与无人航天器相比，载人飞船因有人直接参与航天活动而在技术上有一些特殊的问题。①环境控制:乘员生活和工作的舱段在结构上要求严格密封,舱内需要采取环境控制措施。环境控制的主要作用是调节舱内和航天服内的温度、湿度和压力，吸收人体新陈代谢的产物(例如呼出的二氧化碳，代谢作用产生的热量和水蒸气等)，控制舱内环境中含有的少量有害物质和臭气，提供航天员所需的氧气量、通风量、用水并处理废物。②应急救生：载人飞船的救生装置有弹射座椅、救生塔、分离座舱和载人机动装置等在航天器各个飞行阶段采用各种不同的应急救生手段：上升段采用弹射座椅或救生塔;返回段采用弹射座椅或分离座舱;轨道上营救时，由另一载人飞船靠近出故障的飞船，并与之对接，把乘员营救出来，或航天员乘坐载人机动装置飞到另一载人飞船上去。③人工控制：由人参与操纵和控制飞船，可提高系统的可靠性，处理预料不到的应急情况，为此载人飞船都设有手动控制装置。因自动系统失灵而靠手动方式返回地面已有实例。此外，为便于航天员工作，载人飞船上还设有仪表照明、目视观测和话音通信等设备。④安全返回：为确保乘员安全返回，除靠热防护层和座舱温度控制外，载人飞船或返回舱在返回过程中的制动过载，必须限制在人的耐受范围内，同时还要求较高的落点精度,以便及时发现。⑤高可靠性:为了保证高可靠性，载人飞船的各系统和设备均要进行可靠性设计，关键部件采用备份系统(双备份或三备份)，飞船须在严格的环境条件下进行地面测试和模拟飞行试验，以排除隐患。飞船的设计还要保证航天员在必要时能够维修和置换有故障的设备。

阅读上述三则材料认识宇航有关知识。写一篇相关的知识性介绍文章，或者相关的小论文。

13.答案略

【能力测试】

1.阅读下列材料：

材料一：人类第一台电子计算机的诞生

1946年2月15日，世界上第一台通用电子数字计算机“埃尼阿克”(ENIAC)宣告研制成功。“埃尼阿克”的成功，是计算机发展史上的一座纪念碑，是人类在发展计算技术的历程中，到达的一个新的起点。“埃尼阿克”计算机的最初设计方案，是由36岁的美国工程师莫奇利于1943年提出的，计算机的主要任务是分析炮弹轨道。美国军械部拨款支持研制工作，并建立一个专门研究小组，由莫奇利负责。总工程师由年仅24岁的埃克特担任，组员格尔斯坦是位数学家，另外还有逻辑学家勃克斯。“埃尼阿克”共使用了18000个电子管，另加1500个继电器以及其它器件，其总体积约90立方米，重达30吨，占地170平方米，需要用一间30多米长的大房间才能存放，是个地地道道的庞然大物。

这台耗电量为140千瓦的计算机，运算速度为每秒5000次加法，或者400次乘法，比机械式的继电器计算机快1000倍。当“埃尼阿克”公开展出时，一条炮弹的轨道用20秒钟就算出来，比炮弹本身的飞行速度还快。埃尼阿克的存储器是电子装置，而不是靠转动的“鼓”。它能够在一天内完成几千万次乘法，大约相当于一个人用台式计算机操作40年的工作量。它是按照十进制，而不是按照二进制来操作。但其中也用少量以二进制方式工作的电子管，因此机器在工作中不得不把十进制转换为二进制，而在数据输入、输出时再变回十进制。

“埃尼阿克”最初是为了进行弹道计算而设计的专用计算机。但后来通过改变插入控制板里接线方式来解决各种不同的问题，而成为一台通用机。它的一种改型机曾用于氢弹的研制。“埃尼阿克”程序采用外部插入式，每当进行软件中心一项新的计算时，都要重新连接线路。有时几分钟或几十分钟的计算，要花几小时或1-2天的时间进行线路连接准备，这是一个致命的弱点。它的另一个弱点是存储量太小。

