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達索系統近日攜最新3D體驗平臺及相關航空航天應用參展第九屆中國國際航空航天博覽會，與業內人士分享了其虛擬現實立體交互漫游系統、面向虛擬試飛的完整研發流程以及實時協同審核的最新解決方案和成功案例，引發了業界的廣泛關注和強烈反響。
達索系統是全球飛機設計和尖端解決方案的先驅者，在航空航天領域有著豐富的行業經驗和前瞻的技術優勢。全球前20家最大的飛機制造商和主要代工廠都采用達索系統的解決方案，而所有重要的航空工業的新研發項目，也都應用了達索系統的技術。在國內，達索系統的解決方案被中航集團各研究所以及國內一些大型的航空航天企業普遍采用。此外，達索系統還參與了中國首架具有完全自主知識產權的新支線飛機ARJ21和國產大型客機C919等國內重要航空項目的研發和設計。
2012年是達索系統開創新紀元的重要一年，了具有行業里程碑意義的3D體驗戰略——全新的3D體驗平臺。此次航展，達索系統亮相了基于3D體驗平臺的最新航空航天解決方案（包括CATIA， ENOVIA， SIMULIA， DELMIA and 3DVIA），這一解決方案更強調體驗，讓不僅僅能在產品交付前使用戶進行體驗，且將用戶體驗始終貫穿整個研發過程。新解決方案在單一的數據庫上建構了所有的角色，從設計開始到總體、審核、工藝、檢驗、測量，到工廠、工人甚至到維護，都基于同一個系統。同時，達索系統還展示了面向虛擬試飛的完整研發流程和數字化設計環境下的實時協同審核方案，以及航母戰斗群與戰斗機虛擬現實立體交互漫游系統，該系統采用源自德國的工業級紅外跟蹤系統ART SmartTrack，可跟蹤操作者視角，通過6自由度手柄進行全方位導航，方便易用。
關鍵詞：計算力學；多物理場耦合；先進復合材料；有限元技術（FEM）
中圖分類號：V211 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0252-02
1 力學在航空航天領域的支柱地位
作為與材料科學、能源科學并肩的航空航天領域三大基礎學科之一，力學在航空航天領域擁有無可辯駁的支柱地位。航空航天技術的發展與力學學科的發展有著舉足輕重的關系。同樣，力學學科的發展也推動了航空航天技術的發展。從航空航天的歷史開端，力學便扮演著開天辟地的角色：萊特兄弟發明飛機前的時代，人類的航空器長期停留在熱氣球與飛艇的水平，人們普遍認為任何總密度比空氣重的航空器是無法上天的；而隨著流體力學的發展，越來越多總密度大于空氣的航空器被發明出來進行試驗，而萊特兄弟的飛機即為第一個成功的嘗試，萊特兄弟的L洞也成為一個經典（圖1）。從此，航空器的發展步入了快車道，各種結構的飛機翱翔于藍天，從不到一噸的輕型飛機到上百噸的運輸機，直至今天我們對機已經習以為常。
時至今日，航空航天的總體設計已由龐大的力學各分支支撐起來，從最基本的方面分類，可包括：飛行器整體氣動外形歸屬于空氣動力學；整體支承結構歸屬于結構力學以及材料力學；復合材料歸屬于復合材料力學；材料疲勞性能歸屬于疲勞分析；結構動力特性歸屬于振動力學；缺陷結構分析歸屬于損傷力學以及斷裂力學。而對于具體的問題細分，則還有如：針對超高速飛行器的高超空氣動力學；針對紊流等大氣不穩定情況的非定常空氣動力學；針對流固耦合問題的氣動彈性力學；以及針對非金屬材料的粘彈性力學等。此外，還有眾多與力學相關的技術被發展起來，如有限元技術（FEM）等。
展望未來，力學發展的源動力在于航空航天綜合多學科的交叉與技術。被譽為“工業之花”的航空航天工業，其研發生產涵蓋了目前已知的所有工科門類，如此多的學科交叉下，力學的發展勢必會與其他學科進行技術交流，這會帶來問題的進一步復雜化，同時也豐富了力學的研究內容。
2 航空航天領域力學發展新挑戰
航空航天的發展，給力學帶來了新的挑戰。結構的日趨復雜，給力學計算帶來困難；繁瑣的理論公式，需根據工程需要進行必須的簡化；新材料的應用在航空航天領域最為敏感，在為飛行器降低結構重量的同時，也帶來諸多的不利因素如耐熱性能差、環境敏感度高等；而在某些關鍵部件的多物理場耦合問題也將成為重要的研究方向。
2.1 程序化
航空航天器和大型空間柔性結構的分析規模往往高達數萬個結點、近十萬個自由度的計算量級，這些問題包括但不限于：飛行器的高速碰撞間題，如飛機的鳥撞， 墜撞，包容發動機的葉片與機匣設計，裝甲的設計與分析，載人飛船在著陸或濺落時的撞擊等。為了解決這種計算量龐大的問題，上世紀50年代初，力學便發展出一門嶄新的分支學科――計算力學。伴隨著電子計算機以及有限元技術的發展，計算力學取得輝煌的成績，這也說明了其本身發展潛力巨大。
力學分析技術的發展，特別是對于各種非線性問題（幾何非線性、材料非線性、接觸問題等）分析能力，是長期存在的。然而在很長一段時間內，受到計算機能力的制約，以及模型建立本身的局限性，力學分析求解停留在解析方法和小規模數值算法中。這對于工程人員的設計工作是一個極大的限制，對于航空航天領域而言則尤甚如此。計算力學的發展，帶來的效益是巨大的。首先其可以用計算機數值模擬一些常規的驗證性試驗和小部分研究型試驗，這可以節省很大一筆試驗費用。其次，其可以求解某些逆問題，逆問題的理論解往往無法通過非數值的手段得到。最后，從工程管理角度考慮，數值模擬方法大大節省了產品研發的周期，由此單位時間內產生了更多的經濟收益。有限無技術分析機翼見圖2。
上述計算力學給工程設計方面帶來的種種好處，都基于一個很重要的前提。那就是力學問題程序化。如何將力學問題轉化為一個計算機可以求解的程序，一直是計算力學研究的重點，比如有限元技術就是其中一個典型代表。目前，有限元技術已經涵蓋了大部分力學問題，包括：靜力學求解，動力學求解，各種非線性問題，以及多物理場耦合等。但值得注意的是，除了靜力學以及相對簡單的問題外，其余問題所用的算法目前精度仍然有限，相較于工程運用而言仍存在諸多壁壘。對于這些問題算法的更新，是力學問題程序化必須面對的挑戰，仍需研究人員不斷探索。
2.2 工程化
力學工程化依然是基于計算力學而討論的。所不同的是，程序化是針對一項力學問題能不能解決，工程化關注的問題是如何使得力學問題的解決過程更符合工程需求。
21世紀的航空航天，已經越來越趨向于商業化，美國已有數家私有航天企業成立，我國的航天科技集團也在進行著一些商業衛星發射。而商業化的工程問題，所追求的目標永遠是效益。因此，力學工程化發展也應基于這一要求。航空航天工程的研發工作，一直給人周期長的印象，動輒10年以上的研究周期，對于目前商業化的運營是不適用的。如何快速的給出解決方案，是今后力學工程化的重要考量。隨著軟件技術的發展，越來越多的數值計算可以通過可視化、圖表化等快捷的交互式設計方法呈現出結果，這可以直觀地給予工程師設計反饋，從而達到加快設計進程的目的。同時，直觀的結果反饋，也能避免數據分析過程出現人為失誤，起到規避風險的作用。
