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空间飞行器总体设计范文1
Abstract： There are several equipments installed on space vehicle that the distribution is complicated. The center of mass（direction z）of space vehicle is not compliant system quota because of the centroid offset of equipments . The arrangement of counterweights can ensure that the complex requirements for mass properties of the space vehicle are satisfied， keeping the counterweight used as light as possible. This paper proposes a method of genetic algorithm to optimize the counterweight distribution. The area on the space vehicle for counterweight arrangement is discretized into a number of small regions， with each region corresponding to a counterweight. The increase mass of space vehicle is less than 1%， the increase inertia of mass is less than 1.1% and the center of mass（direction z）of space vehicle decreases 53.8% that the system target is reached.
Key words： space craft；genetic algorithm；counterweight distribution；optimization
中图分类号：V211.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0217-03
0 引言
空间飞行器体积有限，搭载有红外探测器、雷达等精密探测设备，布局设计必须充分考虑各系统设备的安装位置、操作问题以及温控指标等具体要求，同时各系统设备产品质量特性存在偏差，因此布局完成后，飞行器的质量特性通常会偏离理论设计要求。由行器质量特性是影响姿态控制精度的重要因素，因此必须借助配重进行合理调整，以确保其质量特性达到设计要求。
目前业界仍采用人工配重进行质量特性的调整，而质心位置、转动惯量之间的耦合现象会对飞行器配重位置的判断造成干扰，对此，只能通过大量试算才能完成人工配重，并且可能造成配重质量消耗过多。若遇到复杂的空间布局，即使进行人工试算，也难以确定最佳配重方案。
遗传算法是一种通过模拟自然界生物进化机制获取全局最优解的进化优化算法[1-5]，相对传统的数学规划方法具有很多优点，并在航天领域的总体设计中得到大量应用。美国的T.Mosher基于遗传算法开发出一种优化工具，可对航天器的初期设计进行系统优化。印度S.Rajagopal等人采用遗传算法对一种无人航空器的概念设计方案进行优化，并考虑了单目标和多目标优化的情况。美国Riddle B.D.等人建立液体燃料导弹的系统性能模型，并利用遗传算法获得最优系统设计；Rafique A.F.等人针对空射型多级火箭建立涉及多学科的系统集成设计方法，并基于遗传算法得到了最优设计[6]；Bayley J.D.等人利用遗传算法解决了多级火箭系统设计花费最优的问题。
针对上述问题，提出了基于遗传算法的布局优化方法，对空间飞行器的设备及配重区进行离散化处理，在此基础上，对布局设计变量进行编码，建立配重布局优化问题模型，从而在满足质量特性要求的前提下，总质量尽可能小。
1 配重布局优化模型
1.1 坐标系定义
本文中坐标系取向（如图1）所示，符合右手定则；坐标原点位于空间飞行器上端面中心，X轴正向为由下端面中心指向上端面中心，Y轴正向指向Ⅲ象限，Z轴正向指向Ⅳ象限。
1.2 质量特性约束
1.3 设计变量
空间飞行器为圆柱形，内壁为网格加筋结构，单机设备及配重可以安装在舱内壁上。
在空间一定的情况下，布局方案可通过指定覆盖区域的方式进行表达（如图2），即
式中：k表示布局方案，即设计变量；Ω为主结构内表面可安装配重的空间曲面域；K为Ω的任意部分区域。在K确定的情况下，空间飞行器的质量特性可计算确定。
2 遗传算法
遗传算法是一种高效的全局寻优搜索算法，其框架内以一定的编码规则对设计变量进行编码，为此对布局问题进行如下处理：
空间飞行器总体设计范文2
现代飞行器在社会各领域都有广泛的应用，其中利用飞行器进行物资的运输投放也颇为常见。例如，在发生重大自然灾害时，由于路面交通的损坏，将使得空中运输成为受灾区域各物资来源的唯一途径[1]。以往飞行员在投放物资时，往往根据经验通过目测来确定投放时机，但是这样往往会给地面人员的物资拾取带来很大的不便，尤其是在地理环境复杂的山区[2]。GPS传感器是一种能够全天候、实时地提供载置信息的传感器，在很多领域均有广泛应用[3]。若能利用GPS传感器采集详细的飞行器位置信息，并通过飞行器中央处理单元依据这些信息快速计算出抛物的准确时机，则可以有效地提高物资投放的准确性。此外，飞行器抛物系统在军事上也有广泛用途，如利用无人飞行器进行投弹等。
