技术创新(知识讲座)（精编版）

1、第二讲技术创新一、学习目的通过深刻理解技术创新的内涵与属性，在创新理论学习中更好地把握创新活动的实质。通过了解技术创新的方式方法， 在创新实践中更深刻体会并运用创新原理，开发创新思维，提高创新素质。二、学习安排 4 学时共 24学时三、学习内容案例一神舟号载人飞船三舱结构设计上的创新一案例内容摘要： 美国和俄罗斯在载人飞船的发展中，已经积累了大量的经验。我国神舟号载人飞船在设计上，跨越了早期的“两舱”设计，直接采用了“三舱”设计方案。“三舱”方案在原有的推进舱和返回舱之外，增加了一个轨道舱。飞船在太空中飞行时，航天员可以把轨道舱当作工作舱和生活舱，增加了活动空间。航天员在返回时进入返回舱，与轨

2、道舱别离。神舟飞船的最大创新是功能上的创新，是将留在太空中的轨道舱当作一个空间飞行器来使用。这是从我国国情出发而进行的一项技术创新。从“两舱”到“三舱” 2003年 10 月 15 日 9 时零分，我国神舟五号载人飞船在酒泉卫星发射中心发射成功，把中国第一位航天员杨利伟送上了太空。飞船按预定程序运行14 圈后，于10 月 16 日 6 时23 分在内蒙古主着陆场安全着陆。神舟五号的飞行是我国首次载人航天飞行，是继“两弹一星” 之后，我国航天史上的又一次重大科技突破，使我国成为继美国和俄罗斯之后，世界上第三个掌握载人航天技术、成功发射载人飞船的国家。2005 年 10 月 12-17 日，神舟六

3、号载人飞船又进行了第二次载人航天飞行任务，将聂海胜、费俊龙两名航天员安全送入太空。2008 年 9 月 25-27 日，神舟七号飞船将翟志刚、刘伯明、 景海鹏三名航天员送入太空，翟志刚首次进行了出舱活动，成为我国在太空行走的第一人。自从 1961 年苏联实现第一次载人航天飞行以来，俄罗斯和美国先后研制了7 种载人飞船，而俄罗斯的联盟号和美国的阿波罗号是最先进、技术最成熟的飞船型号。航天飞船在太空中完成任务后，如果整体返回， 飞船的重量和体积很大，技术难度增加。因此， 为了减少飞船返回时的重量，飞船不是做成一个整体，而是分舱段。 返回的航天员和设备仪器集中在返回舱返回地面，继续在轨道上运行完成特

4、定任务的部分放在轨道舱内，用后不需要的部分放在设备舱内废弃掉。此外，飞船分舱段设计还可以防止飞船某个舱段发生故障时，不至于影响其他舱段的使用。早期的飞船设计都是采用两舱设计，也就是说只有返回舱和推进舱。早期苏联设计的东方号、 上升号和美国的水星号、双子星号飞船都是采用两舱设计。但是随着技术的发展和飞船飞行任务的日益复杂，两舱式设计已经不能满足航天员活动空间的要求。因此， 美国的阿波罗号飞船和俄罗斯的联盟号飞船都采用了三舱设计方案。采用三舱方案增加了一个轨道舱。在三舱结构中，轨道舱在最前面，返回舱在中间，推进舱在最下面。 轨道舱是航天员在太空自由飞行时的生活舱和工作舱，航天员返回地面之前将轨道舱

5、别离，减小返回舱的尺寸和重量。三舱方案的优点是可以搭载更多的人和物品，完成更复杂的航天任务；而两舱方案由于没有轨道舱，从发射阶段救生的角度来看，逃逸系统只需要带走两舱，救生简单。神舟飞船的“三舱设计”由于只有在技术较为成熟的条件下，才能使用技术更为复杂的三舱设计并使飞船的安全性得到保障， 我国神舟号飞船在论证阶段，曾经在两舱方案和三舱方案之间进行了详细的论证和讨论， 最终大胆提出不因袭苏联和美国载人航天发展的老路，实现技术跨越， 选择了最能表达中国特色和科技进步的三舱方案，从而使神舟号载人飞船与国际上最先进的第三代宇宙飞船并驾齐驱。神舟飞船的推进舱是圆柱形的，舱内安装推进系统发动机和推进剂，为

