太空中的接地气工程
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波音公司负责国际空间站的代理总工程师切特·沃恩(Chet Vaughan)说，基本的控制和自动化原则有助于美国太空项目应对从技术飞速发展到集成和标准化问题的挑战。
波音公司国际空间站(ISS)代理总工程师切特·沃恩(Chet Vaughan)自1996年以来一直在国际空间站工作。他为美国国家航空航天局(NASA)工作了40年，参与了每一个重大的人类太空计划项目，包括水星、双子星座、阿波罗、天空实验室等。沃恩说，他对美国太空探索政策最近的变化感到鼓舞，并对最近有关人类重返月球，甚至从月球前往火星的提议感到兴奋。
沃恩说，虽然不是典型的控制和自动化环境，但太空探索从早期开始就包含了许多经典的感官决定-驱动问题和解决方案，随着太空系统和运载工具变得越来越复杂，这些问题也在增加。沃恩说:“许多与太空相关的自动化最初都是为了维持太空飞行器的姿态控制，所以宇航员不必担心。”Vaughan说:“在线传感器是自动化的，在闭环中运行，以维护许多系统，如小型火箭发动机。”“现在，我们有了L3公司的控制力矩陀螺仪(CMGs)，它具有三轴定向，在控制回路中发挥作用，并通过改变动量来提供扭矩。这很重要，因为太空旅行中的许多类型的扭矩都是循环的，这意味着它们在每个轨道上都会重复出现，所以它们必须在一定程度上加速和减速。
“另一方面，阻力不是循环的，但它们也使用传感器数据来调整正确的方向，然后由推进器指导。这些系统从一开始就是自动化的，但一开始是非常小的64 KB计算机，双子座上的计算机甚至更小。”
根据您的经验，您认为过去50年来控制和自动化领域取得的三大进步是什么?你认为哪一个是最重要的，为什么?
我认为过去50年控制和自动化领域的三大进步必须包括计算机技术的不断改进，以及它们更快地执行越来越多的计算的能力。我认为这是我们取得的最重要的进步。
这一总体进步为第二种主要的先进传感器铺平了道路——传感器已经变得足够复杂，可以提供越来越多的数据来完成这些高级计算，并使结果有用。
第三个最重要的进步是网络已经获得了足够的速度和容量来将数据从传感领域转移到计算功能。
例如，ISS使用40-45台386 KB的计算机，这些计算机的能力比过去强得多，可以分为两种主要类型。第一个计算机组帮助自动化维持空间站运转的过程，例如管理热控制、内部水冷却系统和外部氨冷却系统。该设备包括泵、旁通阀、热交换器、专用软件、外部检测区、故障隔离和恢复能力系统，以及通知机组人员和地面人员的冗余系统。
基本原理没有改变，因为在太空中你仍然必须摆脱所有你不能回收和使用的热量。然而，实现方式已经改变了，因为我们现在有了更多的电子设备和更多的热量。
国际空间站上的第二组电脑控制着空间站的实验和管理系统。它们还连接到更多的传感器，所有这些传感器都变得更强大、更复杂。例如，在今天的长时间飞行中，宇航员呼吸14.5 psi的氮气和氧气的混合物。空气质量由质量成分分析仪或质谱仪监测，它产生更多的数据。大多数信息仍然是模拟的，但数字数据的数量正在增加。
在过去，我们不能经常取样。吞吐量非常小，响应速度也不快。这在国际空间站上是一个问题，在一般的太空中也是一个问题，因为如果什么东西变坏了，它会很快变坏。现在，我们能够以毫秒级的速度捕捉数据，并将其报告给机组人员和地面控制人员。
你认为未来5到10年控制、自动化和仪器仪表领域的下一个重大进展是什么?然后是预测未来50年的水晶球?
在未来的5到10年里，我们将看到现有技术的加速改进。组件和系统将继续变得越来越小，需要的电力越来越少，产生的热量也越来越少。
我们还将看到许多新领域的进步，我认为这将取代传统领域以前的改进。例如，我们不会看到液体推进技术的进步，这涉及到将化学能转化为可用的推力，因为我们已经在理论上可以得到的98-99%的能量上运行了。因此，未来在推进方面的进步可能会以核、电和离子推进器的形式出现。离子推进包括将少量气体加热到非常高的温度。这种类型的推进启动缓慢，但可以达到很大的速度。
在机器人领域，国际空间站的加拿大制造的执行器臂已经能够处理大质量的物体，而且它的机动性很强，因为两端都是相同的，可以执行相同的任务。在接下来的几年里，它将增加更多的能力，把模块放在我们想要的地方，这包括加压和非加压组件。例如，接下来的改进之一可能是安装一个灵巧的多功能机器人，在每只手臂的末端运行，这将使它们更加灵巧。
再过几年，我们将拥有自动化、控制和其他能力，使我们能够在不进行舱外活动(EAV)或外出的情况下，在国际空间站上移除轨道替换单元，这将节省大量时间、人力和风险。
未来十年，在工厂基础设施、技术和制造业业务方面，工程面临的最大挑战是什么?
