龙8手机游戏官网:驱动观天之眼 敢采九天之火
来源:龙8手机版网页登录官网 作者:龙8官方网手机2024-09-08 08:05:07复杂机电装备被广泛应用于陆海空天等各个重要领域,其设计与制造水平代表着一个国家的制造业水平。以美国、日本、澳大利亚等为代表的国外陆海空天领域电子装备发展远远早于我国,它们对电子机械学科的人才培养十分重视。
如何将“机”与“电”两方面课程有机结合,形成中国自己的电子机械学科人才培养课程体系与教师队伍,这是该学科发展的一个根本性问题,更是一个交叉学科发展的理论与实践难题。特别是新型电子装备的快速发展,对该方面人才知识与能力体系又提出了特殊要求,催生新的人才培养模式。
如今,伴随着我国电子装备所经历的跟踪、仿制、独立研制、创新突破的不同发展阶段,对电子机械学科的学科建设与人才培养提出了越来越高的要求,有关高校对此进行了有价值的探索。西安电子科技大学电子机械工程学科及所在学院的发展就是其中一个典型案例。
上世纪60年代初,该校率先成立了无线电设备结构设计与工艺专业,针对雷达、射电望远镜、星载天线、高密度组装系统等领域,开展了面向国家需求的人才培养的有益探索与实践。人才培养与国家重大电子装备研制相结合,反过来也有力地促进了人才培养水平的提高。
2018年底,教育部对西电信息感知技术协同创新中心进行了验收评估,在专家组确认的4项标志性成果中,有两项就出自该校机电工程学院电子机械工程学科。如今,这一学科与同属一个学院的控制科学与工程、仪器科学与技术等学科一起,相辅相成、互为支撑,形成了一个机电结合、特色鲜明的学科群。此前,教育部发布了2017年度重点实验室评估结果,属于电子机械学科领域的电子装备结构设计教育部重点实验室,被评为10个优秀类实验室之一。同一年,该院执行院长黄进教授带领的“电子装备机电耦合”团队入选陕西省重点科技创新团队。
西安电子科技大学电子机械工程学科研究群体是一个立志攀登创新高峰,凝聚“西军电”红色基因传统的研究团队,也是一支蓬勃向上、追求卓越的骨干力量。近年来,他们研究成果辉煌,获得国家科技进步奖二等奖3项,发表SCI论文500余篇,其中入选ESI高被引论文30余篇,数量占全校四成,授权发明专利200余项,成果已成功应用于世界最大的射电望远镜“中国天眼”FAST、我国最大的地基全可动天线火星探测S/X双频段、波束波导66米口径天线,以及我国首部大口径星载可展开天线“天通一号”、主力战舰近程反导武器系统等重大工程中。
筚路蓝缕启山林,栉风沐雨砥砺行。1950年,从清华大学机械工程系毕业的叶尚辉,与吴风高、王德满、曾余庚等青年教师和青年学子一起,被分配到位于张家口的中国人民解放军通信兵工程学校(西电前身)工作,一个机械与电子两个学科交叉融合的故事、一段教学与科研相互促进发展的传奇,就在叶尚辉的学术生涯中开始了。
1958年,学校整体迁至古都西安,更名为中国人民解放军西安军事电讯工程学院(简称西军电,即后来的西北电讯工程学院、现在的西安电子科技大学)。1960年前后,叶尚辉着手设计了当时我国最大的5米口径抛物面天线。从那时开始,他就对天线结构产生了极大的兴趣和热情。
叶尚辉生前曾说,西电是从1960年开始酝酿建设这一专业的。1963年,时任副校长韩克树正式命令创办这个专业。为此,叶尚辉等人走访工厂、采访机械结构设计人员、考察实际工作需要,探索专业建设、课程开设等问题。1965年,他们甚至到南京14所蹲点,与设计人员同吃同住,用了两个月时间,调查了解实际需要。另外,为了使专业设置能够结合工程实际,他们还遍访了712、784、786厂等用人单位。
同时,他们查阅了大量国外资料,查找专业建设的理论内涵,最终确定这个专业是一个机电结合专业,以机为主,以电为辅。课程设置中,机电知识的比例最开始为七比三。“后来逐步增加电子部分,使比例变为六比四,甚至五比五。”中国工程院院士段宝岩强调补充,“同时还把电子组装、电子设备环境防护、散热、减振、电磁兼容技术等作为学科的研究方向。”
