仿研的主導思想導致了技術路線的搖擺不定，與發動機強國的差距越來越大，只有找到一條適合中國發動機發展的技術道路，才能彎道超車，實現跨越。
因此，對中國來說，轉變發展方式是必然的。所謂轉變就是指由跟蹤仿研主導的逆向設計研發體系向自主創新主導的正向設計研發體系的轉變，這既是我國航空動力近60年發展經驗和教訓的總結，也是國家重大專項的戰略要求。
“天地人法”合一的正向體系
我認為，要建立自主創新主導的正向設計研發體系，總的來說，共涉及四個方面的問題，即“天地人法”。
“天”就是總體，指對航空發動機的多學科融合、多專業綜合以及設計、材料、制造、試驗、驗證、使用、維護等全產業鏈協同的復雜屬性的認識。 2010年12月28日，工作人員正在航空發動機也容性與外物吸入損傷研究中心內進行模擬試驗
“天”不強和中國航空發動機的發展歷史有關。中國的發動機開始于修理和測仿，修理和測仿對總體的依賴度低，既不能從總體的角度對航空發動機本身的多學科融合和專業綜合進行系統的流程規劃，更不能從全產業鏈的角度對航空發動機的研發、生產、使用、退役作全局性規劃。
跟蹤仿研主導的逆向設計研發體系，不能從源頭形成氣動熱力、結構完整性、材料工藝協同的優化設計，導致材料工藝攻關變成了常態，從而造成中國的材料牌號遠遠多于歐美和俄羅斯，但數據完備、成熟可用的關鍵材料少之又少的尷尬局面。而且，跟蹤仿研主導的逆向設計研發體系，也不能系統牽引基礎研究和關鍵技術的發展，使得基礎研究處在無序發展狀態，導致型號發展沒有成熟的技術作為支撐。
“地”就是基礎，是指航空發動機的“氣、固、熱、聲、控、材料、工藝”等多個學科的應用基礎，是知其所以然和跨越發展的基礎。
“地”不厚和中國航空發動機的發展路徑有關，沒有“動力先行”自然沒有“預研先行”，根本沒有時間知其所以然，二、三動機還能仿研，四動機由于設計、材料、工藝及學科的高度耦合性，已經很難仿制，沒有“地”的支撐，“形似”都很難達到，更談不到“神似”了。
型號研制和關鍵技術攻關、甚至基礎研究同時進行屢見不鮮，這嚴重違背了型號研制必須具備的技術成熟度條件，造成研制工作舉步維艱。沒有對各個基礎學科規律的深入認識，很難支撐和引領“形神兼備”的自主創新。
“人”是這一戰略領域成敗的核心，這是指具有研發先進航空發動機的合適知識結構和能力結構的創新人才。
對照航空發動機國際標桿企業的人才結構可以看出，研發隊伍普遍具有通用型人才（Generalist）、專業型人才（Specialist）、系統型人才（Universalist）等典型的橄欖型梯次特征。
以羅羅公司為例，其11300名研發人員中，約2000人為通用型人才、6000名為專業型人才，系統型人才為2000人。而在中國，各航空發動機主機研究所和企業設計人員已達到4000人的規模，但與羅羅公司近萬名研發人員相比，依然有顯著差距。
“人”不足和兩方面的影響有關，一方面是國家長期未對該戰略領域給予足夠的重視，造成人才流失嚴重;另一方面是中國航空發動機的行業發展走了以“跟蹤仿研為主”的發展路徑，對人才的知識結構和能力結構要求，從學歷教育、非學歷教育到成長路徑都存在系統性缺失。
“法”則是這一戰略領域可持續發展的保障。這一方面是指國內航空發動機發展的立法保障，另一方面是指國際適航規章。
正如美國《國家關鍵技術計劃》所描述的：“這是一個技術精深得使新手難以進入的領域，它需要國家充分保護并利用該領域的成果，需要長期數據和經驗的積累以及國家大量的投資。”
適航法規是國際公約的要求，是民用航空產品進入民機市場的最低安全標準，首要功能是保障公共安全，對后發展國家來說也成為了事實上的技術壁壘。中國的航空發動機領域的發展還沒有對國際立法體系和技術深入研究，也沒有上升到國家立法保障的層面，對該領域的可持續發展有深遠影響。
如何進行組織改革
目前，中國航空發動機正處于從“跟蹤仿研”向“自主發展”轉變的關鍵階段，這些轉變不僅表現在研究內容的技術特征上，也表現在組織模式必須由松散、無序、內耗走向系統、有序、協同，更需要國家基礎研究計劃的持續支持。
“系統”體現在多學科交叉、多專業綜合、全產業鏈融合;“有序”體現在以技術成熟度為標志的技術承載主體有序、以承載主體特征為標志的人才和研究設施的有序，“協同”體現在全產業鏈的數據協同、人力和設施資源協同以及系統環境下的學科和專業協同。
作為大國，這種“系統、有序、協同”需要圍繞國家戰略產品建立自己的基礎研究體系，設立專門基礎研究計劃，持續加大資金投入。 國產大型客機C919計架機在上?？傃b下線儀式現場，日前我國正在研制與C919飛機配套的發動機
這既要借鑒美國等體制，更要結合自身航空發動機基礎研究的現實國情。具體組織架構上可以分為三層：
第一層次為最高決策層，代表國家意志行使重大事項決策，通過預算撥款，并對執行情況進行宏觀調控。建議由國家成立航空發動機專業基礎研究委員會或專門機構。
當我到達的時候，馬斯克正在他的電腦上辦公，精神抖擻地回復著一行行電子郵件。我找了個座位坐了下來，然后環顧四周，打量了一下他的工作空間：一個黑色的皮沙發和一張碩大的辦公桌，還有一些酒瓶和獎杯，除此之外，房間里空空如也。從窗戶向外看去，是一個沐浴在陽光中的停車場。整個辦公室的氛圍讓人感覺平常、實用，甚至有些單調乏味。幾分鐘過去，我開始擔心馬斯克已經把我給忘了，但就在這時，有點兒戲劇性的一幕發生了：他突然轉過身，一把推開身后的轉椅，向我伸出了手?！拔沂前Ｂ?。”他說。
他的姿態很優美。在人類紀元進入2016年時，埃隆?馬斯克已經無須再做過多的自我介紹了。能夠抓住文化想象力的技術專家，史蒂夫?喬布斯可以說是美國歷史上的第一位，馬斯克是第二位。
他的童年在南非度過，12歲時就發明了一款視頻游戲，并成功地把它推銷了出去。20世紀90年代中期，馬斯克移民美國，開始了他的快速崛起。28歲那年，馬斯克將他的軟件公司Zip2以3億美元的價格售出，3年后，他又以15億美元的價格將PayPal賣給了eBay，然后創辦了兩家非同尋常的公司―― 特斯拉汽車公司和SpaceX公司，將自己的全部身家都投了進去。前者致力實現他用電動汽車取代全世界汽車的夢想，后者致力實現人類殖民火星的夢想。汽車制造和航空航天都是成熟產業，而且在過去都被一些巨頭把持。他們在所有的國會選區都設有工廠，能夠通過游說議會獲得大筆額外預算。對馬斯克來說，這都不是問題。他將同時顛覆這兩個行業。 “旅行者”號探測器
