不知天上宫阙,今夕是何年。嫦娥奔月的神话代表着人类对探索月球的无限向往。经过漫长的等待,伴随现代科学技术的飞跃,中国人终于自己登上了月球,一点点揭开了它的神秘面纱!
嫦娥五号,中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器,在11月24日的凌晨4点30分于海南的文昌航天发射场搭载长征五号遥五运载火箭发射成功。这振奋人心的消息,也点燃了理工相关专业师生的激情。比如能源与环境系统工程专业、复合材料与工程专业、机械设计制造及其自动化专业的专业知识等,都与航天有着密不可分的联系。现在就让我们一起来了解一下吧!
能源篇
能源工程的进步无疑为此次登月计划提供了强大的技术支撑。
能源与环境工程是做什么的?与航空有什么关联?
“能源与环境系统工程”,顾名思义,包含了“能源”与“环境”两大方面。本专业的知识可以为“嫦娥五号”的散热系统和动力系统等提供相关技术,如“嫦娥五号”中有很多电子元件,都会产生热量,热量堆积无法散出的话,轻则影响元件的效用,重则烧毁飞船,如何将飞船中热量传递出去显得尤为重要;另外,“嫦娥五号”的两片巨大的太阳能电池板,负责为整个飞船提供电力,帮助其完成土壤取样和移动。
从本专业毕业后可以去哪里就业呢?
从本专业毕业的同学们将有机会从事与燃烧、传热、流体力学、太阳能利用等多个方面相关的工作和研究。在未来的职业生涯中也有极大的可能性参与到与国家发展紧密相关的航空、电力、可再生能源、环境等方面的事业。
航空航天要能成功实现不仅需要内在的火热能源,还需要外层包裹的强硬的金属外壳,接下来我们详细介绍机械专业在航天事业中的重要作用。
机械篇
机械与航天有什么关联?
航空航天的发展与机械领域的发展密不可分。从本质上讲,中国航天事业的最大一项任务就是设计、制造能满足航天要求的特殊机械。为什么这样说呢?实际上闻名世界的长征系列火箭、给月球拍照的玉兔、令人遐想的天宫、从月球取壤的嫦娥等一系列航天领域的巨大成果就是一台台功能强大的特殊机械。就连刚刚在月球上打上“中国标识”向我们展示那一抹鲜艳的“中国红”的嫦娥五号着陆器,也是通过一个特殊的锁紧旋转机构使用二级杆的方式将卷轴形式的国旗展开。
长征系列运载火箭目前已发射了300多次,把将近500个航天器送入太空,它就是一个由上万个零件组成的精密机械。
机械类专业有哪些?
机械属于工学门类,是工科中的一个宽泛的学科,是理科生选报的热门专业之一,堪称最强工科,全国几乎所有的综合性高校都开设了机械类专业。通常情况下“机电不分家”,各大学机械类专业的培养往往都是机械与电子融合教学。主要专业有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机械工程、机器人工程、材料成型及控制工程、工业设计、车辆工程、过程装备与控制工程等十多个专业。
湖北理工学院就开设有机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机器人工程、材料成型及控制工程、车辆工程五个机械类专业。
可能有人要问:材料成型及控制工程专业听名称应该是材料类专业,为什么它是属于机械类专业呢?
这里就要介绍一下材料的分类。材料大体上可以分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料等多种类型。通常情况下大多数机械零件使用的都是金属制成,所以机械类专业就需要有一个专业专门研究金属材料的特性以及各种加工方法,这就有了材料成型及控制工程专业。
机械类专业学些什么?
虽然各高校培养模式和开设课程不尽相同,但大体上讲,机械类专业除了高数、英语、大学物理之类的工程基础课之外,制图、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、检测与传感、控制工程等课程是几乎所有机械类专业都要学习的课程。当然,不同的专业侧重点不一样,开设的课程也有差别。
在湖北理工学院,机械设计制造及其自动化专业和机械电子工程专业课程体系还是存在着明显的差别。虽然都开设了机械类和控制类课程,但侧重点不同,课程设置、学时分配及教学目标上都有差别。
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下表列出了湖北理工学院机械设计制造及其自动化专业和机械电子工程专业在主要专业课程设置的一些差别(表中只列出来有差异的专业核心课程,两专业相同的课程未列出)。
机械类专业学完可以做啥?
可能有人会问,学完机械能做出“胖五”么?
答案是:不能。
前面说的到过火箭本质上就是一种特殊的机械,那为什么学完机械还做不出“胖五”呢?
