让我们的飞轮和陀螺旋转在世界前沿――记国家技术发明一等奖获得

2019-04-12 来源:未知 责任编辑:-1 点击:

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  让我们的飞轮和陀螺旋转在世界前沿――记国家技术发明一等奖获得者、北航先进惯性仪表与导航技术创新团队-新闻网
让我们的飞轮和陀螺旋转在世界前沿――记国家技术发明一等奖获得者、北航先进惯性仪表与导航技术创新团队



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2008年1月8日,北京人民大会堂里暖意融融,2007年国家科技奖励大会在这里隆重举行。在奖励大会上,北航先进惯性仪表与导航技术创新团队尤其令人瞩目:他们的“卫星新型姿控储能两用飞轮技术”项目荣获2007年度国家技术发明一等奖,同时,他们的“新型高性能捷联惯性测量装置关键技术研究及应用”项目还获得了国家科技进步二等奖。
飞轮是遥感卫星在太空实现姿态稳定的关键控制部件,“卫星新型姿控储能两用飞轮技术”项目的诞生,填补了国内的技术空白,打破了国外在此领域的技术垄断,解决了我国卫星用新型磁悬浮飞轮的“卡脖子”问题,为新一代卫星的发展做出了贡献。
面对鲜花与掌声,42岁的团队带头人房建成教授却显得谦虚又冷静,他把成绩归功于国防科工委、北京航空航天大学和他们所在的仪器科学与光电工程学院的支持和鼓励,归功于团队里默默无闻、无私奉献的老教授和全体师生。他说,尽管项目获了奖,但成绩只能说明过去,他们的项目还有更多技术要攻克,他们创新的脚步从未停止。
在这个科技的春天,这支年轻的团队又向新的目标进发了。
瞄准前沿 立足创新
上世纪末,虽然我国已掌握了基于机械轴承的飞轮技术,但由于机械轴承飞轮有接触摩擦,精度低,成为严重制约我国遥感卫星精度进一步提高、寿命从几年向几十年跨越的关键技术之一。而磁悬浮飞轮采用磁悬浮支承技术,其摩擦力矩可减少2个数量级,并且寿命长。西方国家为解决卫星的高精度和长寿命问题,从上世纪八十年代就开展了卫星用磁悬浮飞轮技术的研究,但在技术上对我国实行严密封锁。为了打破国外的技术封锁,解决制约我国遥感卫星高精度长寿命姿态控制部件这一技术难题,房建成和他的同事们开始了磁悬浮飞轮技术的研究。
控制力矩陀螺是空间站及大型卫星必不可少的姿态稳定、姿态控制执行机构,而基于磁悬浮轴承技术的控制力矩陀螺只有俄罗斯搞过,用于“和平号”空间站。当初该创新团队也只是知道俄罗斯采用了磁悬浮轴承,但怎么做、用什么技术则一无所知。2000年,房建成在一些国际会议和调研中,希望和国外的科研机构谈技术合作,但是一涉及到基于磁悬浮轴承的控制力矩陀螺的问题,对方就婉言谢绝。面对国外的技术封锁,北航先进惯性仪表与导航技术创新团队立志依靠自主创新,研制出中国人自己的磁悬浮飞轮和控制力矩陀螺。因为“北航作为新中国第一所航空航天高等学府,我们责无旁贷!”
