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问天科学(第2辑) 版权信息
- ISBN：9787030730961
- 条形码：9787030730961 ; 978-7-03-073096-1
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：
问天科学(第2辑) 本书特色
适读人群 ：航空航天领域的科研工作者以及对航空航天知识感兴趣的读者群体书中收录院士报告，前沿信息、专业探讨、科普知识、励志故事，普及社会大众科学知识，激发青年学子科学兴趣，弘扬航空航天科学精神
问天科学(第2辑) 内容简介
“问天科学讲坛”是南京航空航天大学60周年校庆之际由南京航空航天大学科学技术协会创办的科学讲坛。该讲坛邀请校内外不同领域的院士，以科普讲座的形式为广大师生传道解惑。旨在借助院士前沿的科学知识和信息资源，将优选的科学知识以及科学理念传递给学生和社会公众，优选化地传播科学思想和科学前沿技术，引导广大科研工作者继续深入研究航空航天科学技术，同时引导更多的读者关注我国航空航天事业的发展。 本书是从2017～2021年“问天科学讲坛”选出9位航空航天领域的院士报告结集而成，包括：郭万林院士“航空航天与智能时代：21世纪的科学问题”；刘大响院士“国之重器，创新发展”；叶培建院士“深空探测人工智能技术应用与发展策略”：樊邦奎院士“低空网络与无人机”：柴天佑院士“工业人工智能发展方向”；郑纬民院士“分布式文件系统MadFS的研制”：常进院士“空间探测暗物质粒子”；苏东林院士“从电磁兼容到电磁安全”；赵淳生院士“奋进新时代，开启新征程攀登航天科技新高峰”。 本书适合航空航天领域的科研工作者以及对航空航天知识感兴趣的读者群体阅读。
问天科学(第2辑) 目录
目录
航空航天与智能时代：21世纪的科学问题 郭万林 (1)
国之重器，创新发展 刘大响 (33)
深空探测人工智能技术应用与发展策略 叶培建 (44)
低空网络与无人机 樊邦奎 李云 (74)
工业人工智能发展方向 柴天佑 (97)
分布式文件系统MadFS的研制 郑纬民 (114)
空间探测暗物质粒子 常进 (125)
从电磁兼容到电磁安全 苏东林 (154)
奋进新时代，开启新征程 攀登航天科技新高峰 赵淳生 (171)
航空航天与智能时代：21世纪的科学问题 郭万林 (1)
国之重器，创新发展 刘大响 (33)
深空探测人工智能技术应用与发展策略 叶培建 (44)
低空网络与无人机 樊邦奎 李云 (74)
工业人工智能发展方向 柴天佑 (97)
分布式文件系统MadFS的研制 郑纬民 (114)
空间探测暗物质粒子 常进 (125)
从电磁兼容到电磁安全 苏东林 (154)
奋进新时代，开启新征程 攀登航天科技新高峰 赵淳生 (171)
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问天科学(第2辑) 节选
航空航天与智能时代：21世纪的科学问题 中国科学院郭万林院士 一、人类社会发展和航空航天科技历程 我们仰望星空。人类几千年的文明一直是看着日月星辰，以农耕生产为主的社会生活。从6000年前到公元前的400多年，人类发明了算术、欧几里得几何；发明了星象日历：阳历和月历，进入了人类的**次文明，这就是农业文明。十七八世纪是人类一个非常重大的转折点，在此之前的几千年大都是农耕社会，我们这一代青年人可能从出生或记事起都生活在工业社会。但我小时候，中国基本上80%的人口仍是农业人口，中国还处于农耕社会。所以也就是在短短的30年，中国从农耕社会到了现在的高度现代化的社会。这一时代的到来，分水岭就是牛顿时代。大家都知道牛顿力学。实际上，牛顿*重要的科学著作是《自然哲学的数学原理》。他把过去经验的、观测的所有的运动、阻力，包括天体的运动，都采用其发明的流数术（Methodus Fluxionum），即现在的微积分（Calculus）来描述。在此之前，中国算盘是世界上无与伦比的数学工具，但微积分超越了以前的数学。1687年《自然哲学的数学原理》首次发表时采用的是拉丁文。到1729年才**次翻译成英文，该数学原理翻译成中文是哪个年代呢？是1931年。所以说从牛顿微积分、牛顿力学到蒸汽机时代，一直到1931年，我们才开始了解牛顿和他的数学原理（微积分）。目前南京航空航天大学的航空学院有两个专业：固体力学和流体力学。其中，流体力学是由二阶的偏微分方程描述；而固体力学是由四阶的偏微分方程描述。从牛顿时代到20世纪航空航天科技的发展，实际上就是解决这两个方程的历程，如图1所示。 图1 从《自然哲学的数学原理》到现代科学与技术时代的理论基础 19世纪，建立了电磁理论，人类能够发电，用电力推动机械，就进入电气时代。20世纪初，不仅仅是1903年美国莱特兄弟（Wright Brothers）的飞机**次离开地球表面飞行，还有1905年诞生量子力学（Quantum Mechanics）。今天大家用手机拍照，甚至包括计算机、互联网等，所有这些现代科学技术都是由量子力学带来的半导体时代的成果，已经有60多年。 