本设计将GPS数字传感器整合到小型无人飞行器上，经ADuC7026单片机精确运算处理后，对目标位置进行准确抛物。
总体方案设计及飞行抛物算法
总体设计
本文设计的飞行器抛物系统的抛物过程如图1所示，为了能精确地将物体投掷到目标点，必须在飞行器距离目标点一定距离时便提前开启抛物装置，使物体在空中以一定的初速度做自由落体运动直至到达目标点。
飞行器抛物系统主要分为测量传感单元、主控单元和执行单元，如图2所示。测量传感单元采用Trimble公司生产的C2626型GPS数字传感模块和ADI公司生产的ADXRS612型MEMS陀螺仪，主要用于获取飞行器的空间坐标及俯仰角信息。主控模块采用ADI公司生产的ADuC7026单片机，用于实现对位置坐标的采集及解算，并结合抛物算法输出控制指令驱动执行模块抛物。
本设计中，将欲投掷目标点的坐标信息预先写入单片机，然后由ADuC7026单片机接收GPS的导航电文，解码出当前位置的经纬度、高度、水平速度，并结合陀螺仪检测出当前的俯仰角。最后根据飞行高度、水平速度、俯仰角以及飞机与目标点的相对位置信息，计算出最佳抛物时机所处的位置，当飞机到达此位置时，由ADuC7026单片机产生的PWM信号控制舵机使之打开挡板开关，最终实现自动抛物。
飞行抛物算法为了更全面地分
析飞行器抛物过程，可以将一个随机的抛物过程可以分为两种类型，即斜上抛物和斜下抛物(水平抛物可以看作上述两种类型的特殊情况)，这两种类型分别对应俯仰角α>0和α
从起抛点到目标点的水平距离即为提前抛掷阈值，根据抛物运动的相关知识不难得出以下公式：
斜上抛物时提前抛物距离阈值D1
俯仰角的修正
虽然MEMS陀螺仪具有体积小、成本低、易于集成等优点，但是它的速率输出易受温度等环境因素影响而产生漂移，这会给俯仰角的测量带来随时间不断积累的误差[4]。而通过GPS传感器的修正可以较好地弥补这一不足，修正方法如下：
利用GPS传感器求取俯仰角的方法如图4所示。只要计算出飞行器当前时刻与前一时刻的高度差H?和水
若设定G P S信息更新频率为5Hz(即每200ms导航电文更新一次)，那么单片机每隔200ms就将通过GPS传感器的信息对俯仰角进行一次修正。相对于采用单一传感器测量的方式而言，这种采用MEMS陀螺仪与GPS传感器结合测量俯仰角的方式即保证了实时性又提高了测量精度。
本系统采用电压为12V的大容量锂聚合物电池供电，经稳压芯片处理后供给各单元电路，主要硬件单元连接框图如图5所示。
主控单元
本设计中主控芯片采用的是ADI公司的ADuC7026单片机。ADuC7026集成了ARM7TDMI内核，其外设包括一个比较器，可编程逻辑阵列(PLA)和3相脉宽调制(PWM)发生器，40个通用I/O口，1个UART等。当工作在41.78MHz时，其功耗一般是120mW[5]。可见，ADuC7026单片机具有较低的功耗和优越的性能，满足本系统设计要求。
传感器单元
GPS传感器采用Trimble公司生产的C2626型GPS模块，它具有体积小、定位快速准确等优点，并提供多种格式的导航电文输出，它可以通过UART串口把坐标信息传送给ADuC7026单片机进行处理。陀螺仪采用ADI公司生产的ADXRS612型陀螺仪，它的测量范围可达±300°/s，采用模拟电压输出，可以通过单片机的ADC进行数据采样。
执行单元
执行单元采用Futaba S3003型舵机来驱动机械投掷装置。舵机的驱动信号是一个周期为20ms，脉宽在1ms至2ms之间变化的PWM信号，脉宽为1ms时对应舵机的左极限位置，对应机械装置闭合。脉宽为2ms时对应舵机的右极限位置，对应机械装置开启。利用ADuC7026单片机的PWM发生器编程产生的驱动信号如图6和图7所示，两信号分别对应机械装置闭合和开启，信号采用RIGOL DS5202型数字示波器测量。可见通过设置单片机输出PWM的脉宽就可以控制抛物装置的开关状态。
软件流程设计
GPS的解码
GPS的解码是本次设计的关键，Trimble C2626型GPS数字传感模块提供基于NMEA-0183协议的5种格式的导航电文输出，分别为GPGGA、GPRMC、GPGSA、GPGSV以及GPGLL。为了即获取足够的导航信息又能提高系统的实时性，本设计仅对GPGGA格式的导航电文进行接收解码。设置单片机串口波特率为9600bit/s，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。当接收到卫星信号时，一条GPGGA格式的导航电文如下例所示：
$GPGGA,081545.00,4544.7518,N,1 2317.5230,E,1,08,1.6,140.0,M,14.2,M,,*4 A。
对一些关键数据的说明如下：
$GPGGA：数据帧头，代表GPS固定数据
输出语句；081545.00：24小时制UTC时间，格式为hh/mm/ss/.ss；
4544.7518：当前纬度值，度分格式；
N：纬度方向，N(北纬)或S(南纬)；
12317.5230：当前经度值，度分格式；
E：经度方向，E(东经)或W(西经)；
140.0：接收机天线所处位置海拔高度；
M：代表单位米。
