DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 课程教学设计 线上线下混合式教学模式下的课程教学设计要充分发挥线上教学的优势，同时深入探索创新线下教学的模式、方法，弥补线上教学的不足，改善教学效果。 2.1. 教学内容 线上线下混合式教学模式下的课程教学内容需要依据课程教学内容特点、线上线下教学特点进行划分、整理。根据课程特点，将教学内容整合成基础理论、工程应用、前沿拓展三个模块，采取“删、改、增”的办法，优化整合教学内容。在基础理论部分，删减部分传统圆图内容、改进网络综合等应用技术类内容；在工程应用部分，增加雷达工程、通信工程中的微波元件及天线等内容；在前沿拓展部分，增加电磁超材料技术、太赫兹技术、高功率微波等技术以及课程团队在超宽带天线、相控阵技术等领域的科研成果，保持实时更新。线上教学内容主要包括基础理论知识点、工程应用资料、领域前沿文献，主要形式有视频、图片、文献等。线下教学内容主要有基础理论学习的疑问点，工程应用的建模、仿真、分析，领域前沿的深度剖析、微波元件及天线的自主实验、毕业设计等。 按照以上教学内容划分，对在线学习内容进行视频拍摄、文献资料整理，并在“学堂在线”教学平台免费开放学习 [ 2 ]，成为全国首个在线学习《微波技术与天线》课程。结合线上学习，我校已从2017年开始连续开展4年SPOOC教学活动，学生学习积极性、学习效果提升明显。 2.2. 教学方法 依据课程教学内容需要，突出“学为主体”的教学要求，基于“工程化”的教学理念，充分应用雨课堂、虚拟仿真、实验等手段，依托“学堂在线”平台开展线上线下混合式教学，教学团队创新推广了“诊断式” [ 3 ]、“辩论式”、“虚拟仿真”和“DAST”等4种教学方法。 “诊断式”教学法就是通过“望”、“闻”、“问”、“切”分析和解决理论学习及工程应用实践中出现的问题。“望”、“闻”和“问”就是通过观察器件结构和电磁现象，分析性能参数，剖析工作原理和存在的问题；“切”就是通过虚拟仿真、实验测量等手段重现电磁过程，探索问题出现的根本原因，最终得出电磁理论、问题解决方法、需求实现方案等。诊断式教学法是对传统“需求牵引式” [ 4 ]、“启发式”、“案例式”、“问题研讨式”等方法的凝练与创新。该教学方法针对的问题为线上测试结果中体现出的知识点学习问题以及论坛讨论提出的难题，通过形象化的虚拟仿真或直观的实验测量解决相关疑难。 “辩论式” [ 5 ] 教学法是组织学生通过辩论的方式深化对知识点的理解与掌握。辩论的题目主要有两种：一是电磁理论发展中的各种观点，这种题目在实际教学中较少；二是微波技术及天线工程应用需求的实现方案，这种题目是主体。这些题目主要来源于线上学习的论坛讨论，是学生比较有兴趣的知识点。“辩论式”教学法能够有效检验学生的知识积累，锻炼学生的语言表达能力及组织能力。 “虚拟仿真”是电磁理论与工程教学的有力工具，通常用于解决电磁散射问题、电磁辐射问题和电磁传输问题，在《微波技术与天线》课程的教学中主要解决电磁场产生与传输过程过于抽象的问题，主要应用电磁领域的多款商业仿真软件来实现，如HFSS、CST、FEKO、Matlab等 [ 6 ]。利用仿真软件可以对微波传输线、微波元器件、天线等进行模型建立，电磁场计算，性能评估等处理，可以将它们的三维模型、电磁场的三维分布及时变特性非常形象地展示，能够有效加强学生对教学内容的理解与掌握。 “DAST”教学法是一种从工程应用实际出发的非常有针对性的教学方法 [ 7 ]。“DAST”教学法主要包括4个环节，分别是：Dismantle (分解)、Assemble (组合)、Simulation (仿真)、Test (实验)。“DAST”教学法的主要教学内容是微波元器件和天线，在教学中，首先将微波元器件和天线分解至最基础、最简单的微波结构；其次按照微波元器件和天线的设计思路与过程对基础、简单的微波结构逐步组装，组装过程中详细阐明设计思路与工作原理；第三是实验，主要包括仿真实验和工程应用实验两种，仿真实验是通过仿真计算量化微波元器件和天线的特性参数和明确性能特点，工程应用实验是通过具体的工程应用案例详细介绍微波元器件和天线的工作指标、具体用途和应用设计；最后是仿真，仿真即为仿真计算，贯穿于组合与实验的全过程，主要是通过仿真软件计算并展示基础微波结构、微波元器件与天线以及它们工程应用系统的工作参数、性能特点、工作原理等。“DAST”教学法以工程设计思路为主线，将微波工程的设计流程转化为教学流程，在《微波技术与天线》的课程教学中应用前景广阔。 教学是对教学方法的综合应用。在《微波技术与天线》的课程教学中，上述4中方法充分体现在每一个教学重点和难点问题的结果过程中，有效帮助学生理解并掌握课程的教学荣。源于工程设计思维的教学方法也使学生的创新意识和创新能力在学习中不断加强和提升。
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user: 3. 课程教学组织 面向工程应用的《微波技术与天线》线上线下混合式教学模式在教学组织上主要分为线上部分和线下部分。本课程线上线下混合式教学模式的特点是教学内容出发于工程应用，落脚于工程应用。线上通过微课学习、文献阅读、论坛讨论等形式进行微波技术与天线工程等方面相关的理论学习，线下则运用多种教学方法解决线上学习中存在的问题，同时深化微波元器件、天线的工程应用学习。 3.1. 线上教学组织 线上教学组织主要包括学习任务布置、教学内容学习、在线测试、在线讨论等。其中，教学内容学习与在线测试由学生在规定时间范围内自由进行，而后在规定时间教师与学生同时上线对学习内容进行讨论交流。教师通过分析数据收集学生线上学习中的问题，在线下教学中要重点解决。 线上学习任务常通过课堂布置或线上发布，学生按照学习任务通过观看微课视频、阅读文献资料进行教学内容学习。微课视频是对教学内容的整理与凝练，内容主要包括基本概念、理论，工程应用分析和前沿发展等，而后按照要求参加章节测试和论坛讨论。教师要按时主持讨论或委托课代表主持，同时通过在线学习系统后台数据分析学生学习情况。首先要通过章节测试分析学生对学习单元各方面知识的掌握情况，例如，在魔T的学习视频中讲解了关于魔T的结构、性能、散射参数和工程应用，章节测试题也是关于以上4点的题目，可通过章节测试中每个知识点题目的回答正确率确定学生对知识点的掌握情况，理解和掌握不够的知识点需要在线下教学中重点讲解。其次可在论坛中直接收集学生的问题，特别是需要通过仿真计算说明的性能及工程应用问题，这些问题也是线下教学的重点部分。同样的手段要运用于分析学生的线上期中和期末测试结果，总结学生知识掌握的薄弱点，做好针对性的补差补弱。 3.2. 线下教学组织 现代高校学生关于基础概念、基础理论的学习多可以自主完成，但理论的深入分析及灵活运用还离不开教师的引导，因此，在线上线下混合式教学模式中，线上教学是重要部分却难以取代线下教学的主体作用。本课程的线下教学主要用于解决学生线上学习存在的问题，进行线上难以灵活展示的仿真演示，深化微波技术与天线的工程应用学习。线下教学主要分为课堂教学和课后深化教学两部分。 对于课堂教学，主要分为三部分。第一部分，讲评课前线上学习，总结线上学习存在的问题，明确课堂教学的重点、难点内容。第二部分，通过理论精讲解决在线学习中的疑难，这一过程需根据授课内容灵活运用多种教学方法进行。第三部分是课堂教学的主体部分，即相关知识点涉及的工程应用，主要通过模型解析、模型建立、仿真计算、性能参数分析、电磁场动态演示深入讲解微波元器件与天线在实际工程应用中的结构变化、性能特点及应用设计思路等，在仿真分析环节需要充分考虑由模型复杂程度引入的仿真计算时间因素，最好的方式是在备课阶段提前完成需要的仿真计算。 课后深化学习有别于课后作业，课后作业是课程考核的一部分，主要和理论知识相关。课后深化学习的主要内容是微波元器件和天线的工程应用设计，主要结合学生的毕业设计课题进行，在教学过程中，结合教学内容，整理并线上发布关于微波元器件和天线的工程应用设计课题供学生选择，课题进行阶段教师适时组织统一的课题研究指导。通过课后深化学习，学生对课程学习内容的掌握将更加灵活熟练。