2.3 非均質化
新材料往往首先出現在航空航天領域，其中典型代表便是先進復合材料。先進復合材料具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好以及性能可設計等優點。由于上述優點，先進復合材料繼鋁、鋼、鈦之后，迅速發展成四大結構材料之一，其用量成為航空航天結構的先進性標志之一。
復合材料的運用給力學提出了新要求，相比于傳統各向同性的金屬材料，其各向異性的力學特性使得非均質力學應運而生，代表便是復合材料力學的誕生。非均質化力學需要將材料的承力主方向設計為結構中的主承力方向，而非主承力方向則需要保證一定強度，不至于破壞，這是其主要的設計特點。相比各向同性材料，其理論模型更為復雜，相應的數值求解方法也沒有那么完善。同時，實際中復合材料的性能分散性和環境依賴性相當復雜， 設計準則和結構設計值的確定還很保守，導致最終設計結果并沒有理論中那么完美，很大程度上制約了工程領域大規模使用復合材料。對于國內而言，復合材料研究工作相比國外則更為落后，無論是設計經驗還是試驗數據積累都有不小差距。
建立完備的非均質化力學模型，積累足夠的原始參數，大膽嘗試提高復合材料的設計水平以及用量是今后力學非均質化的主要任務，需要研究人員付出更多的努力。
2.4 多物理場耦合
2.4.1 電磁與力學耦合
新時代下的航空航天材料，已不僅僅局限于提供簡單的支承作用，功能化是航空航天器新材料發展的重點和熱點，其最終目的是為了未來航空航天器發展智能化目標。
目前，越來越多的具有電-力耦合功能的新型材料正成為航空航天器結構材料的選擇。因為在對飛行器的自我檢測技術方面，具有電-力耦合功能的材料的受力狀態與電磁性能存在特定的函數關系，由此系統能通過檢測電磁性能達到檢測受力狀態的效果，這大大方便了對飛行器的健康監測，也有效保證了飛行器的安全。這其中耦合函數的準確性便成為關鍵，電-力耦合的發展能促進這些技術的健全，具有十分積極意義。
2.4.2 溫度與力學耦合
溫度場與力場的耦合主要體現在發動機上，對于發動機內部涵道的設計最優化一直是熱力學著力解決的問題。
目前大部分飛機均采用噴氣式發動機，包括：渦噴發動機、渦扇發動機以及渦槳發動機。上世紀40年代末，渦噴發動機出現，飛機飛行速度第一次能超過音速，帶來了一場飛機發動機的技術革命。由此，包括進氣道以及發動機涵道的設計成為發動機研發的一個關鍵點，早期的渦噴發動機，由于涵道上的設計缺陷，導致燃料燃燒產生熱能轉化為推進力的轉化比很低，同時伴隨著燃燒不充分，因此發動機耗油量很高且推力較小。經過幾十年的發展，目前無論軍用還是民用飛機發動機，大部分均采用渦扇發動機，通過優化得到的涵道形狀最大化了單位燃油所提供的推力。圖3為民用客機發動機涵道。
我國的飛機發動機工業水平距離世界領先水平仍有較大距離，特別是在大涵道比的商用發動機研發上。發展熱力學，對熱-力耦合問題進行更深入的研究，是發展我國飛機發動機事業的奠基石。
2.4.3 流固耦合
流固耦合是飛行器研制最基本的問題之一。幾十年的發展歷程中，基于流固耦合研究的飛機外形設計取得了諸多進展，包括整體機身外形的優化，翼梢小翼的出現等。隨著飛機飛行速度的不斷提高，特別是軍用飛機機動性的要求，出現了許許多多新的流固耦合問題。比如針對飛機在大攻角飛行時（一般出現在軍機上），傳統小攻角氣動表示法、穩定理論等均不再適用。因此，解決大攻角非定常問題，需要從飛行器運動以及流動方程同時出發，建立多自由度分析和數值模擬模型。這是典型的流固耦合問題。
同時，以往舊的流固耦合理論，在先進復合材料大量運用的今天，顯然已經不再使用。對舊有理論進行必要的修正，也將成為流固耦合問題亟需完成的工作。
3 結語
當前，國家大力發展航空航天事業，作為高精尖產業，其所運用的理論與技術絕不能落后。力學作為一門古老而又應用廣泛的學科，其對航空航天事業的發展起著舉足輕重的作用。為符合未來航空航天領域發展，航空航天領域的力學應著力向著程序化、工程化、非均質化、以及多物理場耦合化綜合發展。
參考文獻
[1]杜善義.先進復合材料與航空航天[J].復合材料學報，2007（2）：1-11.
[2]堯南.計算固體力學的發展及其在航空航天工程中的應用[J].計算結構力學及其應用，1993（3）：199-209.
第二代月球探索已經開始
月球探索之前一直都是國家行為，但現在越來越多的私營機構和商業公司正在尋求未來幾年探索月球。
盡管距離1969年人類宇航員踏上月球已經四十多年了，但美國航空航天局（NASA）仍然計劃重返月球。這次雖然沒有總統的號召，但美國航空航天局的探月計劃仍然是載人登月，至于時機嘛，就是他們宣布自己的新一代火箭和太空飛船“獵戶座”準備就緒的時候。就在本周，美國航空航天局公開展示了造價高達5億美元的“獵戶座”太空飛船，并宣布計劃在2014年以無人駕駛的形式展開首航，屆時將以3.2萬公里的時速飛到距離地球5800公里的地方。“獵戶座”的載人飛行預計在2019年展開。“獵戶座”本來是美國前總統小布什所制定的月球任務“星座計劃”的一部分，但奧巴馬上臺后，取消了“星座計劃”，而主張集中在改進火箭技術。不久后，奧巴馬又恢復了“獵戶座”宇宙飛船的部分，使它成為國際太空站的“逃命汽車”工具。據悉，“獵戶座”宇宙飛船包括一個供航天員乘坐和運載貨物的太空艙、一個推進電力系統與其他設備的太空艙，以及載有另一個太空艙的“發射后放棄”系統。其他國家，如俄羅斯、日本等，也有自己的探月計劃。
不過這次美國航空航天局并不打算自己大包大攬一切。與之前的航天飛行一樣，美國航空航天局再次與民間公司合作進行第二代月球探索，簡稱“探月2.0”。
新探月競賽在私人公司間展開
上世紀六七十年代的登月競賽是國家與國家之間的比賽。而這次的競賽則在私人公司之間展開，他們正在研發探月用的機器人太空飛船。美國航空航天局希望從這些公司那里學習借鑒，以協助自己未來的太空探索任務——不僅僅是探索月球，還要探索小行星和太陽系其他地方。
美國航空航天局的“創新月球演示數據計劃”（ILDD），由位于約翰遜航天中心的月球登陸器項目辦公室負責，該計劃于2010年，并在同年10月公布了一系列的合同。“創新月球演示數據計劃”允許美國航空航天局去購買商業化運營的公司或實驗室在研發月球登陸器方面的各種技術數據。
2010年10月美國航空航天局宣布與6家公司達成協議，將購買這些公司的探月相關技術數據。美國航空航天局感興趣的是正在開發的新技術的相關信息，這些技術包括系統集成和測試、發射、太空演示、制動燃燒和月球著陸等。美國航空航天局計劃利用這些數據去發展自己未來的登陸系統，為人類或機器人登月、登陸近地小行星或登陸其他太陽系目的地做準備。
2010年12月美國航空航天局宣布已經與3家公司簽訂合同，購買其登月技術數據，這3家公司分別是“月球快車”公司、“太空機械技術”公司和Dynetics公司，合同涉及金額都是50萬美元。根據合約條款，這3家公司都必須證明一個已做好航天飛行準備的月球登陸器的關鍵技術組成。而這三家公司同時也都參與了“谷歌月球X大獎賽”（GLXP）。
