幫衛(wèi)星睜開(kāi)眼 讓戰(zhàn)機(jī)看得寬

韓博 丁莉莎

韓博，1992年出生，男，漢族，中共黨員，燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)2016級(jí)博士研究生。參與我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)核心部件研發(fā)，研究成果成功應(yīng)用于北斗三號(hào)高軌首發(fā)星;參與研發(fā)成功的“機(jī)載廣角域火控雷達(dá)”，是我國(guó)戰(zhàn)機(jī)力量升級(jí)的倍增器;被評(píng)為“2020年第十五屆中國(guó)大學(xué)生年度人物”

把衛(wèi)星“眼睛”張開(kāi)

空間衛(wèi)星上承載有多個(gè)空間載荷，其中天線是衛(wèi)星最為關(guān)鍵的載荷之一，它承載著衛(wèi)星在軌與地面基站進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，是衛(wèi)星的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。隨著現(xiàn)代空間任務(wù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星天線的口徑不斷增大，受到運(yùn)載火箭有效空間容艙的限制，目前大口徑星載天線均采用可展開(kāi)天線的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，即在運(yùn)輸和發(fā)射階段整體收攏于整流罩內(nèi)，待到衛(wèi)星發(fā)射入軌后再展開(kāi)。這類天線對(duì)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)民生至關(guān)重要，國(guó)際上僅有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家掌握該技術(shù)，但是技術(shù)和產(chǎn)品均對(duì)我國(guó)實(shí)施嚴(yán)密封鎖。

2020年6月23日，北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空

我國(guó)北斗三號(hào)系列衛(wèi)星中應(yīng)用到了多組構(gòu)架式空間可展開(kāi)天線，其能否在軌順利展開(kāi)是決定衛(wèi)星任務(wù)成敗的關(guān)鍵因素。星載構(gòu)架式可展開(kāi)天線的機(jī)構(gòu)構(gòu)型屬于空間多閉環(huán)耦合機(jī)構(gòu)，是目前最為復(fù)雜的一類空間機(jī)構(gòu)，其構(gòu)型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)的分析與優(yōu)化要比傳統(tǒng)的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)復(fù)雜得多。

2014年，我被保送為燕山大學(xué)碩博連讀研究生，是一個(gè)名副其實(shí)的科研“小白”。當(dāng)時(shí)我導(dǎo)師的團(tuán)隊(duì)與合作單位正在著手解決北斗導(dǎo)航衛(wèi)星星載可展開(kāi)天線的研發(fā)難題。

在被導(dǎo)師安排到星載可展開(kāi)天線項(xiàng)目組后，我每天早上都會(huì)第一個(gè)推開(kāi)課題室的大門，每天晚上最后一個(gè)關(guān)燈離開(kāi)，無(wú)論寒冬酷暑，風(fēng)雨無(wú)阻。課題難度較大，我已記不清和團(tuán)隊(duì)其他成員在課題室一起熬過(guò)多少個(gè)通宵了。有一次在課題室畫(huà)圖做仿真分析，到晚上10點(diǎn)半該回寢室休息了，我沒(méi)有走，而是一直在畫(huà)圖，中間也未起來(lái)走動(dòng)，等畫(huà)完圖起來(lái)伸懶腰時(shí)，發(fā)現(xiàn)天已經(jīng)亮了，低頭看手表，才知道已經(jīng)到了第二天清晨5點(diǎn)鐘了。

我們?cè)谛禽d構(gòu)架式可展開(kāi)天線機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合、展開(kāi)運(yùn)動(dòng)學(xué)、展開(kāi)動(dòng)力學(xué)等方面與合作單位聯(lián)合攻堅(jiān)克難，2016年在星載可展開(kāi)天線關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，并在后續(xù)研究中將其成功應(yīng)用于我國(guó)北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)系列衛(wèi)星上。