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user: 4. 课程教学效果分析 将微波技术与天线课程的线上线下教学模式与工程应用实际深入结合，丰富了教学的内容和形式，加强了课程学习的目的性和实践型，提升了学生的学习兴趣和学习积极性，而丰富的工程应用实践学习大幅增加了学生对课程教学内容掌握的熟练程度，为后续课程的学习，专业技能的学习与掌握，甚至进行电子科学与技术学科研究生阶段的学习与研究打下了坚实的基础。
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user: 5. 结束语 线上线下混合式教学模式已经逐渐发展成熟，在国内的教学环境与氛围下的应用也出现了不同的问题，需要根据不同课程的教学标准进行调整。本文从微波技术与天线课程的教学实际出发，按照课程的教学需求，提出了面向工程应用的线上线下混合式教学模式，以微波技术与天线的工程应用基础整合教学内容，创新教学方法，优化教学组织，收到了较好的教学效果。
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user: 摘要 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(BTZ)作为一类新型的有机电致发光材料，因其独特的性质而备受关注。它的光学性质已经得到了明确的阐述，由于其烯醇式激发态分子存在内质子转移的过程，从而表现出较大的斯托克斯位移。当BTZ存在于极性较小的溶剂中，有利于其酮式构型的稳定，使得激发态分子内质子转移(ESIPT)荧光强度增强，极性较大的溶剂会导致其正常荧光强度增加。此外，在羟基对位上接有吸电子基团时，苯环上电子云密度降低，同样有利于酮式构型的稳定，致使ESIPT荧光强度增强。BTZ可由多种方式合成，本文介绍了三条合成路线，实验室常利用水杨酸和邻氨基苯硫醇作为BTZ的合成原料，此法可一步得到产物，收率较高。2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的衍生物，如锌、铍金属络合物，同样也表现出优良的光谱性质，是一类具有广阔开发前景的有机电致发光材料。
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user: 1. 引言 一直以来，苯并噻唑类化合物都被广泛应用于显示面板、环境监测、医疗影像、荧光染料等诸多领域 [ 1 ]，特别是在电致发光领域，随着近几年来电子产品的广泛普及，其核心部件显示面板的发光材料得到了迅猛的发展，出现了一批以有机电致发光器(OLED)为代表的新型显示设备。与传统液晶显示相比较，OLED显示面板以其高清晰、快响应、广视角、低耗能、低成本等优异特质，一度被业界认为是最具有发展前景的显示技术 [ 2 ] [ 3 ]。因此，2-(2-羟基苯基)苯并噻唑等荧光物质作为OLED的发光材料得到了全世界化学家的深入研究。 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑(BTZ)产生强烈的荧光现象，主要是羟基和N上的孤对电子形成氢键，使得整个分子形成稳定的平面结构，由五元杂环和由氢键形成的六元杂化形成易于电子流动的发色基团，并在紫外光照射下，吸收能量，从而发生电子跃迁，产生强烈的荧光效应，如图1。本文在前人的基础上，对BTZ的合成、性质、发光机制以及其金属络合物进行了简要的论述，为后来的研究者提供一些参考。
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user: 2. 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的合成 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑，英文名称2-(2-Hydroxyphenyl)benzothiazole(BTZ)，其外观呈灰白色晶体状。2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的合成早在上个世纪就有报道，发展至今BTZ的合成路线已经较为完善。以下将介绍3种2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的合成方法。 图1. BTZ的荧光现象 2.1. 合成路线1 Robert G Charles等以水杨酰胺和邻氨基苯硫醇为起始原料，在油浴220℃条件下，反应4~5 h，然后经过真空蒸馏、重结晶纯化、干燥等步骤后得终产物2-(2-羟基苯基)苯并噻唑，产率72% [ 4 ]，反应如图2。该合成路线无需加入溶剂，并且操作快捷，但反应的原料邻氨基苯硫醇毒性较大，同时反应温度较高，在操作过程中必须做好防护措施。 图2. 以水杨酰胺和邻氨基苯硫醇为原料的合成路线1 2.2. 合成路线2 王任洁以水杨酸和取代苯胺为起始原料，经过酰化、羟基保护、羰基硫代、Jacobson关环四步反应最终得到6位取代的BTZ，产率15~20%，具体反应路线如图3。该路线为BTZ衍生物的合成方法，但将底物取代苯胺替换为苯胺也可应用于BTZ的合成 [ 5 ]。此路线较路线1最大的优势在于反应避免了邻氨基苯硫醇的使用，提升了反应的安全性。但是与路线1的一步法生成BTZ相比，反应步骤过长、副产物过多、反应中间体分离过程复杂，最终导致了该法的产率大大低于路线1、3，因此该法较为适用于BTZ衍生物的合成。 图3. 以水杨酸和取代苯胺为原料的合成路线2 2.3. 合成路线3及其合成实验 陈明强以水杨酸和邻氨基苯硫醇原料，甲苯为溶剂，在40℃~50℃的条件下，缓慢向反应体系中滴加脱水剂三溴化磷，滴加完毕后经回流、过滤、干燥、重结晶等流程后得无色晶体，熔点130℃~131℃，收率达50%。并通过核磁共振氢谱、红外光谱等色谱分析方法对其结构进行进一步确认 [ 6 ]，反应如图4。此路线的反应条件温和，反应原料廉价易得，但依然存在路线1的弊端，且反应产率略低于路线1。同时有些研究者应用该合成方法得到2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的收率可达到90% [ 7 ]，因此该路线也被大量的研究者应用于2-(2-羟基苯基)苯并噻唑衍生物配体的合成中。我们以此路线对化合物进行了合成，并应用了祥鹄超声波化学仪器：XH-2008DE智能温控双频超声波合成萃取仪，进一步缩短了反应时间、提高反应收率。实验过程如下。 图4. 以水杨酸和邻氨基苯硫醇为原料的合成路线3 在装有机械搅拌器、回流冷凝管、滴液漏斗、N 2 鼓泡装置的500 ml四口瓶中，投入25 g (0.2 mol)的邻氨基苯硫醇、27.6 g (0.2 mol)的水杨酸及200 ml的无水甲苯，在搅拌下，通入N 2 鼓泡，并加热至50℃左右至固体全部溶解，然后缓慢滴加13.8 g的三氯化磷(原料用量及其规格见表1)。在滴加过程，产生大量热量，若反应过于剧烈实时用冰浴降温，此时反应液变为越来越粘稠状态。滴加完毕，搅拌加热至回流，保持回流温度，继续搅拌6 h (超声波条件下0.5 h)，此时反应液呈澄清溶液状态。静置片刻，将反应混合液倾倒入500 ml的烧杯中，冷却到室温，渐渐析出固体。将上述析出的固体过滤，滤饼经乙醇、水洗，干燥。将干燥后的产物用三氯甲烷重结晶，获得无色的BTZ结晶。熔点：129℃~131℃。 Table 1 Raw material dosage and specifications of BTZ synthesis route 药品名称 化学式 分子量 用量 规格 摩尔数 重量 邻氨基苯硫醇 C 6 H 7 NS 125 0.2 mol 25 g CP 水杨酸 C 7 H 6 O 3 138 0.2 mol 27.6 g AR 三氯化磷 PCl 3 137.5 0.1 mol 13.8 g AR 无水甲苯 200 ml CP无水氯化钙干燥 三氯甲烷 200 ml AR 表1. BTZ合成路线3的原料用量及规格