1996年2月15日，在“埃尼阿克”问世50周年之际，美国副总统戈尔在宾夕法尼亚大学举行的隆重纪念仪式上，再次按动了这台已沉睡了40年的庞大电子计算机的启动电钮。戈尔在向当年参加“埃尼阿克”的研制、如今仍健在科学家发表讲话：“我谨向当年研制这台计算机的先驱者们表示祝贺。”埃尼阿克上的两排灯以准确的节闪烁到46，标志着它于1946年问世，然后又闪烁到96，标志计算机时代开始以来的50年。

——摘自互联网

材料二：第二代电子计算机于20世纪50年代中斯问世，以晶体管代替电子管，并增加浮点运算

第二代电子计算机是用晶体管制造的计算机。在20世纪50年代之前，计算机都采用电子管作元件。电子管元件有许多明显的缺点。例如，在运行时产生的热量太多，可靠性较差，运算速度不快，价格昂贵，体积庞大，这些都使计算机发展受到限制。于是，晶体管开始被用来作计算机的元件。晶体管不仅能实现电子管的功能，又具有尺寸小，重量轻，寿命长，效率高，发热少，功耗低等优点。使用了晶体管以后，电子线路的结构大大改观，制造高速电子计算机的设想也就更容易实现了。

1954年，美国贝尔实验室研制成功第一台使用晶体管线路的计算机，取名“催迪克”(TRADIC)，装有800个晶体管。1955年，美国在阿塔拉斯洲际导弹上装备了以晶体管为主要元件的小型计算机。10年以后，在美国生产的同一型号的导弹中，由于改用集成电路元件，重量只有原来的1/100，体积与功耗减少到原来的1/300。

1958年，美国的IBM公司制成了第一台全部使用晶体管的计算机RCA501型。由于第二代计算机采用晶体管逻辑元件，及快速磁芯存储器，计算速度从每秒几千次提高到几十万次，主存储器的存储量，从几千提高到10万以上。1959年，IBM公司又生产出全部晶体管化的电子计算机IBM 7090。1958~1964年，晶体管电子计算机经历了大范围的发展过程。从印刷电路板到单元电路和随机存储器，从运算理论到程序设计语言，不断的革新使晶体管电子计算机日臻完善。1961年，世界上最大的晶体管电子计算机ATLAS安装完毕。1964年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机441—B型。

第一代电子计算机使用的是“定点运算制”，参与运算的绝对值必须小于1;而第二代电子计算机则增加了浮点运算，使数据的绝对值可达到2的几十次方或几百次方，使电子计算机的计算能力实现了一次飞跃。同时，用晶体管取代了电子管使第二代电子计算机的体积大大减小，寿命延长，价格降低，为电子计算机的广泛应用创造了条件。

——摘自互联网

材料三1964年4月IBM360系统问世。它成为使用集成电路的第三代电子计算机的著名代表。

第三代电子计算机是使用了集成电路的计算机。1958年，世界上第一个集成电路诞生时，只包括一个晶体管，两个电阻和一个电阻—电容网络。后来集成电路工艺日趋完善，集成电路所包含的元件数量以每1~2年翻一番的速度增长着。发展到70年代初期，大部分电路元件都已经以集成电路的形式出现。甚至，在想法拇指甲那样大的约1平方厘米的芯片上，就可以集成上百万个电子元件。因为它看起来只是一块小小的硅片，因此人们常把它称为芯片。与晶体管相比，集成电路的体积更小，功耗更低，而可靠性更高，造价更低廉，因此得到迅速发展。

1964年4月7日，美国IBM公司同时在14个国家，全美63个城市宣告，世界上第一个采用集成电路的通用计算机系列IBM 360系统研制成功，该系列有大，中，小，型计算机，共6个型号，它兼顾了科学计算和事务处理两方面的应用，各种机器全都相互兼容，适用于各方面的用户，具有全方位的特点，正如罗盘有360度刻度一样，所以取名为360。它的研制开发经费高达50亿美元，是研制第一颗原子弹的曼哈顿计划的2.5倍。