2018年11月1日23時(shí)57分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功將第四十一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星暨北斗三號(hào)高軌首發(fā)星（GEO-1）“吉星”送入太空?！凹恰笔潜倍啡?hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的首顆GEO衛(wèi)星（地球同步軌道衛(wèi)星，“吉星”取其GEO衛(wèi)星諧音），距地面3.6萬(wàn)公里，也是北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中功能最強(qiáng)、信號(hào)最多、承載最大、壽命最長(zhǎng)的衛(wèi)星。

11月8日上午，這顆衛(wèi)星上我們參與研發(fā)的兩副構(gòu)架天線順利展開(kāi)，隨即有效載荷開(kāi)通。

給戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)加“脖子”

2017年我又被導(dǎo)師委以重任，對(duì)機(jī)載廣角域雷達(dá)進(jìn)行研究，作為主研人參與解決現(xiàn)有戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)視域狹小的問(wèn)題。

機(jī)載廣角域雷達(dá)，全稱“機(jī)載有源相控陣廣角域火控雷達(dá)”，安裝在戰(zhàn)斗機(jī)頭部，是戰(zhàn)斗機(jī)捕捉敵機(jī)、制導(dǎo)導(dǎo)彈以及脫離戰(zhàn)場(chǎng)的關(guān)鍵核心裝備。目前我國(guó)的三代戰(zhàn)機(jī)的火控雷達(dá)，普遍存在視域狹小的問(wèn)題，這是制約我國(guó)主力戰(zhàn)機(jī)作戰(zhàn)水平的瓶頸問(wèn)題之一。而一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)研發(fā)出視域較大的廣角域雷達(dá)，但是相關(guān)技術(shù)均對(duì)我國(guó)嚴(yán)密封鎖。

我們和合作單位一起創(chuàng)新研發(fā)出“機(jī)載有源相控陣廣角域火控雷達(dá)”，該雷達(dá)在有源相控陣?yán)走_(dá)的背面增加了姿態(tài)連續(xù)調(diào)整系統(tǒng)，極大地增大了掃描范圍，同時(shí)將機(jī)械掃描與相控陣天線相結(jié)合，拓展了雷達(dá)波束的空域覆蓋范圍。

第十二屆珠海航展上的新一代專業(yè)武裝直升機(jī)

第十二屆珠海航展上的百靈一號(hào)“LARK-1”超音速大機(jī)動(dòng)靶標(biāo)

廣角域雷達(dá)相當(dāng)于給戰(zhàn)機(jī)的“眼睛”——雷達(dá)增加了“脖子”。以往戰(zhàn)機(jī)的雷達(dá)掃描范圍較小，進(jìn)行大范圍掃描時(shí)往往需要機(jī)身跟隨調(diào)整，這就會(huì)造成雷達(dá)大范圍掃描捕捉目標(biāo)動(dòng)作較為復(fù)雜，并存在一定的滯后性。在增加了姿態(tài)連續(xù)調(diào)整系統(tǒng)之后，雷達(dá)的掃描范圍變大，相當(dāng)一部分的掃描任務(wù)雷達(dá)都可以完成，不再需要機(jī)身做姿態(tài)調(diào)整。這就好比我們?nèi)说难劬D(zhuǎn)動(dòng)范圍有限，僅靠眼睛只能看前方和側(cè)前方的目標(biāo)。如果沒(méi)有脖子或者脖子不能轉(zhuǎn)，在看側(cè)面或者后面的目標(biāo)時(shí)需要身體跟著一塊轉(zhuǎn)才能看到。但是有了脖子，在看側(cè)面甚至側(cè)后面的目標(biāo)時(shí)眼睛配合脖子轉(zhuǎn)就可以了，身體就不需要轉(zhuǎn)了，僅在看后面的目標(biāo)時(shí)需要身體跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，但轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較沒(méi)有脖子時(shí)也會(huì)大大減小。簡(jiǎn)而言之，“扭脖子”和“轉(zhuǎn)身”相比，效率更高，滯后性更低。好比兩個(gè)人打架，必須能看到對(duì)方才能攻擊對(duì)方，以往脖子不能轉(zhuǎn)時(shí)，兩人只能面對(duì)面互相攻擊，現(xiàn)在我有了“脖子”而你沒(méi)有，我就可以不和你正面對(duì)視，我可以走到你的身后，扭著頭還能看到你，繼續(xù)攻擊你，但你卻看不到我。