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user: 3. 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的发光机制 3.1. 激发态分子内质子转移原理 激发态分子内质子转移(ESIPT， excited-state intramolecular proton transfer)是指某些有机分子在光、热、电等条件的作用下，分子吸收能量从基态跃迁到激发态后，分子中某一基团上的质子(一般为羟基或氨基上的氢原子)通过分子内氢键或分子间氢键转移到分子内邻近的N、O和S等这些杂原子上，形成互变异构体的过程 [ 8 ]。该效应广泛存在于自然界，是生物过程中基本的质子转移方式之一。Weller A通过研究水杨酸甲酯的紫外吸收和荧光光谱，发现其具有异常大的斯托克斯位移，并对该现象进行解释，在1956年首次提出了激发态分子内质子转移理论 [ 9 ]。 3.2. 具有ESIPT化合物的光学特性 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑作为一类典型的ESIPT化合物，在其发生快速分子内异构化的过程中，通常会表现出以下光学特性：较大的斯托克斯位移、四能级跃迁、双波长发射 [ 10 ]。 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑发生质子转移的过程中，会出现烯醇式和酮式的互变异构。因此，处于烯醇式的分子吸收能量从基态E跃迁到激发态E*后，经过ESIPT过程转变为酮式激发态K*再发射光子返回酮式基态K，而在质子转换过程中酮式激发态和基态之间的能级间隙较烯醇式的窄，导致荧光波长显著变长，从而表现出较大的斯托克斯位移。(其中醇式结构的基态与激发态分别由E和E*代表，则酮式结构的基态与激发态分别由K和K*代表) 经过上述过程后，处于酮式基态K的结构，再次经过内质子转移，重新返回到更加稳定的烯醇式结构的基态E，从而完成ESIPT化合物独特的E-E*-K*-K-E四能级跃迁循环，如图5。在整个循环过程中，烯醇式和酮式构型相互转化存在于体系之中，所以处于烯醇式激发态E*的分子可以直接辐射跃迁返回基态E，也可以内质子转移形成稳定的酮式激发态后再辐射跃迁到基态K，此两种辐射跃迁方式分别在短波方向和长波方向发出荧光，表现出双波长发射 [ 11 ]。 图5. BTZ分子的ESIPT过程
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user: 4. 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑光谱性质 4.1. ESIPT对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑光谱性质的影响 由于2-(2-羟基苯基)苯并噻唑存在上述的酮式和烯醇式的互变异构，此两种不同的结构必然在光谱上表现出不同的性质。如图6所示，在各溶剂条件下，BTZ的吸收光谱中出现了两个强吸收峰和一个弱吸收峰，分别在287、335 nm以及400 nm左右。一般条件下，整个2-(2-羟基苯基)苯并噻唑分子体系中以稳定的烯醇式为主，而处于287、335 nm的两个强吸收峰正是由烯醇式构型中碳碳双键的π-π*跃迁所表现出来 [ 12 ]。此外，郑家金等通过研究BTZ在不同极性条件下的谱图规律，同时基于酮式构型基态和激发态之间的能极差，推断酮式构型的吸收峰应该位于400 nm处的长波段 [ 13 ]。 经335 nm波长的光激发后，各溶剂中的BTZ在荧光光谱中均出现双峰，其峰值分别位于385和512 nm处。前者归属为BTZ烯醇式构型所发射出的荧光，称为正常荧光；而处于512 nm处的荧光发射峰具有较大的斯托克斯位移，为酮式构型所发射的荧光，称为ESIPT荧光或反常荧光 [ 14 ] [ 15 ]。 图6. BTZ在不同溶剂中的吸收光谱 [ 13 ] 4.2. 溶剂极性对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑光谱性质的影响 烯醇式和酮式分子结构上的差异，在不同极性的溶剂中同样会表现出不同的稳定性，从而影响其所对应的光谱性质。因此，郑家金等还对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑在不同极性的溶剂条件下的光谱性质进行了全面的研究，并得出以下结论。如图7所示(1~5分别由环己烷和乙醇以不同比例构成的溶剂，极性按顺序依次递增)，在1~5号的荧光光谱中，1号溶剂中的BTZ在385 nm处所发射的正常荧光强度最低，而位于512 nm处的ESIPT荧光的荧光强度最强。同时，随着溶剂极性的增强，正常荧光的荧光强度愈来愈强，而ESIPT荧光的荧光强度逐渐变弱。以上规律表明，BTZ所处溶剂的极性越低，越有利于BTZ酮式构型的稳定，进一步促进激发态烯醇式构型的内质子转移。当溶剂极性不断增加时，会促使烯醇式构型的BTZ形成溶剂化的产物，如图8所示。因此，在高极性的溶剂中，I和II构型中的分子内氢键被破坏与溶剂形成分子间氢键，生成产物III和IV。然而在整个溶剂体系中，反式烯醇式构型II以及溶剂化产物III和IV并不能发生质子转移形成酮式构型V (在BTZ分子中N与O原子之间形成稳定的内氢键是发生质子转移的必要条件)，所以在高极性的条件下，体系中酮式构型的BTZ的相对含量势必会降低，从而在荧光光谱上表现出较低的ESIPT荧光强度 [ 13 ]。 4.3. 取代基团对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑光谱性质的影响 众所周知，取代基团的共轭与诱导效应会影响整个分子电子云的分布，从而影响分子的稳定性。同样，在BTZ分子中不同的取代基以及不同的取代位置，也会造成其烯醇式与酮式构型稳定性的改变，从而导致其光谱性质发生相应的变化。张志于等系统性地研究了取代基对BTZ光谱性质的影响，其研究结果表明，当羟基对位上的接有吸电子基团时，苯环的共轭程度降低，分子能量升高，使得BTZ的最大吸收波长向短波方向移动，而被供电子基团取代时则向长波方向移动 [ 16 ]。 对于荧光光谱而言，我们可以从图9中看出，取代基的引入对正常荧光以及ESIPT荧光的强度存在一定的影响。当酚羟基的苯环上接有强吸电子基团时，其ESIPT荧光峰强度显著增强，这是由于吸电子基团的引入，致使苯环上电子云密度降低，氢氧键稳定性降低，氢质子更易离去，促进了分子的内质子转移过程，整个体系中BTZ酮式构型的相对含量增加，从而间接影响了ESIPT荧光强度。而在酚羟基苯基环上引入供电子基团时，氢氧键的稳定性增强，从而使得正常荧光的强度随之增强 [ 17 ]。 图7. BTZ在不同溶剂中的归一化荧光光谱 [ 13 ] 图8. BTZ中各种烯醇式构型和酮式构型的相互转化
