国之重器出版工程 航天器热控制技术 苗建印 钟奇 赵啟伟 赵欣著 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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苗建印 钟奇 赵啟伟 赵欣著 著

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• 苗建印
• 钟奇
• 赵啟伟
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出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787568256155

商品编码：29358310026

包装：平装-胶订

出版时间：2018-05-01

基本信息

书名：国之重器出版工程 航天器热控制技术

定价：126.00元

作者：苗建印 钟奇 赵啟伟 赵欣著

出版社：北京理工大学出版社

出版日期：2018-05-01

ISBN：9787568256155

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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1.展现了我国空间科学技术的众多原创性科研成果。2.反映“互联网 ”与航天技术的融合发展。3.体现我国空间探索和空间应用的科技创新能力。4.丛书由叶培建院士领衔，孙家栋、闵桂荣、王希季三位院士联袂推荐。5.力图为研究和设计的人员提供新的设计思路和方法。

内容提要

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本书重点阐述了与航天器热控制相关的空间环境、设计、分析、试验方法以及针对热量吸收、传输、排散环节进行调控的常用热控制技术，给出了典型的技术应用案例，并对相关新技术进行了展望。本书主要供从事航天器热控制研究、设计的工程技术人员参考，亦可作为高等院校航天器热控制专业的教学参考书。