20世纪初，莱特兄弟的**架飞机起飞后飞离地面几十米，然后，人们就开始考虑飞机能够飞多远不掉下来。从20世纪上半叶起，机毁人亡的事故大量发生。所以，首先要解决的问题是飞机起飞后不掉下来，也就是飞机的安全问题。美国的 F-15、F-16型战斗机，法国的幻影2000，中国的歼-10战斗机都是第三代战斗机。我研究生毕业时刚刚赶上非常好的时期。1985年，歼-10战斗机立项，我的导师推动实行损伤容限设计，将国外的安全设计准则应用在中国的飞机设计中。歼-10战斗机是中国**个完全采用 CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）设计方法的战斗机。到了现在的第四代战斗机，如美国 F-22型战斗机、中国歼-20战斗机，实际上是非常大的变革。这个变革是什么？如果说第三代战斗机追求的是飞行的安全和飞行的机动性等，那么第四代战斗机则是追求隐身、超音速巡航、红外制导、超视距的作战等，实现真正意义上的移动信息作战平台。但再发展，如未来的超高声速飞行、天地之间的空天飞行，完全需要新的理论。过去的四阶偏微分方程、二阶偏微分方程再也无法解出来。如超高声速飞行，在前面形成激波，其激波完全不能采用现在的空气动力学方程描述，因为气体被压缩得像金刚石一样坚硬。这时就需要新的科学理论描述；再比如星地航行需要动力，需要加速度，这时仅依靠自身的燃料是远远不够的。如果采用量子驱动的原理，哪怕是加上皮牛级的力，只要产生加速度，它就会越飞越快，就会实现革命性的星际旅行。 二、纳米科技时代的革命性进展 （一）概述 再看看纳米科技时代。“纳米科技时代”大家觉得是一个很时髦的名词，但它实际上已经到了发展的转折阶段，已经到了科学研究向产业、向市场驱动的转化阶段。 回顾1947年，**个半导体晶体管，也就是场效应管（FET）诞生；1959年，**块集成电路诞生，实际上是在一个锗片上将电路所需的晶体管、电容、电阻等元件及布线互连一起，形成具有一定功能的简单电路。**块集成电路是在一块几毫米见方的锗片上实现的。由于集成电路被申请了专利，所以场效应管和集成电路这两个专利属于基础型的专利，在半导体时代统治几十年。1953年，人类发现了孟德尔遗传学真正的物质基础：DNA 的双螺旋结构。双螺旋DNA宽度为2个纳米，4个碱基 A、T、G、C形成碱基对，每个碱基对就像楼梯的梯子格一样，每格之间的间距为0.3~0.4纳米。 20世纪50年代，量子力学已经发展得极其成熟。利用量子力学原理设想，费曼（Richard Phillips Feynman）在1959年的美国物理学年会上做了30分钟的报告。该报告称，如果按照量子力学原理，人类可以搬动原子，随心所欲地摆放原子，构成任何图形。如能这样将会产生革命性的变革。同时，该报告还指出，如果搬动原子去写字的话，可以在一个针尖这么大的空间里，把大英图书馆的所有藏书都记录下来。当时人们不以为然，甚至有人嘲笑费曼，说你给我搬个原子看看。这个设想在1982年就实现了，在扫描隧道显微镜（scanning tunnelingmicroscope，STM）下IBM的学者**次用针尖搬动了23个原子，并构成了“IBM”三个字母，这一发现实现了费曼用原子写字的设想，一下子就惊动了全世界，纳米时代也就开始了。实际上从2003年以来，笔记本电脑中的晶体管尺度已经做到90纳米。而大家认为，100纳米以下是进入纳米科技时代的一个临界点。现在的先进芯片基本上是采用14纳米的技术，10纳米的芯片也已经商业化，下面将是7纳米、5纳米的芯片，也许会有*后一代产品，也就是硅的时代已经高度成熟。 有人问我，为什么来到南京航空航天大学以后，不去做飞机而是想着纳米？我想在硅的时代，所有相关的技术都是西方国家主导，专利都被他们垄断，所以他们经常要讲知识产权，？你不能造，我不让你造，你就不能造，花钱也不能造。所以硅时代以后的时代，我们中国应该有机会了，对我们这一代人应该有机会。比如，在2003年，人类基因组DNA基本测序完成，现在只需1000多美元就可以进行DNA测序。也就是说，可以从一个人全部的DNA序列中想得到什么就能得到什么。另外一个就是，20世纪40年代人类把原子核5飞米(femtometer，fm)（1飞米=10.15米）小的尺度的能量释放出来，实现了核裂变。20世纪60年代，中国实现了两弹一星的研制。从1985年开始，人类发现人造的纳米材料，诸如纳米颗粒、纳米线、纳米管，甚至二维的纳米材料。从原子到产品，纳米科技时代已经到来，将来大家从事的科研工作不再是现在的生产方式，而是对单原子精细操控，指挥原子去生产产品（原子制造）。 （二）空间、时间、能量尺度 例如，古筝的琴弦从长到短，它的音调从低音到高音，随着琴弦的长度变短，频率会越来越高。从米量级到纳米量级，什么是纳米呢？毫米是10-3米，微米是10-6米，纳米就是10-9米。在国际单位制中，每1000倍有一个专门的单位，纳米就是这样的一个单位尺度。时间的尺度也就是频率，比如说，琴弦可弹出十几赫兹到1万多赫兹这样的频率范围，基本上覆盖了人耳所能够听见的频率范围。时间的尺度是从秒到纳秒（10-9
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