IBM 360系统是最早使用集成电路元件的通用计算机系列，它开创了民用计算机使用集成电路的先例，计算机从此进入了集成电路时代。IBM 360成为第三代计算机的里程碑。

随着半导体集成技术的快速发展，美国开始研究军用大规模集成电路计算机。1967年，美国无线电有限公司制成了领航用的机载计算机LIMAC，其逻辑部件采用双极性大规模集成电路，缓冲存储器用MOS大规模集成电路。1969年，美国自动化公司制成计算机D—200，采用了MOS场效应晶体管大规模集成电路，中央处理器由24块大规模集成电路做成;得克萨斯仪器公司也制成机载大规模集成电路计算机。军用机载大规模集成电路试验的成功，为过渡到民用大规模集成电路通用机积累了丰富的经验。1971年，IBM公司开始生产IBM 370系列机，它采用大规模集成电路做存储器，小规模集成电路做逻辑元件，被称为“第三代半电子计算机”，与IBM 360一样著名。

材料四：使用超大规模集成电路的第四代计算机

进入20世纪60年代后，微电子技术发展迅猛。在1967年和1977年，分别出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，并立即在电子计算机上得到了应用。由大规模和超大规模集成电路组装成的计算机，就被称为第四代电子计算机。

美国ILLIAC-IV计算机，是第一台全面使用大规模集成电路作为逻辑元件和存储器的计算机，它标志着计算机的发展已到了第四代。1975年，美国阿姆尔公司研制成470V/6型计算机，随后日本富士通公司生产出M-190机，是比较有代表性的第四代计算机。英国曼彻斯特大学1968年开始研制第四代机。1974年研制成功DAP系列机。1973年，德国西门子公司，法国国际信息公司与荷兰飞利浦公司联合成立了统一数据公司，研制出Unidata 7710系列机。

材料五：第五代电子计算机被称为“智能计算机”

第五代电子计算机是智能电子计算机，它是一种有知识，会学习，能推理的计算机，具有能理解自然语言，声音，文字和图像的能力，并且具有说话的能力，使人机能够用自然语言直接对话，它可以利用已有的和不断学习到的知识，进行思维，联想，推理，并得出结论，能解决复杂问题，具有汇集，记忆，检索有关知识的能力。智能计算机突破了传统的诺伊曼式机器的概念，舍弃了二进制结构，把许多处理机并联起来，并行处理信息，速度大大提高。它的智能化人机接口使人们不必编写程序，只需发出命令或提出要求，电脑就会完成推理和判断，并且给出解释。1988年，世界上召开了第五代电脑国际会议。1991年，美国加州理工学院推出了一种大容量并行处理系统，用528台处理器并行进行工作，其运算速度可达到每秒320亿次浮点运算。

材料六：模仿人类大脑功能的神经计算机已经开发成功，它标志着电子计算机的发展进入第六代

第六代电子计算机是模仿人的大脑判断能力和适应能力，并具有可并行处理多种数据功能的神经网络计算机。与以逻辑处理为主的第五代计算机不同，它本身可以判断对象的性质与状态，并能采取相应的行动，而且它可同时并行处理实时变化的大量数据，并引出结论。以往的信息处理系统只能处理条理清晰，经络分明的数据。而人的大脑却具有能处理支离破碎，含糊不清信息的灵活性，第六代电子计算机将类似人脑的智慧和灵活性。(图)电子计算机的发展已经进入了第六代，这种发展可能仅仅是刚起步，前途没有止境

人脑有140亿神经元及10亿多神经键，每个神经元都与数千个神经元交叉相联，它的作用都相当于一台微型电脑。人脑总体运行速度相当于每秒1000万亿次的电脑功能。用许多微处理机模仿人脑的神经元结构，采用大量的并行分布式网络就构成了神经电脑。神经电脑除有许多处理器外，还有类似神经的节点，每个节点与许多点相连。若把每一步运算分配给每台微处理器，它们同时运算，其信息处理速度和智能会大大提高。