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user: 5. 2-(2-羟基苯基)苯并噻唑金属络合物 由于2-(2-羟基苯基)苯并噻唑分子结构中存在一个大的共轭结构，表现出很强的荧光性能。其与金属原子形成的络合物，同样展现出优良的电致发光性能以及电子传输性能，从而备受化学家的关注。1996年，Yuji Hamada教授的课题组合成了4种2-(2-羟基苯基)苯杂环螯合金属锌的配合物，其中2-(2-羟基苯基)苯并噻唑锌(Zn(BTZ) 2 )的合成路线如图10，并发现Zn(BTZ) 2 具有出较宽的光致发光光谱(Photoluminescence Spectroscopy，PL谱) [ 18 ]。同时还表现出绿白色发光，在应用于有机电致发光器件的全彩显示上有着巨大的前景。 图9. BTZ及其电子给体(A)和电子接受体(B)衍生物的荧光发射光谱 [ 17 ] 图10. Zn(BTZ) 2 的合成反应式 许慧侠等合成了一种新型的苯并噻唑有机金属配合物2-(2-羟基苯基)苯并噻唑铍(Be(BTZ) 2 )，并通过红外光谱、热重/差分析法对其结构进行表征。该络合物的粉末在365 nm紫外光激发下，产生的发光峰位于465 nm，色纯度为0.7491，在HTF溶液中激发波长为344、416 nm，发射波长位于444 nm，斯托克斯位移28 nm [ 19 ]。此外在热重/差分析法中该物质表现出相当好的热稳定性，是一种性能优良的潜在电致发光材料。
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user: 6. 小结 综上所述，本文已经对2-(2-羟基苯基)苯并噻唑的性质、合成、发光机制以及光谱性质做了比较系统性地阐述，并且对BTZ的金属络合物进行了简要的介绍。这类化合物都具有ESIPT骨架，同时分子中还存在一个离域的大p建，激发光谱与荧光光谱之间有着高度的对应性 [ 20 ]。因此与无机发光材料相比，表现出更高的荧光效率、更宽的颜色选择范围。此外，在BTZ分子中N、O原子易与金属形成螯合物，此类BTZ金属络合物表现出比BTZ更加优异的荧光性能，这一点应该引起人们的高度关注，以望开发出更多有实用价值的有机电致发光材料。
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user: 摘要 民用低空空域作为多类型航空用户交织影响、和谐共生的活动空间，近几年随着通用航空、无人驾驶航空等新兴用户的井喷式发展，已成为当前国家航空领域炙手可热的基础关键资源和稀缺战略资源。根据中国民用航空产业的发展历程与实际情况，本文在阐述低空空域概念内涵及典型用户发展特征的基础上，总体概括了当前民用低空空域顶层规划设计、法律法规建设、理论技术研究和运营服务保障的发展现状，深度挖掘了低空空域资源供给、用户飞行效率、运行监管能力存在的关键瓶颈问题，针对战略、战术和事后层面，分别从低空空域规划设计、运行管理和效果评价视角提出若干推动和促进低空空域产业发展的对策建议，以期为实现各类低空用户“飞起来”、“飞得好”和“管得好”提供参考建议和方向指引。
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user: 1. 引言 空域是指地球表面以上可供航空器飞行的空气空间，主要由点、线、域三类基本要素构成。其中，点要素包括导航台、定位点、位置报告点等，线要素包括高空航路、进离场航线、飞行程序等，域要素包括情报区、管制区、限制区、危险区、禁区等。作为国家的基础性航空资源和稀缺性战略资源，空域在服务空防空管建设、满足航空飞行需求、支撑航空产业发展等方面的地位和作用至关重要 [ 1 ]。对国家空域资源进行科学的规划设计与使用管理，是提升军事航空、公共运输航空、通用航空、民用无人驾驶航空等各类航空用户飞行安全与效率的重要前提和根本保障。 低空空域作为国家空域系统的基本构成要素，是多类型航空用户交织影响、和谐共生的主要空间。考虑到军事航空对于任意一个国家的特殊性和敏感性，本文主要以“民用低空空域”为对象进行研究与探讨。近几年来，通用航空、民用无人驾驶航空等低空空域新兴用户得到了井喷式发展，相关的低空企业数量、通航机组规模、通用机场数量、年总飞行时长等指标逐年攀升，民用低空空域成为当前国家航空领域内炙手可热的关键资源，得到了国务院中央军委空管委、中国民用航空局及各级管理局/空管局、发达地区/省市地方政府以及相关航空用户的广泛重视 [ 2 ]。中国民用航空局在2018年11月发布的《新时代民航强国建设行动纲要》中提出要做大做强低空空域市场，建立飞行流程全服务、国土空间全覆盖、能力服务高质量的基础保障体系，依托云系统建设低空空域运行管理大数据中心，提升低空空域航空用户在智慧物流、智慧城市、智慧农业等领域的服务能力 [ 3 ]。在此形势下，民用低空空域的开放、使用和管理成为当前及未来中国航空业界的关注焦点和发展重点。 结合中国民用航空产业的发展历程与实际情况，本文在阐述低空空域概念内涵及典型用户发展特征的基础上，按照“全面了解发展现状→准确定位发展问题→科学拟制发展对策”的总体思路，对低空空域发展进行了系统深入研究：首先，针对顶层规划设计、法律法规建设、理论技术研究和运营服务保障四个方面，系统综述了当前中国低空空域的发展现状；然后，通过深度挖掘低空空域资源供给、用户飞行效率、运行监管能力方面的诸多关键问题，准确定位了当前低空空域发展面临的现实问题和迫切需求；最后，针对战略、战术和事后层面，从低空空域规划设计、运行管理和效果评价多维视角，针对性地提出若干有助于推动和促进低空空域产业发展的对策建议，旨在为中国低空空域的科学、和谐、可持续发展提供参考建议和方向指引，确保各类低空用户“飞起来”、“飞得好”和“管得好”。
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user: 2. 研究范围与对象的界定 2.1. 主要研究范围的界定 为建立规范、统一的空域分类标准，国际民航组织将空域划分为A、B、C、D、E、F、G七类空域。各缔约国根据本国实际情况和需求，对国际民航组织空域分类标准进行选择性采纳和扩充，形成了框架统一、各具特色、略显差异的空域分类体系 [ 4 ] [ 5 ]。在美国，低空空域主要包括E、G两类空域，其中E类空域在全美面积最大且应用最为广泛，允许目视和仪表混合运行，提供管制和非管制服务；G类空域的高度范围一般在地表至真高1200英尺之间，允许目视和仪表混合运行，但不提供管制服务 [ 6 ]。在欧洲，各国规定的低空空域上下限各不相同，一般为除了A、B、C、D四类公共运输航空使用空域、特殊用途空域(危险区、限制区、禁区)之外的其它空域 [ 7 ]。 结合中国具体的国情和空情特色，本文研究的“低空空域”主要是指真高1000米(未来中国有望放开至3000米)以下的空间范围，在此空域内允许目视和仪表混合运行，提供管制和非管制服务。中国低空空域主要涉及管制空域、监视空域、报告空域、目视飞行航线等多种类低空空域单元，承载通用航空、无人驾驶航空、运输航空(部分飞行阶段)等多类型低空航空用户，满足客运飞行、货运飞行、作业飞行、抢险救灾、文化体育、个人娱乐等多元化低空飞行需求。 2.2. 主要研究对象的界定 本文的研究对象除了低空空域物理资源本身之外，还包括使用低空空域资源的典型航空用户。低空空域内的航空用户包括军事航空和民用航空，而民用航空又包括公共运输航空、通用航空和民用无人驾驶航空(以下适情简称“民用无人机”)三类。考虑到军事航空对国家的特殊性和敏感性，不在本文的探讨范围内；考虑到公共运输航空全运行周期内大多数时间的飞行高度在6000米以上，仅有起飞和降落阶段短时使用低空空域，亦不在本文的探讨范围内。与公共运输航空相比，通用航空和民用无人驾驶航空飞行组织方式多样、活动类型繁多，且通常在低空、超低空和城市区域进行飞行作业，高度分散、点多、线多、面广，具有明显的飞行目标较小、运行方式灵活、过程难以预测等特点。因此，本文重点选取通用航空和民用无人驾驶航空，作为低空空域典型航空用户进行分析。