一
馬斯克宣布他的這些宏偉藍圖時，適逢第一次互聯網泡沫剛剛破滅不久，當時很多像他這樣的科技新貴都被看作中了彩票的暴發戶。人們私底下稱他是“半瓶醋”。而到了2010年，他已經帶領特斯拉汽車公司公開上市，又一次成功躋身億萬富豪之列。SpaceX公司現在依然是一家私人公司，市值達到數十億美元，馬斯克擁有其全部股權的2/3。SpaceX公司的業務是小衛星發射和將貨運飛船運送至空間站，因為報價很便宜，所以其火箭發射業務已經被預訂到了幾年后?，F在，該公司已經向載人航天業務領域擴展。2015年9月，SpaceX公司和波音公司一起被美國航空航天局選中，成為將宇航員運送至國際空間站的第一批私人公司。但是他并未止步，在每一次訪談中，他都有新的稀奇古怪的聲明發表。這些聲明看上去似乎根本不可能實現，他卻給這些愿望定好了具體的實施日期。他總是給你新的理由，讓你對他充滿質疑。
我想和馬斯克談一談他對太空探索的未來的展望，就用一個老問題開始了這次訪談：在地球上生活都充滿難題的情況下，為什么要將如此多的錢花在太空探索上？
把這個問題拋給他似乎并不公正。馬斯克只是個私營企業主，不是公立航天機構的負責人。但他最大的客戶是美國航空航天局，而且更重要的是，馬斯克是一個聲稱想要影響人類未來的人。馬斯克會告訴你他的看法，他不會因為這個命題的宏大而畏首畏尾。馬斯克喜歡賺錢，他似乎很享受億萬富翁的生活方式，但他不僅僅是一個資本家，他已經將自己的全部身家押在了解決人類關心的最根本的問題上。因此，我想知道，為什么他會選擇太空這個領域。
馬斯克并沒有說那些老生常談的原因，比如我們需要開發空間技術以激勵人類。他沒說太空是一個研發實驗室;沒有從技術研發的額外用途，如宇航員食品和行軍毯等方面解釋;也沒有說太空是人類智慧的終極試驗場。相反，他說，將人類送達火星和讓數十億人擺脫貧困或消除致命疾病同樣緊迫。
“我認為，人們對讓人類在多個行星上生活存在激烈的人道主義爭論?！彼f，“開展外星殖民計劃，是為了在某些災難發生的情況下，維護人類的生存。這些災難與貧窮或疾病毫不相干，它可能導致人類滅絕。最終的結局可能是這樣的：貧窮和疾病的問題已經解決了，但人類已經不存在了?！?/p>
為了防止人類滅絕，馬斯克為殖民火星確定了實現時間――從現在開始10年左右，而且不能推遲?！奥犉饋砗苡腥な前?？”他說，“并不是每個人都喜歡人類。有些人似乎認為人類是地球表面上蒙著的一層陰影。他們會說：‘大自然是如此奇妙，在四周無人的鄉下，一切事物總是更美好。’其實是在暗示，人類和文明雖好，但沒有它們更好。我和這些人不是一派的。從古希臘哲學家柏拉圖和他的‘洞穴喻’開始，人們一直將意識比作光，因為意識就像光一樣，也能照亮世界。是意識讓整個世界呈現在人類面前，用偉大的卡爾?薩根的話說，那就是宇宙有‘自知’。但是這個隱喻還不夠完美，光子可以滲透到宇宙的每一個角落，而人類的意識似乎在我們的宇宙中極為罕見。人類層級的意識，在某種程度上類似一點孤零零的燭光，在一片廣闊無垠而又通風良好的虛空中，微弱地搖曳閃爍。我們有責任保護意識的光芒，確保它繼續走向未來。
“我經常思考，為什么在可觀測宇宙中智慧生命不可思議地毫無蹤跡？當然，迄今人類還沒有對地球外智慧生命進行過詳盡搜尋。但是，我們所做的工作，相較于隨意地在天空中亂看一通，已經有了很大的進步。50多年來，我們已經將射電望遠鏡對準了附近的恒星，希望能夠找到一個電磁信號，一個穿越這無底深淵的燈塔。為了尋找地外智慧生命，我們釋放了探測器，已經在太陽系中尋找過了，也檢查了與我們處于同一太空區域的恒星。不久以后，我們將對那些與我們相距甚遠的行星的大氣層展開調查，以尋找合成污染物以及缺失了某些金屬的小行星帶。這些跡象有可能表明采礦活動的存在。
“這些搜索行動的失敗，讓人百思不得其解，因為人類智慧在宇宙中不應該有什么特別之處。從哥白尼的時代開始，我們就被告知，我們所處的是一個均質的宇宙，一個延伸達數百億光年的網狀結構。宇宙中每一個布滿了璀璨群星的、圓盤狀星系的‘枝丫’，都和我們的世界一樣，有大量由同樣物質組成的行星和衛星。如果大自然的任何一處都遵循相同的法則，那么，毫無疑問，這大量的‘枝丫’肯定包含許多‘大鍋爐’。在這些‘大鍋爐’中，能量與水和巖石攪在一起，直到這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細胞，并最終進化出智慧生命，從而形成具有遠見和持久發展能力、足以制造出宇宙飛船的文明。
“就能力而言，以我們目前技術發展的速度，人類正走在一條成為神的道路上?！瘪R斯克說，“你可以騎自行車，用幾十萬年的時間到達半人馬座阿爾法星。從進化的時間尺度來看，幾十萬年根本不算什么。如果有那么一個先進的文明，在過去138億年內的任何一個時間點，在銀河系中任何一個可能的地方存在過，為什么它們就不能擴散到銀河系的各處呢？即使它們在宇宙中的擴散速度很慢，讓它們擴散到無處不在也只需要花宇宙年齡的大約0.01%。那么，為什么事實并非如此呢？” “斯普特尼克”號的內部結構
二
在距今10億年前，地球冷卻了下來，之后，只用了不到5億年的時間，地球的早期生命就出現了。這表明，無論是在哪里，只要行星能夠身處與地球類似的環境，微生物就會出現。但即使每一顆巖質行星都布滿滑溜溜的單細胞黏液，也并不意味著智慧生命就可以無處不在了。進化有著無窮的創造力，但似乎一直在摸索前進中，都奔著某些特定的特征去了，比如翅膀和眼睛，生命樹的多個樹枝都獨立進化出了翅膀和眼睛。但是到目前為止，生命樹中只有一個樹枝發出了技術智慧之芽。也許是因為在一波又一波物種進化的大潮中，我們是第一個制造工具和使用語言的物種。但也可能僅僅是因為智力并非自然選擇的優選模塊之一。我們可能會認為自己是大自然的巔峰之作，是進化的必然終點，因而像我們這樣的生命可能太過稀少，以至于很難彼此相遇?；蛘?，還有可能因為我們是這個宇宙的終極局外人，一群孤獨的靈魂。