6、飞船提供姿态调整和进行轨道维持所需要的动力。飞船电源、 环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在推进舱内。 推进舱的外部两侧还安装了两个像鸟的翅膀一样的太阳能电池翼，为飞船提供所需要的电能。返回舱是载人飞船唯一返回地球的舱段，飞船起飞、 上升、入轨和返回着陆时，航天员都在返回舱内。 神舟飞船的返回舱是钟形的，舱门与轨道舱相连，航天员通过这个舱门，可以进入轨道舱。 返回舱内还安装了飞行中需要航天员监视和操作的仪器设备，航天员通过这些仪器设备可以随时判断、了解飞船的工作情况，必要时人工干预飞船的系统和设备。返回舱是一个与外界完全隔绝的密封舱段，内部安装的环境和生命保障系统为航天员提供一个与地球一样

7、的生活环境。返回舱还安装了供着陆用的降落伞。神舟号飞船的轨道舱呈圆桶形，是航天职工作、生活和休息的地方。舱内除了为航天员提供了食品、 饮用水和大小便收集器等生活装置外，还安装了大量的空间实验装置和仪器设备。 轨道舱的后端底部设有舱门，与返回舱相连接。轨道舱的外部两侧也安装有两个太阳能电池翼，为轨道舱提供所需要的电能。与返回舱一样，轨道舱也是一个封闭的舱段。从神舟五号到神舟七号，每一次发射都对轨道舱都进行了持续的改良。在神舟五号轨道舱安全运行的基础上，为了适应两人多天的任务，神舟六号的轨道舱进行了改良。例如，放置了更多航天员生活的必需品，增加了睡袋和清洁用品专柜等。神舟七号要实现航天员出舱，关键

8、的技术除了航天服外，就是气闸舱的问题，这就是说，要在飞船上建立一个气闸舱，人出去以后， 不影响舱里环境的变化，而神舟七号的气闸舱是由轨道舱兼作的，航天员出舱进舱都通过轨道舱。因此， 神舟飞船的轨道舱兼有航天员生活舱和留轨实验舱两种功能，主要用途包括： 航天员在轨道飞行期间的生活舱；有效载荷试验时的试验舱；交会对接试验时的目标飞行器；航天员出舱活动时的气闸舱以及作为天地往返运输器时的货舱。与返回舱别离后，轨道舱还将在轨道上停留半年，其功能相当于一个人造卫星，可以进行一系列科学实验，同时还能作为未来空间交会对接的一个飞行器。神舟号飞船轨道舱的这一功能是最能表达中国特色和技术创新的独特设计。其他国家

9、的飞船，在航天员乘返回舱返回地球后，轨道舱就留在太空中，成为没有用处的太空垃圾。 我国航天科技专家从我国国情出发，在载人航天工程早期论证阶段，就创造性地提出了轨道舱留轨方案。载人航天工程立项后，航天专家经过不断地创新攻关，给轨道舱安装了两个太阳能电池翼，为轨道舱提供电能，从而使轨道舱具备180 天的留轨能力。当航天任务完成，飞船返回舱返回地球后，留轨的轨道舱就成了一颗特殊的卫星，其轨道高度大约在350 千米至 400 千米，而我国通信卫星的轨道高度在3600 千米。返回式卫星轨道的高度虽然在180 千米至 400 千米之间，但运行时间最长也只有15 天。神舟飞船轨道舱的低轨道、寿命较长的特点，

10、为我国开展各种空间科学实验提供了新的平台。例如，神舟四号轨道舱中留轨的8 台空间环境探测仪在随轨道舱运行期间，对飞船运行轨道进行了更详细的监测，为研究和预报空间环境、改良飞船设计等提供数据服务。神舟飞船的技术跟随战略自从苏联在1961 年 4 月 12 日首次发射成功载人飞船以来，美国、俄罗斯 ( 苏联 )已经进行了多次载人飞船试验，积累了大量的技术和经验。我国从 1999 年 11 月成功发射神舟一号飞船开始，就实施跟随者策略，学习领先者创造的新知识，减少了“从头做起”的代价，防止了大量的投资，从一个较高的起点揭开了载人航天的序幕。苏联和美国载人飞船正式载人太空飞行之前，都进行了数次飞船载猴