分析可以看出，导航电文以“$”符开始，回车符结束，各种信息间以逗号“,”分开，根据这个规律，可以编写解码程序将各种导航信息分类存储，软件流程如图8所示。
飞行抛物的控制
抛物控制的软件流程如图9所示。系统首先装载目标位置坐标信息，然后采集传感器信息并进行运算处理，当距目标距离d小于等于提前抛掷距离阈值D时，开始抛物。抛物结束后，延时5秒钟，当飞行器飞出投掷目标范围后舵机挡板自动闭合收起。
实验与调试
为了减小高大建筑物对信号的遮蔽和反射，实验选在郊外开阔的广场，在近似无风的天气下进行测试。抛投物体分别选择重量为200g的布袋、水袋和沙袋以尽可能全面地模拟实际情况。实验结果如表1所示，表中数据是重复实验十次后取平均值所得。
结语
本文分析了飞行抛物算法公式，制定了各参量的求解方法，并且针对MEMS陀螺仪测角误差随时间积累的不足，利用GPS传感器进行了俯仰角的校正，设计了飞行器抛物的控制流程。最后经过多次调试实验，结果表明，对于一些密度较大，受风力影响较小的物体可以实现准确定点抛物。如何减小或补偿风力的影响是下一步研究的方向。
参考文献：
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空间飞行器总体设计范文3
关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革
“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。
一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响
材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。
二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求
“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。
三、多管齐下建设丰富的教学环境
作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。
四、结语
航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。
作者:汪涛 周克印 单位:南京航空航天大学材料科学与技术学院
参考文献：
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空间飞行器总体设计范文4
朝鲜弹道导弹栅格翼情况 SS-20“先锋”导弹尾部被钢带固定的格栅翼
从目前情况来看，朝鲜掌握栅格翼技术已久，但最近在中程导弹“舞水端”和潜射导弹“北极星”上使用都尚属首次。总的来看，朝鲜目前共有3种型号的弹道导弹使用了栅格翼技术。
KN-02KN-02近程弹道导弹是朝鲜对苏联9K79“圆点”（SS-21“圣甲虫”）战术导弹的仿制，为单级固体燃料导弹，用于替换“蛙”7非制导火箭。据称朝鲜从叙利亚获取了SS-21导弹原型和数据，进行了逆向设计，但在设计中加入了朝鲜的设计，至少有一种原型保留了“圆点”导弹的栅格尾翼设计。在喷管出口处装有4个燃气舵，燃气舵与装尾段支架一侧的4个可折叠栅格翼相互联动，以控制导弹飞行，在主动段速度较低时由燃气舵控制，而在速度增大后由燃气舵和栅格翼联动控制，在再入大气层段则完全靠栅格翼来控制，控制机构为装在尾段内的4个液压伺服机构。
“舞水端”（“火星”10）朝鲜近期公布的2016年6月22日“舞水端”试验照片中首次出现了“舞水端”导弹根部四周带有一套对称配置的8副栅格翼，而此前朝鲜历次阅兵展出的“舞水端”和今年4月以来进行的多次试验中均未发现这种设计。由于苏联SS-20“先锋”导弹只采用4副栅格翼，因此朝鲜这种使用8副栅格翼的设计用于中程弹道导弹在全球范围内尚属首次。估计“舞水端”导弹的可折叠栅格翼通过内部的液压联动机构与内部源于苏联SS-N-6导弹的两部游动发动机联动使用。这表明朝鲜工程师对“舞水端”导弹进行了较大改进，以提高其早期飞行的稳定性，通过外部空气动力控制来克服导弹本身的问题。这种改进是在不到两个月内完成的，是一个较快和直接的解决方案。
“北极星”（KN-11）与“舞水端”导弹的情况类似，朝鲜2016年8月24日试验成功的“北极星”KN-11潜射弹道导弹也采用了8副栅格尾翼，这也是栅格尾翼首次用于“北极星”潜射弹道导弹。由于“北极星”KN-11导弹已经采用固体燃料发动机，因此其不可能使用游动发动机，而是采用了燃气舵与导弹根部对称配置的8副栅格翼联动控制导弹。从2016年3月24日朝鲜公布的固体火箭发动机点火试验影像看，其燃气舵烧蚀较为严重，因此其需要在助推段速度较高时与栅格翼配合控制导弹姿态。
2016年8月24日“北极星”潜射导弹试验与2016年6月22日“舞水端”试验的另一共同点就是在采用栅格尾翼设计后均取得试验成功，且都采用高弹道发射，“舞水端”在飞行400千米后成功溅落，“北极星”在飞行500米后成功命中海上目标区。这不得不让人认为栅格翼设计克服了两款导弹的技术障碍。
现代导弹栅格翼技术发展 使用格栅翼的GBU-43B“炸弹之母”
自20世纪40年代开始，苏联科学家对栅格翼的空气动力、结构、强度、质量以及工艺制造等方面开展了研究，但由于当时对这种翼面的各种特性认识不足，栅格翼没有被广泛应用。近年来，栅格翼重新引起了各国重视。