“美國航空航天局將是探月2.0時代的強大領導者，正如它在上世紀六十年代的著名探月競賽中所表現的那樣。不過這次美國航空航天局將通過與國際伙伴、尤其是商業公司合作來顯示自己的領導地位，同時也要進行它自己的月球探索計劃。”威廉·波默朗茨評價道，他是“X大獎基金會”下屬的“太空大獎”項目高級總監。
2012年4月23日，“月球快車”公司宣布已經向美國航空航天局交付了一個任務設計包，內容包括其探月機器人計劃和月球金屬礦產及水源開發計劃的詳細數據。
除了上述的“創新月球演示數據計劃”相關合同，“月球快車”公司還與美國航空航天局簽署了《補償太空行動協議》，以研發自己公司的月球登陸器。根據該協議，“月球快車”公司可以從美國航空航天局購買技術和技術支援服務。
谷歌設巨獎激勵探月競賽
“谷歌月球X大獎賽”是私營公司之間探月競賽的縮影，該大獎賽提供了史上最高的激勵性獎金——這也反映了登陸月球在技術和資金方面所面臨的挑戰是多么巨大。一等獎3000萬美元，將獎勵給首個成功發射機器人探月器并成功登陸月球的公司，當然，這個探月器在登陸后還必須行進500米并向地球傳回視頻、圖片和數據。
目前有25個參賽團隊競逐這3000萬美金，原本是29個。今年5月，參賽者之一“月球快車”公司收購了另一個參賽團隊“下一個巨大飛躍”。
關鍵詞:空氣動力學 流體控制 航空航天 發展方向
中圖分類號:V211 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(a)-0000-00
空氣動力學是研究物體同氣體作相對運動情況下的受力特性、氣體流動規律和伴隨發生的物理化學變化,在流體力學基礎上,隨著航空工業和噴氣推進技術的發展而成長起來的一個學科。空氣動力學的發展對于航空航天飛行器的研制有著極為重要的意義,是航空航天最重要的科學技術基礎之一,對國家安全、經濟發展、社會和諧都有著重要和用。在過去一段時間里,由于航空工業的相對成熟,關于航空領的研究更多的集中于如何通過改進制造過程降低成本,而不再將主要力量投入新技術的研究,但隨著國際形勢的日益嚴峻、信息化程度的提高以及航空運輸對安全性經濟性的要求,航空技術研究面臨著更多更新的挑戰,使得全球重新提高了對航空技術研究的關注程度。作為航空航天技術的重要基礎學科之一的空氣動力學,也面臨著全新的機遇和挑戰。
1 空氣動力學研究意義和研究現狀
1.1 空氣動力學研究意義
人們最早對空氣動力學的研究可以追溯到人類對鳥或彈丸在飛行時的受力和力的作用方式的種種猜測,但真正形成獨立學科是在20世紀航空事業的迅速發展之后,是在經典流體力學中發展并形成的新的分支,并且迅速成為發展航空航天各類飛行器的重要基礎科學和關鍵技術,推動整個人類航空航天事業的發展,成為航空航天事業發展的基礎。如今,空氣動力學已經不再僅只是應用于航空航天領域,還被應用于環境保護、公路交通、鐵路交通、冶金、建筑、體育等眾多領域,對整個人類社會的發展與進步都有著極為深遠的影響。
1.2 空氣動力學研究現狀
在20世紀90年代,隨著航空工業的迅速發展,使得航空工業整體技術程度相對于其它行業都成熟許多,基于此種原因,在較長一段時間里學界多認為航空工業已經走向成熟,尤其是空氣動力技術基礎技術方面,因此航空工業的研究將更多的集中于成本費用的降低,而減少了對應用技術的研究重視程度,使得空氣動力學的研究相對緩慢。進入21世紀以后,隨著計算機技術、通信技術、飛機設計技術等的發展,人們重新重視起了空氣力學的研究,使得空氣動力學得到了較好的發展。如以Euler及Navier.Stokes方程為主要數學模型的整機及部件繞流流場和氣動特性計算研究領域,在我國即得到了極大的發展,并被應用于很多重點型號的研制中;再如飛機多外掛氣動干擾特性研究、現代殲擊機大攻角過失速氣動持性研究等,都取得了極大的進展,在計算空氣動力學領域也取得了突出的成績,很多研究成果處于國際先進水平。
2 空氣動力學研究所面臨的挑戰
傳統的認為空氣動力學研究已經足以滿足航空航天需求的認識很明顯是錯誤的,隨著飛機一體化設計技術、微型飛行器、行星探測飛行器的發展,必然向空氣動力學的研究提出新的挑戰。
3 先進飛機器研制需求所帶來的挑戰
隨著航空交通事業的不斷發展,以及出于國家安全等方面的需要,對先進飛行器的研制需求不斷提高。如高機動性作戰飛機、可重復使用高超音速飛行器、大型民航機、大型運輸機、地效飛行器、微型飛行器、智能飛行器、無人偵察機、戰略戰術導彈、應用衛星、概念武器等,都對空氣動力學的研究提出了更多的挑戰性課題,需要空氣動力學從復雜流場預測、噴流干擾、氣動隱身、微流體力學、氣動防熱、高超音速邊界湍流、低雷諾數流動力學、地面效應等多個方面進行更深入的研究,而所有這些研究,都涉及高度非定常、線性,包括復雜的物理化學變化效應的影響,難度極大。
例如,大容量運輸機的研發,首先需要解決大容量運輸機高燃油效率、低噪聲、常規跑道起飛著陸能力的需要。在這里,雖然高燃油效率可以通過混合層流控制技術(HLFC)、發展新型發動機、采用高效的氣動設計方面來進行滿足,但這些技術要應用到大型飛機、高Re數情況卻還存在很多缺陷和不足。再如低噪聲的研究也是大型飛機所必須關注的問題,必須充分將聲學研究向氣動研究結合在一起進行。同時,還必須考慮增升阻力、尾渦效應、發動機噴流和外流干擾效應等。
3.1 自適應流動控制需要所帶來的挑戰
傳統空氣動力學對繞復雜物體的流動,多集采用渦發生器、吸氣、吹氣、肋條等技術進行模擬研究,但這種研究主要集中于流動的被動控制,隨著近年來電子技術、軟感技術、材料技術等的發展,傳統的集中于被動控制的研究存在許多不足,必須對宏觀流動和微觀流動的主運控制進行更深入的研究,這對飛行器的未來發展有著極為重要的意義。只有提高自適應流動控制研究水平,才能提高自適應流動控制技術,為飛機結構設計提供更為全面的飛行控制函數,以有效減輕飛機重量和飛行能力。
自適應流動控制的研究主要包括減阻流動控制、邊界層分離流動控制、高升力流動控制三個方面。具有感知能力的自適應流控制技術對于去不穩定性擾動源的影響極為重要,是未來飛行器發展所需要解決的一項關鍵性技術,對于簡化吸氣裝置和相關系統都有著極為重要的意義。邊界層流分離流動控制技術則駐地改善飛機氣動性能有著重要意義,需要進一步研究射流、湍流、目標流場、近壁面壓力分布等方面的關系。高升力流動控制技術對行器增升裝置的研發有著重要意義,需要進一步研究如何在不降低飛機性能的情況下減少飛機重量提高飛機增升能力。
關鍵詞：先進復合材料；航空航天領域；飛船；衛星；火箭；飛機 文獻標識碼：A
中圖分類號：V257 文章編號：1009-2374（2016）13-0039-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.019
1 概述
