“导弹与运载火箭效能分析”课程教学改革探索

［摘 要］ 针对当前“导弹与运载火箭效能分析”课程教学过程中存在的教学形式单一、教学手段有限、考查方式不够全面等问题，通过调研分析，开发可用于课程教学及实践考核环节的系统效能分析软件，开展课程教学内容设计与改进，进一步提升课程理论知识的系统性及综合性；通过实践深入理解系统效能分析相关理论方法，做到基础与实践融会贯通，充分发挥课程对于学生系统综合分析解决工程问题的培养作用，从根本上解决课程目前存在的问题，并努力提升课程培养目标的达成度。

［关键词］ 导弹与运载火箭效能分析；系统效能分析软件；教学改革

［基金项目］ 2022年度北京航空航天大学教改基金支持项目“导弹与运载火箭效能分析课程建设”（4305089）

［作者简介］ 程 浩（1989—），男，河北保定人，工学博士，北京航空航天大学宇航学院讲师（通信作者），主要从事导弹与运载火箭系统总体技术研究；王 华（1961—），男，山西祁县人，工学博士，北京航空航天大学宇航学院教授，主要从事导弹与运载火箭系统总体技术研究；石庆利（1991—），男，辽宁本溪人，工学博士，北京航空航天大学宇航学院助教，博士后，主要从事导弹飞行控制技术研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）48-0044-04 ［收稿日期］ 2024-06-19

2022年1月，北京航空航天大学正式发布《北航新时代人才培养领航行动计划白皮书》，提出要在强情怀、强基础、强实践、强融通的“四强”人才培养模式下着力构建具有北航特色的高质量人才培养体系。宇航学院作为北京航空航天大学的特色学院，积极贯彻学校本科教育强化基础、突出实践、重在素质、面向创新的人才培养方针和科学基础、人文素养、实践能力“三位一体”的高素质创新人才培养要求，力争培养学生在系统地掌握航天专业基础知识、基本理论和基本技能的基础上，着重提高创新意识、团队合作精神和工程实践能力。

“导弹与运载火箭效能分析”是飞行器设计与工程（航天）专业的一门专业课。该课程的教学目标为通过对导弹与运载火箭系统及效能分析的全面介绍，使学生掌握导弹与运载火箭效能分析的基本概念、主要思想、基础理论及方法，并且了解提高导弹与运载火箭效能的相关方法和技术。课程以系统效能涉及的相关方面问题为引导，培养学生系统分析的能力及对总体设计评价的思维，使学生在完成运载火箭、导弹相关设计专业课程后具备初步的总体设计能力的基础上，具备对运载火箭和导弹系统按设计要求进行分析、设计和评价的能力，使其相关专业知识形成闭环。因此，“导弹与运载火箭效能分析”课程对飞行器设计与工程（航天）专业及相关专业本科生提升航天系统理论及实践能力具有重要的意义。

一、“导弹与运载火箭效能分析”课程介绍

“导弹与运载火箭效能分析”课程是一门综合性、系统性较强且与工程实践密切结合的课程。该课程要求学生在掌握相关概念和方法的基础上，对运载火箭或导弹系统进行系统效能分析、全寿命费用估算和效能—费用分析，培养学生的系统分析能力。“导弹与运载火箭效能分析”课程的学习有助于学生在完成一系列专业基础课程及专业课程的学习、初步具备飞行器设计相关知识及能力的前提下，从系统的角度对飞行器系统开展系统分析并掌握初步系统效能分析的基本概念及方法，具备对导弹武器系统、运载火箭进行效能分析的能力。

“导弹与运载火箭效能分析”课程从介绍导弹与运载火箭系统入手，重点介绍导弹与运载火箭系统组成及功能、性能指标（包括射击精确性分析、目标易损性分析等）；在介绍系统可靠性分析内容（包括可靠性特征量、可靠性预测及可靠性分配等）的基础上，重点学习系统效能分析方法及步骤；基于系统效能分析进一步介绍系统费用估算及效能—费用分析等方面的内容。

