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这里是北欧,格林兰岛,国际重力测量试验场,寒风刺骨……
一群中国科学家焦急地守候在电脑前,
等待他们研制出的航空重力测量仪器得出重力系数测算结果,
突然,他们爆发出巨大的欢呼声。
站在一旁的国际测地协会副主席
Rene Forsberg教授微笑地竖起了大拇指——
这才是真正意义上的航空重力测量仪器!
研发这个测量仪器,他们——
国防科大机电工程与自动化学院的
航空重力测量团队整整奋斗了整整10年。
这是一个怎样的团队?这10年里,他们走过了怎样神奇的旅程?我们从起步说起!
起 步
“五年内攻下这个山头!”
9.8N/Kg!人们脱口而出的重力系数在该重力测量团队眼里,可远没有那么简单——由于地球表面构造复杂,不同地区的重力系数相差悬殊。在国际测量届,人们把精确绘制重力系数分布称为:给地球拍“CT”。
“随着科技的发展,精确的重力信息分布图已成为国家重要战略资源。”重力测量团队负责人吴美平教授说,微小的重力误差可能导致导弹偏离预定落点几百米甚至上千米;潜艇利用精确的重力信息分布图导航,将大大提高导航性能,提高战略隐蔽能力。
然而2003年前,当西方国家已普遍采用航空重力仪快速精确获得各地重力信息分布图时,我国还采取传统的地面单点测量方式,一步步丈量960万平方公里广袤国土,不仅耗费巨大,而且很难获得海上、高山和沙漠地区的详实数据,不得不向国外购买高精度海/空重力仪,很多关键技术受制于人。
吴美平:
没有自己的重力信息分布图,远程精度打击就无从谈起。
进入新世纪,当国家863计划研制具有自主知识产权的高精度航空重力仪时,面对西方关键器件和技术对我们层层封锁和未知的困难,举国上下竟无一支团队应战。
“五年内攻下这个山头!”行业内意想不到的年轻团队居然主动请缨,向国家立下了军令状,将这块“硬骨头”揽入怀中。原来,他们在2003年就已经开始了捷联式航空重力仪理论方法的研究。
成功申请项目,他们马上投入紧张的研究中。一间不足20平米的房子,就是他们的实验室,夏天光着膀子调试仪器设备,冬天裹着被子推导公式,自己动手做仪器不知烧坏了几块电路板。第一年,吴教授就瘦了近20斤。在吴教授的抽屉里,还珍藏着这样一个日历本:周末和假期被红笔重重划掉,取而代之的是当天的研究计划。嫂子至今还在抱怨:“虽然家就在学校附近,可却像两地分居。”
经过三年的努力,2008年,第一代捷联式航空重力仪试验样机在他们手中诞生了。
追 赶
研制“中国芯”,不再受制于人
“基于国产器件是不可能研制出高精度重力仪的。”早在他们项目申请立项时,国内权威专家就曾做出这样的论断。然而他们第一台试验样机似乎也验证了这一论断。离样机中期验收的时间节点还有一个月,样机测算数据距目标指标还遥遥无期,看不到一丝曙光,每一个人心情都沉重起来。
“你们还是想办法用进口器件照葫芦画瓢重新搭一个平台吧。”有国内专家好心建议。
“没有‘中国芯’,研制出来的仪器还是要受制于人。”吴教授向大家说起钱学森研究利用系统控制原理,在各部件加工精度有限情况下依旧成功研制出导弹的故事。项目组成员每个周末都集中在实验室一起分析实验测试数据,分析每一条测试曲线,分析不同测试环境下的数据差异性,计划出下一周的实验测试方案。
在吴教授的鼓励下,他们把打印出来近半米高的文字资料和实验数据摆上案头,一个字一个字的逐份比对分析,不放过每一个测试数据,每个人的眼球都布满了血丝。器件精度正常,硬件连接无误,数据采集没错,软件编写严谨,到底是哪个方面出了问题?
一天,吴教授去查阅资料,刚步入图书馆时空调暖风吹得他打了个激灵:是不是环境的温度变化对重力仪核心器件的工作性能有影响?于是,他丢下借书证,直奔实验室,终于在不断比对之后找到原因,原来是温控系统设计存在缺陷,于是他们大胆提出了一套新的温控系统改造应用方案,使核心部件温度稳定精度达到0.01℃。功夫不负有心人,完全具有自主知识产权的捷联式航空重力仪工程样机终于诞生了,并被命名为SGA-WZ01,标志着我国成为第四个可以利用惯性导航系统构建捷联式航空重力仪的国家!
超 越
从未停下的脚步
2012年4月,海军某部门摆下擂台,组织国内外航空重力仪进行飞行测评。SGA-WZ01重力仪与1套俄罗斯GT-1A航空重力仪、2套美国航空重力仪、另外1套国内航空重力仪决战“华山之巅”。SGA-WZ01不负众望,数据重复性结果显示,SGA-WZ01性能优于引进的美国航空重力仪,并非常接近目前精度最好的国际商业航空重力仪GT-1A。
当年八月,他们意外收到一份来自国际测地协会的邀请,参加格林兰岛航空重力联合科学试验,测试结果引起国际重力测量届的极大关注。RENE教授认为SGA-WZ01是唯一由大学研制并取得有效成果的航空重力仪,是一套真正意义上的捷联式航空重力仪近几年,RENE教授一直向国际同行推荐SGA-WZ01重力仪的成果。
载誉而归,团队并没有停下来享受胜利的喜悦,而是投入到新的研究中。
2013年,西沙某海域,团队正在测试某敏感区域重力数据时,突然发现一艘形迹可疑的不明船只尾随跟踪。为了不暴露目标,测试团队只能在白天规避躲闪,在晚上才能开始正常的实验测试。由于生物钟紊乱,很多同志都不同程度晕船。测试结束他们才获悉,尾随他们的不明船只为某国间谍船,长期在这一海域徘徊。
“绘制重点区域的重力分布图,不能有一刻耽误。”间谍船事件提醒着他们,重力场测量关系国防安全,他们的工作必须紧而又紧,要赶在对手之前。为此,他们长年奔波在祖国各地:在新疆无人区,风沙和强烈的紫外线在他们脸上印出了“高原红”;在南沙群岛,为了抵御风浪,他们不得不用安全绳将自己与船体牢牢绑在一起;在北京国家重力基准场,他们顶着零下十多度的严寒一遍遍重复校正测量数据……
在一次次测试中,国家重力分布图渐渐完善,同时,SGA-WZ01也不断成熟发展,先后在捷联式重力仪总体技术、高精度温控技术、高精度姿态跟踪技术、载体运动加速度测量技术、微弱重力异常信号提取技术等多个方面取得进展。
“你们已经做到最好了,能不能停下歇一歇。”看着他们忙碌奔波的样子,身边的同事心疼的劝说到。就在这时,他们把目光聚焦在一个更难的领域,向世界上尚未取得重大突破的航空重力矢量测试系统发起挑战。
吴美平简介
国防科技大学教授、博士生导师,导航制导与控制学科学术带头人、《中国惯性技术学报》编委、《导航与控制》编委、中国空气动力学会测控专业委员会委员。主持3项863项目、1项“高分”重大专项课题、2项国家自然科学基金项目、1项973子项目、1项总装探索研究项目、5项武器装备预先研究项目等多项重大科研项目,获国防科工委科技进步二等奖1项、军队科技进步三等奖1项,发表论文六十余篇,出版教材专著3部,教材1部。
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本文信息来源,国防科大
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