目录

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第 1章 绪论 001

1.1　航天器热控制的任务　002

1.2　航天器对热控制的需求　003

1.2.1　温度水平　003

1.2.2　温度均匀性和稳定度　005

1.2.3　风速和湿度　006

1.3　航天器热特性　007

1.3.1　热耗来源　007

1.3.2　热耗水平及变化　008

1.3.3　热流密度　009

1.3.4　热容　010

1.4　航天器热控制的主要约束　011

1.5　航天器热控制的主要技术　013

1.6　航天器热控制的主要工作　015

参考文献　016

第　2章 空间环境　017

2.1　概述　018

2.2　发射阶段环境　020

2.3　地球轨道空间环境　023

2.3.1　地球轨道热环境　024

2.3.2　其他地球轨道空间环境　033

2.4　月球和行星空间环境　041

2.4.1　月球环境　042

2.4.2　水星环境　044

2.4.3　金星环境　045

2.4.4　火星环境　046

2.4.5　其他天体热环境　050

2.5　再入或进入段热环境　051

2.6　诱导环境　052

2.6.1　发动机工作产生的诱导环境　052

2.6.2　航天器自旋产生的诱导环境　054

参考文献　056

第3章　航天器热控制系统设计　058

3.1　概述　059

3.2　任务特点　060

3.2.1　地面段　060

3.2.2　主动段　061

3.2.3　在轨段　061

3.2.4　再入或进入段　062

3.2.5　着陆段　062

3.3　热控制设计的基本原则　063

3.4　热控制系统的设计方法　065

3.4.1　热控制设计要求和条件　065

3.4.2　热控制设计工况的选择　067

3.4.3　系统设计方法的选择　069

3.4.4　热控制技术的选择　073

3.5　热控制设计阶段及要点　075

3.5.1　方案阶段　076

3.5.2　初样阶段　076

3.5.3　正样阶段　077

3.5.4　使用改进阶段　077

参考文献　079

第4章　航天器热控制“六性”设计　080

4.1　概述　081

4.2　可靠性设计　082

4.2.1　可靠性概述　082

4.2.2　可靠性设计一般要求　082

4.2.3　可靠性设计方法　084

4.3　安全性设计　091

4.3.1　安全性概述　091

4.3.2　安全性设计一般要求　091

4.3.3　安全性设计方法　092

4.4　空间环境适应性设计　093

4.4.1　空间环境适应性概述　093

4.4.2　空间环境适应性设计一般要求　093

4.4.3　空间环境适应性设计方法　094

4.5　测试性设计　097

4.5.1　测试性概述　097

4.5.2　测试性设计一般要求　097

4.5.3　测试性设计方法　098

4.6　维修性设计　099

4.6.1　维修性概述　099

4.6.2　维修性设计一般要求　099

4.6.3　维修性设计方法　100

4.7　保障性设计　102

4.7.1　保障性概述　102

4.7.2　保障性设计一般要求　102

4.7.3　保障性设计方法　103

参考文献　104

第5章　航天器常用热控制技术　105

5.1　概述　106

5.2　传热技术　107

5.2.1　简介　107

5.2.2　导热材料　108

5.2.3　热管　114

5.2.4　导热填料　144

5.2.5　热控涂层　147

5.2.6　流体回路　160

5.2.7　对流通风装置　179

5.2.8　辐射散热器　183

5.2.9　消耗型散热装置　189

5.2.10　相变储能装置　197

5.2.11　热开关　203

5.3　隔热技术　210

5.3.1　简介　210

5.3.2　辐射隔热　211

5.3.3　导热隔热　236

5.3.4　气体环境下的隔热　240

5.4　加热技术　249

5.4.1　简介　249

5.4.2　电加热技术　249

5.4.3　同位素加热技术　255

5.5　制冷技术　260

5.5.1　简介　260

5.5.2　辐射制冷器　261

5.5.3　热电致冷器　263

5.5.4　低温制冷机　267

5.4.5　储存式制冷系统　272

5.6　测控温技术　276

5.6.1　简介　276

5.6.2　测温技术　277

5.6.3　控温技术　287

参考文献　293

第6章　航天器热控制设计典型案例　300

6.1　概述　301

6.2　航天器热控制系统设计案例　302

6.2.1　遥感卫星热控制系统设计　302

6.2.2　通信卫星热控制系统设计　308

6.2.3　月球探测器热控制系统设计　317

6.2.4　载人航天器热控制系统设计　326

6.3　航天器部件热控制设计案例　332

6.3.1　推进系统热设计　332

6.3.2　蓄电池热设计　338