对于工程和工程师来说，无论在哪个层面，最大的挑战一直是并将继续是获得和保持持续的资金。无数有用的项目都因为资金的起起伏落而夭折了。
此外，工程师们需要探索如何在项目早期就集成问题进行合作。对于国际空间站和其他项目来说，这意味着使更多的部件、模块和飞行器彼此更加兼容，以及标准化通信，特别是在组件级别。
我们需要有物理的和基于软件的架构，我们可以在其中嵌入新技术。例如，当我们将国际空间站的386 KB计算机转换为更新的计算机时，这将非常重要。我们还看到各国在建造国际空间站方面进行了更多的多边合作。
国际空间站正在解决许多这些问题和其他挑战，随着它解决这些问题，我认为它可以作为许多其他组织和工程项目的测试平台。我们学到的经验不仅可以应用于太空，也可以应用于地面。
回顾你的职业生涯，在新技术、业务发展或行业方向方面，有没有什么意料之中的惊喜?
最大的惊喜之一是，我无法跟上所有基于pc的新功能。所有类型的交流，从数据到个人，已经真正成为了一条双向通道。这里的挑战是，你仍然必须清楚你在问什么或说什么，你是否有一台PC与设备通信，或者你是否在管理和优先处理设备之间的通信。
例如，国际空间站的数据和通信通过一个三层网络传输，该网络主要是铜和光纤的硬连线混合。空间站还使用以太网传输有效载荷数据，但其核心系统不使用以太网。核心网需要具有故障检测、隔离、自动恢复、多网同步等功能。
因此，所需的更改大多是自动执行的，并且会生成关于所发生事情的硬通知或软通知。这些措施包括检查电脑的警告音，通过S或kv波段将数据传输到地面，或者让组件脱机并进行故障排除的通知。
多年来的主要改进之一是我们实现了并行处理，以防止数据瓶颈。我们还学会了更好地划分数据的优先级。
为了在制造业中发展自己的职业生涯，工程师在未来10年应该关注什么?
最重要的是，工程师，从年轻的和刚毕业的，到年长的和经验丰富的，必须继续教育自己，理解并认真应用基本的工程原理设计和制造步骤，以帮助生产有能力的工具和电子解决方案。总有一种倾向和诱惑认为你可以跳过步骤，这是必须避免的。
以国际空间站为例，自从“哥伦比亚”号航天飞机坠毁以来，很难保持空间站的占用和供应。国际空间站已经在轨道上运行了5年半，其中有3年半的时间是载人的，我们得到了俄罗斯的很多帮助。总的来说，我们发现俄罗斯带来了很多好处。他们的生产成本并不低，但他们的劳动力成本却低得多。
当然，外包问题是工程师面临的另一个全面挑战，但是，仔细想想，这种经济压力从一开始就是一个问题。至于西方的工作机会流向其他国家，比如印度，这是一个波动，将不可避免地趋于平衡。
在升级控制、自动化和仪器之前，一些组织还要检查过程和文化。根据你的经验，你能提供一个例子，说明关注文化和流程有助于组织的自动化实现吗?
最近，我们的文化发生了一个变化，那就是目前更难到达国际空间站的事实。尽管如此，我们仍在努力提供更多的生存能力，以及提供相同级别的冗余，并防止潜在的问题。
这意味着我们的工程师必须变得更有能力，开发更好的工具，并努力更好地理解如何完成我们的工作。希望这最终能帮助我们更好地教育那些将来会成为工程师的学生。
就目前而言，我认为我们做得很好，尽管我们没有那么多冗余。每个人都在保持国际空间站载人和运行方面做得很好。
请提供一个具体的例子，说明你是如何倡导制造业变革的?你还打算带来其他的改变吗?怎么做?
从20世纪90年代初到90年代中期，我们开始使用一系列CAD程序来完成设备的数字化预装配(DPA)，由于重力相关的限制，我们无法再在地面上组装这些设备。我们还在制造过程中使用了更多的激光测量系统，并检查了通常是校车大小的部件，包括用于建造车站的段对段桁架。
在轨组装是我们采用常见项目和元件变得如此重要的另一个原因，比如停泊机构，甚至是加压元件，它们的部件和连接器都有相同的制造商。
例如，用于连接许多较大部件的16个电动驱动螺栓安装了一个测压元件，以检查它们是否具有适当的张力。
这种标准化水平也有助于施工，因为许多组装是自动化的，并由工作人员监控，但也因为他们仍然需要在必要时手动完成。
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