馬斯克有一個更黑暗的理論。他說：“宇宙中的這種無任何明顯生命跡象的缺失現象，可能成為支持以下說法的一個論據，那就是，我們的世界只不過是一個數字模擬仿真實驗。這就像是你在玩冒險類游戲，你可以看到背景上的星星，但永遠也不可能到達那里。如果這不是一個數字模擬仿真實驗，那么我們也許是在一個實驗室中，而某些高度發達的外星文明出于好奇，正在觀察著我們，看我們是如何發展的，就像我們在微生物實驗室中觀察培養在皮氏培養皿中的霉菌一樣?！?/p>
關于人類為什么至今也沒有找到地外文明的蛛絲馬跡這個問題，人們提出了很多可能，每一種都比之前的更讓人感到后背發涼。馬斯克為所有這些問題找到了一個切入點?！翱纯次覀兡壳暗募夹g水平你就會發現，有一些奇怪的事情必然發生了。我的意思是，這些必然發生的奇怪的事情，都是向著不好的方向發展的?！瘪R斯克說，“而事實很可能是，在這個宇宙中有很多已經死去的、僅僅局限于一個行星上的文明。如果文明僅僅局限于一個星球上，那么，在這個宇宙中就沒有文明可以持續很長時間。有關恒星演化的科學十分復雜，但我們知道，留住地球并為地球上的所有生命提供能源的、我們偉大的恒星――太陽，將來終有一天會膨脹，大到其外層大氣燒焦地球，并且殺死地球上的所有生命，甚至可能將地球完全吞沒。一般來說，在距今50億年至100億年以后，這一事件必定發生。而這幾乎就標志著，地球將成為世俗的末世論中善惡大決戰的最終戰場――‘哈米吉多頓’（哈米吉多頓位于以色列北部米吉多古城，是《圣經》描述的世界末日之時善惡對決的最終戰場，是神和人最終面對面的地點――譯者注）。到了那時，我們的生物圈能夠幸存下來的機會微乎其微。
“50億年后，太陽將膨脹到足以將地球上的生物圈化為一片焦炭。到那時，地球上的大陸將會熔成一整塊。太陽將越來越多的輻射傾瀉到地球大氣層中，使得地球一天內的溫差越來越大。這一整塊大陸將遭受越來越猛烈的膨脹和收縮，地球上的巖石將變得脆弱不堪，其硅酸鹽將開始以前所未有的速度被侵蝕，同時吸收二氧化碳，沉到海底，沉入地殼深處。最終，大氣層將變得無比貧碳，以至于植物無法繼續進行光合作用。地球上的森林將被毀去，但少數植物會英勇地堅持站到最后一刻，直到耀眼的太陽將它們全部殺死。跟著遭殃的，是所有依靠植物生存的動物，也就是說地球上所有的動物。
“在100億年內，所有的海洋將會被完全燒干，地球上只剩下空空的溝渠，其深度要比珠穆朗瑪峰的高度還高。地球將變成一個新的‘金星’，一個即使是最頑強的微生物也無法生存的溫室行星。而這還是比較樂觀的場景，因為在它的假定中，我們的生物圈最終將因為衰老而死，而不是中風或更為突然地死去。畢竟，100億年是一個很長的時間，長到足以為各種災難的發生留出足夠的概率空間。這些災難包括那些在人類記憶中從來沒有過先例的各種災難。
“在人類歷史上出現過的自然災害中，洪水是最嚴重的，人類有關全球性大洪水的傳說，都是受到離我們最近的一個冰河時期結束時冰川融化的啟發而產生的。還有很少的一些故事，對宇宙災難有那么一點點描述，例如太陽神赫利俄斯之子法厄同的故事。法厄同未能駕好父親狂暴的太陽戰車，使之撞到了地球上，把地球的表面燒成了一片焦土。
“這是人類古老智慧中引人注目的一頁，但是總體來說，人類文明出現的時間太短，還不足以記錄下我們在地質記錄中找到的更讓人感到可怕的東西。人類歷史上沒有任何一個故事講述過直徑以千米計的小行星撞擊地球或者超級火山爆發，以及時不時地將我們的藍色星球變為白色星球的極度冰封的故事。地球上的生物圈在經歷過以上種種災難的沖擊之后，一次又一次地卷土重來，但是在這些災難中犧牲的物種，數量大到令人發指，而它們再也看不到重生的那一天了。雖然地球具有的最為顯著的特征，就是可以恢復生命適宜溫度的復原能力，但即使如此，對經歷過這一切的地球來說，未來又是一個完全嶄新的歷程。
“在這100億年里，我們在銀河系中的運行軌道將經歷四次變化，其中的任何一次變化，都可能將我們帶入與另一個恒星系碰撞的險境，或遭遇超新星爆發的沖擊，以及被伽馬射線爆燒成灰。我們還有可能被蕩出太陽系，走上一條流浪行星的道路，成為銀河系數十億顆流浪行星中的一員，在銀河系中兩眼一抹黑地漫游。這些流浪行星就像是宇宙中的破碎球，隨時可能撞上其他天體。地球如果能夠異常幸運地運行下去，它最終也會從現在的位置向太陽慢慢靠攏。
“無論這些災難是不可預測的黑天鵝事件，還是確定無疑要發生的，如果人類想在這些災難中存活下來，都只能為了生存而遷徙，這也是生命一直以來都在做的。我們需要發展出新的能力，就像我們的水生祖先曾經做過的那樣：進化出可以吞吐空氣的肺，以及可以進行原始運動的骨質的鰭，然后艱難地爬上陸地，開辟出一條新的生路。我們需要秉持人類經過艱難跋涉最終到達新大陸的精神，正是因為有了這種精神，離我們最近的祖先才得以在穿越整個大洋之前，如涓涓細流般，從一個島嶼到另一個島嶼，從一個群島到另一個群島，直至到達地球的每一個角落。我們需要動身前往新的行星，并最終到達新的恒星。但是，我們是不是需要抓緊點呢？”
三
物理學家弗里曼?戴森宣稱，研究載人航天在短期內是一種愚蠢的行為。人類的技術仍然處于起步階段，要知道，人類學會用火到現在也不過100萬年。從人類燃起第一堆篝火，到將燃料注入火箭中推動我們掙脫地球引力的束縛，我們取得的進步是神速的。但并不是每一個坐在火箭上的人都能夠安全地回來。為了在另一顆行星上播下殖民的種子，我們需要將航天員隊伍擴大?；蛟S，現在我們應該暫停載人航天任務，而是通過無人駕駛宇宙飛船上的儀器繼續探索太空，比如最近脫離了太陽系的“旅行者”號行星際探測器，讓它們向我們發送對星際空間的探測結果。我們可以等到將目前這個科技時代的全部成果收入囊中后，到21世紀末，或者下個世紀再重啟載人航天。因為我們知道，我們可能即將在能源、人工智能以及材料科學領域迎來大的變革。以上這些領域中的任何一個取得突破，都會讓載人航天成為一件更容易的事情。
“在航空圈里，你會經常聽到這樣一種說法，”我說，“近期將重點放在載人太空旅行上，完全是放錯了地方……”
“什么重點？根本就沒有一個重點！”馬斯克打斷了我的話。
“但是從某種程度上說，你目前正在倡導這種載人航天。”我說，“現在有一種觀點，認為除非我們在技術上有重大突破，否則最好還是發送探測器，因為哪怕只有一個人出現在航天器上，也會使工程的難度成倍增加?！?/p>
“我們也正在發送探測器！”馬斯克說，“而且，順便說一句，它們都非常昂貴。探測器也不完全都是便宜貨。我們最近發送到火星上的一個遙控火星車，花費就超過30億美元。火星真是一個機器人的地獄。有了這些錢，我們本應該能夠將很多人發送到火星上去的?！?/p>