現階段，我國航空航天事業得到前所未有的發展，航空航天領域對材料的要求不斷提升，為了滿足航空航天領域對材料性能的要求，應該研發新型、高性能的材料，先進復合材料應運而生，其具有多功能性、經濟效益最大化、結構整體性以及可設計性等眾多特點。將先進復合材料應用在航空航天領域，能夠有效地提高現代航空航天器的性能，減輕其質量。和傳統鋼、鋁材料相比，先進復合材料的應用，能夠減輕航天航空器結構重量的30%左右，在提高航空航天器性能的同時，還能降低制造和發射成本。現階段，先進復合材料已經成為飛船、衛星、火箭、飛機等現代航空航天器的理想材料，同時，先進復合材料已經和高分子材料、無機非金屬材料及金屬材料并列為四大材料。因此，文章針對先進復合材料在航空航天領域應用的研究具有重要的現實意義。
2 我國先進復合材料發展現狀
自20世紀70年代開始，我國就開始了對復合材料的研究工作，經過40多年的研究與發展，我國先進復合材料的技術水平不斷提高，并且取得了可喜的進步。現階段，我國先進復合材料在航空航天領域中的應用，逐漸實現了從次承力構件向主承力構件的轉變，被廣泛地推廣和應用在軍機、民機、航空發動機、新型驗證機和無人機、衛星和宇航器、導彈以及火箭等領域，即先進復合材料已經進入到實踐應用階段。但是，我國先進復合材料技術的發展和研究成果與國外發達國家的水平還具有一定的差距，現階段我國先進復合材料的設計理念、制備方法、加工設備、生產工藝以及應用規模等都相對落后。例如，我國軍用戰斗機中復合材料的用量低于國外先進戰斗機的復合材料用量，僅有少數的軍用戰斗機超過20%，例如J-20其復合材料的用量約為27%。我國成功研制的C9型民用飛機，單架飛機的先進復合材料的用量超過16噸，標志著我國先進復合材料在航空航天領域的應用水平在不斷提高。
3 先進復合材料簡介
3.1 先進復合材料的組成
復合材料是由金屬、無機非金屬、有機高分子等若干種材料采用復合工藝組成的新興材料，先進復合材料不僅能夠保留原有組成材料的特點，還能夠對各種組成材料的優良性能進行綜合，各種材料性能的相互補充和關聯，能夠賦予新興復合材料無法比擬的優越性能。先進復合材料簡稱ACM，指的是碳纖維等高性能增強相增強的復合材料。先進復合材料的多種性能都優于普通鋼、鋁金屬材料，在航空航天領域的應用，能夠有效地減輕航空航天設備的重量，同時賦予航空航天設備特殊的性能，例如吸波、防熱等。
3.2 先進復合材料的特性
先進復合材料的特性主要表現為：
3.2.1 多功能性。先進復合材料經過多年的發展，結合了眾多優異的物理性能、力學性能、生物性能以及化學性能，例如防熱性能、阻燃性能、屏蔽性能、吸波性能、半導性能、超導性能等，并且不同的先進復合材料的組成不同，其功能性存在一定的差別，綜合性、多功能性復合材料已經成為先進復合材料發展的必然趨勢之一。
3.2.2 經濟效益最大化。先進復合材料在航空航天領域的應用，能夠減少產品部件數量。由于復雜部件的連接不需要進行鉚接、焊接，因此對連接部件的需求量降低，有效地減少了裝配材料成本、裝配和連接時間，進一步降低了成本。
3.2.3 結構整體性。先進復合材料可以加工成整體部件，即采用先進復合材料部件能夠替代若干金屬部件。某些特殊輪廓和表面復雜的部件，用金屬制造的可行性較低，采用先進復合材料能夠很好地滿足實際需求。
3.2.4 可設計性。采用樹脂、纖維、復合結構方式，能夠獲得不同形狀、不同性能的復合材料，例如選擇合適的材料、鋪層程序，能夠加工出膨脹系數為零的復合材料，并且復合材料的尺寸穩定性優于傳統金屬材料。
4 先進復合材料在航空領域的應用
傳統的飛機制造以鋼、鋁、鈦合金為主要材料，而傳統飛機上應用比例最大、構成輕質結構主體的鋁合金正在被越來越流行的復合材料所替代。我們所指的復合材料主要是以高性能纖維作為增強體，用樹脂作為基體將纖維粘結在內部并固化成型的高性能塑料。隨著復合材料的迅速發展和廣泛應用，當前先進的復合材料在飛機上的關鍵應用部位和用量的多少，已成為衡量飛機結構先進性的重要指標之一。由于碳纖維材料具有耐高溫、密度低、強度大等特點，目前在航空航天領域運用最為廣泛。與密度達到2.8g/cm3左右的鋁合金相比，先進的碳纖維復合材料密度一般在1.45～1.6g/cm3左右；而拉伸強度可以達到1.5GMPa以上，超過鋁合金部件的3倍，接近超高強度合金鋼制部件的水平。這種密度低、強度剛度高的優勢，使飛機的復合材料結構部件在獲得與先進鋁合金部件在強度剛度等綜合性能方面相當的水平時，重量可以大幅減少20%～30%。復合材料在飛機結構中的應用情況大致可以分為三個階段：第一階段是應用于受載不大的簡單零部件，可減重20%；第二階段是應用于承力大的部件，可減重25%～30%；第三階段是應用于復雜受力部位，如中機身段、中央翼盒等，可減重30%。復合材料主要用于制造航空器的外飾和內飾部件，如飛機的一次構造材料：主翼、尾翼、機體，二次構造材料，副翼、方向舵、升降舵、內裝材料、地板材、桁梁、剎車片等及直升飛機的葉片。根據統計，小型商務機和直升飛機的碳纖維復合材料用量已占55%左右，軍用飛機占25%左右，大型客機占20%左右。
4.1 軍機上的應用
為滿足新一代戰斗機對高機動性、超音速巡航及隱身的需求，20世紀90年代后，西方戰斗機全部大量采用復合材料結構。先進的復合材料也大大增加了軍用運輸機的有效載重，增大了軍用飛機的載油量，克服常規材料在高超聲速飛行器研制中存在的瓶頸問題。因此，先進復合材料被廣泛地應用在軍機上，例如，碳纖維增強樹脂基復合材料，在軍機主結構、次結構以及特殊部位等方面的應用，有效地提高了軍機的耐腐蝕性、抗疲勞性，同時還具有明顯的減重效果；再如，F22由于存在超聲速巡航需求，飛機外表面會長時間與空氣高速劇烈摩擦，因此在機翼復合材料上放棄了環氧基樹脂，而使用雙馬來酰亞胺樹脂基體以獲得260℃的最大工作溫度。
4.2 民機上的應用
民機和軍用飛機不同，民用飛機作為以載客飛行和運營為目的的交通工具，對安全可靠性和經濟性要求更加嚴格。復合材料在飛機上大量應用的時間還比較短，在對材料工藝穩定性和有關試驗數據尚不十分充分的情況下，應用較多含量的復合材料需要大量時間和實踐的積累。民航上的復合材料應用受限，使用分為兩類：結構件用復合材料、艙內材料。
以波音787為例，每架飛機的結構比例中有50%是重約35噸的復合材料，這意味著它從材料密度上就減輕了15噸左右的重量。而空客也不甘示弱，新的A350客機改名為A-350 XWB，XWB意為超寬機身，復合材料的比例達到了52%，是現在所有大型商用飛機中最高的。A-350XWB的機體比B-787還寬13cm。作為世界上僅有的兩個大型商用飛機研制巨頭，波音、空客先后推出復合材料占結構比例50%的主力型號，這意味著大型客機結構設計以復合材料為主要材料的時代已經拉開序幕。波音787等新一代復合材料飛機上實現的性能提升，并不僅僅是依靠低密度材料減重得來。實際上復合材料在工藝、結構力學設計上，都有著傳統金屬材料所完全無法比擬的優勢，比如復合材料可以做出超大尺寸的整體結構部件，而且尺寸大小不會隨著溫度高低而產生變化。
