国防科大五大科技创新的背后“秘密”

2011-09-29  来源:解放军报  进入论坛

  让中国无人车跑出“世界第一”

  今年7月14日,由国防科大自主研制的红旗HQ3无人驾驶车,历时3小时22分钟,完成了从长沙至武汉286公里高速公路的全程无人驾驶实验,创造了我国地面无人车在复杂交通状况下自主驾驶里程的新纪录,其综合技术性能达到了世界先进水平。

  “没有自己的无人车,在国际舞台就没有平等对话的地位!”回顾我国无人车研制历程,该校贺汉根教授不会忘记:1996年,在一次无人驾驶技术国际学术会议上,有专家建议多国联手研制新型无人车,正在国外做访问学者的贺教授请求参与,某国专家却以中国没有无人车为由提出反对。从那时起,贺教授将无人驾驶技术作为重点研究方向。回国后,贺教授带领创新团队突破一系列关键技术,终于在2001年研制出时速达76公里的无人车。

  其时,国外无人车研制也并不顺利。有权威专家推论:无人车最高时速将很难突破70公里,因为无人控制系统有200毫秒左右的延时,突破这一速度,车辆将很难控制。贺教授却想,人类反应速度并不比机器高,可为什么能驾驶高速车辆,世界一级方程式赛车不是还能突破300公里吗?贺教授发现,人对道路环境感知总是实时的,可适情况作出各种预先反应,如果让无人驾驶系统能像人类一样“思考”,问题就有可能被解决。

  他们打破国外控制系统研究的传统思维,创造性地将智能控制与感知分析系统融合起来,可实时做多任务处理,使无人车“反应迟钝”的难题迎刃而解。

  如今,贺教授带领创新团队已研制成功我国第一台无人驾驶轿车,目前其最高峰值时速已达到170公里的“世界第一”速度。

  突破“经典”创造全测速定位理论

  测距-测速是确定飞行器空间位置和速度的传统方法,长期以来此方法被国际上普遍认可和采用。这种传统方法弊端是需要在地面建许多雷达测控站,且雷达设备体积庞大,承担测控任务的部队官兵必须长年在深山中值守维护。

  能否抛开测距,仅通过测速来确定飞行器空间位置呢?国防科大数据技术分析创新团队专家一次在某测控部队调研中,提出了这一大胆想法。然而传统测距-测速定位理论早有结论:仅凭速度数据无法解算出飞行器的位置。

  可是,我国专家的思维并没有被所谓经典理论所固化,他们经过深入研究和不懈探索,终于发现了一个关键点:时间。如果通过连续测定速度,再加入相关算法和程序,便可能找到精确定位的办法。经过一年多反复推算等技术攻关,他们终于提出了一个新的全测速定位理论,并得出了可以实现全测速定位的核心数学公式,这样通过测速就可确定飞行器的空间位置。

  新理论在实践应用后,使系统设备在体积、成本等各方面大幅减少,可以实现车载机动。这一科技创新成果,使部队战斗力生成模式发生了巨大转变。

  全力攻克车轨共振国际性难题

  磁浮列车有着“零高度飞行器”的美誉。然而,当这一新型交通工具走向实际应用时,却遇到一个令人头疼的国际性难题——列车在停车和过道岔时,车辆与轨道会产生共振。美国曾出现过刚建好的线路因车轨共振而无法运行,不得不返回实验室重新研究;而运用其他发达国家高速磁浮技术构建交通线,来解决车轨共振问题,其系统造价又会十分昂贵。

  “绝不能重蹈他们的覆辙。”国防科大磁浮交通技术创新团队在长达3年实验与技术攻关中,改变“头疼医头、脚疼医脚”的传统思维,在历经无数次失败之后,终于发现了车轨振动的问题所在。

  “病根”找到了,“药方”就好开了。科研人员从悬浮控制源头上找到了解决问题的突破口,最终攻克了车轨共振的国际性难题。

  今年2月28日,我国首条中低速磁浮交通运营线路在北京启动建设,标志我国不久将成为世界上拥有中低速磁浮交通线路的少数国家之一。

  实现超精加工的“纳米标准”

  20世纪90年代,国内光学零件制造水平不高,大多采用“手工+机械抛光”的传统加工技术,对于大口径、高精度、复杂面形的光学零件我国制造能力有限,许多相关领域的技术进步常常要受困于此。

  新世纪之初,正在做访问学者的国防科大精密工程创新团队李圣怡教授了解到,国外一所大学已在研发磁流变加工设备,回校后他便带领团队进行潜心研究,终于弄清了磁流变加工技术原理,论证了该技术在光学加工上的优势。于是,他们决定跳过一、二代的光学零件的制造加工技术,直接瞄准基于可控柔体制造的第三代光学加工方法,研制磁流变加工新技术。

  5年夜以继日的奋力攻关,使他们终于研制成功我国首台达到纳米精度磁流变抛光装备。再接再厉,团队随后又研制成功离子束打抛光装备,终于突破了大型光学零件高效、高精度、无损伤制造的技术瓶颈,使我国超高精度光学零件加工进入到纳米精度的世界先进水平。

  将光学零件面形精度峰谷值控制在5纳米以内。5纳米,意味着哪怕一个细菌就会导致整个面形崩溃,只能逐层分子、逐层分子地进行去除加工。国家的需求就是攻关方向,为此创新团队最终实现了5纳米的精度要求。

  完美解决高速信号系统传输难题

  高速信号传输是研制超级计算机系统的一项关键技术。2008年,国防科大网络技术创新团队承担了研制10万亿比特级IB交换机的攻关任务。在此之前,国内还没有解决这个关键技术的先例,美国也才刚刚做出样机。

  “10万亿比特级IB交换机设计非常困难,没有我们的技术支持不可能实现,如果你们坚持采取正交互联技术方案,也必将以失败告终”。为验证外国专家的这一推论,团队经过试验发现,按照国际设计规范在正交互联的结构下确实不能保证10万亿比特级IB交换机信号的传输质量。

  怎么办?是跟在别人后面亦步亦趋,还是闯出自己的技术路线?自主创新,就是要走别人没走过的路,“他们说不行,我们就做出来看!”

  在无法获得技术支持的情况下,创新团队通过深入研究与技术攻关,终于发现了国际设计规范中的一个重要缺陷。于是,他们调整创新思路最终得到了全面的设计规范,其关键技术参数远远大于国际设计规范的技术指标。在不到一年时间,他们就研制成功了10万亿比特级IB交换机系统,并在“天河一号”超级计算机系统中得到成功应用。

  在前不久召开的一次国际学术交流会上,当初预言他们“必将失败”的那位外国专家说:“没有想到你们如此完美地解决了高速信号系统传输的难题;没有想到你们这么快就研制成功了稳定可靠的先进系统。中国人,了不起!”

 
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