馬斯克很喜歡給人講有關SpaceX公司創始神話的一個故事，就是他如何熬了一個通宵，在美國航空航天局的網站上查詢有關載人火星任務的信息。那是2001年的事情了，當時航天飛機還在飛行。航天飛機發射時呈現在世人面前的穩定轟鳴的畫面，正好足以使漫不經心的觀察家相信，載人航天技術并未出現大幅度下滑。而在今天，要想維持這種錯覺是不可能的了。
自從有了神話開始，人類終有一天將冒險進入太空的想法就已經產生了，但是直到科學革命以后，當望遠鏡使天空清晰地呈現在人們眼前時，這一想法才開始變得似乎是一個可以實現的目標。1610年，天文學家約翰尼斯?開普勒在一封給伽利略的信中寫道：“假設我們創造出能夠航行于蒼穹之上的船和帆，那么肯定會有很多人面對空虛荒蕪的太空毫無懼色。同時，為了這些勇敢的太空旅客，我們應當準備好天體地圖?！?/p>
在熱氣球和飛機被發明出來以后，就有少數有遠見的人開始規劃太空移民了。但是，直到太空競賽的出現，人們對宇宙宿命的清晰認識才成為主流。太空競賽從1957年蘇聯第一顆人造地球衛星“斯普特尼克”號升空開始，到1969年人類第一次登月結束。它激發了整個文化圈和亞文化群，使得關于人類未來的故事成為占主導地位的世俗故事之一。但現實遠遠沒有跟上。
人類致力于平流層飛艇探索研究，大約是從上世紀70年代初期開始的。人們對平流層飛艇的期望其實并不高：能夠在地面、對流層到20千米以上的平流層高度范圍實施有效操縱升降、定點懸浮或巡航飛行；能攜帶一定重量的載荷在平流層長航時執行任務；能夠有效操縱返回到地面指定位置，這就算達到平流層飛艇的目的了。這樣的期望，當然就使人們不約而同地聯想起現有的軟式飛艇：既然早期的飛艇都能輕而易舉往返地面至數千米的高空，那么只需把他們的體積加大到足以對付平流層稀薄空氣的程度，研發出高阻氣和具備高抗壓能力的新型囊體材料，再配以先進的動力、控制與工程方法和工藝技術，平流層飛艇應當不難實現。然而，當人們將設想付諸行動之后才發現，問題并非那么簡單。
時光飛逝，轉眼就到了1992年，從這個時期開始，各國平流層飛艇研究熱潮相繼降溫。曾經引起人們廣泛關注的各國平流層飛艇項目，大多中途而廢了。原因在于當人們滿懷激情和信心并付出20多年的努力之后，卻發現平流層飛艇仍然只是愿景而遙不可及。悲觀失望的情緒籠罩在人們心頭，各種懷疑、責難也在業界彌漫開來。
1992年夏季，時為北京航空航天大學飛機設計與應用力學專業博士研究生的李曉陽，前往日本橫濱一家飛艇公司作短期研修，這是當時整個亞洲唯一擁有大型齊伯林飛艇的機構，用飛艇來做空中廣告和載客觀光。李曉陽認為，人類在平流層飛艇領域遲遲不能如愿，不應簡單歸結為現有航空航天科技水平和工業能力不足，問題可能出在某個被忽略了的關鍵點上。他此行的目的，就是要零距離接觸當時最先進的現代軟式飛艇，以期能找到平流層飛艇研制裹足不前的原因。
此后的幾年中，李曉陽還實地考察了多個國家的平流層實驗樣艇。他倒不是想學別人怎么做，而是要研究為什么大家都做不成， 這當中究竟隱藏著什么尚不為人知的奧秘。
從平流層飛艇的各種方案中，李曉陽找到了它們的共同點。這些看似有別、各有特色的平流層飛艇，它們調節囊體壓力的基本方法，卻都采用了140年前法國人查理和羅伯特兄弟的發明，簡單說來就是軟式飛艇普遍采用的主囊+副囊結構。借助動升力上升時，利用主囊的承壓能力來防止內壓擴張，同時“擠”出副囊中的空氣；向副囊鼓入空氣以重新獲得下沉力時，亦需利用主囊的承壓能力來束縛囊中增大的內壓，防止囊體爆裂和維持囊體形狀。由此可見，軟式飛艇在垂直方向運動的高度范圍，受制于“主囊容積”和“囊體承壓能力”這兩個主要條件。李曉陽發現，正是這兩個無法平衡的矛盾，阻礙了平流層飛艇的發展進程。
軟式平流層飛艇的主囊容積相對不變，要使之能夠浮升到平流層高度，飛艇除了要有巨大的體積外，還要求升空前飛艇主囊中的輕質氣體量與副囊空氣量達到一定的比值，否則飛艇因不能獲得凈靜升力而升不起來。而輕質氣體量多了則副囊中的空氣量必須相應減少，這又使得其理論壓力高度（升限）降低。這種結構性的矛盾，成為軟式平流層飛艇無法突破的技術瓶頸。
可以設想：假如采用現有軟式飛艇原理和構造來制造一艘飛艇，并且已經有能力把艇體容積做得足夠大，飛艇能輕易越過氣流多變的對流層和風速較大的激流層，上升到數十千米高的平流層去展開作業。同時，人們也有足夠的技術條件來應對飛艇在平流層環境中面臨的種種復雜問題。那么在完成任務后，有什么辦法能把這艘巨大飛艇可靠地操縱下降返航，準確回到基地或者其他指定的著陸場站，而不是無能為力地任其隨著經、緯向氣流，不受控地飄降到某個無法準確預測的著陸點？
“在釋放出主囊體中部分輕質氣體的同時向副囊鼓入空氣”，或者干脆“利用主囊體的承壓余度向副囊鼓入空氣”，這樣使飛艇獲得初始下沉力的方案似乎可行。然而深入研究下去就會發現，即使不考慮是否有能力制造承壓能力極強的軟式飛艇囊體材料，也不考慮加強材料后所增加的囊體重量，在飛艇獲得初始下沉力后的下降過程中，如何有效解決飛艇囊體所承受的、不斷增大的壓力問題，則是一定不能回避的。因為軟式飛艇的囊體需要始終保持其外形，否則就會喪失可操縱性。飛艇從數十千米的平流層返回到地面，大氣壓強增大了數十倍，飛艇從開始下降就需要持續對抗大氣壓強，對抗力還得不斷增大才行。換言之，根據能量轉換和守恒定律，飛艇從數十千米的平流層下降回到地面，大氣壓力對飛艇做了多少功，飛艇就必須對抗大氣壓強付出相同的功，才能維持其囊體外形以保持可操縱性。
理論上，能攜帶任務載荷在數十千米高度長航時作業的實用軟式平流層飛艇，其體積至少也得有數萬立方米。因此，當它從數十千米的平流層下降返航時，需要把近百萬立方米密度逐漸由小到大的空氣，先是鼓入進而壓縮到其數萬立方米的艇囊中，如此才有可能以對等的內壓來持續對抗囊外大氣壓強，以免飛艇囊體變形而失去可操縱性。在人類現有技術條件下，任何基于阿基米德浮力定律的浮空器，顯然都無法承擔功耗如此巨大的作功系統。