國產大飛機在復合材料的應用上還比較保守，公開的報道顯示，復合材料的使用量約占C919飛機結構重量的20%。飛機上使用的復合材料主要是碳纖維增強樹脂基復合材料，它們具有高耐腐蝕、質量輕等特點，在這些性能上的確要超過一般的金屬材料。通常復合材料的價格大約是常規鋁合金材料的幾十倍，即便是我們看起來已經很金貴的鋁鋰合金材料，其價格也比復合材料低得多，所以C919僅為波音737價格的1/2左右。
4.3 航空發動機上的應用
對于航空領域，特別是發動機的結構設計制造而言，高性能系統所需的輕質和耐高溫等特性越來越重要。航空發動機產業是指渦扇/渦噴發動機、渦軸/渦槳發動機和傳統傳動系統以及航空活塞發動機的集研發、生產、維修保障服務于一體化產業集群。新的材料和工藝不斷研發以應對新一代航空發動機的發展趨勢，尤其是先進復合材料的應用，GE-AEBG公司、惠普公司在制造飛機發動機零部件時都采用了先進復合材料，主要包括風扇出風道導流片、風扇罩、推力反向器等部位。先進復合材料在航空發動機上的應用具體表現在以下兩個方面：
4.3.1 陶瓷基復合材料的應用。陶瓷基復合材料是將碳化硅陶瓷纖維與碳化硅基底材料復合后，再涂覆一層專用涂層提升其性能，密度僅為金屬材料的三分之一。由于陶瓷基復合材料具有的耐高溫屬性，因此在發動機流道中使用空氣代替，在發動機高溫區只需要較少甚至不需要冷卻氣體，渦輪扇發動機大幅減重，意味著發動機運轉效率更高，提高了發動機的性能、耐久性、燃油經濟性和高推重比。F-35戰斗機使用的F135發動機是有史以來戰斗機上安裝過的推力最大的噴氣式發動機，F135使用了陶瓷基復合材料（CMC），主要用在F135-PW-600噴管的外側部分。
以GE航空集團為例，陶瓷基復合材料在GE航空集團的技術路線圖上是一條關鍵路徑。通用電氣航空集團將于2016年新建兩個復合材料制造廠，用于碳化硅和陶瓷基復合材料的批量制造，這兩種復合材料都是制造噴氣式發動機零部件的必備材料。GE公司是所有廠商中第一個決定使用CMC制造旋轉葉片的，通過把陶瓷基復合材料葉片安裝在發動機上試車，它們已經證明了旋轉CMC葉片的性能，這是一個重要的里程碑。
4.3.2 樹脂基復合材料的應用。樹脂基復合材料具有降噪能力強、耐腐蝕性強、耐疲勞能力好、比模量高、強度高等眾多優點。通過將樹脂基復合材料應用在航空發動機的冷端結構、反推力裝置以及發動機短艙等結構上，不僅能夠降低發動機的重量，還能夠提高發動機的耐腐蝕性、抗疲勞性以及強度等。例如，JTAGG驗證機的進氣機匣利用PMR15樹脂基復合材料，該種先進復合材料的應用比傳統鋁合金進氣機匣的重量降低了25%。
4.4 新型驗證機及無人機上的應用
現代戰爭理念的改變，使無人機倍受青睞，無人戰斗機是未來航空武器的一個重點發展方向。無人機除在情報、監視、偵察等信息化作戰中的特殊作用外，還能在突防、核戰、化學和生物武器戰爭中發揮有人軍機無法替代的作用。無人機的發展方向是飛行更高、更遠、更長，隱身性能更好，制造更加簡便快捷，成本更低等，其中關鍵技術之一就是大量采用復合材料，超輕超大復合材料結構技術是提高其續航能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力的關鍵。和傳統的鋁合金混合結構相比，以復合材料為結構的無人機，例如“全球鷹”“捕食者”等無人機都采用先進復合材料。以“全球鷹”為例，該種無人機的機翼、尾翼都采用石墨/環氧復合材料，采用該種復合材料制造的無人機，和傳統鋁合金混合結構的重量相比降低了65%。再如，諾斯羅普?格魯門公司研發的X-47無人戰斗機，為了滿足生存力、機動性、隱身性能等特殊要求，該無人機除了接頭部位采用了少量的鋁合金外，幾乎整個機體都采用先進復合材料。依靠復合材料，設計師還可以做出傳統金屬材料所無法達成的氣動力學設計，比如超聲速飛行的前掠翼飛機。
5 先進復合材料在航天領域的應用
5.1 衛星和宇航器結構材料
衛星結構的質量會影響對運載火箭的要求以及衛星功能，衛星結構的輕型化設計已經成為衛星結構發展的趨勢之一。國際通訊衛星中心的推力桶采用先進復合材料，該種推力桶質量比傳統鋁結構的質量降低了30%左右，降低的重量可以增加460條電話線路，同時還能夠有效地降低衛星的發射費用。歐美國家衛星結構的質量為總質量的1/10，其原因就是大量的應用了先進復合材料。現階段，我國神州系列飛船、風云二號氣象衛星等都采用碳纖維/環氧復合材料，有效地降低了總體重量，同時發射成本也顯著降低。
5.2 導彈用結構材料
現階段，美國已經將先進復合材料作為導彈彈頭結構殼體、級間段、儀器艙等部件的主要材料，洛克希德導彈與宇航公司指出，采用碳纖維/環氧復合材料制造的導彈比傳統鋁結構導彈的重量減輕40%。現階段，采用先進復合材料的導彈發射筒也被國外發達國家應用在戰術、戰略型號上，例如，俄羅斯的“白楊M”導彈、美國的“MX”導彈都采用復合材料發射筒。因為先進復合材料導彈發射筒和傳統金屬結構相比，其結構質量顯著降低，能有效地提高戰略、戰術導彈的靈活性。在戰術導彈領域，先進復合材料結構的導彈發射筒更加靈活、應用范圍更加廣泛。現階段，我國也研發了先進復合材料結構的戰略導彈和導彈發射筒，還研發了先進復合材料儀器艙，有效地提高了戰略導彈的靈活性和機動性，應用效果良好。
5.3 運載火箭結構材料
國外發達國家于20世紀50年代開始應用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體代替傳統的鋼殼，例如，美國的“北極星A-3”潛地導彈，采用纖維纏繞成型的玻璃鋼殼體，其重量比采用傳統鋼殼的“A-1”輕了55%左右，隨后研發的“MX”“三叉戟1”的三級發動機殼體，全部都采用芳綸/環氧復合材料，該種結構形式的殼體質量比纖維纏繞成型玻璃體殼體的重量減輕了50%左右。隨著先進復合材料的發展，其在運載火箭發動機殼體中的應用優勢越來越明顯，并且先進復合材料被應用在三叉戟Ⅱ、德爾塔Ⅱ-7925運載火箭等型號中。現階段，我國運載火箭發動機殼體制造業逐漸的開始應用先進復合材料，雖然起步較晚，但是經過40多年的發展獲得了巨大的進步，經過多年的研發，已經成功地將芳綸/環氧復合材料、玻璃纖維/環氧復合材料應用在運載火箭發動機殼體中。先進復合材料在運載火箭結構設計中的應用，有效地降低了運載火箭發動機的重量，同時提高了運載火箭發動機的性能。
6 復合材料在航空航天領域的發展前景
先進復合材料的應用已經成為評價航空航天器水平的重要標準，同時也是提高航空航天器結構先進性的重要物質基礎和先導技術。由于我國先進復合材料的應用水平和國外發達國家還存在一定的差距，但是我國已經進行大量投入來強化先進復合材料方面的研究，其發展前景良好。未來先進復合材料的發展主要表現在以下四個方面：
6.1 智能化