11、子、狗或猩猩进行实验， 试验飞船的生存环境和生命保存系统。我国的载人航天工程，直接跨越了在飞船上采用动物进行试验的阶段。这是因为，动物的生理系统和人有所区别，测量的数据未必可靠，而且动物不会老老实实坐在座位上，容易发生意外， 更重要的是， 国外已经有了载人航天的经验，说明人在太空中进行短时间的飞行是可行的。截至2002 年，全世界已有906 人次上过太空，年龄最大的是77 岁，女性也有，后来照样生儿育女，在太空最长时间达2 年零 17天 15 小时。这说明人类能够适应升空和返回地面时的过载，能够适应飞船在太空轨道飞行的失重状态，因此我国的载人飞船完全没有必要从头开始试验。另外，由于科学技术的发

12、展，我国完全可以通过仪器模拟掌握真人在太空中飞行时身体的各种变化数据， 试验模拟航天员在太空飞行时的呼吸状态，通过地面先进的医疗检测设备测试模拟“航天员”所消耗的氧气、 二氧化碳和生理信号变化。利用神舟一号到神舟四号无人飞船连续试验的结果证明，载人飞船可以到达3 人飞行 7 天的供氧要求和其他生存条件。在飞船设计方面，国外的载人飞船，例如，苏联的第一个载人飞船东方号和美国的第一个载人飞船水星号，航天员只能半躺在座椅上，在狭小的空间中，完成按电钮、拉手柄等操作动作。 我国的神舟号载人飞船跨越了两舱飞船的发展阶段，直接采用三舱组成的飞船。三舱飞船内空间较大，航天员既可以舒适地在舱内工作，也可以离开

13、座椅，通过舱门进入轨道舱，进行各种科学试验活动。我国的神舟号飞船是“一船多用”飞船，轨道舱具有留轨的能力，在航天员乘坐返回舱返回地面后， 轨道舱依靠外装的太阳翼，不必依靠推进舱上的电能，就可以在无人值守的情况下工作半年以上，完成对天体和地面的观测任务。同时， 轨道舱还可以用来做飞船交会对接试验。美国和俄罗斯的飞船对接试验的做法是每次发射两艘飞船在同一个轨道上进行对接试验。而我国的做法是发射一艘飞船与留轨的前一艘飞船的轨道舱进行对接试验，由此交替进行，这就大大减少了飞船发射的数量，节约上亿元的费用，效率比较高。同时，轨道舱具备一个独立空间飞行器的全部功能，这包括推进、导航控制、热控、测控、 能源

14、等分系统。 这种设计方案大大延长了飞船执行空间科学试验和空间应用的工作寿命，有效地提高了飞船的综合效益，成为神舟号载人飞船设计者的一大创新，充分表达了我国国情。而美国的水星号飞船，使用的是一次性电池，电能消耗完后，就失去了供电能力，轨道舱也就失去了动力，成为太空垃圾而被废弃。由此可以看出，神舟号飞船这种三舱式飞船只要稍加改造，就是一个天地往返的工具，可以直接向空间站过渡，不必再单独为解决载人飞船和空间飞行器的交会对接技术搞对接试验。轨道舱是神舟号载人飞船赶超美国和俄罗斯飞船的主要标志。神舟号载人飞船从总体功能、布局和分系统设备，大部分是根据我国的实际情况，充分利用我国返回式卫星和运载火箭的最新

15、技术研制的，并在设计理念、 太阳翼的展开与驱动等技术领域， 取得了一些创新性的成功。我国著名空间技术专家、神舟飞船总设计师戚发轫院士说： “神舟飞船的技术创新主要是功能上的创新，这表达对轨道舱的使用上”。这是从我国国情出发，防止资源浪费而采取的方案。神舟飞船虽然不是最先进的，但是却很“中国”。由此可见，神舟号飞船的技术创新主要表达在以下几点： (1)借鉴先进国家的经验，实施技术跟随战略，防止“从头做起”，直接进入载人实验，节约了大量的人力和物力； (2)在已有技术条件下，实施技术跨越战略，直接采用“三舱设计” ，与国际先进技术并轨； (3)从国情和实际需要出发，将留轨的轨道舱作为一个空间飞行器

16、使用，防止了资源的浪费和太空污染，为空间站的建立打下了基础，实现了功能上的创新。附图：点评： 现实需要往往是创新的直接动力，同时也能因此产生独特乃至领先的创新成果。我国神舟号载人飞船在设计上，跨越了“两舱”设计，直接采用“三舱”设计方案，这一功能上的成功创新就是源于国情需要。它将留轨的轨道舱作为一个空间飞行器使用，防止了资源的浪费，为空间站的建立打下了基础，显示出我国载人飞船的特色和先进性。( 撰稿人：韩连庆 ) 二知识点简介1. 创新的作用： 主要表现在三个方面，即一是满足人类生存与发展的客观需要，二是深化了人类对客观世界的认知，三是提高了人类对客观世界的驾驭能力。2. 技术创新战略的内涵与

