运载火箭参数数据库开发与应用

/北京宇航系统工程研究所

从20世纪50年代苏联成功发射世界上第一颗人造地球卫星开始，航天人便不断地控索，铸就了一个又一个的航天丰碑。自1957年以来，全世界共研制出10多个系列的上百种火箭，进行了近6000次宇航发射。在运载火箭总体构型设计和指标论证过程中，需要了解和掌握国内外运载火箭主要技术指标和相关参数，便于对火箭构型进行类比分析。而目前尚没有相关应用能将各类火箭参数进行归类整理，已发行的《世界航天运载器大全》内容较为全面，但是火箭参数不能随着火箭的发展而及时更新，且最新研制的火箭未能纳入其中，数据更新的实时性较差。

笔者通过总结提炼世界各国运载火箭的主要参数，形成巨大知识库，并开发了基于手机版的App应用软件，供工程设计人员快速查阅火箭相关的指标和参数，进行比对和分析，以提升对知识成果的利用效率。

一、运载火箭参数数据库功能划分

为及时了解和掌握国内外运载火箭的技术参数，随时进行查询和比对，需要梳理世界已有主要火箭技术参数，建立手机版本数据库，实现用户权限登陆和数据自动更新。运载火箭参数数据库功能需求体现架构如图1所示，主要功能模块包括火箭总体参数、发动机参数、发射记录、数据搜索和数据比对等功能。

1.总体功能需求

为便于使用维护和权限管理，运载火箭数据库的总体功能主要包括以下4个方面：

一是设计并实现一款用于展示世界各国运载火箭总体参数的移动端应用APP，使用户能够方便快捷的查询、比较各种火箭参数；二是APP数据架构采用网络数据与本地数据库模式，通过网络可以进行数据更新，无网络情况下可以离线读取本地数据；三是设置用于权限，只有用户获得授权后才能查看所有数据；四是移动端APP设计支持IOS系统和安卓系统。

2.火箭总体参数

火箭总体参数显示模块按照国家、型号两级对运载火箭进行分类展示。在火箭型号选择界面中，展示火箭缩略图片以及选中运载火箭的代表性参数，包括火箭的概况、基本信息和各级参数，各部分内容有以下3个方面：一是火箭概况中包含火箭的简要文字介绍和火箭解剖结构图；二是火箭基本信息包括火箭型号、国家、级数、全长、最大直径、起飞质量、起飞推力、运载能力、首飞时间等信息；三是各级参数包括级长、直径、质量、推进剂质量、主发动机型号、发动机数量、发动机推力、比冲、工作时间等。

3.发动机参数

发动机按照常规推进剂、液氧煤油发动机、液氢液氧发动机和液氧甲烷发动机等进行分类，参数包括发动机概括和参数列表，各部分内容设计有以下2个方面：一是发动机概括包括发动机构型图以及发动机研制背景和研制历程等；二是发动机参数列表包括发动机名称、国家、推进剂、推力、比冲、混合比、燃烧室室压、结构质量、长度、喷管面积比、推力调节、循环方式、研制时间、研制单位、用途等。

4.发射记录

对我国运载火箭的发射记录以列表的形式进行展示，展示内容包括火箭代号、火箭编号、卫星代号、发射时间、发射基地、发射结果等。发射记录根据最新发射情况动态更新，并可分型号对发射成功率进行统计分析。

5.数据搜索

根据设定好的条件搜索满足要求的运载火箭信息，主要搜索字段包括LEO、SSO、GTO轨道的运载能力、火箭起飞重量、火箭总长、发动机型号等，支持对搜索出来的火箭型号添加对比功能。该功能可对所有满足要求的同类火箭进行筛选和比较，对于火箭构型的论证具有重要的参考意义。

6.数据比对

支持火箭参数或发动机参数进行列表比对，可方便添加或删除比对的火箭型号或发动机型号，为运载火箭构型筛选和设计提供重要的信息参考。

二、运载火箭参数数据库App方案设计

1.功能设计

运载火箭数据库应用的目的是梳理世界已有的主要火箭技术参数，建立手机版本数据库，以利于详细的分析和比较国外已有先进火箭与我国现有火箭、将要研制或者论证火箭构型之间的差异。火箭数据库的需求可以分成App和PC端2个部分，见表1。