智能型先進復合材料和結構的研究，能夠創造巨大的經濟效益和社會效益，智能型先進復合材料在航空航天器外表的應用：在未來航空器表面增加各種傳感器，能夠對周圍環境進行實時、全面、智能的檢測，同時為通訊系統、電子戰以及雷達系統提供瞬時模態，以此保證航空器能夠安全、穩定地飛行。
6.2 多功能化
在減小航空航天器體積的基礎上，為了提高航空航天器的突防能力，許多結構部件需要具備多種功能，多功能先進復合材料的應用能夠賦予航空航天器新的功能，現階段，多功能先進復合材料的研究已經從雙功能型向三功能型方向轉變。
6.3 質量輕、性能高
目前，我國先進復合材料能夠減輕航空航天器的質量占總重的20%左右，和國外25%以上的減重效率還存在一定的差距。導致該種現狀的原因是我國先進復合材料的整體性能較低，并且結構的整體性相對較差。因此，在未來的發展過程中，應該加強對復合材料強度、韌性以及整體性等方面的研究，研發整體性好、強度高和韌性高的先進復合材料，同時使復合材料的減重率超過25%。
6.4 低成本
成本較高是限制先進復合材料在航空航天領域應用和發展的主要原因之一，為了解決該問題，應該對先進復合材料的制造工藝進行研究，采用科學的制造工藝進行先進復合材料結構、尺寸以及形狀的加工和制造，同時采用先進的質量控制技術、自動化技術、機械化技術等，提高先進復合材料的生產效率，提高其成品率，以此降低先進復合材料的成本。
7 結語
綜上所述，經過40多年的發展，我國先進復合材料工業逐漸形成了一個完整的體系，并且部分先進復合材料已經成功地應用在航空航天器生產實踐中，獲得了良好的效果。但是，從整體上來說我國先進復合材料技術水平和發達國家還存在一定的差距。因此，我國先進復合材料研究、研發人員和生產企業應該加快先進復合材料結構、制造技術、生產工藝等方面的研究，同時借鑒國外的先進技術和經驗，解決我國先進復合材料在航空航天領域應用的各種難題，以此提高我國航空航天器的各種性能，進一步促進我國航空航天領域的全面、高速發展。
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星期四，地面科研人員將菜籽植入植物墊中。今年晚些時候，宇航員會用它們在太空中種出萵苣和白菜。在種下菜籽之前，這些在佛羅里達州肯尼迪航天中心實驗室里工作的科學家，已經花了一周時間將無菌土壤和特殊肥料裝填進特氟龍和芳綸布制造的包裝袋里。他們把這些包裝袋叫作“植物墊”。
與其說菜籽是種下去的，不如說是被粘到了最佳位置，使用的黏合劑是一種叫作瓜爾豆膠的常用食品添加劑。這些位置可以使菜籽長出的根迅速找到水源，并且讓植物墊外生長的菜葉盡可能高效地發芽。這些植物墊將會被封裝在運輸包內送往國際空間站，然后被放置在特制的生長室內。這個生長室配備了光照、照相機和其他在軌實驗所需的條件。軌道實驗室中的宇航員將會每
天給種子澆水，而地面研究人員也會進行同樣的實驗作為對照。
這些被植入18個植物墊的菜籽，將在下周的CRS-7號發射任務中，搭載太空探索技術公司的龍飛船進入太空。
2015年7月7日
明天，宇航員會給萵苣種子澆水， 打開特制LED光源，開始下一輪國際空間站上的蔬菜生產。這是2014年開始的Veggie蔬菜種植系統實驗的第二階段。
實驗中經常遇到的問題是生長中的植物接觸不到足夠的水分。這就需要宇航員對灌溉過程進行直接干預――親自給植物墊中的種子澆水。
一周之后，萵苣植株將會被疏松栽培，讓最大最強壯的植株獲得更多空間和資源，以更好地生長。根據生長狀況，完成該實驗大約需要28天。在繞地球飛行的同時，宇航員會吃掉其中一半的作物。另一半將被送回地球進行研究。對未來飛向太空深處執行探索任務及飛向火星的宇航員來說，哪怕只有少量的新鮮蔬菜，都會提供極具價值的營養。
2015年7月8日
在宇航員斯科特?凱利將含有菜籽的植物墊放置在蔬菜種植系統中并給它們澆過水之后，國際空間站的第二批蔬菜種植實驗正式開啟。專門化的太空農場給植物提供光照，并讓植物墊的棉芯通過吸收濕氣獲得水分。斯科特?凱利將給生長中的植株拍照，并將照片傳給肯尼迪航天中心的科學家，以便他們對實驗進行監控，并且在地球上用同一種菜籽進行對照實驗。預計幾天之后，空間站上的菜籽就會發芽，一個月后，宇航員就應該可以飽餐一頓萵苣了。這項研究被認為對
于將宇航員送往太空深處，并最終送上火星的未來計劃至關重要。在長時間的太空旅行中，宇航員可以通過綠色蔬菜補充維生素，并享受來自地球家園的寬慰。
2015年8月10日
宇航員的一小口，人類歷史的一大。在從國際空間站Veggie蔬菜種植系統收獲了“極品紅”長葉萵苣之后，宇航員斯科特?凱利、科爾?林格倫和油井龜美品嘗了他們的勞動成果。
2015年8月11日
太空蔬菜種植前景一片光明。未來的火星之旅離不開在微重力環境條件下生產食物的能力，地球上的農業生產者以及食客們也可因這項研究獲益良多。8月10日，宇航員斯科特?凱利、科爾?林格倫和油井龜美成為第一批嘗到太空食材的人，他們采摘并品嘗了國際空間站內種植的萵苣。
他們食用的是名為“極品紅”的長葉萵苣品種，這些萵苣摘自在軌運行的國際空間站內的Veggie蔬菜種植系統。今天早晨，美國航空航天局肯尼迪航天中心的蔬菜種植組也從地面收獲了萵苣，除了生長地不同外，與空間站中的萵苣別無二致。“蔬菜種植系統表明植物在太空中生長和在地球上生長極其相似。”美國航空航天局肯尼迪航天中心蔬菜種植組的負責人喬亞?馬薩博士在組內通風會上表示。肯尼迪航天中心副主管珍妮特?佩特羅說：“創新是美國航空航天局繼承的巨大資產，也是我們的文化，國際空間站是近地軌道上的一個良好的科研平臺。但是如果要去火星，我們需要脫離地球的束縛。”
除了能讓未來的太空探索受益，該項研究也能給地球帶來顯而易見的好處。全球人口持續增長，如何在有限的空間內種植更多的糧食作物也越發重要。該項目副總監麗莎?克羅雷多說：“美國航空航天局的商業航天員正在計劃聯手國際空間站的研究，為未來將人類送上火星而努力。”她指出，一旦商業航天器開始向空間站輸送宇航員，就能夠有足夠的人手來延長宇航員用于科研的時間。
馬薩還說，目前Veggie蔬菜種植系統的成功讓他們有信心認為宇航員可以自己生產食物。無論是在未來國際空間站，還是在向火星進發的旅途中，宇航員都可以吃到新鮮的蔬果來加強營養，還能在原本了無生機的航天器里通過小規模種植作物得到心理享受。馬薩說：“離開地球是為了更好地服務地球，服務未來。”
2015年11月16日
新年過后，國際空間站里很可能會有鮮花綻放。今天早晨，美國航空航天局的宇航員科爾?林格倫在國際空間站內啟動了Veggie蔬菜種植系統，并將含有百日菊種子的植物墊放在該系統內。這是軌道實驗室里第一次進行花卉種植實驗，在地球軌道上生長的百日菊將會為日后在太空種植其他開花植物提供初期信息。“種植花卉比種植萵苣這樣的蔬菜難度更高，”美國航空航天局肯尼迪航天中心Veggie蔬菜種植系統的載荷科學家喬亞?馬薩說，“ 光照和其他環境因素更為關鍵。”