二、“导弹与运载火箭效能分析”相关课程情况

目前，国内开设系统效能分析类课程的高校相对较少。经调研各相关高校培养方案发现，仅南京理工大学机械学院为飞行器设计与工程专业本科生开设了“武器系统作战效能分析”课程，为兵器科学与技术学科研究生开设了“武器系统工程与决策分析”课程。另外，其他高校针对系统效能分析类课程相关内容则体现为相关类课程，如北京理工大学的“飞行器系统分析与设计”“系统工程导论”“系统工程与设计”“可靠性工程”“毁伤与评估原理”等课程。

针对系统效能分析类课程的教学改革内容较少，相关课程教学改革案例可参考系统总体设计类课程。王菁等［1］针对“飞行器系统设计”课程开展了课程教学探索，强调以学生为主导，从教学方法、教学内容及考核形式等多方面开展教学探索，以增强学生的课堂参与度及综合能力的培养。李珺等［2］针对“飞行器总体设计”课程，在分析课程特点及问题的基础上，从多样化教学方法、完善教学内容、提升教师能力及合理化考核方式方面开展教学探索，以提升学生综合能力水平。鲁亚飞等［3］针对“无人飞行器总体设计”课程，分析了课程内容、课时、教学与考核方式等方面存在的问题，从优化教学内容、创新教学方法及优化考核评价方式方面系统深入地探讨了开展课程改革的若干思路。杨俊丹等［4］针对“系统分析与设计”课程建设目标及线上线下混合教学存在的问题，从建设线上教学资源结合翻转课堂等手段给出课程建设具体可行方案。将虚拟仿真技术加入课程教学过程中有助于提高学生的参与度及学习兴趣，加深学生对课堂知识的理解掌握，已有学者在相关课程教学过程中开展了相关探索并成功实施。周浩等［5］针对“弹道学与动态分析”课程教学案例不足等问题，在教学过程中引入其自研的FlightSim软件仿真平台，结合虚拟仿真技术提升教学质量及学生能力。总之，各相关高校教师在系统分析与设计相关课程的教学领域，针对各自课程存在的问题，均采取了相关措施进行教学方法创新、教学内容完善以及教学评价改进，以期提高课程整体教学质量。

北京航空航天大学在“导弹与运载火箭效能分析”课程教学过程中同样开展了一系列的教学改革探索，其中教学改革项目“导弹与运载火箭效能分析课程建设”获得北京航空航天大学2022年教学改革基金支持。旨在针对当前“导弹与运载火箭效能分析”课程教学过程中存在的问题，通过调研分析，建立系统效能分析方法模型，开发可用于课程教学及实践考核环节的系统效能分析软件系统；基于开发的系统开展课程教学内容设计改进，将传统课堂知识讲解与实践考核部分紧密结合，进一步提升课程理论知识的系统性及综合性，帮助学生构建专业基础课程、专业课程与本课程组成的课程体系；通过实践深入理解系统效能分析相关理论及方法，做到基础与实践融会贯通，充分发挥“导弹与运载火箭效能分析”课程对于学生系统性、综合性分析解决工程实际问题能力的培养作用。

三、“导弹与运载火箭效能分析”课程教学面临的问题

受限于目前课程的教学内容安排及教学形式，“导弹与运载火箭效能分析”课程采用课堂讲授和大作业相结合的形式完成相关知识及内容的学习与考核，学生对于导弹与运载火箭系统分析的认识仅停留在理论层面，难以将所学知识系统性地用于导弹或运载火箭系统的效能分析上；学生对于系统效能分析层面的能力也仅限于完成课程大作业，难以真正系统性、综合性地认识系统效能分析各环节的相互关系以及效能与系统各参数间的相关影响。

现有教学形式仅通过理论知识讲授难以培养学生系统性、综合性的系统分析能力。单纯课堂知识讲授教学形式仅实现了理论知识的传达，学生很难实现理论与工程实际相结合，更不可能通过工程实际问题对所接收的理论知识进行深入的理解和掌握。此外，学生通过课堂上学习到的相关知识是孤立存在的，难以与之前所学专业基础课程及相关专业课程知识相联系，加大了对本课程系统综合理论知识的理解难度；学生对于课堂讲授的知识难以形成系统性的理论体系，为进一步将所学知识系统性、综合性地应用于导弹武器系统或运载火箭系统的系统效能分析中设置了障碍。