这是西电在国内最早建立的以机为主、机电结合的无线电设备结构设计专业。这个专业建立起来后,迅速受到工厂、研究所的大力欢迎。
1974年,中国科学院要研制一台直径15米的毫米波反射面天线。按照表面精度要求的反射面面形精度,即均方根误差要优于0.16毫米,也就是只有一根头发丝粗细。研制过程中,他们遇到的困难不计其数。最终,经过艰难拼搏,他们不仅完成了这项当时国内许多单位都不敢接手的高难度天线设计任务,还研制出了国内第一个计算抛物面天线的通用计算机程序,并锻炼出了一支勇于攻坚克难的科研队伍。
1978年之后,叶尚辉在以往科研、教学实践的基础上,撰写出版了《天线结构设计》专著,该书不仅系统阐述了大型微波天线结构设计的理论、方法与实践,并且将当时国内刚刚兴起的大型结构有限元分析技术应用于天线结构分析中,使之处于国际先进水平。该书是我国该领域的第一本专著,至今仍是天线结构设计工作者案头必备的不可替代的参考书。
今天看来,叶尚辉“敢为人先,谋求发展”的科研带动学科发展的故事,一直是这个学科的传家宝。这种从实际工作需要出发、经过大量实地调研,从而设置新专业的做法,是该校始终坚持发扬的优良传统作风。
“我在电子机械学科方面只是开了个头,奠定了一个基础,后面的发展主要是贾建援、段宝岩他们延续下去的。”叶尚辉生前曾说,电子机械学科从创建到壮大,最关键的节点是1978年开始招收研究生。叶尚辉带出来的第一批硕士、博士研究生,包括早期的施浒立、陈树勋、贾建援、陈建军、段宝岩等,逐渐成为这个学科快速发展的主要力量。
段宝岩在西电念完本科以后,就师从叶尚辉攻读硕士、博士学位。“拿到博士学位以后,1991年,我受英国文化委员会资助,开始赴英国做博士后研究。那时候出国留学需要有公职的人出面担保,我的导师叶尚辉给我做了担保!师恩难忘,同时我对西电的感情确实也很深,1994年年底,我就回到母校继续工作了。”段宝岩说。
1994年11月,段宝岩刚回国不久,就碰到了我国要建造新一代大射电望远镜的重大国际合作项目。这个项目就是2016年9月25日在贵州落成启用、被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜,简称FAST。
1995年,第三届国际大射电望远镜工作组会议在贵州召开。段宝岩所作的关于大射电望远镜馈源支撑的光机电一体化创新设计报告,受到了与会国内外专家的高度关注。随后的工作中,他带领团队重点解决了舱索柔性结构的精确力学建模和仿真、舱索柔性结构的控制,以及粗精两级调整系统的动力学耦合与复合运动控制等难题。这一新设计以六索驱动设计方案代替美国阿雷西博观天望远镜的刚性背架支撑结构,以软件代替了硬件,结构形式大大简化,不仅使馈源舱的自重由原先设计的上万吨降到了30吨,降低了工程造价,而且实现了毫米级的动态定位精度。
小学科里做大学问。进入新世纪以来,以段宝岩为代表的第二代电子机械学科天线设计人,开辟了我国电子装备机电耦合研究的新领域。在这个崭新的研究领域,段宝岩带领的团队先后建立了电磁场、位移场与温度场的场耦合理论模型,揭示了机械结构因素对电性能的影响机理,提出了基于场耦合理论模型与影响机理的机电集成设计理论与方法,初步形成了一种学科体系。其提出的理论方法通过引入数学变换,巧妙地将一个n-工况紧耦合且不可微的复杂非线性规划问题转化为了n个常规线性规划问题。最近十年来,伴随着国家发展航天事业、建设航天强国的脚步,段宝岩团队又提出了机电耦合优化设计思想与数学模型,为机电耦合设计的工程应用奠定了理论基础,特别是其提出的大型空间可展开天线的系统设计理论与方法,进一步拓宽了结构与多学科优化的范畴。