6.3.3　电子设备热设计　340

6.3.4　相机热设计　346

6.3.5　天线热设计　350

6.3.6　驱动机构热设计　355

参考文献　358

第7章　航天器热分析技术　359

7.1　概述　360

7.2　空间能量平衡方程　362

7.2.1　热网络方程　362

7.2.2　计算域和边界条件　363

7.2.3　离散方法简介　366

7.2.4　热模型构建与求解流程　368

7.3　外热流分析　370

7.3.1　太阳位置　372

7.3.2　轨道参数　373

7.3.3　热环境参数　373

7.3.4　天体表面驻留问题　375

7.4　辐射分析　378

7.4.1　角系数　378

7.4.2　吸收因子　384

7.4.3　辐射热　385

7.4.4　非漫射问题　386

7.4.5　射线跟踪　387

7.4.6　辐射计算的空间分解方法　388

7.4.7　辐射计算的残差处理　388

7.5　特定问题模拟　389

7.5.1　密封舱流动与传热　389

7.5.2　管内流动传热　390

7.5.3　热管传热　390

7.5.4　低气压导热　391

7.5.5　固液相变热效应　392

7.5.6　半导体致冷传热　393

7.5.7　电子元器件结壳传热　394

7.6　热网络方程辐射项的等效转化　397

7.6.1　等效加热　397

7.6.2　等效热沉　398

7.7　热模型修正　400

7.7.1　热模型修正基础知识　400

7.7.2　参数分析　405

7.7.3　修正方法　408

7.8　常用热分析软件简介　410

7.8.1　NEVADA　410

7.8.2　SINDA/FLUINT和SINDA/G　411

7.8.3　ThermalDesktop　412

7.8.4　TMG　412

7.8.5　ESATAN　413

7.8.6　SystemA　413

7.8.7　Flotherm、ICEPAK、ESC、FLUENT　413

参考文献　415

第8章　航天器地面热模拟试验　418

8.1　概述　419

8.2　空间热环境模拟方法　420

8.2.1　真空　420

8.2.2　低温和黑背景　421

8.2.3　空间外热流　422

8.3　外热流模拟装置与外热流测量　424

8.3.1　外热流模拟装置　424

8.3.2　外热流测量　427

8.4　热平衡试验方法　431

8.4.1　热试验模型　431

8.4.2　试验工况的确定　431

8.4.3　试验过程和方法　433

8.4.4　热稳定判据　434

8.5　常压热试验　437

8.6　低气压试验　439

8.6.1　简介　439

8.6.2　试验气体选择　439

8.6.3　气体温度模拟　440

8.6.4　流场模拟　441

8.6.5　测量　441

参考文献　443

第9章　航天器热控制新技术　444

9.1　概述　445

9.2　大规模复杂系统热管理技术　446

9.2.1　空间太阳能电站热管理技术　447

9.2.2　地外驻留科研基地热管理技术　449

9.3　能源再生与原位热利用技术　451

9.4　结构热控一体化集成技术　453

9.5　模块化、自适应在轨维护热控制技术　455

9.6　热控新材料　457

9.6.1　高导热材料　457

9.6.2　隔热材料　458

9.6.3　热控涂层　458

9.6.4　界面导热填料　459

9.7　大功率高热流热收集及排散技术　461

9.8　深低温获取与高效热传输技术　464

9.9　高精度高稳定度温度控制技术　466

参考文献　468

索引　469

作者介绍

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苗建印，研究员，博士生导师，航天器热控制技术领域专家，现任职于中国空间技术研究院总体部，空间热控技术北京市重点实验室主任。主要从事空间高效传热技术方向研究工作，参与了“嫦娥三号”等多个宇航任务的研制。曾多次获得国防科学技术进步奖等奖励，授权发明41项，发表核心期刊论文20余篇。钟奇，研究员，航天热控领域专家，现任职于中国空间技术研究院总体部，某项目技术负责人，航天科技集团有限公司学术技术带头人，享受特殊津贴。主要从事航天器热控系统设计及热分析研究工作。参与了载人飞船、导航星座等领域多个型号热控系统的研制。获省部级科学技术奖6项。授权发明20项，发表论文40余篇。赵啟伟，研究员，航天器热控制技术领域专家，《航天器工程》编委，现任职于中国空间技术研究院总体部。长期从事航天器热控专业技术研究，负责多个型号及卫星平台热控系统研制。多次荣获国防科学技术进步奖、军队科学技术进步奖等科技奖。授权发明10项，发表论文30余篇。赵欣，研究员，航天器热控制技术领域专家，中国空间技术研究院科技委专业组成员，现任职于中国空间技术研究院总体部。长期从事航天器系统热分析及设计，曾先后主持或参与返回、遥感、科学探测等领域多个型号热控系统研制工作，曾获国家科技进步奖二等奖等省部级及以上科学技术奖5项。发表论文50余篇。

