運載火箭參數(shù)數(shù)據(jù)庫開發(fā)與應(yīng)用

/北京宇航系統(tǒng)工程研究所

從20世紀50年代蘇聯(lián)成功發(fā)射世界上第一顆人造地球衛(wèi)星開始，航天人便不斷地控索，鑄就了一個又一個的航天豐碑。自1957年以來，全世界共研制出10多個系列的上百種火箭，進行了近6000次宇航發(fā)射。在運載火箭總體構(gòu)型設(shè)計和指標論證過程中，需要了解和掌握國內(nèi)外運載火箭主要技術(shù)指標和相關(guān)參數(shù)，便于對火箭構(gòu)型進行類比分析。而目前尚沒有相關(guān)應(yīng)用能將各類火箭參數(shù)進行歸類整理，已發(fā)行的《世界航天運載器大全》內(nèi)容較為全面，但是火箭參數(shù)不能隨著火箭的發(fā)展而及時更新，且最新研制的火箭未能納入其中，數(shù)據(jù)更新的實時性較差。

筆者通過總結(jié)提煉世界各國運載火箭的主要參數(shù)，形成巨大知識庫，并開發(fā)了基于手機版的App應(yīng)用軟件，供工程設(shè)計人員快速查閱火箭相關(guān)的指標和參數(shù)，進行比對和分析，以提升對知識成果的利用效率。

一、運載火箭參數(shù)數(shù)據(jù)庫功能劃分

為及時了解和掌握國內(nèi)外運載火箭的技術(shù)參數(shù)，隨時進行查詢和比對，需要梳理世界已有主要火箭技術(shù)參數(shù)，建立手機版本數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)用戶權(quán)限登陸和數(shù)據(jù)自動更新。運載火箭參數(shù)數(shù)據(jù)庫功能需求體現(xiàn)架構(gòu)如圖1所示，主要功能模塊包括火箭總體參數(shù)、發(fā)動機參數(shù)、發(fā)射記錄、數(shù)據(jù)搜索和數(shù)據(jù)比對等功能。

1.總體功能需求

為便于使用維護和權(quán)限管理，運載火箭數(shù)據(jù)庫的總體功能主要包括以下4個方面：

一是設(shè)計并實現(xiàn)一款用于展示世界各國運載火箭總體參數(shù)的移動端應(yīng)用APP，使用戶能夠方便快捷的查詢、比較各種火箭參數(shù)；二是APP數(shù)據(jù)架構(gòu)采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)庫模式，通過網(wǎng)絡(luò)可以進行數(shù)據(jù)更新，無網(wǎng)絡(luò)情況下可以離線讀取本地數(shù)據(jù)；三是設(shè)置用于權(quán)限，只有用戶獲得授權(quán)后才能查看所有數(shù)據(jù)；四是移動端APP設(shè)計支持IOS系統(tǒng)和安卓系統(tǒng)。

2.火箭總體參數(shù)

火箭總體參數(shù)顯示模塊按照國家、型號兩級對運載火箭進行分類展示。在火箭型號選擇界面中，展示火箭縮略圖片以及選中運載火箭的代表性參數(shù)，包括火箭的概況、基本信息和各級參數(shù)，各部分內(nèi)容有以下3個方面：一是火箭概況中包含火箭的簡要文字介紹和火箭解剖結(jié)構(gòu)圖；二是火箭基本信息包括火箭型號、國家、級數(shù)、全長、最大直徑、起飛質(zhì)量、起飛推力、運載能力、首飛時間等信息；三是各級參數(shù)包括級長、直徑、質(zhì)量、推進劑質(zhì)量、主發(fā)動機型號、發(fā)動機數(shù)量、發(fā)動機推力、比沖、工作時間等。

3.發(fā)動機參數(shù)

發(fā)動機按照常規(guī)推進劑、液氧煤油發(fā)動機、液氫液氧發(fā)動機和液氧甲烷發(fā)動機等進行分類，參數(shù)包括發(fā)動機概括和參數(shù)列表，各部分內(nèi)容設(shè)計有以下2個方面：一是發(fā)動機概括包括發(fā)動機構(gòu)型圖以及發(fā)動機研制背景和研制歷程等；二是發(fā)動機參數(shù)列表包括發(fā)動機名稱、國家、推進劑、推力、比沖、混合比、燃燒室室壓、結(jié)構(gòu)質(zhì)量、長度、噴管面積比、推力調(diào)節(jié)、循環(huán)方式、研制時間、研制單位、用途等。

