CT理论与应用研究

他们,给地球造了台“CT仪” 

来源:CT理论与应用研究 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-07-07

三代四型、有方有圆、大小不一、轻重各异……在国防科大智能科学学院的实验室里,藏着这样一批神秘的“铝匣子”。在外人看来,这些带着蓝色屏幕的“铝匣子”长相古怪,不知做何用途。懂行的人知道,它们填补了中国国产重力仪研发的空白,使我国成为继俄、美、德之后第四个研制出捷联式航空重力仪的国家。

这些被称为“地球CT仪”的重力测量“神器”,由一支当时平均年龄不到31岁的年轻人,耗费17年时间自主研发而成。它的诞生,为中国核心重力测绘装备的国产化开辟了一番崭新天地。

打破垄断:“五年内攻下这个山头!”

9.8N/Kg,这是人们对重力系数的常规认知。但实际上,由于地表构造复杂,不同地区的重力系数相差甚大。

在该团队负责人吴美平教授看来,“精确的重力信息分布图已成为国家重要战略资源,没有自己的重力信息分布图,远程精准打击就无从谈起。”

绘制精确的重力信息分布图,就像给地球拍“CT”,微小的重力误差极可能引起“误诊”,从而导致导弹偏离预定落点几百米甚至上千米,或者影响潜艇的导航性能与战略隐蔽能力。

随着科技的发展,精确的重力信息分布图对国家安全的重要性与日俱增。而围绕军用重力测量领域的技术博弈与封锁也频频上演。

2003年以前,我国对国内地形复杂的区域进行重力测量,只能依赖进口的高精度重力仪。而一台重力仪,往往要花费数百万元甚至上千万元。由于重力信息敏感,一旦仪器出现小故障,无法返修,只能直接报废。

与造成巨额的经济损失相对比,更让人无奈的是“有钱都买不到”。“国外卖家很警惕,一听说我方有对超高精度重力仪与关键器件的购买需求,直接拒绝。”

此情此境下,研制具有自主知识产权的高精度航空重力仪的需求呼之欲出。2005年,国家863计划将此目标列入项目名单,并在全国范围内寻找研发机构。可面对国外技术封锁、关键器件禁运与诸多未知的困难,几乎所有科研团队均望而却步。

“五年内攻下这个山头!”时任自动控制系副主任的吴美平教授,带着一支年轻的6人队伍,接下了这块难啃的“硬骨头”。

“国内该领域的技术一片空白,这要怎么搞?”虽然早在2003年,团队就已经开始了捷联式航空重力仪理论方法的研究,但面对“五年内攻下山头”的军令状,大伙儿心里还是一点底都没有。

项目申请成功后,大伙儿马不停蹄,投入到紧张的研发之中。一间不足20平米的房子,成为了他们简陋的实验室。夏天光着膀子调试设备,冬天裹着被子推导公式,实验室的灯光常常从早上亮到早上,焊接仪器烧坏的电路板也在角落里堆了一摞。第一年,吴美平教授就瘦了近20斤。妻子常抱怨:“虽然家就在学校门口,却像是两地分居。”

功夫不负有心人,三年后,第一代捷联式航空重力仪试验样机终于诞生了!在距东海海平面400米高的飞机上,当航空重力仪的显示屏上出现了一条条变动的函数曲线时,大家心里那根紧绷了三年的弦,终于可以暂时松松了。这台试验样机,成功测出了我国自主研发重力仪的第一批重力数据,内符合精度达到5mGal/10km。

逆境赶超:“在颠簸中测出头发丝1/100的位移”

数据测出来了,可团队的“野心”远不止于此,他们把目光投向了更高的“山峰”——提高测量精度和空间分辨率。于是,第二道坎又摆在了眼前。离样机中期验收的时间仅有一个月了,可样机测算数据距预想指标还遥遥无期,每个人的心情又沉重起来。

“基于国产器件不可能研制出高精度重力仪。”申请立项时,国内权威专家的论断似乎又响在了耳边。

“没有‘中国芯',研制出来的仪器还是要受制于人!”

“国产器件的精度缺陷真的不能被补偿吗?”一筹莫展之际,吴美平教授提起了钱学森利用系统控制原理,在各部件加工精度有限的情况下成功研制出导弹的故事。仿佛看到了黑暗中的曙光,他们瞄准了研制“中国芯”的新方向——优化系统设计与算法。

一行行实验数据、一条条测试曲线、一份份实验测试方案……项目组成员聚在实验室里研究、分析、讨论,几乎没有周末。近半米高的文字资料和实验数据摆满案头,他们逐字逐句对比每一份资料,反反复复分析每一个测试数据。这个从0到1的过程,也把团队成员逼成了“多面手”,“搞电气的得懂机械设计和软件流程,做机械的得明白电气走线和滤波算法 。”

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