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近空间飞行器重大研究计划:瞄准未征服的新空

发布时间:2017-12-04 阅读:

  近空间飞行器主要研究项目:针对未确认的新领域 - 新闻 - 科技网

  编者注:今天传统航天器不靠近太空飞船不能近期来临,已经成为全球战略竞争的焦点,同时也带来了前所未有的技术挑战,2007年,国家自然科学基金会启动近距离空间飞行器关键基础科学问题研究重大项目9年来,在计划的支持下,我国近空间飞行器研究取得了一系列突破性进展,主要计划通过了检查,本届基金会对项目取得的经验和四项具有代表性的科研成果进行了回顾和总结,以充分展示这一重大项目。

  ■记者甘晓

  在过去的一个世纪里,航天飞行器的研发已经成为人类最大的科技创新活动。然而,在我们的空域传统飞机附近有一个没有持久飞行和应用的高空空间,飞船并不在我们的头顶。如今,近太空成为全球战略竞争的焦点,带来前所未有的技术挑战。

  2007年,国家自然科学基金委(以下简称“委员会”)启动了近空间重大基础科学研究重大科研课题(以下简称“重大计划”)。经过九年的实施,重大项目取得了丰硕的成果,并通过了近期的验收测试。

  为进入,控制和利用近空间,人类无人空域奠定了坚实的科学和人才基础。重大规划专家组组长,中国工程院院士杜善told在“中国科学报”上对记者说。

  发挥领导和横幅的作用

  哈尔滨工业大学计划秘书组组长,教授孟松鹤介绍说,世界上对近空间没有统一的定义。一般指20至100公里之间的空域。具有空气稀薄,风量稳定,太阳能利用率高等环保特点。

  近空间相对较薄的空气不仅提供升力,减缓气动阻力和热负荷,而且还提供推进系统氧化剂,为长效,高效超音速飞行提供理想的走廊,极大地改善了远距离,快速到达时间敏感的目标孟松和说,快速反应,廉价可靠的太空和其他人类航天能力将为未来的国家安全和民生带来革命性的影响。

  半个多世纪以来,人类为实现近空间超音速飞行作出了巨大的努力。但由于对相关基础科学问题的认识不足,基础研究未能得到持续的支持,也未能取得积极成果。

  “九五”以来,中国逐步加大了对高超音速领域的投入。 “国家中长期科学和技术发展规划纲要”(2006 - 2020年)提出,高超声速推进系统,可压缩湍流理论,高温气体热力学和新材料结构力学等主要航空航天主要力学问题着眼于满足国防科技和航空的需要空间建设的紧迫战略需要,为维护国家安全提供安全保障。

  随后,委员会明确指出,基础研究需要服务于国家重大需求的指导思想,近空间高超声速远程机动飞机关注重点科学问题,及时启动重大科研项目。

  这是中国首次高超声速飞行系统基础研究项目,起到了领导和标志作用。杜善义说。

  该重大项目实施以来,在加强核心科学问题的研究能力,人才培养和研究模式方面取得重大成果,成为近空间超音速飞行器研制和创新的供应方。

  国防科技大学计划指导专家组成员,国防科技大学教授王振国说:我们加紧基础研究之前不了解的东西,现在明白了我们以前看不到的东西,并进行了一些高级部署。这是从实证到理论指导的工程实践,彻底走出了具有自身特色的道路,奠定了基础。

  多学科融合寻求突破

  这一重大计划的实施充分发挥了专家组的顶层设计和主动性。近空间飞行器的关键基础科学问题首先被明确定义为近空间飞行环境的空气动力学。先进推进理论与方法超轻型材料/结构与热环境预测与热自治高超声速飞机自主控制理论与方法四个核心科学问题。

