您当前的位置: 首页   →   新闻中心   →   集团要闻 →  正文
不断创新 发展航天计量测试技术
    日期:2010年08月27日    字体:【】【】【

  □ 中国航天科技集团公司科技委顾问 张履谦院士

 

  计量测试是一门前沿性、基础性的技术科学。俄国科学家门捷列夫曾说过:“没有计量,就没有科学。”计量测试是人类社会进步从概念通向应用,从理论通向实际的重要桥梁。任何一项发明创造,从概念到应用、从理论到实际,没有计量测试是不可能推广应用的。通过试验可以揭开科学的秘密,中外许多科学家,都无不掌握精湛的测试试验技术。
  计量与测试在技术上属于同一领域,二者是密不可分的,都具有科学性、严密性和创新性。有时,一个学科的量值需要用另一个学科的原理和方法对其进行测量,因此计量测试具有多学科交叉和多技术融合的特色。测试数据是否可靠和准确,需要计量。通俗地说,计量是为测试作评价,因而计量必须是客观、公正、统一和可以溯源。
  2010年“世界计量日”的主题是“计量与科技创新”,明确指出了计量作为一个独立发展学科的先进性和前沿性,是科技创新的基础和重要组成部分,能够极大地促进科技创新与发展。
  航天事业是国家的战略性科技工业,我国航天事业已经走过了50多年的发展历程,始终坚持自力更生的发展方针。在航天事业开创初期,聂荣臻元帅就曾提出计量工作是开门七件事之一。他指出“科技要发展,计量须先行”,阐明了计量在国防科技工业中的基础地位和发展方向。
  长期实践和大量事例证明,航天计量为促进航天科技发展、保障型号任务的圆满完成作出了重要贡献,充分发挥了计量对于推动航天事业发展的重要基础作用。
  
  航天计量发展的简要回顾与思考
  我国航天计量测试的发展,是伴随着我国航天事业的发展而成长壮大的,走的是一条自力更生、自主创新的道路。
  半个世纪以来,航天计量不断创新,从无到有、从小到大、从分散到统一,始终贯穿于航天产品的设计、试验、生产、交付和使用的全过程和全寿命周期,为航天装备的建设与发展,为航天事业取得“两弹一星”、载人航天工程和绕月探测工程三大里程碑的辉煌成就作出了不可磨灭的贡献。
  航天计量在创业之初就以型号工程计量保障为己任。在航天事业发展初期,航天计量就从无到有,适时地建立了所需的各类计量标准,及时解决了当时的计量测试问题。
  “两弹一星”的研制,对计量测试提出了更多、更高的要求。根据航天型号工程系统庞大、技术复杂、专业面广、不确定性高等特点,航天计量建立了与之相适应的高精度、高可靠性的计量标准和测试校准仪器,突破了一批重点技术难题。比如:解决了振动试验的计量测试和标准问题;解决了液氢、液氦超低温测试和传感器的标定问题;解决了卫星研制中pA级微电流校准、超高阻校准等技术问题。
  近十年来,我国航天事业飞速发展,航天计量也取得了重大进展。在载人航天、绕月探测等重大工程中,在火箭、卫星、飞船的研制、发射、运行、返回每个环节,航天计量都发挥了重要作用。航天计量在为型号工程提供计量保障的过程中,制定了重点型号工程计量校准手册和文件,开展了大量的型号工程量值传递和现场校准工作,突破了众多型号工程关键计量测试技术,解决了运载火箭与神舟飞船箭船对接的大尺寸空间坐标精密测量问题,解决了卫星电源内部交流阻抗测量问题和航天器零磁实验系统高精度大电流现场校准、航天器静电放电等问题。
  展望未来,我们要从航天大国发展为航天强国,航天事业必将进入新的历史发展机遇期,航天装备建设的一系列高要求,例如更高的精度、更远的距离、更加复杂的空间环境适应性、更高的可靠性、更快的反应速度、更强的机动性、更长的寿命、更便于维护使用等等,使得航天计量测试任重而道远。机遇与挑战并存,值得我们进一步思考以下这些问题。
  一、开拓计量测试新领域
  在中国特色新军事变革的背景下,构建航天科技工业新体系将以国家重大专项和重点工程为牵引,拓展临近空间、空间攻防、天地信息一体化应用等新领域,突破航天重大新技术,确立新的技术领先优势。随之而来的是新技术、新领域对航天计量提出的更高要求。
  面对新领域、新技术提出的新需求,航天计量如何有针对性地了解型号的新需求、开展前瞻研究、进行技术储备,把挑战转化为发展机遇,是需要认真思考和研究的问题。
  二、提升计量测试能力与水平
  随着航天技术的快速发展,原有计量校准能力覆盖范围、参数的测量范围、测量准确度、测量方法已经不能完全满足当前型号需求,甚至可能影响到航天型号的发展。比如:随着新型号的发展需要,为了满足多种复杂环境、全方位全天候的发射要求,急需建立高精度水平基准为动基座下校准提供平台。
  面对航天型号急需的计量技术,航天计量要思考研究如何才能快速融入型号,第一时间了解型号需求,加强预先研究投入,研究与型号相适应的新测量方法;拓展技术能力,实现极值参数的测量;满足航天型号新出现参数的计量要求,不断提高航天计量标准的技术水平,确保航天科技工业量值准确可靠,增强航天计量对型号工程的支撑保障能力。
  三、开发前沿计量测试技术
  国际上计量科学技术发展迅猛,包括能量天平质量量子基准研究、可编程约瑟夫森量子电压基准研究、玻尔兹曼常数测量研究等以量子物理为基础的计量基标准研究。这些已成为各国计量技术研究的重点。
  另一方面,国际尖端测量技术飞速发展。例如:光学频率梳的研究实现了微波频标和光学频标的连接,显著简化了激光频率的精密测量,并大大提高了测量的准确度,研究成果广泛用于化学、物理和天文领域中的超精密测量,制作更为精密的原子钟,改进现有的卫星导航定位系统,提高太空望远镜的观察准确度等。如何立足航天,紧跟国际前沿技术发展,有选择性地开展相应研究,需要我们认真思考。