人們還記得那個著名的“馬德堡半球”實驗。據史冊記載，1654年5月8日，在神圣羅馬帝國時期的雷根斯堡，奧托·馮·居里克向羅馬皇帝斐迪南三世演示了大氣壓強巨大威力的半球實驗。他先將兩個沉重的銅制半球小心翼翼地對接在一起，不用任何粘合劑的輔助將它們密合成一個圓球，并用自制的真空泵將球內的空氣抽掉。隨后，奧托·馮·居里克驅使兩隊各15匹壯馬，從兩側以相反的方向試圖拉開這兩個半球。然而無論這些馬匹如何竭盡全力，始終都無法將這兩個半球拉開，兩個半球最終還得通過解除真空狀態才得以分離。此后幾年中，居里克還多次在馬德堡等地重復演示了該項實驗，結果都相同。
從這個300多年前的物理學經典實驗中李曉陽得到啟發：人類對抗大自然的能力終有限度，深入了解并適應而非總是試圖對抗大自然規律，是人類掌握和利用大自然的不二法則。此外，過多依賴和迷信數理邏輯計算也可能會誤入歧途，因為許多在數學計算上能夠成立的技術理論，在物理事實中卻是違反自然規律而不可行的，這樣的事例并不鮮見。
過往各類平流層飛艇方案難以化解或繞開的結構矛盾，大多是因為需要對抗但又無法對抗大氣壓力而引發。因此， 李曉陽認為在現階段科技能力條件下，巧妙利用而不是對抗大氣壓力，才是能否真正實現平流層飛艇的關鍵所在。
通過大量的基礎理論研究和相關技術實驗，一種全新的平流層飛艇創造思路在李曉陽的腦海中形成了。2000年，李曉陽提出了變體式空天飛艇的創新科學理論及其實現技術； 2005年，中國專利局和美國專利局先后授予李曉陽變體式空天飛艇（Transformable Airship）發明專利權。
變體飛艇從根本上改變了人類現有各類飛艇的設計思想和工程方法，其原理簡單說來就是：通過在現有科技條件下可行的技術方法，使飛艇能夠實現自適或可控的數十倍容積變化，改變其靜升力而改變其在垂直向的運動；變體過程中能保持可操縱性和動升力，從而實現從地面到臨近空間的三維全向可控飛行或定點懸浮，并能操縱返回地面指定點，以便維修養護和重復使用。變體式空天飛艇可分為徑向變體和縱向變體兩大類型，分別針對不同的應用目的和應用范圍。變體式空天飛艇科學理論、技術方法和研制進展等，一些公開文獻已有相關記載，本文不再贅述。
變體空天飛艇巧妙地利用了大氣壓強這個取之不盡的能源，在對流層和臨近空間都能輕松升降、在各高度定點懸浮駐空和巡航飛行，并能有效操縱返回地面指定位置。記者曾就“平流層飛艇為什么一定要能有效操縱返回地面指定位置”這個問題，咨詢李曉陽博士，李博士這樣回答了我的疑問：平流層飛艇的整個運行過程都必須能夠有效和可靠地進行操縱，包括途經對流層往返平流層，和在平流層長時間定點懸浮或按預設航線巡航飛行作業，并能根據需要隨時操縱返回基地，缺乏這些最基本條件的“平流層飛艇”也就缺乏實用意義。
此外，任何一種航空航天器都有其安全使用周期和壽命，不僅需要定期或不定期返回地面維修養護，壽命結束后也必須返回地面銷毀。發展航空航天技術的目的，主要還是為居住在地球上的人類服務，但我們不能僅僅考慮如何發展和應用航空航天技術而不重視其中的隱患。例如，自蘇聯發射人類第一顆人造衛星“斯普特尼克”1號以來，世界各國先后向太空發射了大約4000多顆衛星，當中許多衛星如今已經成為了太空垃圾，是懸在人類頭上的“達摩克利斯之劍”。雖然這些太空垃圾中的大部分都在掉回地面的過程中燃燒殆盡，或掉入沒有人煙的大海，但由于這些太空垃圾墜回地面的過程是不可控的，因此完全有可能給人類帶來難以預測的災難。面對太空垃圾這一嚴峻問題，人類至今仍然束手無策。所以，我們在發展新技術的同時應當高度重視前車之鑒，不要又給自己埋下災難伏筆。
有代表性的各類平流層飛艇
1、美國HALE-D平流層飛艇
2011年7月27日，美國軍方和洛克希德·馬丁公司在俄亥俄州實施了HALE-D平流層驗證艇的首航試飛，這是處于平流層飛艇研究領域世界領先地位的美國所進行的最新實驗。HALE-D平流層驗證艇采用典型的軟式飛艇原理，其設計技術指標是：直徑約21米，體積約1.8萬立方米，攜帶約22千克的攝像機和通信轉發器，可到達18～21千米的平流層高度并停留10～14天。
這艘耗資巨大的平流層驗證艇試飛結果是：當HALE-D平流層驗證艇升高到約9.7千米的高度時，它的囊體就超過了承壓極限而破裂，于是飛艇失浮下沉。由于其僅有10KW功率的小電動螺旋槳難以驅動體積龐大、因失壓而變形的艇體，故該艇連飄帶降隨風位移了100多公里后墜落到賓夕法尼亞州的森林里，未能達到預期的試驗目標。
HALE-D驗證艇1.8萬立方米的體積顯然很巨大了，但它仍只是美國“HAA高空飛艇”項目的縮比小艇而已。事實上，HAA高空飛艇項目在幾年前就已經被終止了，終止原因是專家和用戶們有足夠的理由懷疑“該飛艇是否實用？”和“平流層飛艇的關鍵技術能否突破？”。
2、日本“同溫層平臺”平流層飛艇
日本宇宙開發事業團等機構投入巨資聯合開發的“同溫層平臺”平流層飛艇，2003年8月實施了一次檢驗升空高度極限的試驗。該飛艇的設計技術指標是：艇長約47米，直徑約12 米，體積3566立方米，起飛重量約500 千克，設計升限16千米。
“同溫層平臺”平流層飛艇采用類似施放高空氣球的方法，利用凈靜浮力自由飄浮升空。據報該艇上升30分鐘后曾到達16.4千米高空， 其囊體在此高度因超過了承壓極限而破裂。和高空氣球傘降回收的情形一樣， 該艇自由墜落下沉的過程是不可控的， 隨風飄降到海濱小城日立市附近海域低空，傘降到海面打撈回收。
從實驗表現和結果來看，日本“同溫層平臺”平流層飛艇實質上仍只是一種外觀呈飛艇狀的高空氣球，沒有動力而不可操縱，只能隨風飄蕩，更不能操縱下降返回地面指定位置。因此，該浮空器顯然與人們愿景中的平流層飛艇相去太遠。
3、螺旋槳動力平流層雙氣球飛艇
2011年10月，美國JP航宇公司在內華達州施放了一個懸掛著電動螺旋槳的氣球組，這個名為坦德姆（Tandem）的雙氣球飛艇能夠浮升到約3萬米的高空。
坦德姆雙氣球飛艇構造是將兩個普通高空氣球分別固定在碳纖吊架的兩端，利用兩個安裝在碳纖吊架上的電動機驅動螺旋槳，在無風或微風的環境中，螺旋槳可以帶動兩個氣球沿水平向緩慢位移或左右旋轉。當雙氣球飛艇浮升到其氣球承壓能力極限的高度時，一個氣球自行爆炸泄氣，另一個氣球則人工遙控放氣。地面人員借助艇上的5個降落傘，把雙氣球飛艇的儀器設備傘降回到地面。然后，根據儀器設備接地后信標發出的位置信號，將它們尋回。