  从对过程和作用的认识来看,四个核心科学问题是以空气动力学为先,动力为核心,结构与材料为基础,控制是超音速飞机学科的关键特征。杜善told告诉“中国科学报”记者。

  气垫船是一个复杂的系统,体现了高度集成和非线性耦合的多学科特征。这个重大项目由委员会科学技术委员会牵头,由联合工程与材料科学部和信息科学部组织。研究过程体现了与力学,物理,化学,数学,材料科学和信息科学相关的基础学科交叉融合和推广。孟松和告诉“中国科学报”记者。

  孟松和进一步介绍,四大核心科学问题中的每一个都加强了跨学科的交叉与整合。例如,空气动力学问题强调推进和控制要求,结构和材料的局限性。前进的问题不仅要求流动性和燃烧考虑的一体化,还要考虑与热量和控制问题相关的问题。

  与此同时,研究人员通过加强重点支援项目等方式,提出了热减阻,机身/推进一体化等新概念。七个一体化项目体现了问题驱动型与核心型科学问题的大协调,促进重大科学问题的突破。

  杜善“认为,组织实施这一重大计划,为多学科,多学科交叉融合找到了许多渠道,是其主要贡献之一。

  锐化砍柴两个正确的

  近空间车辆研究需要将科学知识与工程实践密切结合。工程实践需要基础理论上的突破,才能提前,基础研究成果可以通过飞行试验来验证。研究人员比喻说:如果基础研究正在磨砺,那么工程实践就是砍伐木材。此前,两位研究人员交流的机会较少,制约了这一领域的快速发展。

  中国科学技术大学王建华教授是加强制冷领域的科学家。主要研究方向是多孔介质传热传质的数值模拟和实验技术。

  在参加一个重大的研究项目之前,我很少考虑我的研究可以应用在哪里。王建华告诉“中国科学报”记者。九年来,她在交流研讨会上熟悉了许多相关领域的研究人员,包括工程研究人员,她的理论研究也受到了工程部门的重视。

  对此,王建华说,这是她提出这个可能性的主要计划。对于我们的基础研究人员来说,这个方案起到了很好的指导作用,引导我们关注国家重大需求,提炼科学问题,从源头上解决工程问题。

  清华大学冯雪教授坚持不仅满足工程应用需求,而且探索重大基础科学问题,实践工程应用牵引基础科学和基础科学配套工程应用的研究思路。他们开创了高温超高温在线测量的表征手段,弥补了传统点或数字图像相关技术缺乏促进学科发展的不足,其研究也被应用于工程单位。

  他们认为,工程实践与基础科学相结合的思想,极大地加强了工程单位对本学科领域研究的重视,为后续相关学科在工程领域发挥更大作用奠定了基础。

  人才培养,确保可持续发展

  吸引和培养人才是基础研究的重要任务,也是提高区域创新能力和可持续发展能力的关键,2004年王建华回国后不久,得到国家自然科学基金的支持。我第一次回到家,我的课题组只有我和一个研究生,她回忆说,在九年的重大科研项目的稳定支持下,研究队伍逐步扩大,现有三名副研究员和七名研究生。

  参与这个重大项目的许多科学家与王建华有着相似的经历。冯雪已经获得了高温环境下热防护涂层的力学性能和破坏机理的试验研究的持续支持。他带领团队开发了高温光学和自主研发的高温测试科学仪器,获得了热保护系统地平面视觉测量结构评估等一系列原创成果。冯雪也是由该项目杰出青年基金,国家杰出青年基金资助的。目前,他已经成为清华大学航空航天学院非传统环境下力学与微器件研究方向的学术带头人。

  九年来,这个重大计划共涉及29个依靠单位和近700名研究人员。培养了数千名博士,硕士研究生,不仅为航天领域注入了新鲜血液,而且有力地促进了航天科研队伍与基础研究队伍的结合。

  在任何领域或方向做大做强,首先要有人和未来。这样的基础研究小组将支持我们的近太空车甚至整个航天器的可持续发展。杜善义说。

  “中国科学”(2017-01-23第六版基金)

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