那是因为运载火箭的制造依赖机械科学但又不仅仅是机械问题。
无论是飞机还是航天飞行器,都是综合科学技术的结晶,涉及材料、电子通讯设备、仪器仪表、遥控遥测、导航、遥感等诸方面,没有其它学科的知识与技术,设计不出性能优良的运载火箭。
既然航空航天领域有专门的专业,那我们机械类专业是不是就与航空航天无缘了呢?
答案当然也是否,航空航天的多发展离不开机械专业的人才。
无论怎样设计,产品都是需要最终制造出来,无论是“神州五号”还是“玉兔二号”,都是由一个个零件组成的。这些零件的加工制造、装配、运输等过程离不了机械工程师的参与,而加工这些零件的设备、使用的各种工具更是机械工程师们劳动的结晶。在非航空航天领域,机械类专业更是“无行业不入”,整个社会大半的行业领域都离开不了各种机械装置,而机械专业学完之后可以从事的工作涵盖了机械设计、机械制造、机械维护、机械销售等方面的各种岗位,其就业范围非常宽泛,具有广阔的前景。
材料篇
嫦娥五号探测器在月球成功着陆后,一面鲜艳的五星红旗在嫦娥五号探测器上徐徐展开。由于宇宙拥有很强的电磁辐射,以及月球表面正负150摄氏度的温差等恶劣环境,这就决定了普通国旗无法在月球上使用。科研团队花费1年以上的时间最终选用某新型纤维复合材料,既能满足强度要求,又能满足染色性能要求,从而保证国旗能够抵御月表恶劣的环境,做到不褪色,不串色、不变形。
某新型纤维复合材料在此次航天任务中也起到了不可替代的作用。现代高科技的发展离不开复合材料,复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模,已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。
因此湖北理工学院为复合材料与工程专业准备了雄厚师资力量,拥有一个专业素质过硬,年龄结构合理,充满活力的教学团队。专任教师博士化率100%,均来自国内外知名高校。基于“学生为中心、产出为导向、持续改进”工程教育理念,着重培养学生的实践能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力。我们以实验室开放基金项目、大学生创新创业项目、互联网+、大学生挑战杯、各种专业学术竞赛等为着陆点,强调“学用结合、做学结合、学创结合”,使学生成为创新的主角,真正实现创新能力的培养,实现工程教育中创新型人才工程素质培养的目标。
复合材料是一个神秘的,大有可为的世界。为使我国早日成为复合材料强国,需要我们共同努力,期待你们的加入!
土木篇
"蟾宫"和土木工程专业又有什么联系呢?
“蟾宫”亦是工程设施的一种,因而属于土木工程的一类。土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称.它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动,也指工程建设的对象。为建设好“蟾宫”这类地外星球建筑,我们必须充分发挥土木工程的知识。
"蟾宫"的建造顺序是怎样的?
首先是对建筑材料的探寻,多数学者倾向于在外星球上就地取材,然后利用3D打印技术建造大型基础设施。
目前各国对月壤材料都进行了一些研究,已经证明作为一种非常有效率的工具,3D打印能够处理外星球表面的疏松材料。除就地取材外,或许还需从地球运输材料。届时可能需要大规模运输钢材之类的材料。但伴随着科技发展,日后地外星球建筑会采用全新建材也未可知。
搜寻到合适的建筑材料之后,还需要做怎样的准备?
有了合适的建筑材料,我们便该想着制造相关设备以搬运材料并建造。在地外星球,制约地球建筑物尺寸和造型的重力将变得很小,火星的引力约为地球的1/3,月球约为1/6;月球表面没有大气,而火星表面虽然大气非常薄弱,但是却经常会产生巨大的尘暴,风速可达180m/s,是地球的三倍,如何应付火星的风荷载将令人十分头疼。综合看来,在地外星球以人力建造显得非常不切实际。因此,在地外星球,机器人或将远超人力,担任建筑过程中的主力军。各种大型机器会应运而生,人们则需呆在太空站对其进行操作即可。运输方面,为运送必需的机器人、建材等物品,或许会研发专门的运输火箭,并大量建造太空站等接受。
建造完成后就可以直接投入使用了吗?
设计建造完成后,还需要对其加以维修保养。通过定期的维修保养,我们将掌握各项设备的运行状态和存在的问题,及时进行**,并对平时巡检中发现的问题集中处理,确保设备的正常运行。同样是由于大气、重力等原因,维修保养的过程也主要由机器人完成。且由于地外星球的恶劣条件,地外建筑的维修保养应该更为频繁。
这样,地外星球建筑便完成了。当然,这只是我们现在的应用构想,许多问题尚难以解决,例如建筑的结构形式等,而今的科技难以建造。但相信在不久的将来,土木工程将在地外星球大展身手。
光阴似箭,唯有以梦为马,不负韶华,才能不断超越自我,让星辰大海不再遥远.......
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排版:唐鸿