小型导弹/炸弹50年代初，苏联就探讨了栅格翼气动特性的解析和工程计算方法，研究了风洞的实验技术，进行了大量的气动计算和实验，同时也开展了栅格翼的结构、强度、生产工艺的研究，形成了一套设计方法。除了飞船救生逃逸系统和弹道导弹之外，苏/俄在导弹上最成功的栅格翼应用是R-77中程空空导弹。90年代初，俄首次在R-77空空导弹上采用4片栅格尾翼舵面取代常规的舵面，这是世界上第1型采用栅格式尾翼舵面的空空导弹。栅格舵面取代传统的空气动力控制舵面，可以减轻尾翼质量、减少大攻角机动飞行时的气流分离、减小舵面气动铰链力矩，从而减小舵机功率，降低舵机能源，增大气动升力和控制力矩，提高低速飞行时的稳定性和高速飞行时的机动性。栅格式尾翼因为其结构形状和小弦长，可以紧贴弹体折叠，这样导弹结构更加紧凑，易于存储和运输。以后，俄推出的“俱乐部”潜射反舰导弹也采用了栅格尾翼布局，其弹体尾部带有4片栅格翼，未发射状态下紧贴弹体折叠，从鱼雷管射出后栅格翼打开，在水中稳定潜行，能有效解决潜射导弹水中发射稳定性问题。
相对于苏/俄来说，美国开展栅格翼的工作比较晚，但发展非常快。20世纪90年代初，美国开始考虑该技术的实际工程化应用，与俄罗斯不同，其主要将该技术应用在了航空炸弹上。美国研制的栅格翼典型应用是其在阿富汗战争中首次使用的“炸弹之母”MOAB，其充分利用了栅格翼的可折叠性。MOAB炸弹外形较大，由C-130运输。栅格翼在待发状态下紧贴弹体，投放时打开，控制MOAB炸弹利用GPS信号攻击指定目标。大型的MOAB炸弹使用栅格尾翼主要是为了追求低速状态下的姿态控制能力，其自由落体速度不快，无法使用传统气动舵面进行控制，于是用了阻力较大的栅格尾翼（阻力是控制力的来源）。美国另外一个应用栅格翼技术的是其小型炸弹，如JDAM和小弹径炸弹。小直径炸弹比常规炸弹轻，由GPS引导。这类武器低速飞行时，利用的主要是这种翼结构可折叠的特点，而非追求其空气动力特性或是控制效率。
除了俄美之外，德国等国家也开展了栅格翼的理论研究和试验研制，特别是在新的高超音速导弹上，再次出现了栅格舵翼，以此改进低速情况下的空气动力特性。从目前情况看，该技术还广泛应用在无控火箭和反坦克导弹，甚至多种子弹药的设计上。
大型导弹70年代开始，苏联科学家开始在导弹设计中应用栅格翼，特别是弹道导弹，如SS-12战术弹道导弹、SS-20“先锋”中程导弹、SS-25“白杨”战略导弹，SS-21“圆点”和SS-23“蜘蛛”战术弹道导弹等。这些导弹中除了朝鲜模仿的SS-21“圆点”和作为俄目前主力的SS-25“白杨”外，其它导弹均因技术落后和国际条约限制等原因而退役。其中最有特点的当属SS-20“先锋”两级中程弹道导弹，该导弹射程4 500千米，曾是俄战略核力量的主力，其也是SS-25“白杨”导弹的前身。
SS-20导弹从上至下依次为弹头、仪器舱、第二级、级间段和第一级。两级各装1台固体火箭发动机。导弹第一级尾段上固定4个燃气舵，另有4个栅格翼和4个稳定翼。这些尾翼平时处于折叠状态，用一个钢环锁紧，当导弹弹射出发射筒后，靠弹簧力使钢环解锁，将尾翼展开。导弹在第一级工作期间用燃气舵和栅格翼空气舵同时提供控制力，而在第二级工作期间靠二次喷射系统实施推力矢量控制和靠滚动控制喷管进行滚控。在第二级发动机关机后由姿态控制发动机进行控制。SS-25“白杨”沿用了栅格翼设计，但在后来的SS-27“白杨”M上没有再使用这一设计。在SS-20“先锋”中程导弹和SS-25“白杨”战略洲际导弹上使用栅格翼，可以说是该技术在导弹领域应用的巅峰。
民用航天栅格翼技术除了在导弹和炸弹上使用外，在民用航天领域也有着较为成熟的应用。苏联曾成功地将栅格翼用作“联盟”号飞船救生逃逸系统的稳定翼面。逃逸飞行器是一个无控飞行器，可在39千米高度下的大气层中应急启动。为保证逃逸飞行器的气动稳定性，设计人员为其设计了4块展开的栅格翼，其将逃逸飞行器气动压心后移，实现了稳定飞行。逃逸飞行器由逃逸塔、栅格翼、可分离头部整流罩、栅格翼展开机构等组成，其中栅格翼展开机构是保证逃逸飞行器静稳定性的特殊装置。
导弹栅格翼的结构原理
栅格翼是一种较少采用的气动面形式，一般用于为飞行器提供姿控力。其特殊的结构使其具备一般导弹弹翼不具有的能力。
组成结构与普通的单翼不同，格栅翼是由众多的栅格壁镶嵌在边框内形成的多翼面弹翼。栅格壁在边框内可任意布局，但最基本的布局形式有两种：一种是框架式，一种是蜂窝式。蜂窝式又分为正置蜂窝式和斜置蜂窝式。目前得到最广泛应用的是斜置壁与边框成45度角的蜂窝式栅格翼。蜂窝式栅格翼作为飞行器和水上航行装置的升力面和控制面，可提高其升力特性，并且增加其稳定性和可控性，同时保证其在各飞行阶段具有足够的比强度、比刚度。 格栅翼结构形式，翼展为L，翼弦为b，翼高为H，两相邻格栅对应点间距离为t
格栅翼的主要参数是翼展、翼弦、翼高和两相邻格栅对应点之间的距离。格栅翼提供的升力较大，在较大的攻角和马赫数范围内都有很好的升力特性，它的尺寸较小，重量轻，弦向尺寸小，展弦比大，压力中心的绝对移动量很小，铰链力矩很小，可采用较小的舵机。这些特点为各类导弹提供了有利条件。
工作原理在大气层中飞行的物体，转弯的方式大致有三种。首先是气动舵面，在迎面空气的冲刷下，根据舵面位置的不同，产生大小不一的力矩，控制飞行器转向。飞机和大多数导弹都要通过这种方式实现转向，这种方式的特点是：需要飞行器本身具有一定的速度。其次是燃气舵，燃气舵往往被安装在喷管附近，通过相应的偏转改变尾流的喷射方向，进而改变导弹姿态。由于燃气舵的工作环境过于恶劣，即使采用了抗烧蚀材料，也作用不了多长时间。还有，导弹动力段飞行结束，燃气舵就没有存在意义了，因此多用于刚刚发射或弹射出筒的导弹改变飞行姿态，如AIM-9X这样的大离轴角格斗弹。再有就是姿态控制喷口，在导弹前端，通过喷射工质改变导弹指向，比如“道尔”M1防空导弹。