磁悬浮飞轮能够实现卫星的高精度姿态稳定,还能达到很高的转速,从而实现能量存储,部分替代星上电源。上世纪九十年代末,美国基于综合技术优势在国际上率先开展了基于磁悬浮轴承的集成能量存储和姿态控制一体化的系统技术研究,北航先进惯性仪表与导航技术创新团队也从那时起瞄准了国际最前沿――“磁悬浮姿控储能两用飞轮技术”,他们要研制出“能为中国争光的东西,改变中国卫星技术落后的被动局面”。
但项目在立项时遇到了难题,由于它是很前沿的技术,国内的技术基础弱、难度大、有风险,很多专家对该项目表示怀疑,对该不该搞、能不能搞出来存在担心。国防科工委科技司领导却力排众议,坚决支持该创新团队搞这个项目,因为“技术攻关要走在前面,我们的基础研究要有前瞻性,要看到项目十年以后的发展和应用。”
当时他们从网上的航空航天库查英文资料,只知道用什么轴承,别的资料根本查不到。面对研究中的重重困难,团队成员没有丝毫的懈怠和灰心,因为国防科工委和学校、学院的支持让他们对新项目的研制充满了信心,国防科工委科技司的大力支持和热情鼓励使他们对自主创新充满了热情。
1998年,除了李振祥、郦吉臣、申功勋、常庆之等年长的教授,当时团队里的成员几乎全是年轻人,就是凭着一股不畏困难的闯劲儿,凭着“特别能吃苦,特别能战斗,特别能攻关,特别能奉献”的航天精神,他们瞄准国防急需,立足自主创新,在国家民用航天预研项目的支持下,开始了当时国内几乎空白的新型磁悬浮飞轮和控制力矩陀螺的研究。他们首先到国内有关单位学习和调研,清华大学工程物理系、西安交通大学“轴承与润滑理论研究所”以及航天五0二所和八一二所都曾给予他们热情的帮助和支持。
成功让人羡慕,但自主创新是一个漫长而艰苦的过程,一点的浮躁或者急功近利的心理也要不得,做研究的人必须要耐得住寂寞。一个个黑夜、一个个白天,没有周末、没有假期,团队成员查资料、调参数、做测试,他们以国家的需求为牵引,怀着为祖国争光、为中国的航天事业争光的坚定信念,团队形成了“甘于寂寞、勇于创新”的良好氛围。年轻人“初生牛犊不怕虎”、老教授“默默甘为铺路石”,经过近十年艰苦的奋斗,他们终于在自己的研究领域取得了多个国内第一:研制成功国内第一台超高速磁悬浮姿控储能两用飞轮、国内第一台高精度长寿命磁悬浮反作用飞轮。同时,该创新团队研制成功我国第一台单框架磁悬浮控制力矩陀螺,并在国际上首先进行双框架磁悬浮控制力矩的探索研究。
走进北航先进惯性仪表与导航技术创新团队的几个实验室,你会发现每个实验室墙壁的展板上都有团队所获得的一系列的专利,该创新团队正是凭借着这众多的国际国内第一、几十项发明专利捧得了国家技术发明一等奖。
团队成员深知,现在我国的国防科技工业自主创新能力提高了,国防科工委等上级领导部门对科技创新非常支持,北航也对创新团队的成长和发展提供了广阔的平台,他们下决心要针对学科的航天航空特色,立足自主创新,打破国外封锁,取得一批具有国际先进或领先水平的成果,以满足我国国防和国民经济建设的需要,不辜负国家、国防科工委和学校对他们的重托和期望。
厚积薄发 十年一剑
先进惯性仪表与导航技术创新团队属于北航精密仪器及机械国家重点学科,该学科是北航最早的5个国家重点学科之一,其前身为我国第一个航空陀螺与惯性导航专业(即北航第五研究室),为满足“两弹一星”工程惯性制导技术的急需,由钱学森先生提议,并由林士谔先生在1956年创立。1981年该专业成为全国首批博士学位授权点,1988年,该专业更名为惯性技术及其导航设备,并被批准为首批国家重点学科。1998年,惯性技术及其导航设备学科专业调整为精密仪器及机械学科,2001年再次被评为国家重点学科。2007年已成为全国三个仪器科学与技术重点一级学科之一。经过近50年的发展,该学科已发展成为我国惯性技术的发源地和自主创新的摇篮。