现有课堂教学资源及教学手段有限，学生倾向于多样化的教学方式。目前课程所采用的实例多来自参考教材和资料，通过实例的讲解学生初步掌握了相关系统效能分析的原理及方法，但未能更深入、更系统地掌握系统效能分析各环节之间的相互关系以及各系统参数对于系统效能分析结果的影响。

现有考查方式通过两个实践作业考查效能分析和费用分析，缺少对系统性、整体性方面的考查。考虑到大作业形式的局限性，以及分析方法、影响因素的多样性和敏感性，通过软件平台进行相关分析不仅可满足学生应用计算机解决航天专业工程实践问题的要求，还能多角度、多层次地全面考虑相关问题，实现通过参数选择、评定准则选择等因素调整完成导弹与运载火箭系统全方位的评判对比，可操作性强，与工程实践结合更为紧密。

单纯效能分析及费用分析考查方式具有片面性，难以从系统角度实现效能—费用分析的优选。随着武器系统的组成结构、功能、任务和使用条件等不同，效能—费用分析的方法、步骤有相当大的区别，并且确定性能因素的相对重要性是一个复杂的随机过程，而系统品质因素对性能因素的微小变化又很敏感。因此，针对系统效能—费用分析极其复杂，传统的考查形式难以反映学生综合分析问题的能力。

四、教学改革目标

基于“导弹与运载火箭效能分析”课程涉及的系统效能分析相关知识及开展效能分析涉及的相关步骤，开发一套针对导弹武器系统的系统效能分析软件，并将此软件应用于课程教学过程，从丰富教学内容、多样化教学方式及完善考查形式方面开展系统课程改革，使学生在掌握课堂知识的基础上，亲身实际完成对某一导弹武器系统或运载火箭系统的效能分析，从实践中理解系统效能分析相关理论及方法，做到基础与实践融会贯通，从根本上解决目前课程教学中存在的问题，并进一步提高课程培养目标的达成度。

五、课程建设及实践

围绕教学改革目标，通过对导弹武器系统效能分析方法进行充分调研，开发了一套可用于教学实践的导弹武器系统效能分析软件，以辅助课程教学、丰富教学手段、完善教学内容、提升教学质量，实现针对学生综合能力的培养目标。

（一）调研导弹武器系统效能分析方法

目前，国内外的工业界和学界对导弹武器系统效能已经进行了许多的评估研究工作，产生了众多的评估分析方法，主要包括解析法、统计法、作战模拟法、多指标综合评价法、元模型方法等。

（二）建立导弹武器系统效能分析模型

基于调研总结的系统效能分析方法，提取总结有关系统效能分析的经典方法，针对解析法中的WSEIAC模型进行分析。解析法是根据描述效能指标与给定条件之间的函数关系解析表达式计算效能指标值，其理论简单、易理解，对武器系统的研制具有指导作用，但存在无法反映武器系统内部因素在战争中作用的缺点。目前被广泛采用的是美国工业界武器系统效能咨询委员会的系统效能模型，即WSEIAC模型，系统效能是预期系统满足特定任务程度的度量，是系统的有效性、可信赖性和能力的函数。

由于不同导弹武器系统组成相差较大，难以统一至同一系统组成上进行系统效能分析。因此，根据文献调研结果，选择较常用的防空导弹武器系统为研究对象，建立防空导弹武器系统效能分析模型。

（三）开发导弹武器系统效能分析软件

结合调研分析的系统效能分析方法模型，选择较常用的防空导弹武器系统为研究对象，利用调研文献中相关数据，编制效能分析软件，初步具备系统效能分析相关功能，防空导弹武器系统效能评估软件界面如图1所示。

所开发的导弹武器系统效能分析软件（主要针对防空导弹武器系统），主要包括系统组成设定、系统状态定义、有效性向量计算、可信性矩阵计算、能力矩阵计算等模块。

开发的防空导弹武器系统效能分析软件可针对由指挥控制车、制导雷达车及导弹发射车组成的武器系统开展效能分析，不同模块根据输入的参数进行相应的计算，重点在能力向量计算模块，综合考虑了目标特性、射击能力、抗干扰能力、生存能力及机动能力，最后计算给出武器系统的综合效能。