試驗科學是驅動創(chuàng)新的原動力

編者按

回顧近代科學昌明的這三百多年來，無論是基本粒子的新發(fā)現，還是通過發(fā)現新基本粒子導致的新材料層出不窮；無論是新材料導致的新結構的創(chuàng)生，還是新結構廣泛深入地應用，試驗科學總是在科學發(fā)展的每個重要節(jié)點上，提示我們不可忽視它對科學創(chuàng)新的牽引性、啟發(fā)性和積累性?？茖W試驗是人類社會活動的重要組成部分，是人類得以不斷深入探索自然奧秘的手段。站在歷史發(fā)展的潮頭，縱觀近代科學技術發(fā)展的路徑和脈絡，走在創(chuàng)新道路上的先驅們不斷用事實告訴我們：創(chuàng)新源于試驗。誠如劉選民研究員所說，中國航空工業(yè)的發(fā)展史，是一個不斷挑戰(zhàn)自我、不斷摸索、彰顯試驗科學魅力的歷史，是一部從跟蹤仿制走向自主創(chuàng)新的勵志史。試驗科學已在我國航空等工程實踐中大放異彩、屢建奇功，它在科學概念和技術應用之間架起了一座橋梁，它使科學技術得以快速轉化為生產力，它符合現代科技發(fā)展的客觀規(guī)律和應用規(guī)律。我們鄭重推薦本文，意在使廣大航空科技工作者深刻認識到，建設以基礎前沿研究為先導、以戰(zhàn)略產業(yè)為核心突破的國家創(chuàng)新體系已成為我們迎接知識經濟挑戰(zhàn)的必然選擇，是新世紀競爭的制高點，是我國實現經濟增長方式和經濟運行體制兩個根本性轉變的必然途徑，也是貫徹“科學技術是第一生產力”戰(zhàn)略的重大舉措。

進入21世紀，中國改革開放的成果異彩紛呈，社會進步日新月異，經濟總量連年攀升，中國的科技水平、工業(yè)化水平迅速成長、不斷趕超，今天我們已能與歐美等發(fā)達國家站在同一舞臺、以同樣的感受領略這個時代發(fā)展的喜悅和困惑，今天我們也比任何時候都更渴望實現民族復興的崇高理想和中華崛起的偉大抱負。呼喚民族自強、自主創(chuàng)新，已然成為當下中國人從心底發(fā)出的最強音，黨的十八大更是把創(chuàng)新驅動發(fā)展作為一項戰(zhàn)略任務和政治要求放在了國家發(fā)展全局版圖的重要地位。

創(chuàng)新源于試驗

創(chuàng)新的驅動力何在？站在歷史發(fā)展的潮頭，縱觀近代科學技術發(fā)展的路徑和脈絡，從18世紀瓦特發(fā)明蒸汽機到19世紀愛迪生建立“發(fā)明工廠”，再到20世紀美國耗資42億美元的原子能研究曼哈頓計劃，走在創(chuàng)新道路上的先驅們不斷用事實告訴我們：創(chuàng)新源于試驗。然而，今天我們所提到的試驗已與以往的試驗不可同日而語。以飛機為例，過去我國航空發(fā)展主要走的是一條引進、測繪、仿制和改型的創(chuàng)新驅動路線，只要飛機的性能沒有問題，那么我們便不會去質疑試驗結果的科學性，更不會去深究我們使用的試驗手段是否合理，試驗方法是否還有改進空間，試驗的理念、內容還能不能有所完善，因為我們試驗的前提是建立在飛機是仿制出來的，我們只是將別人走過的路重復再現而已，從某種意義上來說，我們所做的試驗是為了驗證而不是創(chuàng)新。今天不同，我國已成功實現了二代機向三代機的跨越，正在努力實現從航空大國向航空強國的轉型，技術封鎖的加劇使得我們“無師可從”“無本可鑒”，要擺脫困窘就必須自力更生、立足自主創(chuàng)新，試驗理論需要開拓，試驗技術需要突破，試驗方法需要升級，試驗手段需要提升，現在一架新機的誕生無不伴隨著試驗而成長，這些試驗包括林林總總的地面試驗和空中試驗，包括總體的風洞試驗、靜力試驗和飛行試驗，包括裝機成品和系統的原理試pIblc+X0QykzuguawGYMug==驗、樣品試驗和裝機試驗，包括各種材料的理化試驗、元器件老化和篩選試驗等等，如此復雜多樣的試驗內容加之相伴而生的試驗理論、試驗手段、試驗方法、試驗工藝，就構成了驅動中國航空創(chuàng)新發(fā)展的試驗科學體系。