在空域戰(zhàn)場(chǎng)中，雷達(dá)掃描范圍較大的戰(zhàn)機(jī)會(huì)先于敵機(jī)發(fā)現(xiàn)對(duì)方，進(jìn)而采取進(jìn)一步行動(dòng)，從而在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中占得先機(jī)。以往我國(guó)戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)掃描范圍相對(duì)較小，效率偏低。在空域戰(zhàn)場(chǎng)中，等捕捉到敵機(jī)目標(biāo)時(shí)，有可能自己已被敵機(jī)雷達(dá)先發(fā)現(xiàn)。另外，在發(fā)動(dòng)攻擊后，由于需要戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)指引導(dǎo)彈等武器追蹤攻擊敵機(jī)，己方戰(zhàn)機(jī)亦需要在一定范圍內(nèi)跟隨指引，如無(wú)法快速“轉(zhuǎn)身”脫離戰(zhàn)場(chǎng)，這就會(huì)使得戰(zhàn)機(jī)的危險(xiǎn)性大大增加。

.第十二屆珠海航展上的新一代軍用大型運(yùn)輸機(jī)

機(jī)載廣角域雷達(dá)突破了傳統(tǒng)雷達(dá)的視角局限，能讓我國(guó)戰(zhàn)機(jī)獲得更廣的探測(cè)視野，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。該款廣角域雷達(dá)適用于裝備我國(guó)目前先進(jìn)的三代及三代改進(jìn)型戰(zhàn)斗機(jī)，可以讓我國(guó)戰(zhàn)機(jī)在空域戰(zhàn)場(chǎng)中率先發(fā)現(xiàn)敵機(jī)并發(fā)動(dòng)攻擊。由于雷達(dá)掃描范圍較大，能使我國(guó)戰(zhàn)機(jī)在敵方戰(zhàn)機(jī)側(cè)后方等雷達(dá)的“盲區(qū)”處跟蹤攻擊敵機(jī)，同時(shí)在發(fā)動(dòng)攻擊后，可以“轉(zhuǎn)身”迅速脫離戰(zhàn)場(chǎng)，依靠雷達(dá)“扭脖子回頭”指引導(dǎo)彈等武器繼續(xù)追蹤攻擊敵機(jī)。

第十二屆珠海航展上的空軍飛行表演隊(duì)

第十二屆珠海航展上的雙發(fā)重型隱形戰(zhàn)斗機(jī)

回想這趟科研之旅，依然不輕松。2017年一整年我多次往返于秦皇島和南京兩地，已經(jīng)記不清出了多少次差，常常是前一天下午還在課題室和師兄弟討論問(wèn)題，晚上就連夜坐火車去南京，第二天8點(diǎn)參加合作單位的項(xiàng)目討論會(huì)?？蒲兄幸渤２豁樌?。有一次，在做機(jī)構(gòu)高精度建模算法研究的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)算法精度始終達(dá)不到要求，前前后后一個(gè)星期，多次畫(huà)圖重新建模型做推導(dǎo)，仍然沒(méi)有效果，最后挨個(gè)查參數(shù)才發(fā)現(xiàn)原來(lái)是圓周率取的位數(shù)偏少。因?yàn)槠綍r(shí)我們想當(dāng)然地把圓周率認(rèn)為是3.14，這本身就是約等于，對(duì)一般的模型計(jì)算是滿足要求的，但對(duì)于高精度的算法卻是不夠的。

2018年11月，“機(jī)載廣角域火控雷達(dá)”亮相第十二屆珠海航展（中國(guó)國(guó)際航空航天博覽會(huì)），受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注與高度評(píng)價(jià)。

責(zé)任編輯：丁莉莎