文摘

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序言

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《巨匠之作：国之重器出版工程——航天器热控制技术》 引言 浩瀚宇宙，无垠星辰，人类探索的脚步从未停止。从地球的引力束缚中挣脱，飞向遥远的星球，航天器承载着我们对未知的渴望与梦想。然而，太空环境远非我们想象中的温室。真空、极端温差、宇宙辐射，这些严苛的条件对航天器的正常运行构成了巨大挑战。在这其中，航天器热控制技术，作为保障航天器在复杂太空环境中稳定工作的“生命线”，其重要性不言而喻。 《国之重器出版工程——航天器热控制技术》一书，由苗建印、钟奇、赵启伟、赵欣四位在航天领域深耕多年的专家学者倾力奉献，不仅是对我国航天事业发展历程中关键技术突破的系统梳理，更是对未来航天探索可能面临的热控制难题的深刻洞察与前瞻性思考。本书并非仅是对现有技术的罗列，而是以严谨的学术态度，系统地阐述了航天器热控制技术的原理、方法、设计、试验及其在实际任务中的应用，为我国乃至全球航天科技的发展注入了强大的智力支撑。 一、 航天器热控制技术的重要性与挑战 航天器在太空中运行，面临着日照、地球辐射、自身设备发热以及深空寒冷等多种热源和热沉。这些因素叠加，会导致航天器表面温度发生剧烈变化，轻则影响设备性能，重则导致关键部件失效，甚至整个任务功亏一篑。因此，构建一套高效、可靠的热控制系统，是确保航天器能够安全、稳定、高效地完成预定任务的前提。 太空环境的独特性，使得航天器热控制技术面临着诸多挑战： 极端温差： 航天器在阳光直射下可达数百摄氏度，而在阴影区域则可能骤降至零下两百摄氏度以下。这种巨大的温差梯度对材料的性能和结构的稳定性提出了极高的要求。 真空环境： 真空中缺乏对流换热，热量传递主要依靠传导和辐射。这意味着传统的空气冷却方式无法奏效，必须依赖其他更复杂的传热机制。 宇宙辐射： 宇宙射线和带电粒子会对航天器材料产生损伤，影响其热学性能，同时也会产生额外的热量。 有限资源： 航天器的设计高度集成化，对重量、体积、功耗都有严格限制。热控制系统的设计必须在有限的资源内实现最优的性能。 长期可靠性： 航天器任务周期可能长达数年甚至数十年，热控制系统必须在极端环境下长期稳定工作，不能出现失效。 二、 航天器热控制技术的核心原理与方法 本书系统地介绍了航天器热控制技术的核心原理，包括热传导、热辐射、热对流（虽然在真空中有限，但仍是某些特殊情况下的考虑因素）等基本传热机制。在此基础上，详细阐述了实现热量平衡和温度控制的各种方法： 被动热控制技术： 这类技术无需消耗额外的能源，而是通过合理的设计和材料选择来达到热控制的目的。 表面热控材料： 包括高反射率的太阳能吸收涂层（如白色涂料、金属薄膜）、低发射率的隔热涂层（如多层隔热材料，MIM），以及能够根据温度变化改变自身光学性能的智能材料。这些材料能够有效调节航天器对太阳辐射的吸收和反射，以及自身向太空的辐射，从而维持一个相对稳定的温度范围。 隔热材料： 如多层隔热（MLI），通过多层反射膜和真空层来阻止热辐射的传递，对于减少内部热量散失或外部热量传入至关重要。 热回路设计： 通过巧妙的内部结构设计，将发热部件的热量引导至散热区域，或者将热量从过热区域转移到温度较低的区域，实现热量的内部再分配。 主动热控制技术： 这类技术需要消耗能量，通过主动的调节来控制温度。 热管（Heat Pipe）： 一种高效的无源热传导器件，利用工质的相变来传递热量，能够实现高效、远距离的热量传递，且不消耗额外能量。 循环流体热控系统（Two-Phase or Single-Phase Fluid Loop）： 利用泵驱动流体在航天器内部循环，吸收发热部件的热量，并通过散热器将热量散发到太空。这是目前应用最为广泛和成熟的主动热控方式之一。 斯特林制冷机（Stirling Cooler）： 一种主动制冷设备，能够将航天器内部温度降至极低的水平，适用于对温度要求极高的科学仪器。 加热器与温控器： 在极端低温环境下，通过电加热器对关键部件进行加热，并由温控器精确控制温度，防止其冻结或性能下降。 