4.發(fā)射記錄

對我國運載火箭的發(fā)射記錄以列表的形式進行展示，展示內(nèi)容包括火箭代號、火箭編號、衛(wèi)星代號、發(fā)射時間、發(fā)射基地、發(fā)射結(jié)果等。發(fā)射記錄根據(jù)最新發(fā)射情況動態(tài)更新，并可分型號對發(fā)射成功率進行統(tǒng)計分析。

5.數(shù)據(jù)搜索

根據(jù)設(shè)定好的條件搜索滿足要求的運載火箭信息，主要搜索字段包括LEO、SSO、GTO軌道的運載能力、火箭起飛重量、火箭總長、發(fā)動機型號等，支持對搜索出來的火箭型號添加對比功能。該功能可對所有滿足要求的同類火箭進行篩選和比較，對于火箭構(gòu)型的論證具有重要的參考意義。

6.數(shù)據(jù)比對

支持火箭參數(shù)或發(fā)動機參數(shù)進行列表比對，可方便添加或刪除比對的火箭型號或發(fā)動機型號，為運載火箭構(gòu)型篩選和設(shè)計提供重要的信息參考。

二、運載火箭參數(shù)數(shù)據(jù)庫App方案設(shè)計

1.功能設(shè)計

運載火箭數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的目的是梳理世界已有的主要火箭技術(shù)參數(shù)，建立手機版本數(shù)據(jù)庫，以利于詳細的分析和比較國外已有先進火箭與我國現(xiàn)有火箭、將要研制或者論證火箭構(gòu)型之間的差異。火箭數(shù)據(jù)庫的需求可以分成App和PC端2個部分，見表1。

2.整體架構(gòu)

選擇PhoneGap作為運載火箭數(shù)據(jù)庫APP的開發(fā)平臺，主要原因是其基于HTML，CSS和JavaScript并且能創(chuàng)建跨平臺移動應(yīng)用程序。它使開發(fā)者不僅能夠利用智能手機的核心功能——包括地理定位、加速器、聯(lián)系人、聲音和振動等，還可以調(diào)用豐富的插件。運載火箭數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)保存在手機本地，也可以離線運行。當服務(wù)端數(shù)據(jù)更新時，能夠通知手機端更新數(shù)據(jù)。

表1 功能需求列表

火箭數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)整體分成服務(wù)端、PC Web、移動app與接口4個部分。軟件整體采用最新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建。

一是服務(wù)端。服務(wù)端采用XEM開發(fā)框架，該框架基于Spring boot構(gòu)建。Spring boot是目前最流行的微服務(wù)框架，其設(shè)計目的是用來簡化新Spring應(yīng)用的初始搭建以及開發(fā)過程。該框架使用了特定的方式來進行配置，使開發(fā)人員不再需要定義樣板化的配置。XEM框架在后端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系設(shè)計中，采用對象—關(guān)系映射技術(shù)ORM，使用典型的Spring DataJpa來實現(xiàn)對象關(guān)系映射。

XEM框架使用OAuth2.0標準，實現(xiàn)本地驗證，第三方授權(quán)等功能。使用OAuth2.0標準，可滿足多種流程的授權(quán)認證需求，如Web瀏覽器登錄、Http Request接入、客戶端在受限設(shè)備上登錄、第三方授權(quán)登錄等。用戶在登錄之后才能查看所有數(shù)據(jù)，否則只對部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開放，以保護知識權(quán)。

XEM依托Spring boot的MVC架構(gòu)，提供Restful接口，同時對PC web端和移動App提供服務(wù)，服務(wù)傳遞的數(shù)據(jù)采用json格式。