栅格翼属于气动舵面的一种，相比于传统气动舵面，其相当于若干个叠加在一起的相同姿态的短翼共同作用。其最大的优点是在相同飞行速度下，栅格尾翼的气动控制效率要高于常规气动舵面，其阻力也大于常规气动舵面。导弹飞行速度越快，舵面与空气的相对速度就越快，作用在导弹上的力就越大，舵面的控制效率就越高。在低速状态下，栅格翼舵面效率高于常规气动舵面。 空空导弹尾部的燃气舵
弹道导弹栅格翼技术的优势
栅格翼与普通平直板翼相比，其在技术上有诸多优势。
控制能力强将栅格尾翼用作导弹的全动舵面时，铰链轴一般放在二分之一弦长处。由于弦长短，压力中心距铰链轴很近，空气动力产生的铰链力矩是个小量，因而转向机构的功率很小，允许采用较轻和较小的作动系统，使尾翼的质量明显减小。其实不严格地说就是，格栅翼由于尺寸面积较小，其受到的空气动力（铰链力矩）较小，只要小功率的伺服机构就可以转动，所以将栅格翼用作控制面时，其转向机构所需的功率很小，这将导致传动和电源等装置的质量减小，而导弹尾部因为要布置火箭发动机的尾喷管，空间非常狭窄，这样就可将导弹的气动操纵面设在导弹的尾部。
机动性更好由于导弹的火箭发动机工作时间只有10秒左右，火箭发动机里的药柱燃烧完后，导弹的重心前移到前部，这样将气动操纵面设置在导弹尾部就可以为导弹提供更大的操纵力矩，提高导弹的机动性。通过模拟试验，科研人员发现，栅格尾翼的失速迎角可高达40度，大迎角飞行时气流分离减少，阻力降低，且超过失速迎角后升力的下降却比较缓慢，这无疑使导弹的机动能力大大提高。 战术导弹尾部的格栅翼组件
占用空间小与平直翼相比，栅格翼展向尺寸小，可以紧贴主体折叠安装而不加大主体的外形尺寸。在很多情况下栅格翼可以在本身的空气动力力矩作用下自动打开，也可以强制打开。利用这一优点，可以将栅格翼设置在从军舰或潜艇发射的导弹上，或设置在飞机机舱内的导弹上。导弹发射前栅格翼处在折叠状态，在发射过程中自动展开并开始工作，这是传统平板翼做不到的。这样可使弹舱悬挂更多的导弹。例如，俄罗斯将使用栅格翼的R-77导弹装在米格-29、米格-31、苏-27、苏-35等战斗机上，可同时攻击4～6个机动过载为12g的空中目标。
结构强度佳栅格翼作为承力面，最大的优点是具有高的强度-质量比。栅格翼是一个较短的悬臂梁，结构高度较大，与展长的尺寸相当或大大超过了翼弦，而且栅格翼的最大气动载荷作用面与结构的最大刚度面重合，这大大增强了其受力强度。而单面翼最大气动载荷作用面与最小刚度面重合，所以在与单面翼承受相同载荷的条件下，栅格翼的质量可以大大减小，但刚度要比单翼好得多。栅格翼的重量是实心单翼的1/ 3～1/5，比空心截面的单翼轻一半以上。从结构上看，斜置蜂窝式栅格翼是一种重量更轻、刚度更好的薄壁桁架的结构形式。因为它具有斜交的栅格壁，所以能有效地承受空气动力载荷。在翼展和升力面面积相同的条件下，栅格翼的弯曲强度比单翼高得多。这也使其金属材料消耗少，适于批量生产。
气动效率高科研人员计算发现，在较高马赫数的超音速气流中，栅格尾翼内部各栅格壁间的波系干扰消失，升力特性基本上与平直翼型相等。在相同的外形尺寸下，栅格翼的升力面积比单面翼大得多，故升力也大得多。此外，栅格翼的重量效率比单翼高，因为栅格翼的受力组件都处在气流中，因而每个组件都起着承力面和空气动力面的双重作用，而单翼的受力组件布置在翼面内部，它们不产生空气动力。
可见，平板翼具有自身的一些局限性，如果射程远，速度高，飞行时间长，这种传统的尾翼布局就难以协调稳定性和强度问题，而栅格翼由于具有上述优点，能克服传统弹翼的局限性。不过，栅格尾翼阻力系数和雷达散射截面特性不如平板翼，因此在导弹设计中需要考虑。 R-77空空导弹尾部的格栅翼
朝鲜弹道导弹栅格翼应用原因
空间飞行器总体设计范文5
世界航天工业经过五十多年的发展，目前规模已相当可观。在不同程度上建立了航天工业的国家和地区已有20多个，但在能力与水平上，各国的相互差距仍然很大。目前，世界航天工业主要分布在一些发达国家和大国，以美国最为发达，俄罗斯、欧洲和日本的航天工业也相当发达，发展中国家中，中国、印度、巴西等国的航天工业都有一定的能力和水平。
一、美国的航天工业
美国的航天工业经过数十年的发展已形成了庞大的科研生产体系，从事航天工业的员工人数近百万人，其中科研和工程技术人员约占到总数的近80%。美国从事与航天有关的研究与咨询活动的研究机构及学会等约有200多家。按照航天产品和导弹的总体、动力系统和电子设备三大部分的主要承包商统计，约有370多家公司；如果将有关设备、仪器仪表、地面设备、电子元器件及原材料企业也计算在内，则为航天产品配套的公司有1000多家。美国大型航天和导弹公司大多从事航空航天业务，同时经营多种业务，有雄厚的技术开发设计能力。
美国将空间开发与利用作为综合国力新的增长点，确立了发展空间能力为基本国策，不断加强国家对航天工业的协调，实施商业化空间政策，对民用和军用航天计划在技术开发、发射和服务支持方面进行最大限度的协作，并广泛参与世界范围的竞争。美国已形成了一套比较完善的航天与导弹工业管理体制。总统与国会为决策层，总统负责航天和导弹工业发展的战略决策和方针政策，国会进行航天和工业管理的立法，监督政府有关部门的航天和导弹工业管理工作，并通过预算拨款和政策对航天和导弹工业进行宏观调控。国防部与国家航空航天局（NASA）为计划层，国防部是军用航天和导弹的主管部门，NASA是美国民用航天活动的政府主要管理部门，并承担部分军用航空航天计划，NASA还与其它政府部门负责商业航天规划的实施。承包商（工业界）、科研部门、大学等为实施层。