高空氣球是輕于空氣浮空器的一種，它們一般都能浮升到數萬米以上的臨近空間中下層。氣球與飛艇的區別，主要在艇可以操縱而氣球難于操縱。這是因為雖然氣球、飛艇兩者的體積都較為龐大，但飛艇艇囊流線形的減阻設計使它的迎風阻力顯著降低，而且飛艇艇囊還具備一定的動升力，這就使得飛艇能夠借助驅動裝置實施飛行控制。相比之下，球形物體的阻力系數相對很大，而球體微小的動升力也幾乎可以忽略不計。因此，即使給氣球配上驅動裝置，其效率也會很低，在風速較大或流速多變的環境中幾乎無法操縱。
4、升浮一體混合飛艇
100多年前，人們就提出過各種利用機翼來增加飛艇升力的“升浮一體混合飛艇”方案，例如建于1903年的Santos-Dumont飛艇，就是采用了這種結構。這類結構的飛艇重于空氣，理論上，其所配置的機翼或其他升力裝置能夠幫助飛艇獲得額外的升力，因此可以看作是飛機和飛艇的結合體。
歷史上諸多類似實驗表明，升浮一體混合飛艇工作效率很低，集中了飛艇和飛機的缺點而損失了兩者的優點，因為：重于空氣的升浮一體混合飛艇必須依靠于引擎的動力才能保持在空中的升力，起飛和降落都需要相對較快的速度。由艇的功耗與其相對空氣速度的三次方成正比，高速飛行正是飛艇的弱項；飛機的升力則與速度的平方成正比，低速飛行時機翼將不能提供足夠的升力。簡單說來就是飛艇要慢而飛機要快，才能發揮各自的長處，升浮一體混合飛艇顯然無法解決這個致命的矛盾。
充滿大量氣體的艇體不能像飛機那樣方便和易于操作，升浮一體混合飛艇也不可能像飛機那樣在跑道上高速滑行起飛。此外，如何解決柔弱的艇體在高速著陸時需應對的巨大撞擊力問題也不容易，對付著陸撞擊力的堅固結構給飛艇帶來的重量，是飛艇無法承受的。
升浮一體混合飛艇的機翼不能做得很大，故其產生的升力會比較集中，因此升浮一體混合飛艇必須具備更強的結構來支撐這個力。由此而增加的構架、燃料、發動機及相關操作裝置等的重量，將會超過由機翼產生的升力。
顯而易見，升浮一體混合飛艇方案并不適用于平流層飛艇。
5、變軸長可折疊飛艇
2006年10月27日，美國一個民間航空愛好者團體首次試飛了他們創造的“變軸長可折疊飛艇”，該飛艇有兩個特征：一是采用了雨傘狀可折疊的艇囊結構，二是利用“給定表面積的幾何體中，球形容積最大”這一數學原理，通過拉長或縮短艇囊的“變軸長”方法來改變艇囊容積，以期能夠增加或減少飛艇浮力，使它上升到平流層的高度。
該艇是熱氣飛艇，艇載液化石油氣燃燒產生的熱氣從艇體下部的開口進入艇囊，加熱囊內空氣，使囊內空氣密度低于艇囊外部空氣而獲得浮力升空，基本原理與人們常見的熱氣球類似。該飛艇長31米，最大直徑21米，最大重量1860千克，巡航速度16千米/小時，汽油發動機驅動螺旋槳推進，巡航時的艇囊容積為5805立方米。不飛行時，其艇囊可以折小到42立方米。
該飛艇艇囊結構由三部分構成：織物蒙皮；鑲入織物里的柔性骨肋；貫穿艇體中心軸的張力線。艇囊的關鍵技巧是一個典型的“張拉結構”，在艇囊里的骨肋處于壓縮下，織物蒙皮和張力線處于相反的張力下。張力結構的原理廣泛應用了一個多世紀，最普遍的例子就是人們日常生活中所用的折疊傘。
將表面積一定的球體拉長或縮短，其容積最多只能有約2.5倍的變化，而地面與數萬米高度的平流層卻有數十倍的空氣密度差，因此將該艇折疊傘式的“張拉結構”用于平流層飛艇并沒有明顯增益，其“變軸長”的折疊結構給飛艇增加的重量，將會抵消熱氣飛艇容積增大所獲得的浮力。
6、可折疊/展開平流層飛艇
可折疊/展開平流層飛艇方案由美國約翰·霍普金斯大學提出，稱為HARVe飛艇。HARVe飛艇的研究目標，是探索低成本平流層飛艇的科學理論和技術方法。該飛艇要求能夠折疊放入巡航導彈中，巡航導彈則由潛艇承載并從海下發射升上18.3-30.5千米高度的平流層。到預定高度后，導彈解體釋放出HARVe飛艇執行預定任務。
該飛艇的研究團隊認為HARVe具有極大的潛在軍事應用價值，是保衛國土安全和滿足國土全地域無縫隙偵察的理想平臺。方案中的HARVe飛艇是一次性的，不能操縱返回地面故不能重復使用。在平流層巡航約30天后， HARVe飛艇會自行解體或用其他方法將其摧毀。業內認為，如果計入導彈、潛艇承載與發射等的費用，HARVe飛艇的總體運行成本其實并不低。
一、高新技術產業的內涵
關于高新技術產業，國際上一般采用技術密集度（R&D經費強度或R&D人力強度）作為確定的基本依據。美國對高技術產業的定義經常采用兩種指標，其一，產品研究與開發費用在銷售額或增加值中所占比重；其二，科技人員（包括科學家、工程師、技術工人）占總勞動力的比重。因為，研究與開發強度反映了產品和技術變化的速度,以及產業和公司的技術含量。
經濟合作與發展組織（OECD）把研究與開發密集度（即R&D經費占工業總產值的比重）作為界定高技術產業的標準，將相對于其他制造業而言具有較高R&D密集度的產業定義為高技術產業。OECD在20世紀80年代將R&D經費占總產值高于4%的行業劃分為高技術產業，90年代后期這一標準提高到8%，其成員國均按該組織確定的劃分標準統計高技術產業并進行國際比較。2001年OECD依照新的國際標準產業分類重新確定了高新技術產業分類標準，根據13個成員國1991年～1997年間的平均R&D經費強度（R&D經費占產值的比重和R&D經費占增加值的比重），將制造業中的航空航天制造業，醫藥制造業，計算機及辦公設備制造業，無線電、電視及通信設備制造業，醫療、精密和光學科學儀器制造業5類產業確定為高新技術產業。
歐盟《科學技術指標報告》把有很高的經濟增長率和國際競爭能力，有較大的就業潛力，同時R&D投入高于所有部門平均水平的航空航天制造業，化工產品制造業，醫藥品制造業，汽車及零部件制造業，科學儀器制造業產業作為技術密集型或先導產業。
我國對高新技術的界定基本上采用經濟合作與發展組織的新舊兩種口徑。采取概括法，也稱例舉法，即按技術類型定義高技術產業。1991年3月原國家科委公布了《國家高新技術產業開發區高新技術企業認定的條件和辦法》，對高新技術的范圍進行了規定，把新興科學與技術融合在一起，把高新技術的范圍劃定為：(1)微電子科學和電子信息技術產業;(2)空間科學和航空航天技術;(3)光電子科學和光機電一體化技術;(4)生命科學和生物工程技術;(5)材料科學和新材料技術;(6)能源科學和新能源、高效節能技術;(7)生態科學和環境保護技術;(8)地球科學和海洋工程技術;(9)基本物質科學和輻射技術;(10)醫藥科學和生物科學工程；⑾其它的新工藝、新技術。