二是移動端。采用開源的APP開發(fā)框架WeX5，利用MVC模式、可視化組件并支持第三方組件及自定義組件開發(fā)，最大程度的滿足APP端UI的實用性、易用性和美觀要求。WeX5框架采用Html5、Css3、JavaScript標準技術(shù)，因此滿足擴平臺的特性，可以在不同手機系統(tǒng)下使用。在移動端開發(fā)中，WeX5的組件開發(fā)模式能較好地支持調(diào)用手機設(shè)備如相機、地圖、通訊錄等功能。WeX5移動應(yīng)用開發(fā)框架分層明確、開發(fā)周期快、擴平臺部署、調(diào)試方便、界面組件用戶體驗良好，可以滿足運載火箭數(shù)據(jù)庫APP的開放和應(yīng)用需求。

三是PC端Web端。PC端主要進行系統(tǒng)可視化的配置管理。使用Vue、Bootstrap技術(shù)搭建PC上的Web系統(tǒng)框架。Vue是一套構(gòu)建用戶界面的漸進式框架，與其它框架不同的是，其采用自底向上增量開發(fā)的設(shè)計。Vue核心庫只關(guān)注視圖層，容易學(xué)習(xí)且易與其它庫或已有項目整合，使用Vue搭建Web后臺系統(tǒng)。

Bootstrap是目前受歡迎的前端框架。Bootstrap基于Html5、Css3、Javascprit，兼容了大量的jQuery插件，并且包含了豐富的Web組件，可以快速地搭建美觀且功能完備的Web網(wǎng)站。

四是接口。服務(wù)端采用流行的REST接口標準，通過同一套接口，同時對PC WEB和移動APP提供服務(wù)。前后端接口列表見表2。

表2 前后端接口列表

三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計與更新機制

1.數(shù)據(jù)更新機制

App本地數(shù)據(jù)通過內(nèi)嵌Sqlite數(shù)據(jù)庫保存，在服務(wù)器DB、sqlliteDB中增加版本號字段。通過APP主動更新和服務(wù)端更新推送2種方式，保證在線用戶及時更新，離線用戶登陸之后及時更新。

一是APP主動更新。App每次聯(lián)網(wǎng)登錄時，主動調(diào)用查詢更新接口，查看與服務(wù)器數(shù)據(jù)版本是否一致，如不一致，則調(diào)用數(shù)據(jù)更新接口與本地數(shù)據(jù)。

二是服務(wù)端更新推送。在服務(wù)端完成本地數(shù)據(jù)更新后，更新數(shù)據(jù)版本號，并推送數(shù)據(jù)更新通知給在線用戶。App端收到通知后，調(diào)用數(shù)據(jù)更新接口與本地數(shù)據(jù)。

2.數(shù)據(jù)庫模型

結(jié)合運載火箭數(shù)據(jù)庫功能需求，邏輯模型包括版本號及數(shù)據(jù)更新、火箭發(fā)射記錄信息、火箭基本信息和發(fā)動機基本信息，且針對具體的每型火箭，均有火箭詳細信息匯總。

四、應(yīng)用實例

在主流ios和android市場搜索“運載火箭數(shù)據(jù)庫”即可實現(xiàn)軟件的下載和安裝，軟件安裝后通過獲取用戶名及密碼即可登陸并正常使用軟件的所有功能。火箭數(shù)據(jù)庫App模型共有11個主要頁面：首頁、高級搜索頁、搜索列表頁、國家型號選擇頁、火箭詳情概況頁、火箭詳情參數(shù)頁、發(fā)射記錄列表頁、發(fā)射記錄詳情頁、發(fā)動機參數(shù)列表頁、發(fā)動機參數(shù)詳情頁、火箭和發(fā)動機參數(shù)對比頁。

隨著航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，航天技術(shù)已經(jīng)滲透到我們生活的各個角落，及時掌握和了解世界各國運載火箭的參數(shù)和發(fā)射狀態(tài)已經(jīng)成為工程設(shè)計人員和廣大航天愛好者的迫切需求。通過總結(jié)提煉世界各國運載火箭的主要參數(shù)，形成巨大知識庫，并開發(fā)了基于手機版的應(yīng)用程序，供工程設(shè)計人員與廣大航天愛好者快速查閱火箭相關(guān)的指標和參數(shù)，及時掌握我國航天發(fā)射動態(tài)，提升對航天知識成果的利用效率。▲