美国在航天工业上的投资远远超出其它国家，2001年达到288亿美元，约占世界所有国家航天预算总和的75%。
到目前为止，美国不仅形成了庞大的航天和导弹研发、生产和管理体系，而且不论是航天运载工具和航天器、还是各类导弹，均形成种类齐全、型号繁多的体系。美国具有世界上最强大的航天运载能力，拥有重型、大、中、小型等多种系列运载火箭，目前只有美国的航天飞机是世界上唯一投入使用的可重复使用的运载器，在研的及预研的可重复使用的运载器数量最多时达到十几种；美国载人航天和空间探测技术发展成熟，目前领导和管理着庞大而复杂的国际空间站工程，数十个空间探测器探测了月球、行星和星际，各类在轨的卫星门类齐全。自人类发射第一颗人造地球卫星以来，各国发射了5000余颗卫星，其中美国占了将近一半。
美国的航天和导弹技术始终处于世界领先地位，这与其长期保持雄厚的航天工业基础和持续的创新能力分不开。航天与导弹技术属于综合技术和系统工程技术，需要以各专业技术为基础。美国十分重视国防技术基础的发展，国防部制订的15项国防关键技术，其中12项都用于航天和导弹的研发。而这些关键技术的绝大多数在世界居领先地位。
二、俄罗斯航天工业
俄罗斯继承了苏联大部分航天与导弹工业的科研设计机构和工业企业，保留了规模巨大航天与导弹工业的基础，以及雄厚的科研、生产、试验和应用能力。独立后，俄联邦政府给航天与导弹工业的财政拨款锐减，许多已列入航天与导弹计划的研制和生产项目被取消或推迟，航天与导弹工业受到巨大的影响。但由于苏联航天与导弹工业的庞大规模和坚实的基础，使俄罗斯至今仍然保持着一个实力仅次于美国、许多领域可以与美国并驾齐驱的航天与导弹工业强国的地位。
俄罗斯非常重视航天工业的发展，在经费有限，航天与导弹发展规模缩小的情况下，突出保证国家航天与导弹重点项目的实施和发展，继续保持重点航天与导弹技术在世界的领先地位。俄罗斯将核威摄力量做为国家安全的基石，保持和发展包括新型战略导弹在内的战略核力量，确保独立研制、生产先进战略导弹系统的能力。鼓励航天与战术导弹产品的出口，积极开展国际航天合作。
目前，俄罗斯航空航天局直接管理着从事航天与导弹系统及相关部件研制的研究设计机构和生产企业一百多家，另有航空航天局内外的45家企业通过合作参与航天器与导弹的研制生产，还有一些俄罗斯与国外合资的航天企业。从事航天与导弹研制与生产的雇员近30万。从独立后的1992年至2000年底，俄罗斯共进行了316次航天发射，先后发射了454个各种轨道的航天器。近5年来，俄罗斯平均每年约进行20～30次航天发射，发射数量大约是苏联时期的1/3。俄罗斯的航天产品包括各种航天运载器、卫星和深空探测器、载人飞船与空间站，建立了完整的航天飞行控制与测量系统，开展了全面的航天应用与丰富空间科学研究活动，是美国之外全球航天产品最齐全、设施最配套的国家。俄罗斯已经形成种类齐全、产品配套的导弹武器系统。总体上说，在许多领域俄罗斯导弹武器系统在品种、技战术水平上都可与美国匹敌。
三、欧洲航天工业
法国是西欧第一航天大国，也是美国和俄罗斯之后的世界第三航天大国。它拥有强大的运载火箭与航天器制造能力和类型较齐全、规模较庞大的导弹研制生产能力。法国航天和导弹工业的规模在西欧居第一位，从业人数和销售额均高居西欧各国之首。法国能独立或为主研制各种大型运载火箭，通信、侦察和对地观测卫星，较大型航天器以及各种类型的导弹，共研制过或正在研制约5个系列的运载火箭、约15种型号的卫星、3种型号的航天器和约60种型号的导弹，具备总体设计、推进、制导、结构、防热等分系统设计与研制以及电池、火工品等零部件研制能力。法国研制生产的各种运载火箭、卫星 、航天器和导弹具有较高的技术和应用水平。其中，通信和遥感卫星性能接近世界先进水平，并带头打破了美国对国际商业通信卫星研制市场的垄断，成为“阿拉伯卫星”和“土耳其卫星”的主承包商；反舰导弹、防空导弹、空空导弹的性能基本接近或达到美国同类武器系统的水平。法国航天大型企业的基础雄厚、设备精良、技术先进，如在“阿里安”火箭总装车间拥有现代化的机器人、加工中心、CAD／CAM、数学仿真、模拟仿真等设备，其设计、研制、管理手段均非常先进。
英国航天和导弹工业的规模，在西方国家中处于前列。英国有比较配套的航天工业产业结构和产品结构，研发、生产能力与水平在西方国家中处于前列。英国航天工业的研发和生产注重选择重点发展方向，主要是在对地观测卫星、小卫星和卫星软件等领域的研发、生产中具有很强的实力；在通信卫星技术领域的研发中处于世界先进水平；能独立研发、生产卫星整星和探空火箭，但不能独立研发、生产运载火箭。英国虽然缺乏战略导弹生产能力，但在战术导弹领域，除了不具备独立研制生产巡航导弹的能力外，其它战术导弹不仅可以独立研发和生产，而且其水平位居世界先进行列，至今已经生产了30多种型号的战术导弹。英国的航天与导弹产品在国际市场上具有一定的竞争力，其中每年战术导弹的出口贸易额达10多亿英镑。