根據2006年科技部、財政部、國家稅務總局共同組織編制并頒布的《中國高新技術產品目錄2006》，涉及電子信息、現代交通、航空航天、先進制造、生物醫藥和醫療器械、新材料、新能源與節能、環境保護、地球空間與海洋、核應用技術、農業共11個領域的產品。
二、高新技術產業及其產品屬性
高新技術產業同傳統產業相比有著獨特的特征，主要是高投入、高風險、高收益等。OECD提出的高技術產業的五個特征是：(1)強化研究與開發工作;(2)對政府具有重要戰略意義;(3)產品與工藝老化快;(4)資本投入風險大、數額高;(5)研究與實驗成果的生產及其國際貿易具有高度的國際合作與競爭性。
具體表現在以下幾個方面:
第一，知識技術密集性。高新技術產業是知識技術密集型產業，與產品或勞務相關的新知識、新技術、人才和R&D資金密集程度決定產業的發展水平和層次。
第二，高投入性。高技術產業的高投入主要體現在研究與開發階段的投入，這是與資本密集型產業在投向上的主要區別，因而技術密集度（R&D經費支出占總產值比重）成為劃分高技術產業的主要依據。從事高新技術R&D活動要取得科技成果，這項科技成果無論是自己研究產生的，還是他人研究產生的，都需要投入研究費用。通常，技術難度越大、越復雜，需要投入的資金就越多。此外，高新技術企業在產業化階段推向市場和擴大市場占有率方面也需要大量的資金投入。
第三，高風險性。高新技術企業的高風險來自它所面臨的眾多不確定性因素，主要體現在:(1)技術風險。高新技術及產品R&D過程的不確定性，高新技術轉化為現實的產品或勞務的不確定性，存在因技術失敗而造成損失的風險；同時還有其他新技術、替代技術的產生使現有技術急劇貶值所帶來的風險。(2)侵權風險。如果企業通過大量的R&D投入所取得的技術、發明、產品或軟件等得不到法律的有效保護，在推向市場后被其他企業仿冒或侵權，研制該產品的企業很快便會無利可圖，甚至可能無法回收R&D費用。因而，構建良好的知識產權保護體系是維護高新技術企業利益的核心工具和手段。此外，高新技術企業的高投入意味著，如果企業的生產規模與效益、投入與產出等不匹配，企業會面臨巨大的財務風險。
第四，高回報性。高新技術企業如果創業順利，通常具有極高的收益率。這種高收益性往往來源于內在化于企業產品的知識和技術的壟斷性、排他性。借助于市場的需求和技術的壟斷，給企業帶來超出傳統產業的壟斷利潤。
第五，創新性。高新技術是以最新科學研究成果為基礎，通過代價高昂的研究和探索，促成技術和應用不斷創新。高新技術在產品開發中的應用加速了高新技術的滲透和輻射，只有不斷創新的產品才具有持續的國際市場競爭力。創新過程的實質是技術知識的投入產出過程。無論是以新產品還是以新工藝出現的創新，其中都包含了新的技術知識。知識往往具有公共品的特性，即非競爭性和非排他性。創新正是由于包含了新的技術知識而具有一定公共品的特征，從而具有技術方面的外部性?？梢哉f，高新技術產業的核心特征就是創新特性――技術創新、產品創新,以及組織和制度創新。
第六，時效性。當代世界科技發展日新月異，高新技術成果不斷涌現，而且從研制、開發到生產應用的周期也在迅速縮短，高新技術產品的生命周期也在縮短，高新技術及其產品的市場競爭的激烈、時間效益特性更加突出。只有及時將高新技術成果產業化，高新技術產品才會有競爭力。
三、創新能力：高新技術產業的核心競爭力
創新是高新技術產業持續發展的力量源泉，也是提升高科技企業核心競爭力、獲取競爭優勢的重要甚至惟一途徑。我國高新技術產業雖然近年發展較快，但總體規模小，高技術密集度、高附加值、高效益的優勢尚不顯著，國際競爭力不顯著；企業傳統的“重產品引進，輕消化吸收”、“重模仿創新、合作創新，輕自主創新”的模式導致創新能力尤其是自主創新能力薄弱，缺乏擁有自主知識產權的技術和產品，在國際分工中所處的地位和發展水平與領先國家尚有較大差距。
以軟件產業為例，印度2005-2006財年軟件出口236億美元，整個產業產值達296億美元；中國2005年的軟件出口值為35.9億美元。從軟件外包業務看，我國的軟件外包項目大多為低端外包出口，中高端的項目很少；以做數據錄入、編碼測試等工作為主，這不利于中國軟件業的長期發展和做大做強。2005年中國軟件外包服務市場規模達9.2億美元，約占全球軟件外包的2.3%；2006年達到14.3億美元。在全球軟件外包服務市場的競爭格局中，排名第一的印度約占有全球離岸外包業務50%的份額。這些數據表明，中國軟件外包業整體規模與印度相去甚遠。
為了改變我國高新技術產業創新能力不足的問題，本文提出以下建議：
1.鼓勵并培育具有創新能力的企業組織，提高高科技產業核心競爭力。加強科研機構、大學與企業之間的知識交流，使之逐步形成企業創新能力的新知識和新技術來源。誘導企業通過學習和模仿，形成技術創新的新思維，以解決技術創新不足的問題。
2.注重創新人才培養。高素質的人才是最為稀缺的創新資源，是決定創新水平的關鍵因素，也是企業創新的根本動力和競爭制勝的關鍵。因此，必須加強人才開發，全面提高勞動者素質，培養和引進自主創新帶頭人，形成企業多元創新人才結構。值得注意的是，大學在重視完成人才寬厚的基礎知識儲備的同時，更應重視讓學生發展自主學習的能力，讓學生學會獨立地分析和思考。加強對學生自主學習、科學精神與實踐能力的培養，為創新提供必需的能力基礎，使創新型、創業型人才培養成為我國高等教育人才培養體系的一個重要部分。只有培養出具備創新才能的人才，才有現實意義上的創新企業和創新產業。
3.構建良好的投融資環境。健全的風險投資體系和完善的資本市場是高新技術產業發展的基本要素，這是由高新技術產業的成長規律決定。時下技術創新不能夠順利轉化為實業、不能夠順利實現創業，一個很重要的原因就是融資困難。對于創業型的企業，特別重要的就是廣義的風險投資，包括風險投資和私募股權基金，能幫助以技術人員為主的這些創業企業成長壯大。盡快建立健全風險投資、創業投資機制，通過產權抵押、知識產權專利入股等資本化操作方式分散企業創新的風險，確保企業創新的收益。
4.建立以知識產權為核心的現代產權制度。加快有關知識產權保護的立法進程，嚴格執法程序，嚴厲打擊侵犯知識產權的行為。沒有對創新產品知識產權的保護，就沒有對創新者的利益實現保護，也就無法提高企業研發創新的積極性。明確市場與政府的職能，優化技術產業化的環境。