2.整体架构

选择PhoneGap作为运载火箭数据库APP的开发平台，主要原因是其基于HTML，CSS和JavaScript并且能创建跨平台移动应用程序。它使开发者不仅能够利用智能手机的核心功能——包括地理定位、加速器、联系人、声音和振动等，还可以调用丰富的插件。运载火箭数据库数据保存在手机本地，也可以离线运行。当服务端数据更新时，能够通知手机端更新数据。

表1 功能需求列表

火箭数据库系统整体分成服务端、PC Web、移动app与接口4个部分。软件整体采用最新的互联网技术构建。

一是服务端。服务端采用XEM开发框架，该框架基于Spring boot构建。Spring boot是目前最流行的微服务框架，其设计目的是用来简化新Spring应用的初始搭建以及开发过程。该框架使用了特定的方式来进行配置，使开发人员不再需要定义样板化的配置。XEM框架在后端系统的数据关系设计中，采用对象—关系映射技术ORM，使用典型的Spring DataJpa来实现对象关系映射。

XEM框架使用OAuth2.0标准，实现本地验证，第三方授权等功能。使用OAuth2.0标准，可满足多种流程的授权认证需求，如Web浏览器登录、Http Request接入、客户端在受限设备上登录、第三方授权登录等。用户在登录之后才能查看所有数据，否则只对部分基础数据开放，以保护知识权。

XEM依托Spring boot的MVC架构，提供Restful接口，同时对PC web端和移动App提供服务，服务传递的数据采用json格式。

二是移动端。采用开源的APP开发框架WeX5，利用MVC模式、可视化组件并支持第三方组件及自定义组件开发，最大程度的满足APP端UI的实用性、易用性和美观要求。WeX5框架采用Html5、Css3、JavaScript标准技术，因此满足扩平台的特性，可以在不同手机系统下使用。在移动端开发中，WeX5的组件开发模式能较好地支持调用手机设备如相机、地图、通讯录等功能。WeX5移动应用开发框架分层明确、开发周期快、扩平台部署、调试方便、界面组件用户体验良好，可以满足运载火箭数据库APP的开放和应用需求。

三是PC端Web端。PC端主要进行系统可视化的配置管理。使用Vue、Bootstrap技术搭建PC上的Web系统框架。Vue是一套构建用户界面的渐进式框架，与其它框架不同的是，其采用自底向上增量开发的设计。Vue核心库只关注视图层，容易学习且易与其它库或已有项目整合，使用Vue搭建Web后台系统。

Bootstrap是目前受欢迎的前端框架。Bootstrap基于Html5、Css3、Javascprit，兼容了大量的jQuery插件，并且包含了丰富的Web组件，可以快速地搭建美观且功能完备的Web网站。

四是接口。服务端采用流行的REST接口标准，通过同一套接口，同时对PC WEB和移动APP提供服务。前后端接口列表见表2。

表2 前后端接口列表

三、数据库设计与更新机制

1.数据更新机制

App本地数据通过内嵌Sqlite数据库保存，在服务器DB、sqlliteDB中增加版本号字段。通过APP主动更新和服务端更新推送2种方式，保证在线用户及时更新，离线用户登陆之后及时更新。

一是APP主动更新。App每次联网登录时，主动调用查询更新接口，查看与服务器数据版本是否一致，如不一致，则调用数据更新接口与本地数据。

二是服务端更新推送。在服务端完成本地数据更新后，更新数据版本号，并推送数据更新通知给在线用户。App端收到通知后，调用数据更新接口与本地数据。

2.数据库模型

结合运载火箭数据库功能需求，逻辑模型包括版本号及数据更新、火箭发射记录信息、火箭基本信息和发动机基本信息，且针对具体的每型火箭，均有火箭详细信息汇总。

四、应用实例

在主流ios和android市场搜索“运载火箭数据库”即可实现软件的下载和安装，软件安装后通过获取用户名及密码即可登陆并正常使用软件的所有功能。火箭数据库App模型共有11个主要页面：首页、高级搜索页、搜索列表页、国家型号选择页、火箭详情概况页、火箭详情参数页、发射记录列表页、发射记录详情页、发动机参数列表页、发动机参数详情页、火箭和发动机参数对比页。

随着航天技术的迅猛发展，航天技术已经渗透到我们生活的各个角落，及时掌握和了解世界各国运载火箭的参数和发射状态已经成为工程设计人员和广大航天爱好者的迫切需求。通过总结提炼世界各国运载火箭的主要参数，形成巨大知识库，并开发了基于手机版的应用程序，供工程设计人员与广大航天爱好者快速查阅火箭相关的指标和参数，及时掌握我国航天发射动态，提升对航天知识成果的利用效率。▲