神经电子计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，电脑仍有重建资料的能力，它还具有联想记忆，视觉和声音识别能力。日本科学家已开发出神经电子计算机的大规模集成电路芯片，在1.5厘米正方的硅片上可设备400个神经元和40000个神经键，这种芯片能实现每秒2亿次的运算速度。1990年，日本理光公司宣布研制出一种具有学习功能的大规模集成电路“神经LST”。这是依照人脑的神经细胞研制成功的一种芯片。它利用生物的神经信息传送方式，在一块芯片上载有一个神经元，然后把所有芯片连接起来，形成神经网络。它处理信息的速度为每秒90亿次。富士通研究所开发的神经电子计算机，每秒更新数据速度近千亿次。日本电气公司推出一种神经网络声音识别系统，能够识别出任何人的声音，正确率达99.8%。美国研究出左脑和右脑两个神经块连接而成的神经电子计算机。右脑为经验功能部分，有1万多个神经元，适于图像识别：左脑为识别功能部分，含有100万个神经元，用于存储单词和语法规则。现在，纽约，迈阿密和伦敦的飞机场已经用神经电脑来检查爆炸物，每小时可查600—700件行李，检出率为95%，误差率为2%。神经电子计算机将会广泛应用于各领域。它能识别文字，符号，图形，语言以及声纳和雷达收到的信号，判读支票，对市场进行估计，分析新产品，进行医学诊断，控制智能机器人，实现汽车和飞行器的自动驾驶，发展，识别军事目标，进行智能决策和智能指挥等。

材料七：对光计算机的研制已取得进展，它比普通电子计算机快1000倍

光计算机是利用光作为载体进行信息处理的计算机。1990年，美国的贝尔实验室推出了一台由激光器，透镜，反射镜等组成的计算机。这就是光计算机的雏形。随后，英，法，比，德，意等国的70多名科学家研制成功了一台光计算机，其运算速度比普通的电子计算机快1000倍。光计算机又叫光脑。电脑是靠电荷在线路中的流动来处理信息的，而光脑则是靠激光束进入由反射镜和透镜组成的阵列中来对信息进行处理的。与电脑相似之处是，光脑也靠产生一系列逻辑操作来处理和解决问题。计算机的功率取决于其组成部件的运行速度和排列密度，光在这两个方面都很理想。光子的速度即光速，为每秒30万千米，是宇宙中最快的速度。激光束对信息的处理速度可达现有半导体硅器件的1000倍。光子不像电子那样需要在导线中传播，即使在光线相交时，它们之间也不会相互影响，并且在不满足干涉的条件下也互不干扰。光束的这种互不干扰的特性，使得光脑能够在极小的空间内开辟很多平行的信息通道，密度大得惊人。一块截面为5分硬币大小的棱镜，其通过能力超过全球现有全部电话电缆的许多倍。贝尔实验室研制成功的光学转换器，在字母O中可以装入2000个信息通道。因此科学家们早就设想使用光子了。

材料八：开发中的DNA电脑

科学家研究发现，脱氧核糖核酸(DNA)有一种特性，能够携带生物体各种细胞拥有的大量基因物质。数学家，生物学家，化学家以及计算机专家从中得到启迪，正在合作研制未来的液体DNA电脑。这种DNA电脑的工作原理是以瞬间发生的化学反应为基础，通过和酶的相互作用，将反应过程进行分子编码，对问题以新的DNA编码形式加以解答。

和普通的电脑相比，DNA电脑的优点首先是体积小，但存储的信息量却超过现代世界上所有的电脑。它用于存储信息的空间仅为普通计算机的几兆分之一。其信息可存储在数以兆计的DNA链中，一升的DNA溶液可包含信息量高达10。其次，这种电脑运算速度极快。据估计，一台DNA电脑只需几天时间，就可以完成迄今为止所有计算机曾经进行过的运算。第三是最大限量的减少能耗，DNA电脑的能耗，仅为普通电脑的十亿分之一。1995年，科学家首次报道用“编程”DNA链解数学难题取得突破。