17、类型：技术创新战略就是一个国家或某个组织为到达一个长远的、全局的技术创新目标而制定的方针和对策，是对某种创新趋势进行控制的行动准则和目标。它包括宏观技术创新战略和微观技术创新战略两个方面。技术创新战略的类型有：进攻型战略、防御型战略、模仿型战略、依赖型战略等等。进攻型战略思想强调标新立异，勇当某个领域的“领头羊” ，这一战略基于雄厚的科研力量和资金支持。防御型战略是为了防止更多的不确定性和巨大的科研成本以及不可预知的风险，不争取领先， 强调人有我有， 人新我好， 稳扎稳打。 模仿型战略通过引进外国或其他组织的先进技术，然后组织本国或本企业的科研人员， 对新技术加以改良，以适应自身发展的需要。依

18、赖型战略是一种全盘照抄别人的完全模仿战略，没有自己的技术改良和发展。3. 创新原则就是开展创新活动所依据的法则和判断创新构思所凭借的标准。创新的原则包括： 遵守科学原理的原则，注重对创新设想的科学原理相容性检查、技术方法的可行性检查以及功能方案的合理性检查；相对较优原则，创新不可盲目追求最优、最正确、最美、最先进， 从创新技术先进性、经济合理性以及整体效果性进行比较，看创新技术是否更符合社会的需求，是否更合理和节省资源，整体水平上更全面和优秀。创新的科学基础来看，创新经历了从经验型技术创新“经验+科学”型技术创新科学型技术创新的演变历程。三案例思路早期的飞船设计都是采用两舱设计，只有返回舱和推

19、进舱。但是随着技术的发展和飞船飞行任务的复杂， 两舱式设计已经不能满足航天员活动空间的要求。国外飞船也曾采用过三舱设计，即增加了一个轨道舱，但在飞船返回后，轨道舱只能留在太空成为垃圾。两舱设计具有救生简单的优点，三舱设计则可以搭载更多的人和物品，完成更复杂的航天任务。而只有技术较为成熟的情况下，才能使用复杂的三舱设计来保证飞船的安全性。我国使用三舱设计最主要的原因是从国情和实际需要出发，既防止资源浪费、 保护太空环境，又能为我国开展各种空间科学实验提供更好的平台。1经过详细论证，最终大胆提出不因袭前苏联和美国载人航天发展的老路，实现技术跨越，直接采取了三舱方案，使神舟号飞船与国际最先进的飞船并

20、驾齐驱。2从神舟五号到七号，每一次发射都对轨道舱进行持续改良，使其具有生活舱和留轨实验舱双重功能，这种功能上的创新，不仅表达了“人性化”的设计理念，为航天员提供更好地生活环境， 而且防止了废弃轨道舱污染太空环境的弊端，把留轨实验舱作为一个独立空间飞行器，为未来空间站的建立打下了基础。3借鉴美国、俄罗斯的已有经验，实施技术跟随战略，防止“从头学起”，通过仪器模拟掌握真人在太空中飞行时身体的各种变化数据，试模拟 “航天员” 的各种生理信号变化，然后直接进入载人实验，节约了大量的人力和物力。四分析提示为了创新航天技术，使其为更好地满足我国经济和社会发展的需要，神舟号载人飞船跨越了“两舱设计” ，直接

21、采用“三舱设计”方案。在借鉴他国已有技术经验的基础上，源于我国国情需要，实现了轨道舱留轨的功能创新。这一技术创新不仅防止了资源的浪费，而且为未来空间站的建立打下了基础，显示出我国载人飞船的特色和先进性。1技术创新需要制定出正确的创新战略。只有战略正确，才能真正实现技术创新。2创新活动不是单纯的技术行为。在技术创新的过程中，必须坚持与实践的结合。3随着科学技术的进步，技术创新的基础也发生了一些变化。1神舟号载人飞船的技术创新实施了技术跟随战略。这一战略实际上是防御型创新战略和模仿型创新战略的有机结合。防御型战略是为了防止更多的不确定性和巨大的科研成本以及不可预知的风险，不争取领先，强调人有我有，人新我好，稳扎稳打。模仿型战略通过引进外国或其他组织的先进技术，然后组织本国或本企业的科研人员，对新技术加以改良，以适应自身发展的需要。技术跟随战略根