試驗科學何以成為驅動創(chuàng)新的原動力？作為試驗科學的一個重要分支，中國飛行試驗研究院（簡稱試飛院）用其50多年的奮斗歷程向世人詮釋了試驗科學之于創(chuàng)新的意義。

飛行試驗在航空產品研發(fā)中的作用不可替代

所謂飛行試驗，是在真實大氣條件下對飛行器、航空動力裝置、機載設備和系統進行的各種試驗。就航空裝備研制而言，這些試驗是按照試飛大綱對航空產品的性能、操縱性、強度、顫振、航空電子、機載武器、環(huán)控救生等數十項系統所進行地飛行考核，在考核中發(fā)現問題、研究問題、攻克問題、不斷改進，最后使其成為性能優(yōu)越、戰(zhàn)技優(yōu)良、用戶喜歡的產品的過程，是一場航空產品從“丑小鴨”到“白天鵝”的華麗蛻變；就航空技術研究而言，這些試驗使用科學的方法、程序和原則去揭示試驗對象的特性和應用過程。

從概念到應用，飛行試驗貫穿于航空技術和航空產品發(fā)展的始終，在此過程中，不管是技術還是產品的新概念探索、演示驗證、研制裝機、應用使用，飛行試驗都發(fā)揮著試驗科學不可替代的作用。

在概念階段要進行研究和探索性試飛。眾所周知，美國許多重大的航空新技術幾乎無一不是經過飛行試驗研究和試飛驗證而取得的。從1947年的X-1突破聲障到1951年的X-5變后掠翼飛行，從1960年的X-18傾斜翼到1984年的X-29前掠翼飛機，從1990年的X-31大迎角機動到2000年的X-32飛控技術研究，從2003年的X-37無人作戰(zhàn)試驗機到今天的探索新飛行方式的X-51高超聲速研究機、探索新一代軍用機標準的YF-12/XB-70/NF-104，至今這種探索性研究和試飛還在繼續(xù)。

我國的飛行試驗情況也是如此，例如：試飛院通過變穩(wěn)飛機研究飛行品質特別是人機閉環(huán)特性，利用綜合空中飛行模擬試驗機研究電傳飛機進場著陸控制律、研究無人機控制技術，利用殲八試驗機研究發(fā)動機的電調控制技術，利用殲教七研究三角翼飛機的失速/尾旋特性，利用雷達電子試驗機研究新型雷達的空中工作性能和軟件參數調試等，通過這樣的試驗，突破和發(fā)展了我國大量航空應用技術，而且使得這些技術在飛行試驗中認識不斷深化、技術不斷成熟。

在演示驗證階段要進行樣機功能和性能摸底試飛。為了更好地發(fā)揮飛行試驗的支撐和引領作用，試飛院自主研制了多種專用試驗設備及試驗機以適應飛行力學、航空動力、航空電子、航空測試以及救生系統等試飛研究的需要。比如：在上世紀自建天線試驗場開始了我國機載產品、飛機的雷電電擊試驗；研制了我國第一架空中彈射救生技術試驗機，先后開展了30余項彈射救生系統的實況試驗；研制了發(fā)動機飛行試驗臺，先后承擔了十多種航空發(fā)動機及導彈用發(fā)動機的試飛驗證和專題研究；另外還研制了我國首架微重力試驗機，加裝了燃油補償系統和密封電瓶系統，進行了燃/滑油試車臺原理性試驗、發(fā)動機失重狀態(tài)模擬試車，以及燃、滑油補償系統發(fā)動機聯合試車等，在此基礎上，通過失重摸索和訓練，實現拋物線飛行一千余次，達到了試驗目標，超過當時美國同類試驗機的失重記錄，為中國航天事業(yè)的發(fā)展做出了有益探索。

為了提高過硬的試飛本領，試飛院還自主研發(fā)了我國兩代變穩(wěn)機，借助該機全面掌握了電傳飛機的飛行品質試飛技術，特別是高階系統的等效系統擬配技術、時間延遲準則、桿力靈敏度和操縱協調準則、飛機穩(wěn)定裕度判據、橫向跟蹤準則、人機閉環(huán)準則和駕駛員誘發(fā)振蕩等試飛技術，解決了我國三代戰(zhàn)斗機試飛的大量技術問題。除此之外，為了掌握民機試飛關鍵技術，我國借助于已有資源開展預先研究，突破了最小離地速度、中斷起飛、最大能量剎車、帶冰型飛機性能試飛和自然結冰、決策速度、最小操縱速度、高平尾失速特性、高速特性、結冰特性、配平特性等高難風險科目的試飛技術和方法，為后續(xù)新支線客機的適航試飛儲備了技術力量。