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user: 4. 低空空域发展问题研究 中国虽已在低空空域顶层规划设计、法律法规建设、理论技术研究和运营服务保障方面取得了初步的研究与应用成果，但仍存在诸多体制性障碍、结构性矛盾和瓶颈性问题，导致多用户飞行冲突、通用航空器坠毁、无人机黑飞乱飞等现象频发，本节分别从空域资源供给不足、用户飞行效率不高、运行监管能力不强三个方面对低空空域发展问题进行深度挖掘。 4.1. 低空空域资源供给不足 目前，欧美等航空发达国家和地区根据各自发展需求和航空特点，已对低空空域的上下边界范围、飞行活动规则、提供服务类型等进行了详细的划分，有效地满足了通用航空、无人驾驶航空飞行活动对低空空域资源的使用需求。当前，中国已有的空域规划设计与分类管理成果大多集中在中高空和高空区域，涉及公共运输机场、终端区、扇区、区域、航路等空域单元。然而，针对低空管制空域、监视空域、报告空域和目视飞行航线的规划管理工作则相对缺乏和滞后，主要停留在概念范畴界定层面，对于如何规划设计与开放管理各类低空空域资源尚未进行充分论证，已试点开放的部分低空空域分类划设水平尚处于粗放式初级管理阶段，可用的民用低空空域资源仍较为稀缺，无法满足即将到来的井喷式低空飞行发展需求。以四川省这一国内目前低空开放政策红利最多、最为典型的试点建设地区为例，目前发布的两批低空空域资源仅包括5片固定空域(即机场/起降点空域)和5条低空目视通道(含连接线)。随着通用航空和民用无人机逐步融入国家空域系统，迅猛增长的低空飞行需求与极其有限的低空空域供给之间的矛盾不断加剧，通用航空、无人驾驶航空与公共运输航空之间的空域资源使用冲突更为加剧，尤其是无人机黑飞乱飞问题对公共运输航空的安全和高效运行造成了严重影响。因此，如何增强低空空域供给能力，确保各类低空用户“飞起来”，成为亟待解决的关键问题。 4.2. 低空用户飞行效率不高 目前，美欧等航空发达国家和地区在通用航空和民用无人机等低空用户服务保障体系建设方面已相对成熟。例如，美国通用航空具备完善的服务保障体系，包括数以万计的通航机场、可提供广泛服务的飞行服务站，以及经营良好的固定运营基地和维修基地，上述要素共同保障其规模庞大的通用航空体系正常运转；欧洲制定了通用航空发展路线图，对通用航空体系发展工作重点进行了详细规划。在民用无人机管控运行概念方面，美国联邦航空管理局于2018年3月发布了《无人机管控运行概念》，欧洲航行安全组织于2018年11月发布了《无人机管控整体运行概念》，新加坡民航局于2017年2月发布了《咨询通告：无人机运行许可》。我国通用航空和民用无人驾驶航空的服务保障体系建设较为初步，虽然已提出构建涵盖全国低空飞行服务国家信息管理系统(国家级)、区域低空飞行服务区域信息处理系统(区域级)和飞行服务站(终端级)的低空飞行服务保障体系，但目前尚未形成一套系统、科学和完善的低空飞行运行概念框架，相关的体系机制、运行模式、系统功能、业务流程、标准规范等仍需进行系统性和深入性探索，无法为低空用户提供高效的飞行计划、航空情报、航空气象、告警和协助救援服务，进而导致低空空域系统内多类型用户的飞行效率较为低下。因此，如何提高低空用户飞行效率，确保各类低空用户“飞得好”，成为亟待解决的关键问题。 4.3. 低空运行监管能力不强 为满足低空空域内多类型航空用户的运行监管需求，美欧已初步研制了较为成熟的系统工具，实现了对低空飞行活动的安全运行监管。例如，美国航空航天局为联邦航空管理局设计了无人机空管系统UTM，该系统成为商用无人机顺利引入美国空域管理的关键，其研发成功大幅推进了美国无人机的商业应用 [ 28 ]。欧洲Skyguide与AirMap联合研发欧盟首个无人机空管系统U-Space，以确保欧洲空域内数百万无人机安全有序地完成各项空中飞行任务 [ 29 ]。然而，当前低空空域运行监管尚处于法规和程序的规范阶段，仅有部分试点区域建设了初步的通用航空和民用无人机信息管理系统平台，实现了飞行计划审批和飞行活动监视，初步实现了低空飞行信息共享与责权关系划分。然而，当前低空空域相关体系建设主要聚焦飞行服务保障体系，且侧重低空飞行信息管理系统建设，对于低空空域运行监管体系涉及的组织机构、协调关系、运行机制、规则程序、系统平台等一系列核心要素尚未系统化建立，导致建好的基础信息平台因缺乏其它运行监管体系要素而无法充分发挥运行效能。特别是在我国民航由单一的航空运输强国向多领域的民航强国跨越的进程中，通用航空、无人驾驶航空和公共运输航空等多类型航空用户的混合运行监管能力更是极为缺乏，低空飞行安全运行监管面临重大挑战。因此，如何增强低空运行监管能力，确保各类低空用户“管得好”，成为亟待解决的关键问题。
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user: 5. 低空空域发展对策研究 结合中国低空空域发展现状及问题分析，本节针对战略、战术和事后三个层面，从低空空域规划设计、运行管理和效果评价视角，针对性地提出若干有助于推动和促进低空空域产业发展的对策建议，以期为低空空域的科学、和谐、可持续发展提供参考建议和方向指引。 5.1. 加强战略层面的低空空域规划设计 低空空域规划设计是优化通用航空和民用无人驾驶航空运行环境的基础前提和根本保证。面向战略层面的低空空域发展问题，中国可在科学预测未来中长期通用航空和无人驾驶航空飞行需求的基础上，结合我国具体的国情空情特色以及地方经济社会发展特点，对管制空域、监视空域、报告空域、目视飞行航线等各类低空空域单元进行科学分类，对每一类低空空域单元进行合理设计，并结合5G、北斗等中国先进技术的战略布局，对空域系统建设涉及的通信、导航、监视等设施设备进行优化布局，实现低空空域资源的最大程度开放，全面释放低空空域资源红利，为通用航空和民用无人驾驶航空提供广阔的运行环境。另外，考虑到低空空域管理涉及国家空管体制机制改革范畴，上述对策的顺利实现必须依赖于国家层面的空域系统统筹设计与建设规划，以及各地区/省市低空空域管理具体发展方向与宏观政策。 5.2. 加强战术层面的低空空域运行管理 低空空域运行管理是实现通用航空和民用无人驾驶航空安全高效运行的关键手段和核心支撑。面向战术层面的低空空域发展问题，中国可分别针对低空空域使用管理(资源管理视角)和低空用户运行管理(用户管理视角)，攻关低空空域信息环境设计、低空航线统筹布局、低空空域动态配置、低空运行态势监控、低空飞行冲突管理、低空飞行路径规划、多类型低空用户一体化管控、跨地区低空空域协调管理等一系列关键技术，并研制相应的低空空域运行管理系统平台，解决当前低空空域运行主要依赖信息系统平台而缺乏直接的运行管控技术平台的现实难题，为提升通用航空和民用无人驾驶航空等多类型用户的飞行效率提供技术支撑和决策支持。随着飞行驾驶汽车、无人机物流派送等低空新兴业务的萌芽和发展，低空空域运行管理还可能面临其它前所未有的技术挑战。 5.3. 加强事后层面的低空空域效果评价 低空空域效果评价是定位低空空域运行问题、挖掘低空用户飞行瓶颈、辅助低空空域发展建设的直接手段和决策依据。面向事后层面的低空空域发展问题，中国可从安全水平、效率水平、环保水平等不同视角构建一套低空空域效果评价指标体系，在此基础上采用科学的评估方法对各类效果评价指标进行分类计算与综合评价，并通过相关机构定期或不定期发布低空空域效果评价报告。基于低空空域效果评价结果，发现低空空域规划设计和运行管理中存在的主要问题和薄弱环节，通过闭环机制对低空空域的开放、使用和管理过程进行反馈优化，实现低空空域系统的迭代优化与不断演进。借助人工智能、大数据与机器学习等先进技术的发展，对海量、多源、异构的低空空域运行数据进行深度挖掘分析，探寻有价值的低空空域辅助决策信息，亦将成为低空空域效果评价的重要方式。