DNA计算机的功能之所以强大，就在于每个链本身就是一个微型处理器。科学家能够把10亿亿个链安排在1000克的水里，而每个链各干各的事情。它们各自进行计算。这意味着，DAN计算机能同时“试用”巨大数量的可能的解决方案。与此形成对照的是，电子计算机对每个解决方案必须自始至终进行计算，直到试用下一个方案为止。

所以，电子计算机和DNA计算机是截然不同的。电子计算机一小时能进行许多次运算，但是一次只能进行一次运算，而DNA计算机进行一次运算需要大约一小时，但是一次能进行10亿亿次运算。

人脑的功能介于两者之间：一小时进行大约10万次运算，一次进行大约1万亿次运算。DNA计算机把二进制数翻译成遗传密码的片段，每个片段就是著名的双螺旋的一个链。科学家们希望把一切可能模式的DNA分解出来，并把它放在试管里。然后，他们将制造互补数字链。互补数字链不会解决某一个方程式，但是将会从一个解决方案中把互补数字链提取出来。

材料九：利用蛋白质的开关特性开发出生物计算机

生物计算机主要是以生物电子元件构建的计算机。由于半导体硅芯片电路密集引起的散热问题难以解决，科学家便投入了生物计算机的研究与开发。生物电脑的性能是由元件与元件之间电流启闭的开关速度来决定的。科学家发现，蛋白质有开关特性，用蛋白质分子作元件制成集成电路，称为生物芯片。使用生物芯片的计算机称为蛋白质电脑，或称为生物电脑。已经研制出利用蛋白质团来制造的开关装置有：合成蛋白芯片，遗传生成芯片，红血素芯片等。

用蛋白质制造的电脑芯片，在1平方毫米的面积上即可容纳数亿个电路。因为它的一个存储点只有一个分子大小，所以它的存储量可以达到普通电脑的10亿倍。由蛋白质构成的集成电路，其大小只相当于硅片集成电路的十万分之一，而且运转速度更快，只有10-11秒，大大超过人脑的思维速度。生物电脑元件的密度比大脑神经元的密度高100万倍，传递信息的速度也比人脑思维的速度快100万倍。

生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低，且具有生物的特点，具有自我组织自我修复的功能。它可以与人体及人及结合起来，听从人脑指挥，从人体中吸收营养。把生物电脑植入人的脑内，可以使盲人复明，使人脑的记忆力成千万倍地提高;若是植入血管中，则可以监视人体内的化学变化，使人的体质增强，使残疾人重新站立起来。

美国的科技人员已研究出可以用于生物电脑的分子电路。它由有机物质的分子组成，由分子导线组成的显微电路，只有现代计算机电路的千分之一大小。

材料十：研究中的量子计算机

1996年初，美国的科学家说，他们发现在某种条件下，光子能够发生相互作用，这个发现能够被用来制造新的信息处理器件，从而导致世界上性能最好的超级计算机的出现。

加利福尼亚理工学院的物理学家已经证明，个体光子通常不相互作用，但是当它们与光学谐振腔内的原子聚在一起时，它们相互之间会产生强烈影响。光子的这种相互作用，能用于改进利用量子力学效应的信息处理器件的性能。这些器件转而能形成建造“量子计算机”的基础，量子计算机的性能能够超过基于常规技术的任何处理器件的性能。量子计算于1994提跃居科学前沿，当时研究人员发现了在量子计算机上分解大数因子的一种数学技术。这种数学技术意味着，在理论上，量子计算机的性能能够超过任何可以想象的标准计算机。

量子计算机潜在的用途将涉及人类生活的每一个方面，从工业生产线到公司的办公室，从军用装备到学生课桌，从国家安全到自动柜员机。科学家们在实验中已经证明，光子和光学谐振腔内的原子之间的相互作用，能为建造光学量子逻辑门奠定基础。

——以上材料均摘自互联网

请回答：(1)依据材料一至六，并可查阅相关资料，了解至今已经开发成功的六代计算机的性能及特点。

(2)依据材料七至十，查阅相关资料，谈谈你对计算发展前景的展望与设想。

2.答案略。

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