德国近年来在航天器系统设计、制造、管理和工程总承包方面积累了丰富的经验，掌握了许多领域的关键先进技术。在单、双组元液体推进系统，硅太阳电池及复合材料电池板，卫星姿控系统，行波管放大器，光学仪器，电火箭发动机技术等领域拥有世界一流技术。在大型运载火箭第二级液体芯级、液体捆绑助推器、上面级液体火箭发动机、姿控发动机和火箭结构件的研制上具有丰富的经验。德国具有应用卫星和科学实验卫星整星研制的能力，并拥有很高卫星制造水平，尤其在卫星太阳电池系统、姿控系统、光学仪器、卫星通信有效载荷、卫星单组元和双组元推力器及电推进系统领域拥有先进水平。德国近年来积极参与了欧洲阿里安4、阿里安5运载火箭的研制和生产，并自己研制了哥白尼德国邮政卫星。德国不生产战略导弹产品，研制的导弹产品主要有地空导弹、空地导弹、空空导弹、反舰导弹、反坦克导弹等。
意大利航天与导弹工业规模在西欧排名第四位。意大利的航天工业在欧洲具有较先进的技术水平，能够独立开发卫星系统和轻型运载火箭。在大型运载火箭固体助推器、卫星平台、卫星通信高频技术、通信卫星有效载荷、卫星天线、远地点发动机领域位于欧洲前列。意大利作为主承包商研制的典型卫星型号有意大利卫星-1、-2通信卫星，阿蒂米斯先进中继和技术卫星，宇宙-昴星团卫星，米塔科学小卫星。与其他国家联合研制的航天器有多种型号。意大利目前作为主承包商正在研制维加轻型运载火箭；参加了国际空间站项目，承担了多功能增压后勤舱（MPLM）等重大项目的研制。在导弹领域，主要通过与法国、德国、英国和美国等国家合作的方式研制生产战术导弹，产品包括反舰导弹、防空导弹、空空导弹、空地（舰）导弹和反坦克导弹。
空间飞行器总体设计范文6
关键词：科技馆，内容规划
Abstract: a comprehensive construction of large science and technology museum, the exhibition content planning is the first priority is to the core problem, it decided to a science and technology museum of the core idea and show whether the theme fully manifests, decided the science and technology museum show general layout of content and regional logic division. In guangdong science center show content construction practice as an example, this paper discusses the construction of overall planning of the science and technology content general principles and rules, and for other similar science and technology museum of significance of reference to the construction.
Keywords: science and technology museum, content planning
中图分类号：TB491 文献标识码：A文章编号：
广东科学中心是广东省为实施“科教兴粤”和建设文化大省战略，而投资兴建的大型公益性科普教育基地，位于广州市大学城，占地45万平方米，展览场馆建筑面积11.5万平方米，在世界上也属于最大型综合性科技馆之一。其建设宗旨是：弘扬科学精神，普及科学知识，传播科学思想和科学方法，树立科学发展观，提高全民科学素养。
一．内容规划的总体设计
展示内容规划必须围绕着“以人为本，传播科学，和谐共进”的核心理念，沿着“自然，人类，科学，文明”的主题思想分别展开。以人为本，则要求把人作为展示内容规划的逻辑起点。“人”首先与主题中的“自然”相遇，面对自然，人的好奇心驱使人对“自然探索”（第一展区）；驱使人去认识“人类”自身，“揭示生命现象的奥秘”（第二展区）；人类追求真理的活动表现为“科学发现”（第三展区）；科学影响人类的生活，使人们生活更美好，表现为“文明”的发展。它是由科学转变为技术而实现的，技术为人类带来幸福，同时也带来挑战，即“技术挑战”（第四展区）；人们探索自然，揭示生命奥秘，享受科学发现的愉悦，也勇敢地面对技术进步所带来的挑战，这便是全部现代文明的秘密，即人类始终生活在由科技所创造的“乐园”之中，即所谓“科技乐园”（第五展区）。由此，广东科学中心内容规划的五大展区如下：
第一展区 自然探索
第二展区 生命揭秘
第三展区 科学发现
第四展区 技术挑战
第五展区 科技乐园
二．规划内容的实施与分区布局
1．展示内容的选取原则
精选经典。科普教育的一项重要任务是将经典科学变成通俗易懂、大众便于接受的常识，但被称为经典的科学知识内容繁多，必须考虑所选择内容的代表性，在体现科学世界观整体性的前提下把握好展示内容的经典性。
突出前沿。前沿科学反映了当今科学发展的最新成就，是展示内容选择的重点。对科学新思想和技术新成就的介绍要立足于“新”，突出前沿领域的新成就。
厚今薄古。在突出前沿的同时也应当适当展示古代科技内容，尤其是对中国古代科技文明成就的介绍。但整个展示内容的选择必须遵循“厚今薄古”原则，以介绍当代科技的新成就为主，以区别于传统的科学博物馆。
2．规划内容的分区布局
第一展区“自然探索”之“绿色家园”展馆：展馆内划分为三个板块：“绿色摇篮”、“绿色危机”、“绿色行动”。