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user: 6. 结束语 中国是名副其实的民用航空大国，航空运输市场规模位居世界第二已有十余年之久，预计将于五年之内超越美国成为世界第一的民用航空大国。目前，中国仍不是民用航空强国，但低空空域系统内通用航空、无人驾驶航空等新兴用户的蓬勃发展，却为中国民用航空由大向强跨越、变道超车带来了前所未有的发展机遇。同时，因其与军事航空、公共运输航空等其他用户之间存在交织影响，低空空域在开放、使用与管理方面亦面临巨大挑战，已成为当前及未来全球航空业共同关注的热点和焦点问题。站在国家战略布局、地区发展布局、市场运行布局的高位，针对战略、战术和事后等低空空域发展的全生命周期，系统性突破低空空域规划设计、运行管理和效果评价等领域的基础理论、关键技术和系统平台，针对性解决空域资源供给不足、用户飞行效率不高、运行监管能力不强等瓶颈问题，对于加快推动实现低空空域科学、和谐、可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。
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user: 摘要 月面着陆冲击问题是载人登月工程面对的技术挑战之一，保障着陆稳定性及减少冲击载荷是问题的关键。本文依据美国阿波罗登月舱公开的技术资料，针对月面着陆冲击问题展开分析。概括介绍了宇航员参与的月面主动避障着陆；简述了登月舱的缓冲结构以及着陆速度的设计包线，并分析了登月舱内宇航员设置为站姿的原因及其冲击防护措施；简单介绍了在地面上进行登月舱模拟月面着陆冲击试验的两种方法；最后，提出了该领域未来需要进一步研究的课题。
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user: 1. 引言 月面着陆是载人月球探测计划的重要环节，也是人类到达月球的重要标志。美国于20世纪60年代初至70年代实施了著名的“阿波罗”载人登月计划 [ 1 ] [ 2 ]，在11次飞行任务中，有6次载人登月，将阿姆斯特朗等12名宇航员成功送上月球。目前，我国已经成功实施无人月球探测计划，即“嫦娥工程”，为将来我国实施载人登月计划奠定了良好基础 [ 3 ] [ 4 ]。载人登月工程极其复杂，面临的风险挑战和技术难度很大，到目前为止，也只有美国成功实现了载人登月。与无人月球探测器相比，对载人登月舱的缓冲性能和稳定性要求更高，必须确保着陆过程中宇航员的安全 [ 1 ]。美国在“阿波罗”登月计划中曾经对登月舱的着陆缓冲系统进行了大量的理论和实验研究，最终确定了四腿支架缓冲构型，并采用铝蜂窝材料作为吸能材料 [ 5 ]。国内在“嫦娥工程”研制阶段开展了大量的研究工作，确定了月球探测器着陆缓冲系统的结构形式，并验证了缓冲性能和着陆稳定性 [ 6 ] [ 7 ]。为满足我国未来载人月球探测任务的需要，应树立以“人为中心”的理念，借鉴美国成功登月的经验，一方面要进一步优化登月舱着陆缓冲系统性能，降低冲击过载，满足宇航员安全要求；另一方面要加强舱内宇航员的冲击防护。本文依据美国阿波罗登月舱公开的技术资料，针对登月舱月面着陆冲击问题展开分析，目的在于借鉴国外成功的经验，为我国载人登月舱月面着陆缓冲系统的设计和性能试验提供参考。
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user: 2. 主动避开障碍着陆 月球表面的地形地貌对登月舱着陆稳定性及冲击载荷均具有重要影响。因为月球上没有类似地球的大气层，登月舱无法利用降落伞进行减速着陆，只能利用火箭发动机产生的反推力减速下降。我国的无人月球探测器采用先进的主动避障着陆技术(光学成像着陆区捕捉技术)，成功地实现了在月球表面的软着陆。未来的载人登月舱由于有宇航员的参与，还可以增加手动操控系统，并与先前积累的主动避障技术相结合，使得登月舱更准确地在预定计划区域着陆或者根据实际情况选择在平坦区域着陆。上世纪的美国阿波罗登月计划时期，还没有主动避障技术，主要靠宇航员的肉眼观察，手动操作避开坑和岩石等不利着陆的区域。例如阿波罗11号着陆在相对平坦的区域(称谓静海)，但在着陆点附近存在很多坑，直径从1英尺到50英尺不等。该区域坑的数量与坑的尺寸成反比，小尺寸坑的数量占多数。舱内的宇航员可以看到远处有20~30英尺高的山脊，在着陆点北部几百英尺的地方是石头区域，这里的石头平均直径至少2英尺。在着陆的最后阶段，大量的精细的月球材料(月尘)被移开，大约在100英尺高度被明显地观察到流动的尘埃，但在下降处这股尘埃浓厚得几乎什么也看不清楚。这些被驱逐材料的路径平行于月球表面，并且以高速沿水平方向移动了很远的距离。这股尘埃的主要影响是部分地模糊或扭曲了宇航员对月球表面的观察，且给推测登月舱的水平速度带来了困难。这些月球表面材料的运动状态的变化是由于登月舱下降发动机的激扰引起的。登月舱着陆后，宇航员出舱并在其附近的月面上行走，留下了清晰可见的脚印，这表明月球表面是一种松软的有一定粘性的材料；旗杆可插入月壤的深度大约7英寸，说明月壤并非十分坚硬。对月壤样本的研究表明，月球的表面是一种浅灰色到褐灰色的尘埃，厚度大约八分之一英寸；下面是以厚约四分之一英寸的黑灰色软层，再往下是2~6英寸厚的黑灰色沙和淤泥材料，能保持住大约70˚的坡度；继续延伸往下是更加牢固和穿透阻力更大的月壤。月壤中分布着不规则的岩石碎片，有些碎片在表面，有些部分地埋在月壤里，有些沉积在里面。月壤2~7英寸的深度相对较柔软，这里的月壤容易被挖起来，并能提供较低的穿透阻力和较低的对插入杆的侧向支持力。这些软层的下面，材料对穿透的阻力显著地增加。实验测定：月壤材料的粘附性在0.04~0.14 N/cm 2 之间。通过估算得出阿波罗11号登月舱足垫处月壤平均的静态承受压强为0.6~1.5 N/cm 2 ，而此处月壤的下陷深度1到3英寸，这些数据在一定程度上表征了月壤的承载能力 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]。在有人参与的情况下，比无人主动避障着陆更为可靠，使得登月舱着陆在类似上述较平坦的月面上，月壤也不太坚硬，只要控制好登月舱的姿态和着陆速度，就能从根本上保证不会产生较大的冲击过载，同时也能保证着陆的稳定性。