5.完善高新技術產業的發展環境。政府的主要責任，就是要為創新和創業構建一個好的環境。強化對高技術企業的綜合服務能力，重點發展各類科技企業孵化器，加快高科技園區、大學科技園、科研機構創業園、留學人員創業園的建設；加強孵化服務的公共技術基礎設施平臺建設。鼓勵多種模式發展高新技術產業中介服務機構，引導以生產力促進中心、風險投資機構等科技中介機構的發展，為科技型企業發展提供市場化服務平臺。另外，政府還可以通過財稅優惠、融資資助、研究發展經費補助等獎勵措施或優惠政策來鼓勵產品技術創新。
參考文獻：
[1]劉友金:集群式創新與創新能力集成――一個培育中小企業自主創新能力的戰略新視角[J].中國工業經濟， 2006，（11）:22～29
1.前言
材料加工是一門多學科交叉的學科，它涉及的內容包括材料、物理、力學、機械、信息等，它涵蓋的內容有很多，主要包括金屬塑性成形、表面處理、粉末冶金成形等方面[1]。材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產效率有了較大提高，生產成本得以降低，材料使用壽命得到保證，同時，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義。今天，各種新技術的發展日新月異，然而，材料加工技術仍然是無可替代的，它對國民經濟的發展起著十分重要的作用。如今，隨著科學技術的飛速發展，不斷有新的材料加工技術出現。在機械制造行業里，材料加工有著舉足輕重的地位，在制造行業中起著基礎作用。
2.材料加工技術的發展現狀
從20世紀至今，出現了許多新型材料與新材料技術，主要代表有高溫超導材料、納米材料等，造成這種現象的重要因素是飛速發展的科學技術，如電子信息技術和航空航天技術，這些技術大大促進了新型材料的研究，許多新材料技術得到了開發。
然而，仍有個重要的問題存在，新型材料的研發與材料加工技術發展并沒有達到同步，這樣大大制約了新型材料的發展與運用。比如，一種性能優越的新型材料，具備很好的實用性，但是由于沒有適宜的加工技術，導致該材料的規?；a和利用效率低下且成本較高，制約了材料的發展，使得高性能的材料沒有得到很好的運用。由此看來，發展材料加工技術的任務勢在必行。
21世紀以來，材料加工的發展將會體現出的主要特征有：
（1）實現材料加工工藝與材料性能設計的統一。要實現這個統一，將會在材料加工技術領域發生重大變革，這是進入發展加工工藝技術的標志。
（2）在生產加工過程中對材料各個方面精確控制。要做到這些，不僅需要高度發展的計算機模擬仿真技術，還需要完備的數據庫系統。
20世紀90年代，材料加工技術的革命已經開始，其中，就如今的發展情況來說，人工點陣與復合材料特別能代表此次的革命，尤其是人工多層膜材料以及各種層狀復合材料。
3.材料加工技術的展望
3.1材料加工技術總體發展趨勢
材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產效率有了較大提高，生產成本得以降低，材料使用壽命得到保證，并且，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義[2]。隨著科學技術的飛速發展，材料加工技術快速地發展，不斷有新的材料加工技術出現。該技術的總體發展趨勢，可以總結為三點，分別是過程綜合、技術綜合、學科綜合。
（1）過程綜合。過程綜合的趨勢涵蓋了兩層意思，第一，實現材料加工工藝與材料性能設計的統一，使新型材料的研發與材料加工技術發展同步，使各個環節緊密地聯系在一起；第二，指的是材料加工技術的各個過程的統一，這也可以稱作短流程化。
（2）技術綜合。材料加工已經逐漸發展成為結合多種學科的一門科學，材料加工技術綜合了其它學科，使得材料加工得到了長足發展，如制備技術與信息技術的綜合。
（3）學科綜合。學科綜合在許多方面都有所體現，主要表現為三個方面：第一，與傳統三級學科相結合，例如與鑄造技術綜合；第二，與二級學科綜合，例如與材料物理與化學綜合，從一定意義上來看，與二級學科的綜合是由現代科學技術的發展要求造成的，要求根據使用需求對材料性能進行設計，在這一層面進行學科綜合的主要特點是，各學科間界限逐漸變得不清晰，各學科相互滲透；第三是與其他一級學科的綜合，是材料科學與工程學科以外學科的綜合[3]。
3.2金屬材料加工技術的主要發展方向
上文著重敘述了材料加工的總體發展趨勢，現在著重對金屬材料今后的主要發展方向進行論述，發展方向主要包括六個方面：
（1）縮短常規材料加工流程化，提高加工效率。今后的材料加工趨勢將打破傳統成形加工方式，使得材料加工工藝流程得以簡化縮短，有效簡化工藝環節的冗余部分，最終連續化生產，從而達到提高效率的目的。
（2）成形加工技術更加先進，對組織和材料性能進行高效精確的控制。使得傳統材料品質得到很大提升，更便于使用。對于難以加工的材料，將會大大提升其加工性能，并開發出高附加值的材料。
（3）材料設計、制備與成形加工一體化，有效簡化材料加工工藝流程，實現連續化生產，從而達到提高生產效率的目的。
（4）進行新技術研發，開發先進的制備技術與成形技術，研發新材料，例如，大塊非晶合金制備與應用技術、電磁約束成形技術等。
（5）運用計算機科學，對材料加工過程中的數值進行模擬仿真，并利用所得數據建立相應材料的數據庫，這將大大促進材料加工技術的發展。
（6）材料制備與加工的智能化，這是材料制備加工新技術中最被關注的研究方向，智能化的生產與加工可以使材料生產的可靠性以及生產效率都得以提升，并使得原材料的消耗及廢棄物的排放減少。
4.結語
從20世紀至今，出現了許多新型材料與新材料技術，如電子信息技術和航空航天技術，這些技術大大促進了新型材料的研究，許多新材料技術得到了開發，材料加工技術的過程、技術以及學科綜合得以深化。材料技術的發展對材料的生產和改性有巨大促進作用，從而使得材料生產效率有了較大提高，生產成本得以降低，材料使用壽命得到保證，并且，這也對促進分析研究新型材料、使研究成果產業化發展有著重要意義。材料加工技術以其在科技中無可替代的地位，對我國國民經濟的發展起著十分重要的作用。
【參考文獻】