林格倫會開啟紅、藍、綠色LED光照，激活Veggie的灌溉和營養系統。百日菊的生長期為60天，是國際空間站前兩批種植的“極品紅”長葉萵苣生長期的2倍。在生長期內，LED系統將循環提供10小時光照和14小時黑暗環境，以刺激植物開花。“種植百日菊將幫助我們深入理解Veggie 蔬菜種植系統中植株開花的過程，使我們可以把蔬菜種植系統作為在軌農場，在太空中種植和食用土豆這樣的開花植物。”肯尼迪航天中心Veggie蔬菜種植項目的主管特倫特?史密斯說。
研究者同時希望獲取其他方面的優質數據，例如種子長期貯存和發芽率，花粉會不會造成問題，以及對宇航員士氣的影響。國際空間站計劃在2017年種植土豆。
2016年4月8日
美國航空航天局計劃開展代號為Veg-03的Veggie蔬菜種植系統第三次實驗，含有白菜品種“東京小白菜”的植物墊在佛羅里達肯尼迪航天中心準備就緒，即將被送往國際空間站。Veg-03將繼續推進美國航空航天局的太空植物生長研究，為人類飛往火星的旅程奠定基礎。執行本次任務的航天器是太空探索技術公司的龍飛船，這也是它第八次開展商業性補給服務。
由于受到不同環境因素的影響，植物在太空中的生長與在地球上不同。人類將來開展太陽系長途飛行任務，以及最終登陸火星，都需要向宇航員提供新鮮的食物供給。了解植物如何響應微重力環境條件，是實現這一目標的重要前提。Veg-03科學組的負責人喬亞?馬薩說：“我們選擇這一白菜品種，是因為它長勢喜人并且風味絕佳。Veg-03會測試一系列新的蔬菜品種，我們希望宇航員會喜歡它們的風味，從而使國際空間站擁有一個蔬菜沙拉供應系統。”
在國際空間站準備設施處的一個實驗室里，Veg-03科學組首先往18個植物墊中插入棉芯，然后準確稱量一定配比的煅燒土（即太空塵土）以及肥料，配好后將混合物填入植物墊中，最后將其縫合。此外，科學組對東京小白菜和“極品紅” 萵苣的種子進行了滅菌，然后分別種植到枕中，封裝進真空包，轉交給工程服務承包商，整合到運輸的貨物中。這一批要運送到國際空間站的蔬菜一共有12枕白菜和6枕萵苣。Veggie蔬菜種植項目的負責人特倫特?史密斯說：“Veg-03將建立在前空間站成員斯科特?凱利改進的自動化園藝系統之上，采用與其類似的操作技術來測試對蔬菜的適用性。希望國際空間站的成員們會喜歡這些白菜。”
在空間站里，宇航員會把這些植物墊放置在Veggie蔬菜種植系統中，啟動LED光照和灌溉系統，定期監控和照料蔬菜生長。今年夏末，美國航空航天局還將把一塊紀念牌匾送上國際空間站，宇航員會把它掛在蔬菜培養設施上，以表彰太空生物學先驅的貢獻，特別是近期過世的索拉? 豪爾斯泰德和肯?蘇薩。他們致力研究生物體對微重力環境的響應機制，并且親手促成了太空生物學作為一門學科的建立和發展。他們做出的貢獻影響仍將持續，使未來火星之旅的探險者受益。
2016年7月22日
13株生長在國際空間站的百日菊被送回佛羅里達州肯尼迪航天中心，并在國際空間站準備設施處Veggie蔬菜種植系統飛行實驗室里進行了解剖分析。另有12株百日菊被留在國際空間站里，作為宇航員的紀念品。來自美國航空航天局的一組科學家和國際空間站地面處理與研究項目辦公室的合約科學家合作，小心翼翼地從13株太空百日菊和地面對照實驗的百日菊植株中獲取了種子。
科學家對這些百日菊種子進行了仔細的顯微檢查，然后將它們封存在小瓶中，做好標記供進一步分析。在肯尼迪航天中心，這些種子將會接受微生物分析以及發芽率測定，以決定能否將它們送回國際空間站，在Veggie蔬菜種植系統中進行新一輪生長。這批百日菊是2014年4月作為Ve g-01實驗的一部分被送上國際空間站的，含有百日菊種子的植物墊在2015年11月16日被宇航員斯科特?凱利放置在Veggie蔬菜種植系統中并開始生長，當時凱利正在執行為期一年的駐站任務。在系統的灌溉和監控下，這批百日菊生長了90天。
2016年2月14日，這批百日菊被收割、打包，并由太空探索技術公司CRS-8貨運補給任務帶回地球。Veggie蔬菜種植系統是由美國航空航天局太空生命與物理科學研究項目分部出資支持的。美國航空航天局希望通過在國際空間站內完善Veggie蔬菜種植系統，為將來的宇航先驅者提供可持續的食物供應――這是美國航空航天局火星計劃中的重要M成部分。鑒于美國航空航天局正在逐步展開有關太陽系深處的長途探索任務，植物種植系統將會成為宇航員重要的食物供應源。同時，蔬菜種植還能在長時間的太空旅行中為宇航員提供休閑園藝活動。
2016年11月21日
一套高仿真的測試版美國航空航天局植物培養高級系統于上周抵達了肯尼迪航天中心。植物培養高級系統是為美國航空航天局打造的最大的植物艙。這套工程開發系統由卡車運送至國際空間站準備設施處，之后被轉移進實驗室。在實驗室里，美國航空航天局的工程師以及工程服務合同內的科學家和技師，都將使用這套測試設備進行訓練，學習如何對它進行操作和組裝，為明年迎接真正的植物培養高級系統做準備。他們還將測試植物培養設備的各系統如何與科學研究進行整合。
美國航空航天局肯尼迪航天中心的工程師設計了植物培養高級系統的部分子系統，并且制造了飛行培養艙，其他子系統由威斯康星麥迪遜的ORBITEC公司設計制造。該設備是一個具有可控環境的閉環系統，可以容納大型植物。整個系統使用紅、綠、藍色LED光照，和目前國際空間站上的Veggie蔬菜種植系統類似。植物培養高級系統還可以使用白色LED光照和紅外線。此外，植
物培養高級系統將裝備180個傳感器，并且光輸出量是當前Veggie蔬菜種植系統的4倍。
肯尼迪航天中心的科學家開發了可以整合入植物培養高級系統的科學載荷，用于國際空間站上的植物生長實驗以及地面控制實驗。載荷集成工程師會和雅克布斯公司一起，根據《測試與運行協作合約》，將包含種子的科學實驗整合到植物培養高級系統中去。雅克布斯公司的研究者同樣為植物培養高級系統提供了實驗空間和技術支持。該項目的小規模實驗名為“植物培養1”號，或PH01，將包含擬南芥、卷心菜和芥菜類的小型開花植物。PH01和植物培養高級系統都會在2017年被送上國際空間站。
2016年12月6日
昨天，也就是星期一，肯尼迪航天中心Veg-03實驗地面對照組進行了第一次萵苣收割， 開啟了應用“割韭菜式”的方法進行的四次連續作物收獲。這種方法的理念是每10天收割一次“極品紅”長葉萵苣，只摘掉每一株的部分葉片，讓剩下的葉片繼續生長。
與地面實驗的收獲方式不同，12月2日在國際空間站里，宇航員享用了他們的勞動成果。而肯尼迪航天中心收獲的蔬菜則在包裝、稱重后，被冷凍起來供未來使用。地面Veggie系統是為了給在軌種植提供對照組。國際空間站上未來幾次收獲的蔬菜將會被保存起來，在返回地面航天中心之后供科學家對比研究使用。對比研究不僅包括太空和地面種植的產量對比，還包括食品安全分析，研究者將評估“割韭菜式”方法造成的葉片表面微生物含量隨時間的變化。
2017年1月20日