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user: 3. 载人登月舱的缓冲结构设计 载人登月舱的功能不仅要保证宇航员在月面安全着陆，而且还要保证宇航员安全可靠地离开月球。因此，登月舱的设计采用多腿支架形式着陆。这种设计的好处在于：① 适应月面地形(坡度)，具有抗倾覆稳定性，防止翻滚；② 既可以缓冲，又可以作为从月面点火上升的支架。如果登月舱翻倒，或者倾斜角度过大，则会引起灾难性事故(人回不到地球)。阿波罗登月舱最初的设计采用由五腿支撑，后来经过减重和稳定性的综合考虑修改为四腿支撑。为增加稳定性和缓冲性能，每个主着陆腿上连结有两个副着陆腿，并在主着陆腿末端设置有足垫。主、副着陆腿中均采用铝蜂窝作为缓冲吸能材料 [ 5 ]。我国的无人月球探测器的着陆缓冲机构与此类似 [ 6 ] [ 7 ]。以铝蜂窝为吸能材料的着陆缓冲器比液压式缓冲器、电/磁流变缓冲器等在月球恶劣环境(高低温、真空和低重力)下工作性能更稳定和可靠 [ 11 ]。因此，载人登月舱着陆缓冲机构的设计应继承这种结构形式，但需要在有效载荷重量和缓冲性能之间权衡，开展优化设计，进一步降低冲击过载。
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user: 4. 载人登月舱月面着陆速度 月面着陆速度是影响着陆冲击的关键因素。着陆速度包括垂直速度和水平速度，不仅影响到冲击过载的大小，还影响登月舱的稳定性 [ 12 ]。阿波罗登月舱的设计包络线如下 [ 5 ]：舱的姿态是随机变量，登月舱纵轴和月球重力矢量的夹角小于6˚；绕各轴的角速度小于2 deg/sec；当垂直速度Vv不大于7 ft/sec时，水平速度Vh最大为4 ft/sec；当垂直速度Vv大于7 ft/sec，但小于10 ft/sec时，水平速度Vh应满足下列关系：Vh = 40/3~4/3 Vv。阿波罗登月舱在着陆稳定性、冲击过载、地形坡度、主副支柱缓冲行程共同约束限制下的着陆速度包络线如图1所示。我国的载人登月舱的设计应借鉴上述速度包线，结合具体情况开展优化设计，通过多工况下着陆冲击动力学理论分析和实验验证，确保登月舱着陆稳定性和降低冲击过载。 图1. 着陆速度包络边界
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user: 5. 登月舱内宇航员的体位设置及冲击防护措施 不同于飞船中的座椅仰卧姿态，宇航员在登月舱中的体姿设置为站姿。这样的改变是基于下列两点考虑：① 便于观察着陆点周围的地形地貌；② 下降和上升阶段的加速度较小(均在1 g以下) [ 1 ]。美国Apollo登月舱与前苏联L3登月舱的宇航员均采用站姿。在正常软着陆情况下，由于着陆冲击载荷较小，这种姿态下着陆也能够保证宇航员安全性和可操作性，但在非正常情况下，需要采取冲击防护措施，避免在较大载荷下出现二次撞击损伤。在阿波罗登月舱内设置有一套适合站立姿态的宇航员着陆冲击防护束缚系统 [ 13 ]。这套系统主要由绳索滑轮系统及恒力控制器组成，分布于站姿宇航员的两侧，在其腰部和航天服的锁扣相连接。它的功能是防止着陆期间过大的冲击载荷引起宇航员和周围介质的碰撞，避免碰撞损伤，但不影响登月舱下降期间宇航员的正常操作。我国载人登月舱内站姿宇航员约束系统的研究工作才处于起步阶段，上述约束系统的设计值得借鉴。
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user: 6. 月面着陆冲击模拟试验方法 载人登月舱的缓冲性能及着陆稳定性必须在地面进行模拟试验验证。一般采用两种方法：① 全尺寸模型模拟月球重力下的冲击试验；② 1/6缩比模型地球重力下的冲击试验 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]。 第一种方法采用悬吊的登月舱模型在一个倾斜9.5˚的斜面上产生着陆冲击。由于月球重力是地球重力的1/6，登月舱在一个倾斜9.5˚的斜面上的正压力恰好是其实际重力的1/6。因此，实现了在地面重力下模拟月球重力的着陆冲击。此外，为了更真实地模拟月面上的着陆冲击，还需要把倾斜面材料的力学性质尽可能和月壤的性质相接近。 第二种方法是采用1/6的缩比模型舱在地球重力下进行冲击试验。这种模型的尺寸、质量、惯性应力、加速度等参数与原型均具有可比性，例如质量为原型的1/6 3 ，而加速度为原型的6倍。这种试验方法和全尺寸模型相比，具有试验成本低，操作方便等优点，但支柱中的蜂窝缓冲结构也要按照该比例制作，给模型加工带来一定的难度 [ 5 ] [ 18 ]。 国内相关部门已经研制出了载人登月舱着陆缓冲装置的原理样机和部分验证试验 [ 19 ]，但在模拟月球重力环境下的着陆冲击性能验证试验还有待于探索。
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user: 7. 需要进一步研究的课题 ① 月壤的模拟研究 国内优势研究单位正在开展月尘模拟物的研究 [ 20 ]，对月壤力学性质及模拟物的研究还比较缺乏。为了更好地在地球上开展模拟月面着陆冲击问题的研究，必须首先研究月壤的力学性能，研制能够模拟月壤力学性质的替代材料。 ② 站姿着陆冲击过载损伤评估参考值研究 载人登月舱着陆安全性的评估，需要站姿人体着陆冲击过载损伤评估参考值(IARV)。过去的研究侧重于坐姿或仰卧姿着陆冲击生物效应及损伤阈值的研究，而对站姿着陆冲击的研究相对缺乏，也没有查到公开的研究资料。因此，未来需要开展系统的研究。通过研究确定站姿人体的IARV时，不仅要考虑正常着陆和非正常着陆，还要考虑人体测量学数据、登月航天服的影响及航天飞行失重因素的不利影响。 ③ 月面着陆期间宇航员约束防护研究 针对非正常着陆工况，开展站姿乘员约束防护技术研究，防止二次碰撞损伤的发生。
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user: 摘要 应对气候变暖、确保能源安全、保护资源环境的必然选择是逐步降低经济增长过程中的碳排放。文章将农业碳汇视为期望产出引入到低碳农业经济学分析框架，以2007~2017年中部六省低碳农业指标的面板数据为样本，运用碳计量模型评估湖南低碳农业发展绩效，实证结果表明，湖南在农业生产过程中保持了良好的净碳汇效应，低碳农业发展的生态效应良好；净碳汇虽存在波动状态，但整体呈增长趋势，实现了低碳农业发展绩效的提升；低碳农业发展意识逐步被接受与认可，相关低碳政策落实比较到位；但是区域个体差异显著，河南净碳汇量最大，增幅最低，湖南净碳汇量第三，年增长率6.9%，位于中下游。
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user: 1. 引言 气候变暖是21世纪全球环境与发展面临的最大问题之一，但应对气候变暖、确保能源安全、保护资源环境的必然选择是逐步降低经济增长过程中的碳排放，即发展低碳经济，并且低碳经济已经被列入各国政府的重要议程。我国在哥本哈根会议前自主承诺“到2020年，在2005年的基础上削减碳密度达到40%”。 目前，低碳经济的应用研究主要集中于工业领域，而忽略了其在农业领域应用的重要性。事实上，随着机械农业、化学农业、石油农业发展迅猛，农业能源消费激增，农业也开始成为重要的温室气体来源。据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)估算，农业温室气体排放约占全球温室气体排放总量的15%。在我国，农业是国民经济中的支柱产业，改变农业的生产方式，实现农业低碳高效发展，这对促进我们生产方式和消费理念的转变起着不容忽视的作用，它能从根本上减少碳排放量。因此，发展低碳农业，增强农业固碳能力、实现农业节能减排、实现农业可持续发展、亟须在理论和实践上有所突破。 湖南又是农业大省，在温室气体的排放总量中占据的比重很大，近年来，虽然低碳农业以各种形式在湖南获得了一定的发展，农业的增长路径也正在发生变化，从原来依靠增加产量逐渐转变为提高农产品的质量与附加值。然而，由于湖南农业正处于快速现代化进程中，各种能耗总量难以有效降低，农业污染问题依旧突出，再加上农业种养布局不合理，对发展低碳农业的认识不到位，以及目前还没有公认的、能全面评价的指标等原因，导致低碳农业发展的路径体系不清晰。因此，系统分析湖南低碳农业发展的生态效应，探索存在的问题，匹配科学合理的发展对策，对湖南发展低碳经济并推动农业的可持续发展刻不容缓。