说到团队所属学科50年来的发展,团队成员都很骄傲。在国内已有的约十类陀螺仪中,七类由该学科率先研究或研制成功。上世纪50年代林士谔先生带领研制成功国内第一个液浮陀螺,60年代研制成功国内第一个气浮陀螺,70年代研制成功国内第一个挠性陀螺;张惟叙教授和郦吉臣教授80年代初在国内分别率先开始光纤陀螺研制和半球谐振陀螺研究;90年代初李振祥教授在国内率先开始控制力矩陀螺的原理研究;90年代末以房建成等年轻人为主的创新团队在国内率先研究用于大型航天器的磁悬浮控制力矩陀螺;进入新世纪后,2001年该团队在国防科工委民用航天专项支持下率先开展了磁悬浮姿控储能两用飞轮的研制;2004年在国内率先进行了高精度磁悬浮反作用飞轮的研制;2006年在国际上率先开展了双框架磁悬浮控制力矩陀螺的研制……
该团队研制的卫星新型姿控储能两用飞轮技术发明了两类核心技术和姿控飞轮、姿控储能两用飞轮、控制力矩陀螺三类满足不同卫星需求的磁悬浮飞轮,解决了各类卫星姿态稳定、大型航天器姿态控制的共性核心技术瓶颈问题。
房建成说:“我们的很多经验、精神是从老一辈身上学来的,自从林士谔先生1956年在北航创立我国第一个航空陀螺与惯性导航专业,至今已经50多年了。我们现在取得的成果实际是老一辈人长期积累的结果。学科创立50年,我们新一辈团队的研发也近10年,我们赶上了国防科技工业快速发展的大好机遇,得到学校和学院对我们的大力支持,老一辈播种、长苗,到了现在,水到渠成,开花结果。”
房建成一再强调学科对他们团队的支撑作用,强调他们团队只是北航众多创新团队的一个缩影,他说:“北航为创新型团队的成长提供了很好的平台,是创新型研究的沃土。二十三年前,高歌教授就曾获得1984年国家技术发明一等奖。近年来北航又涌现出了一大批的科技创新团队,如以国家科技进步一等奖获得者张军教授为带头人的教育部创新团队等。另外北航的李未院士、怀进鹏教授、徐惠彬教授、唐晓青教授、张广军教授等都曾获得国家科技奖,仅‘十五’期间北航就获得国家科技成果奖17项。他们一直都是我们团队学习的榜样。”采访中,他还说到自己团队所在学科“五研”的创新精神和传统,说没有“五研”的积累,就不可能有今天的成绩,他们的成功就是“五研”的成功。
精诚团结 集智攻关
北航新一代的先进惯性仪表与导航技术创新团队刚起步时只有十几人,经过十年的发展,现在已经发展为一百多人,拥有教授7人,副教授10人,讲师和工程师6人,博士生40人,硕士生71人,团队具有较好的学缘结构,主要从事高精度长寿命姿态控制执行机构技术、高精度惯性稳定与控制技术、新型惯性仪表技术、先进惯性导航系统与组合导航技术等方面的研究,取得了国内外公认的许多研究成果。
北航仪器光电学院党委书记孙玉珍说:“我看着这个创新团队从小到大、从弱到强一步步的走过来,自始至终他们这个团队最大的特点就是团结。这个团队有一种闯劲儿,特别能吃苦,有心气儿。”
房建成教授动情的说:“我们团队里的老教授七十多岁了,他们每天和我们一样在实验室做研究,他们不求名、不求利。团队里还有很多默默奉献的老师和学生,他们每天一样熬到深夜,一样没有节假日,但每个申报奖项的课题填写研究人员都有人数限制,我们不得不割舍掉很多同志,他们为项目的研制付出了大量的心血,虽然获奖名单上没写他们的名字,但他们没有丝毫的怨言,这些同志其实是最伟大的。”
采访团队成员时,他们首先说出的不是他们研制过程中的辛苦,而是那些名字不为我们所知的默默奉献的老师和学生。
寒冷的冬天,团队里六十多岁的老教授和工人师傅抱着刚加工成的陀螺,顶着寒风、骑着三轮车去工厂加工。看着累得满头大汗却面带笑容的老教授,团队成员都被他对事业的深情所打动。正是这些老教授们的敬业精神点燃了年轻人对科研工作的热情。
2003年北京“非典”时,团队的项目研发也进入了攻坚阶段,房建成和团队成员都是一次又一次地通宵熬夜。深夜,北航六号教学楼早已经锁门了,团队成员们只好从大铁门的门缝里钻出来或者从大铁门上翻门出来,有自行车的,还要一个先翻出去,一个在楼里递自行车出去。就在外界非典肆虐的紧张时期,他们却毫不畏惧,一心扑在项目上,连续二十多天都是凌晨五点才离开实验室。凌晨五点,校园里已经有人起来晨练了……
虽然每天熬夜,但他们一个个心里充满了自豪和骄傲,因为他们有一个信念:“要为国家争光、为中国人争光,作为我们自己拿什么争光?就是那小小的陀螺!”