在產品研制階段要進行整機性能試驗和裝機適應性試驗。一型新機、一種新型機載設備，如果不通過飛行試驗，即使它的理論計算再精確，地面試驗再充分，都只能是地面上的飛機模型而不是藍天上的飛行器，只有將其放到真實大氣中通過一系列的飛行試驗和嚴格考核，才能把模型推向產品和應用，才能最終將研制的飛機和設備推向市場；同時，飛行試驗也是發(fā)現和解決新機在設計、生產和制造中各種問題并使之得到改進和提高的重要環(huán)節(jié)。這就是飛行試驗的作用，這就是試驗科學的魅力。紅專502是我國自行研制的第一個機種，上世紀60年代初正式在試飛院揭開“通天”考驗的序幕。試飛中發(fā)現飛機右偏、發(fā)動機汽缸頭溫度過低、滑油性能差、左右油箱耗油不均等四大問題，經過多次性能試驗和“空中啟動”試驗，找到了飛機設計存在的缺陷，經設計改進后得到了解決，整機順利完成鑒定。50多年來，我國先后完成了自研的多種飛機、發(fā)動機、機載設備的國家級鑒定試飛和適航審定試飛任務，從初教六的首戰(zhàn)告捷到殲七、殲八系列的“三機定型”，從殲十飛機的橫空出世到新支線的華麗首飛，我國依靠飛行試驗解決了新機研制中大量的設計和工藝問題，確保了我國一批批新機型號的設計定型、合格審定和批量投產，展示了試驗科學的亮麗風采。

在應用使用階段要進行任務試飛、合成演練試飛等。飛機是空中任務的執(zhí)行者又是復雜的操縱體，要在各種情況下完成任務攔截或任務攻擊，如何靈活使用，如何占據有利位置對飛機使用者來說非常重要，這需要不斷的練習和熟悉，需要進行多種假想情況的模擬和試驗。飛機在現代戰(zhàn)爭體系中又是一個網點，除了網點內機群與機群之間、機群內飛機與飛機之間的編隊、攻擊等協同外，還要和網點外的其他作戰(zhàn)資源進行調度和協同，這使得投入任務之前的訓練和試驗顯得異常復雜和多樣。

試驗科學的新使命

中國航空最近50年的發(fā)展史，是一個不斷挑戰(zhàn)自我、不斷摸索、彰顯試驗科學魅力的歷史，是一部從跟蹤仿制走向自主創(chuàng)新的勵志史。21世紀的競爭是以知識經濟為中心，以創(chuàng)新能力為基礎，以全球為競技場的競爭。知識經濟時代需要人們不斷地闡明未被前人所認識的問題，不斷地提出創(chuàng)造性解決問題的辦法，不斷地進行知識創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、產品創(chuàng)新和服務創(chuàng)新。創(chuàng)新是民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。建設創(chuàng)新型國家，真正實現創(chuàng)新驅動發(fā)展，迫切需要進一步加快國家創(chuàng)新體系建設，要圍繞戰(zhàn)略性新興產業(yè)需求部署創(chuàng)新鏈，大力推進基礎前沿研究，加強先導領域布局，在物質科學、生命科學、信息科學、地球科學等可能出現革命性突破的前沿方向力爭在科學原理層面取得原創(chuàng)性突破，在關系未來長遠發(fā)展的信息技術、生物技術、能源技術等關鍵領域力爭在應用研究層面取得重大變革性創(chuàng)新，在關系國家安全和利益的空天、海洋、網絡等戰(zhàn)略必爭領域力爭在尖端技術層面取得先導性成果。很顯然，建設以基礎前沿研究為先導、以戰(zhàn)略產業(yè)為核心突破的國家創(chuàng)新體系已成為我們迎接知識經濟挑戰(zhàn)的必然選擇，是新世紀競爭的制高點，是我國實現經濟增長方式和經濟運行體制兩個根本性轉變的必然途徑，也是貫徹“科學技術是第一生產力”戰(zhàn)略的重大舉措。試驗科學已在我國航空等工程實踐中大放異彩、屢建奇功，它在科學概念和技術應用之間架起了一座橋梁，它使科學技術得以快速轉化為生產力，它符合現代科技發(fā)展的客觀規(guī)律和應用規(guī)律，我們有理由堅信它也將在我國自主創(chuàng)新的舞臺上放射出更加奪目的光彩！

（本為選自《科技日報》2月4日一版，作者系中國飛行試驗研究院院長）