三、 航天器热控制系统的设计流程与方法学 本书不仅仅局限于技术原理的介绍，更重要的是系统地阐述了航天器热控制系统的设计流程，强调了系统性、迭代性和仿真验证的重要性： 热控需求分析： 明确航天器各部分的温度要求，以及任务过程中可能出现的各种热环境工况（如轨道、姿态、工作模式等）。 热模型建立： 构建航天器的热模型，包括各部件的质量、比热、热导率、表面光学特性等参数，以及连接各部件的热阻。 热设计与计算： 基于热模型，进行热设计的初步方案选择，并利用数值仿真软件（如Thermal Desktop, ANSYS等）进行详细的热分析，预测航天器在各种工况下的温度分布。 方案优化与迭代： 根据仿真结果，对热控方案进行优化，调整材料选择、结构布局、组件参数等，直至满足所有温度要求。 集成与验证： 将设计好的热控系统集成到航天器上，并进行严格的热真空试验，模拟太空中的实际热环境，验证热控系统的设计性能。 在轨监控与管理： 航天器在轨运行期间，需要对热控系统进行实时监控，并根据实际情况进行必要的调整或管理。 四、 航天器热控制技术的实际应用与发展趋势 本书的价值还在于，它将理论与实践紧密结合，通过大量实际工程案例，生动展示了航天器热控制技术是如何在各类航天任务中发挥关键作用的。无论是用于监测地球的遥感卫星，探索遥远行星的深空探测器，还是承载宇航员的空间站，都离不开精确可靠的热控制系统。 例如，对于高轨道卫星，如何在高强度的太阳辐射下避免过热，同时在地球阴影区保持足够的温度；对于载人航天器，如何为宇航员提供一个舒适、安全的生活环境，并确保生命支持系统高效运转；对于深空探测器，如何在远离太阳的极寒环境中保持设备正常工作，甚至如何利用自身发热来抵御严寒。这些都是航天器热控制技术需要解决的实际问题。 展望未来，随着人类对宇宙探索的不断深入，航天器将面临更加严峻的挑战： 更高精度的温度控制： 随着科学仪器性能的提升，对温度控制的精度要求越来越高，甚至达到毫开尔文（mK）级别。 更远更复杂的深空任务： 远离太阳的星际探测任务，将对热控制系统在极端低温下的可靠性提出更高要求。 更高功率的航天器： 未来航天器可能会集成更多高功率设备，如何有效散热将成为新的挑战。 智能与自适应热控： 发展能够根据实时环境和自身状态进行智能调节的自适应热控系统，将是未来发展的重要方向。 新型材料与技术的应用： 新型隔热材料、高效散热器件、微流控热控等技术的研发与应用，将为航天器热控制带来新的突破。 结语 《国之重器出版工程——航天器热控制技术》一书，以其严谨的科学态度、详实的内容、丰富的案例，为读者呈现了一幅全面而深刻的航天器热控制技术图景。它不仅是航天领域科研人员和工程师的案头必备，更是所有对航天事业、对探索未知充满好奇的读者的宝贵知识源泉。通过本书，我们可以更深刻地理解，在每一次成功的航天任务背后，都凝聚着无数科研人员的智慧与汗水，而航天器热控制技术，正是支撑这些伟大成就的基石之一。它承载着人类探索宇宙的梦想，引领着我们走向更广阔的未来。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的名字就自带一种“硬核”的科幻感，同时又透露着现实的严谨。“国之重器出版工程”这几个字，让我立刻将其与国家战略、尖端科技联系起来，而“航天器热控制技术”则直接点明了核心内容，一听就知道是那种需要深厚专业知识才能驾驭的领域。我一直以来都是航天爱好者，虽然对载人航天、深空探测的宏大叙事很感兴趣，但更让我着迷的是支撑这些伟大事业的那些看不见的“黑科技”。热控制，听起来似乎是给航天器“穿衣服”或者“开空调”，但实际上，在真空、强辐射、极端温差的太空环境中，这绝对是一门高深的艺术，需要运用物理学、材料学、工程学的各种知识来解决。苗建印、钟奇、赵啟伟、赵欣这四位作者，他们的名字组合在一起，已经让我对这本书的学术分量有了初步的认知。我猜想，这本书不仅仅是对现有技术的总结，更可能包含着一些前沿的研究方向和未来发展的思考，毕竟，每一次航天任务的成功，都离不开技术的不断进步。这本书的出版，我感觉是对我们国家航天技术实力的又一次有力证明，也为那些想深入了解航天背后奥秘的读者提供了绝佳的途径。