然而,自主创新的路是漫长而艰辛的。
最难忘2002年的时候,当时陀螺失稳的技术还没有解决,由于陀螺旋转的速度很高,一旦失稳,将会有很大的危险。有一次,转到2万转的时候磁悬浮陀螺突然失稳,掉了下来,摩擦高温把保护装置都烧焦了,整个实验室弥漫着一股焦味。
他们沉默了。
博士生们回忆说:“那次事故房老师一句话都没说,他认准的事不管多难,一定要成功,从来就没见他泄气过。”
那段时间,甚至他们在实验室走路都轻手轻脚,生怕陀螺失稳。但他们并没有被困难吓倒,他们加强了防护装置,在陀螺的边上加上防护栏、选择强度高的不锈钢罩……,一遍遍的测试、参数一组一组的搜索。
他们当时用很多种实验来搜索,把参数列成一张表、100多组参数一组一组的试,每组都需要3、4个小时,当时非常艰苦,老师和学生常常一起熬到深夜,交流、讨论核心技术。终于,在一次次失败中,他们发现了问题,并启发他们攻克了一个个技术难关。
先进惯性仪表与导航技术是多学科综合工程技术,靠一个人的力量不行,必须依靠团队。北航先进惯性仪表与导航技术创新团队的成员有教授、副教授、博士、硕士,还有技术工人。除了到工厂加工,所有的过程都由团队的成员完成。
“我们这里有非常拔尖的技术工人,再难的活儿交到他们手上,我们都可以放心”,学生们骄傲的说。
郦吉臣和常庆之教授都已经退休多年,俞文伯副教授也退休了,但他们依然坚持每天到实验室上班,加入团队的研究工作。他们完全可以过优裕舒适的退休生活,但他们依然选择了和年轻人一起研究:“我们工作不是为了钱,研究了一辈子的陀螺,陀螺就像我们的孩子一样了,现在这些年轻人在做新领域的研制,困难很多,非常不容易,我们有责任为年轻人做一些辅助性的工作,带动他们成长”。
在就业压力很大的今天,北航先进惯性仪表与导航技术创新团队的博士生依然很抢手,因为他们的一些研究课题已达到国际前沿,有一些单位点名要他们去工作,优厚的条件、丰厚的待遇,但他们却愿意留在北航、留在这个团队,“因为团队的凝聚力”、“因为在这里工作的成就感和自豪感”、“因为北航浓厚的研究氛围”。
已经留校的博士生魏彤说:“我们这个团队非常团结,团队的老师们也非常有人情味,我还很清晰的记得我刚读博士时的中秋节,团队老师送月饼给我们;刚毕业时老师给我介绍女朋友;同学生了病,房老师不管多忙都会第一个去医院看望;遇到有困难的同学,他拿出自己的工资补贴给学生。留在这样的集体,我觉得骄傲、温暖”。
团队里的博士生们说,在北航先进惯性仪表与导航技术创新团队读博士很受益,这里有很好的研究氛围,而且国家需要什么,团队就研制什么。在这里能参与国家级重大项目的论证,特别锻炼人。
采访时每个人都谈到房建成对科研问题的敏锐、他的带头作用和责任心、他的“微观管理”,也谈到他的“急”。采访时我们也发现这位年轻的教授语言快速生动、逻辑性极强,我想,他之所以“急”,是因为他想要他们团队在有限的时间里创造出无限的价值,他用他的“急”带动团队的人和时间赛跑……
团队里的博士生说:“在我们的概念里,没有假期,也从来没有想过要休息,我们只是想着早日做出成果,为祖国争光、为北航争光。”而老师们,几乎也都是天天耗在实验室里,没有时间陪家人、更没有时间陪孩子,每天晚上干到深夜,年轻人甚至连谈对象的时间都没有。他们说,有时候,他们一周会在实验室100个小时。平均每天14个小时在实验室。
正是因为这种付出二倍于常人的时间投入和努力,他们的团队正在国家快速发展的大好形势下取得突飞猛进的进步,即使团队里年轻的学生,也已经“小荷初露尖尖角”:在今年的第十七届全国发明展览会上,团队里房建成教授的博士生孙津济的发明专利项目“一种永磁偏置外转子径向磁轴承”荣获了此次大会最高奖项――由世界知识产权组织(WIPO)设立的杰出青年发明者奖。
十年来,他们在实验室度过多少个通宵已经记不清了,而他们休息的日子、他们陪家人、陪孩子的次数好像也就那么几次。新的一年来临了,他们正充满信心地展望未来:“‘十一五’期间,我们将继续围绕国家重大需求进行研究,打破国外封锁、填补空白,为我国卫星技术的跨越式发展做出贡献。”
采访北航先进惯性仪表与导航技术创新团队的那一天是12月24日,采访完从他们的实验室出来时已是华灯初上,从新主楼七层看校外的大街,到处充满了节日的气氛,商店或者饭店的门口站着红衣白须的“圣诞老人”在招揽顾客。各大商场人满为患,各大饭店宾朋满座,可是,在北航校园的各个教室或者实验室,却有许多象北航先进惯性仪表与导航技术创新团队里的师生一样在默默为我国的国防科技事业奉献的老师、学生。外界的繁华他们无暇顾及,但他们知道国家发展的迫切需要,知道要发挥航天人“特别能吃苦、特别能奉献、特别能攻关、特别能战斗”的航天精神,为我国的国防科技事业奉献自己。
中国科技腾飞的希望正在于他们!
(文/贾爱平 邓 怡 图/曲 珊)
编辑:贾爱平

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