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user: 2. 文献综述 目前，国外相关研究主要集中于农业碳减排途径和发展低碳农业的政策安排；而国内文献研究范围较广，包括低碳农业含义、发展模式、面临障碍和政策建议等多个方面。 低碳农业发展的必要性。《气候变化的经济学：斯特恩报告》指出气候变化严重威胁发达国家和发展中国家，尤其是发展中国家，若再不采取减排低碳行动，未来气候变化将对经济与社会活动产生损害风险 [ 1 ]。CO 2 、农业生产、气候变化相互关联，低碳农业是较好的农业生产模式 [ 2 ]。Tilman预测，若不改变过去农业发展模式，未来氮磷肥投入增长量所产生的二氧化碳排放量将引起全球性生态环境危机 [ 3 ]。 低碳农业的含义。王昀 [ 4 ] 提出低碳经济不仅是“三低”经济，亦是节约、效益、安全的经济，即尽可能少的利用资源，以最小物质投入的前提下，将农业生产全过程可能给社会带来不良影响降至最低的同时，实现社会产出最大化的经济。范纯增 [ 5 ] 等考虑到低碳农业建立在低能耗、低排放、低污染的基础上，以技术、制度创新和发展观念转变为核心，强调资源利用和建立清洁能源结构。 低碳农业发展模式。许广月 [ 6 ] (2010)提出三种模式，即减源型农业发展模式、增汇固碳型农业发展模式和低碳乡村建设模式；黄贤贵 [ 7 ] (2011)提出两种发展模式，即节约资源与有效替代发展模式、循环农业与清洁生产模式；罗吉文 [ 8 ] (2010)提出了低碳农业的十种具体模式，即有害品投入替代模式、节地模式、节水模式、节能模式、清洁能源模式、清洁家园模式、循环农业模式、产业链模式、农业观光休闲模式和碳汇模式。 低碳农业发展缓慢存在障碍。1) 缺少完备的法律和政策，缺乏支持低碳农业建设健康发展的法律基础和政策环境；张秋斌 [ 9 ] (2019)认为低碳农业发展的专项财政资金不充足，补贴结构不合理，税收优惠机制存在问题。2) 农业生产指标的冗余与农业技术改进效率低。陈儒 [ 10 ] [ 11 ] (2017)运用碳计量模型、超效率SBM模型和ML效率指数模型对我国低碳农业发展绩效水平进行分析，发现低碳试点城市低碳农业实施效果不明显，生产要素存在不同程度的冗余。3) 农民低碳农业意识与素质较低。徐婵娟 [ 12 ] (2019)运用胜任素质的冰山模型和洋葱模型，基于陕西农户调研数据进行实证分析。结果表明：由于农民受教育程度普遍较低，生态环境保护意识较弱，对低碳农业概念模糊，低碳技术掌握程度较低，难以改变传统的生产方式和行为。而农民是低碳农业的直接实施者，这极大地影响了低碳农业的普及和发展。 低碳农业指标体系。虽然低碳农业没有一套明确统一的发展指标体系，但近年来体系不断完善。谢淑娟 [ 13 ] 等通过对农业生产要素产出效率、能源利用低碳化水平、农业生产方式低碳化水平、农业碳汇效应四维指标体系进行实证研究。董明涛 [ 14 ] (2016)从投入因素、预期产出和预期产出评价我国各省市低碳农业发展效率。巩前文 [ 15 ] (2019)从低碳生产、经济增收、安全供给3个维度10个二级指标，构建了评价农业绿色发展水平的农业绿色发展指数。 综上，以往相关研究对本项目有很强的借鉴作用，但针对“湖南省低碳农业”研究有如下启示：目前没有统一低碳农业发展绩效评价体系；对低碳农业发展缺乏系统性的评价，相应对策的适应性、针对性有待商榷。本文以自然条件优越，水源充沛，气候条件相宜，我国生产区粮食中部6省为研究对象，构建一套低碳农业发展绩效评价体系，采用计量模型测度低碳农业的生态效益，并针对目前存在的问题提出适宜的对策。
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user: 3. 建模 3.1. 农业碳汇计量 农业碳汇是指在一定时期(通常是一年)内，某区域农业生产活动中农作物通过光合作用吸收空气中的二氧化碳，转化农作物呼吸作用产生的二氧化碳并释放出氧气。农作物生命周期、植株大小、叶片面积等的差异导致碳吸收量差距明显。李克让选取IPCC相关数据，测算出的1992年中国农作物二氧化碳吸收量模型具有重要的实际参考价值。谢鸿宇引用农作物经济系数进行农业碳汇测算、种植业碳汇测算，计算公式为 C T = ∑ i C i D w = ∑ i C i Y i ( 1 − W i ) / H i ，其中农作物经济系数 C i ，经济产量 Y i ，含水量 W i ，碳吸收率 H i 等。大多数学者以此公式为基础计算碳汇。翁灵燕 [ 16 ] 根据农作物产量数据、经济系数和碳吸收率进行估算。碳吸收估算公式为： C t = ∑ i = 1 n [ C i × Q i ( 1 − W i ) × ( 1 + R i ) ] 。相比与前文，在计算时加入了R i 根冠比这一影响因素。 农业碳汇和碳排放的测量是衡量低碳农业发展绩效水平的基础，为了保证测量的准确性，本文在研究方法上采用了IPCC推荐的系数测量方法。参考陈儒、姜志德等研究成果，但本文仍然存在不足，未能将森林固碳加入计算，通过林业局官方显示显示各林木是按照其性质划分为经济林，防护林，特殊用材林等，各具体种类森林种植面积数据也很难找寻。最后，确定农作物是农业碳汇的主要来源，并将碳排放分为机械和机械两个因素。最终，构建农业净碳汇计量模型如下： E = E m + E i = E m + ∑ T i × e i (1) E m = A m × B + W m × C (2) C c r o p = ∑ C i Y i ( 1 − r i ) / H i (3) C n = C c r o p − E (4) 其中E为农业碳排放总量，E i 为除农业机械以外的农业要素投入总量，i为农业要素类型，T i 为农业要素的使用量，e i 为碳排放系数。E m 为农用机械带来的碳排放量，A m 为土地投入面积，W m 为机械总动力，B、C分别为土地投入面积、农用机械总动力的转换系数，分别为16.47 kg/hm 2 和0.18 kg/kw。 C c r o p 为作物总碳汇，为所C i 为作物的碳吸收率，Y i 为作物产量，r i 为相应农作物经济产品部分的含水量，H i 为农作物经济系数。式(4)中，C n 是净碳汇量。即农业生产经营过程中碳汇的剩余和排放系数，碳吸收率和作物经济系数的参数值，以及林木的碳密度来源于IPCC及相关研究结果。 3.2. 指标 根据整体性，可比性，科学性，适用性，稳定性与动态性等指标体系构建原则，构建了低碳农业生态效益的投入产出指标体系。以农业固定资产投资额、化肥施用量、农业机械总动力、有效灌溉面积、农业劳动力、土地投入等作为农业投入变量，选取农业总产值、农业碳汇量作为期望产出变量，并将农业碳排放量作为非预期产出变量。指标数据均来自《中国统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。农业劳动力以第一产业末从业人员数、土地投资作物种植面积、年末实际果园面积和造林面积的总收入计量