段宝岩介绍说,在基于场耦合理论模型与影响机理的电子装备机电集成设计中,要特别注重基础理论方法的深入研究,尤其是在大型微波天线、大射电望远镜,以及大型空间可展开天线的设计过程中。近年来,他带领研究团队突破了一系列理论与技术难题,成果成功应用于多项重大工程中。如位于昆明凤凰山上的探月观测望远镜40米天线,以及位于佳木斯,用于跟踪火星探测器的当时我国最大口径的66米天线。通过承担研发机载平板裂缝天线、机载有源相控阵天线等项目,年轻学术骨干也得到了锻炼提高,形成了以黄进等为代表的新一代研究队伍。
30多年的孜孜以求,面对电子装备机电耦合研究中的各种难题,段宝岩说他总共做了三件事:一是系统建立了大型天线电磁场与结构位移场的场耦合理论模型,提出了反射面保型的系统优化设计方法;二是针对机械结构因素对雷达天线波束指向精度等电性能的影响,提出了结构与控制集成设计的理论与方法;三是建立了平板裂缝天线、有源相控阵天线、高密度机箱机柜等典型电子装备的电磁场、结构位移场与温度场的场耦合理论模型。2011年,他当选为中国工程院信息与电子工程学部院士,2012年获得香港何梁何利科技成果奖,2017年获中科院杰出科技成就奖与中国好设计金奖,2018年被授予亚洲结构与多学科优化终身成就奖。
“太空探索永无止境。”习总在2019年2月20日会见探月工程嫦娥四号任务参研参试人员代表时强调,伟大事业都始于梦想,伟大事业都基于创新,伟大事业都成于实干。习指出,我国广大科技工作者要为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。
将时空的镜头切换到2018年12月23日上午,被命名为“逐日工程”的空间太阳能电站系统项目启动仪式在西电隆重举行,陕西省副省长赵刚出席启动仪式并讲话。中国工程院院士、重庆大学教授杨士中,中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒,中国工程院院士、国防科工局探月中心总设计师吴伟仁,中国工程院院士、西电教授段宝岩,中国空间技术研究院副院长李明,中国工程院二局局长高中琪,西电校长杨宗凯等出席了启动仪式。
在“逐日工程”启动仪式上,杨宗凯与陕西省科技厅副厅长兰新哲共同为西电“空间太阳能电站系统”陕西省重点实验室揭牌,西电副校长李建东与国防科工局吴伟仁院士共同为西电“空间太阳能电站系统”交叉研究中心揭牌,并与西安市经开区管委会主任钱虎威共同签署了关于合作共建“逐日工程”的协议。自此,空间太阳能电站的研制开发将推动翻开太阳能高效转换利用的新篇章!
“上天的卫星展开天线,既要轻,口径也要大,不能小了,小了增益不够,所以产生矛盾,要求大口径、高精度、轻重量、高收纳比,高收纳比就是发射的时候要收起来,入轨再自动展开,跟地面上不一样,比地面上难。空间太阳能电站系统的天线要大得多。”机电工程学院执行院长黄进科普式地对记者说道。据了解,在段宝岩带领下,他们做卫星展开天线很多年,已经突破了多项关键性技术,像我国首部星载大口径可展开天线“天通一号”、主力战舰近程反导武器系统火控雷达就采用了他们的创新成果。
面对日渐紧迫的能源危机,以及使用化石能源导致的温室效应、环境污染等问题,世界各国都在积极寻找方便、清洁的新能源。综合考虑安全因素及使用条件,太阳能将是解决能源问题的根本出路之一,而发展空间太阳能电站则是高效利用太阳能的有效途径之一。空间太阳能电站是指将地球静止同步轨道上的太阳能,通过新的工程技术手段进行有效采集,并以微波方式传输到地面转换成电能供使用的系统。从产能效率上看,在地球静止轨道上,每平方米可接收太阳能约1400瓦,除春分和秋分以外,太阳辐射强度基本不受时间和空间限制;而在地面上,由于大气的吸收和散射,以及季节、昼夜等变化,到达地面的太阳辐射量每平方米约为140瓦。再加上位于静止轨道聚光器的高倍聚光,产生能量的倍数会更大。因此,一旦攻克空间太阳能发电技术,就有望逐步解决人类社会面临的能源危机,获得“取之不尽,用之不竭”的清洁可持续能源。
“在段宝岩院士的带领。