评分☆☆☆☆☆

我之前对航天领域的了解，大多停留在宏观的层面，比如卫星的发射、空间站的建设，但对于“航天器热控制技术”这个具体的概念，其实了解得并不深入。这本书的出现，恰好弥补了这一块的知识空白。看到“国之重器出版工程”的字样，就足以说明这本书的价值非同一般，它代表着国家在这一领域的重要积累和成就。航天器在太空中承受的温度变化是极其剧烈的，从极寒到极热，任何一个环节出现问题，都可能导致整个任务的失败。所以，热控制技术的重要性不言而喻，它是保障航天器正常工作、延长其服役寿命的关键。苗建印、钟奇、赵啟伟、赵欣这几位作者的名字，让我对这本书的内容质量充满了信心。我期待这本书能够用深入浅出的方式，讲解那些复杂的物理原理和工程设计，让我能够真正理解航天器是如何在极端环境下保持“舒适”的。这本书的出版，不仅仅是技术的记录，更是一种精神的传承，它向我们展示了中国科学家在攻克技术难题上的智慧和毅力。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书的主要驱动力，是因为“国之重器出版工程”这几个字所带来的分量感。这不仅仅是一本书，更像是一项国家级工程的成果展示，背后承载的是无数科研人员的心血和智慧。而“航天器热控制技术”这个具体的名字，则让我对这本书的内容充满了专业性的期待。我常常想象，在浩瀚的宇宙中，一颗颗人造卫星、探测器，如何在零下几百度的黑暗中，又如何在炙烤的阳光下，保持内部设备的稳定运行？这其中的技术难度，简直令人咋舌。我坚信，这背后一定有一套精密的理论体系和高超的工程实践。苗建印、钟奇、赵啟伟、赵欣这几位作者的名字，本身就代表了在这一领域深厚的学术背景和丰富的实践经验。我渴望通过阅读这本书，能够深入了解这些“幕后英雄”的技术细节，理解他们是如何通过创新性的设计和材料，解决太空极端环境下的温度难题。这本书的出版，我认为是对于我国航天科技发展一次重要的里程碑式记录，也为我们这些对国家科技进步充满自豪的读者，提供了一个了解前沿技术、感受国家实力的绝佳机会。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字就带着一种沉甸甸的分量，“国之重器出版工程”几个字，让我还没翻开，就感受到了一种庄重与责任。我一直在关注航天领域的发展，总觉得我们国家在航天上的进步，离不开那些默默付出、攻坚克难的科学家和工程师们，而他们手中的技术，往往才是最核心的“重器”。这本书的题目“航天器热控制技术”，虽然听起来有些专业，但正是因为了解航天器在极端环境下工作的挑战，才明白这项技术的重要性。想象一下，在真空、辐射、温差巨大的太空，航天器内部的精密仪器和载荷如何才能保持在适宜的温度范围？这其中的学问，绝非一朝一夕之功，更需要无数次的理论推演、实验验证和技术创新。苗建印、钟奇、赵啟伟、赵欣这几位作者的名字，也让我对这本书的内容充满了期待，他们的名字本身就带着一股科研人员的严谨和扎实。我猜想，这本书一定汇集了他们多年的研究成果和实践经验，是对我国航天器热控制技术发展的一次系统梳理和深入探讨，或许还能从中窥见一些国家在这一领域取得的关键突破。这本书的出现，无疑是对我国航天科技实力的一次有力证明，也为我们这些对航天充满好奇的读者提供了一个深入了解其背后核心技术的窗口。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些“看不见”却至关重要的技术特别着迷，而“航天器热控制技术”恰恰是这类技术的典型代表。它不像火箭发射那样声势浩大，也不像载人航天那样引人注目，但如果没有它，再先进的航天器也无法在太空环境中正常运行。我脑海中经常会浮现出各种设想：当航天器暴露在烈日下时，需要高效的隔热材料；当它进入阴影区时，又需要精密的加热系统来维持温度。这其中的温度变化范围之广，要求之苛刻，是我们在地球上很难想象的。这本书的名字，尤其是“国之重器出版工程”的冠名，让我觉得它不仅仅是一本技术专著，更像是一份国家层面的技术档案，记录着我们在航天热控制领域的艰辛探索与辉煌成就。苗建印、钟奇、赵啟伟、赵欣这些作者的名字，都自带一种专业的光环，让我对接下来的内容充满了好奇。我期待这本书能像一位经验丰富的向导，带领我穿越复杂的科学原理，理解那些精巧的设计和巧妙的解决方案。这本书的出版，我认为是对于我们国家在航天领域自主创新能力的一次重要的展示，也必然会为未来的航天工程提供宝贵的理论和技术支持。