今天，宇航員佩吉?威特森啟動了新一輪國際空間站蔬菜種植實驗。名為東京小白菜的白菜品種首次在太空中進行栽培。選擇這種白菜是因為它生長迅速，具有很高的營養價值，并且風味獨特。威特森將作為在軌種植的負責人，在為期一個月的時間里照料這些白菜。
2017年4月3日
今天，宇航員佩吉?威特森將在國際空間站種下第二批白菜，也是Veggie蔬菜種植系統的第六批作物。在兩個月的種植期內，威特森將會定期采摘白菜葉供宇航員食用，同時進行科學研究。這將是國際空間站成員第二次使用“割韭菜式”的方法收獲作物，以期增加蔬菜產量。此前這種方式被用于“極品紅”萵苣。這一次，威特森拿到的種植指南根據第一批白菜表現出的需水量更大的生長特點進行了修改。
這項收購的對象，是一家鮮為人知的美國無人機制造商——泰坦航空航天公司，最終的成交價格可能只有6000萬美元左右，不及Whatsapp收購價的零頭。
但如果考慮到它未來可能帶來的價值，這起收購的意義，并不會比收購Whatsapp遜色太多。
能飛5年的無人機
泰坦航空航天是一家非常年輕的公司，成立于2012年，總部位于美國新墨西哥州，專注于研發太陽能無人機。
在2013年的國際無人操控載具展覽（AUVSI）上，泰坦航空航天展示了正在研發的兩款太陽能無人機Solara 50和Solara 60。
這是兩架碩大無比的長航概念無人機，其中的Solara50是輕型版本，有著50米的超長翼展，升級版Solara 60則有60米的翼展和更大的骨架，它們由飛機彈射器發射升空并可以通過飛機底部的滑輪著陸。
泰坦航空航天更傾向于把他們的產品稱為“大氣衛星”，而不是行業內習慣的稱呼“遙控無人機”或“無人機系統”。因為它們和軌道衛星一樣，能夠在空中長時間巡航停留。
以Solara 50為例：升空之后，它可以在20千米的高空攜帶一個32千克重的有效載荷，以每小時96公里的速度巡航飛行長達5年。
之所以可以不受天氣和夜晚的影響不間斷地工作如此長時間，是因為Solara無人機的機翼表面、升降機組和水平尾翼上，布滿了總共約3000個高效率太陽能電池板。
白天飛行時，由太陽能電池板所產生的多余能量會自動存儲在位于兩側機翼內的鋰離子電池中，這樣就可以保證為無人機夜間的續航飛行提供足夠的動力。
這種超強的續航工作能力，正是泰坦航空航天認為無人機幾乎可以替代大氣衛星等設備，實現低成本氣象監測的主要原因。
低成本多用途
目前，氣象監測只有兩種解決方案：發射衛星和地面監測，如果要完成大氣觀測和天氣監測，通訊轉播，海洋研究和地球成像等一些更高級的任務，發射氣象衛星就成了唯一選擇。
不過發射氣象衛星通常要耗資數億美元，而且無法回收利用，一旦衛星搭載的大氣傳感器或者儀表損壞，要么付出高昂維修成本去維修，要么只能選擇遺棄它。
相比而言，無人機的成本就低得多，一套無人機系統的總成本不到200萬美元，而且和衛星不同，即使是儀器設備損壞，還能讓它降落，維修或更換設備后重新發射升空。
事實上，Solara無人機成本構成中最主要的部分，并不在于制造無人機，而是電池。理論上只要有足夠的太陽能驅動，泰坦無人機就能夠長時間地工作下去，但太陽能電池會隨著時間推移逐漸老化，因此每隔5年左右就必須更換。
為了論證這個數據，在新墨西哥州，泰坦航空航天公司正用兩架1/5原機大小的試驗機進行試飛，今年夏季，全尺寸的機型將有可能正式上天，執行氣象監測任務。
除了氣象監測，泰坦航空航天公司給這兩架無人機的使用定位非常廣泛，Solara無人機還可以執行宇宙輻射監測、垃圾帶跟蹤、作物監測、海洋與大氣溫度監控、隕石跟蹤和浮油映射等任務，另外在針對森林火災和海上搜救等救災方面，無人機也可以提供輔助。
比如監測森林火情，Solara無人機可以應用于森林火災預警、火災地點確定以及火情觀測等，并且解決了傳統無人機監測系統中無人機續航時間短的問題。
“太空無線路由器”夢想
如此廣闊的應用前景讓泰坦航空航天獲得了不少戰略投資者的關注，即使兩年來Solara 50和Solara 60一直處在原型設計階段，連正式的試飛和信號覆蓋測試都沒有進行過，泰坦航空航天還是獲得了三筆融資。
不過，也正是因為無人機科研成本太高、硬件研發周期太長，一些早期投資者開始質疑這個項目的發展前景。資金緊缺之下，泰坦航空航天萌生出售想法。2014年初，Solara50完成了原型機測試，硬件設計工作結束并開始正式建造后，Facebook拋來了橄欖枝。
在外界看來，Facebook有意收購泰坦航空航天，除了Solara無人機未來的諸多應用前景之外，還有一個更迫切的想法，就是為了推進其2014年年初發起的全球互聯計劃，希望為全球無網絡連接地區建立網絡熱點，提供免費上網服務。
泰坦航空航天的Solara無人機正好可以滿足這個計劃的硬件需求，在無人機上搭載超視距通訊系統所需的無線電中繼器后，無人機就變成了一個置于空中的、信號覆蓋范圍極廣的“無線路由器”。
因為Solara無人機的航空高度足夠高，它的信號傳播范圍最大可達 100 海里（約 185千米），所以利用無人機在全球無網絡連接地區實現組網后，它將會成為Facebook獲取數十億潛在用戶的重要網絡硬件接口。
如此看來，這臺“太空無線路由器”的價值遠遠超過6000萬美元。
進入火星大氣層的“好奇”號飛行器，時速達到2.1萬千米。展開巨大減速傘后，飛行器墜落時速降到320千米。接著再利用制動火箭，以每小時3.2千米的速度下降。最后以纜繩從飛行器上垂降放下龐大的探測車。當探測車順利著陸后，飛行器隨即飛離。從進入大氣層到著陸，整個降落過程被工程團隊稱為“驚魂7分鐘”。
在空中垂降探測車的想法聽起來很瘋狂，不過這是“輕放”如此龐大的探測車的最佳方式。“2001火星奧德賽”號衛星和火星勘測軌道飛行器構成的美國航空航天局太空通訊網會監控整個登陸過程。這樣的登陸任務很難不令人緊張，而緊張可能需要借由花生來消除。美國航空航天局的任務指揮中心有一項傳統，會在登陸前打開一包花生，然后傳遍指揮中心。這一“幸運豆”的傳統可以追溯到1964年的“徘徊者7”號月球近距離拍攝任務。火星任務的總監阿瑟，阿曼達表示：“我們有很多花生，通常任務總監會假定花生不會被消耗完。”
航行8個月半，2.5億千米的旅程，這位“大男孩”平安到達目的地后，得向地球上焦急的美國航空航天局任務指揮中心報平安。不過，這通長途電話卻不簡單。
地球和火星的距離為2.5億千米，即使以接近光速的無線電波，在兩星球間傳遞信息也需要13分鐘。這意味著“好奇”號發生狀況13分鐘后，位于地球的指揮中心才會接到消息，再花13分鐘才能將指令送達火星上的“好奇”號。對于在地球上收聽實時廣播的我們來說，非常難想象這有多困擾。因此，“好奇”號具備一定的自動反應能力，能實時應付在火星上遇到的狀況。
另一個大問題是，火星和地球都會自轉，要是“好奇”號在火星上的位置背對地球，便無法順利將電波信號直線傳送到地球。對此，兩部先前由美國航空航天局發射，環繞在火星軌道上“2001火星奧德賽”號衛星和火星勘測軌道飛行器就派上用場了。