“绿色摇篮”侧重表现地球系统和生态系统的结构、平衡与循环，主要展示宏观的地球系统的四大圈层；地球系统内部进行的物质循环和能量流动以及对生态系统及其平衡的影响。
“绿色危机”展示由于现代工业的飞速发展和人类对于自然无止境的索取和破坏，导致地球的资源危机、环境污染、生态破坏，以及频繁爆发的自然灾害。
“绿色行动”展示人们为保护我们的绿色家园而开展的生态恢复、环境治理、新能源开发利用等行动。
第一展区“自然探索”之“飞天之梦”展馆：展馆内划分为三个区域：“挑战天空”、“飞向太空”、“星际探秘”。
“挑战天空”主要展示能使人类自由翱翔于蓝天的航空科技知识，重点介绍航空飞行的基本原理、航空飞行器的设计与构造、航空材料与可靠性、航空飞行器的驾驶与控制、导航及空中交通管制等内容。
“飞向太空”以国内外航天科技发展为背景，以中国航天事业为中心，展示航天领域内的科技知识，重点介绍航天发射与飞行的基本原理和载人航天的系统工程。
“星际探秘”：浩瀚的天空和茫茫宇宙引发了人类无尽的遐想，造就了各种美丽的传说。
第二展区“生命揭秘”之“人与健康”展馆：展馆内划分为三个区域：“人体奥秘”、“健康新概念”、“高科技与健康”。
“人体奥秘”通过杂技演员的动作表演，介绍肢体运动与人体器官之间的内在联系，观众在一系列互动参与的过程中了解人体器官的结构和功能、 生命系统的运行、基因的遗传等知识。
“健康新概念”主要介绍关于人类健康的新指标，展示生活方式（饮食、运动、生活习惯等）对健康的重要影响，环境质量与健康的关系，心理健康的培养，引导公众追求健康的生活品质。
“高科技与健康”利用现代高科技手段进行各种健康指标的测定，展示人类利用最新科技手段在人体健康领域的研究成果，表达科技不但改造了整个世界，也同样改变了我们人类自身。
第二展区“生命揭秘”之“感知与思维”展馆：展馆内划分为三个区域：“感知花园”、“错幻觉王国”、“思维空间”。
“感知花园”展示人类识别和处理外界信息的物质基础极其生理机制，以及相关的技术研究和应用，介绍人类主要的感觉器官、大脑的构造和功能、大脑思维发生过程的生理机制等。
“错幻觉王国”：展示人们认知事物过程中的感性认识阶段的有关规律，并让观众进行一些有趣的自我感知测试，了解自身的感知能力。
“思维空间”：展示人们认知事物过程中的理性认识阶段的有关规律，并应用这些规律去探讨科学用脑和脑开发的问题。
第三展区“科学发现”之“实验与发现”展馆：展馆内划分为五个区域：“科学发现广场”、“伽利略实验室”、“法拉第实验室”、“牛顿实验室”、“探索生命遗传奥秘”。
“科学发现广场”作为整个展馆的观众导览、人群集散的空间，设置有世界十大经典物理实验，并展示科学大发现的历史脉络。
“伽利略实验室”以自由落体定律的发现过程为线索，介绍伽利略在观测实验的基础上，融会贯通数学形成“实验-数学”方法，开创研究自然规律科学方法的先河。
“法拉第实验室”以电磁感应定律的发现过程为线索，介绍电磁学领域内的著名发现和探索历程，让观众体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。
“牛顿实验室”以万有引力定律的发现为线索，介绍牛顿“站在巨人的肩膀上”，通过“想象、假设、实验、类比、演绎、归纳”等思想方法，创立经典力学体系的历程。
“探索生命遗传奥秘”展示生命科学领域的相关知识，介绍该领域内世界著名科学家的重大建树和科学的研究方法。
第四展区“技术挑战”之“数码世界”展馆：本展馆划分为四个区域：“数字技术基础”、“数字技术应用”“数字乐园”、“数字梦想”。
“数字技术基础”包含数字技术的基本概念（如二进制等）、信息的数字化过程、数字信息的处理、计算机与网络基础知识等。
“数字技术应用”展示数字技术在日常生活中的应用，以及在数字化时代人们生活方式、工作方式、娱乐方式、相互沟通方式的改变。
“数字乐园”和“数字梦想”以多形式、全方位介绍虚拟现实技术以及混合现实技术。
第四展区“技术挑战”之“交通世界”展馆：展馆划分为四个区域：“汽车技术基础”、“最新的汽车技术”、“未来都市交通”、“汽车生活与娱乐”。
“汽车技术基础”介绍汽车构造、类型、工作原理以及汽车设计制造的流程和相关技术。提供观众进行经济驾驶、汽车设计的平台，为探究汽车内部构造的观众提供真实的环境。
“最新的汽车技术”展示高新科技在汽车上的运用，例如主动安全技术、清洁能源技术、资源再生技术等，使汽车的使用更加安全、环保、舒适、便利。
“未来都市交通”主要展现未来的城市智能交通系统，以及快速交通、轨道交通等知识。
“汽车生活与娱乐”展示汽车的维护、使用，汽车与能源环境，以及汽车文化的相关内容。
第五展区“科技乐园”之“儿童天地”展馆：通过“我的家与居住小区”、“我的城市”、“我的世界”、“我的工作室”，让儿童从家到大自然，在熟悉的生活环境中、模拟的社会场景及自然环境中亲近自然、体验社会与生活、接触科技。由此，四个展示区域规划而成。
“我的家与居住小区”从日常生活开始，在游戏和动手操作中感受身边事物，体验生活中的科学，引发探索其中奥秘的欲望。
“我的城市”通过模拟活动的体验，让小观众接触城市的交通、建筑、通讯、能源供应等领域，探索其中的科学与技术。
“我的世界”以探索自然界的奥秘为主题，通过与农作物、动植物、地球矿物等内容的互动展项，引发儿童的好奇心和观察的兴趣。
“我的工作室”提供培养想象力、探索精神和展示自我的交互式学习环境，让儿童在“动手做”中亲历科学探索的过程。