  航天计量测试的展望
  今年是完成“十一五”工作的收官之年,也是全面规划“十二五”工作的关键之年。在这个重要节点举办此次论坛,无论对航天计量测试工作还是对整个航天科技工业的发展都有着深远的意义。近年来,航天科技工业迅猛发展,绕月探测工程和载人航天工程二期、北斗卫星导航系统、高分辨率对地观测系统等一系列国家重大科技专项和重点型号任务的陆续实施,将逐步实现以新一代运载火箭为代表的运载火箭升级换代,开展空间交会对接和深空探测任务,研制并发射多种类的遥感、通信、导航定位、气象和科学试验卫星,必将大幅提升航天科技的能力和水平。可以说,航天科技工业的飞速发展为计量测试工作赋予了更加广阔的空间和发展舞台。
  航天计量在制定“十二五”规划的专业发展方向、发展重点时,要瞄准重点型号工程,深入了解型号需求,促进航天科技创新;要开展计量关键技术攻关,建立适应型号需求的测试系统和校准装置,形成满足型号研制和批量生产任务需求的计量测试和保障能力,确保各种量值单位统一、数据准确可靠,保障圆满完成各项型号科研、生产、试验和发射任务。我们要在下列各方面作出成效。
  一、要发展适应航天的计量量传技术
  航天计量要以航天科技工业量值传递和型号计量测试需求为牵引开展研究,以国际国内计量量传技术发展前沿为参照,进行技术梳理和发展步骤、预期目标、应用前景等方面的论证,以明确技术发展方向,促进航天技术创新,助推型号发展。
  航天计量要形成满足未来发展需要的航天计量量传体系,提高国防最高标准水平,填补某些参数的计量标准空白,扩展并完善各类标准装置,研制并建立有航天特色的标准装置及校准方法,保证量值统一和溯源。比如:在高马赫飞行器地面气动加热模拟试验中,测量用的热流传感器的测量上限已经达到500W/cm2,远远超过现有热流标准的范围。为此,我们急需研究标准热流计的检定方法,建立标准检定装置。
  二、要突破计量领域前沿的先进关键技术
  随着我国航天科技新领域的扩展和新技术的应用,新兴计量领域在给航天计量技术创新带来挑战的同时也带来了发展机遇。比如:开展空间天文、空间物理、微重力科学和空间生命科学的基础研究提出了在微重力等特殊环境条件下计量的难题;绕月探测工程的月面探测需要对精密光学计量开展研究;开展航天器的研究需要开展卫星地线系统特征矩阵参数校准技术等方面的研究。
  随着航天科学技术的高速发展,航天型号呈现出信息化、智能化、一体化的发展趋势。为了满足新一代航天型号发展计量保证需求,航天计量必须开展前瞻性研究,解决关键计量测试技术问题,增强技术储备,提高航天计量的研发能力和自主创新能力。
  要瞄准国际前沿计量测试技术,应用量子物理理论,开展飞秒激光、光学原子钟、太赫兹等方面研究,将国际前沿计量测试技术成果转化为推动航天科学技术创新的动力。要研究微纳米、强激光、空间大尺寸、微小推力等特殊量、极值量的测量校准技术。比如:用于卫星姿态控制的微波等离子发动机,它预先研究的前期攻关技术之一就是发动机微小推力测量。由于微波等离子发动机产生的推力极小(一般为100mN以下),影响推力测量的因素又较多,所以微波等离子发动机微小推力的准确测量一直是国内、国际上的难题,也是航天计量亟待解决的课题。
  三、要突破现场、在线、动态、综合测试关键技术
  航天型号计量测试具有复杂性、系统性、动态性的特点,装置、设备大多集成化、模块化、大型化。传统计量方式已经不能完全适应需求,航天计量要由传统的实验室测量向现场、在线测量转变,由静态校准向动态实时校准转变,由单一参数测量向多参数综合测量转变,由独立的仪器、设备计量校准向系统综合计量校准转变。
  大力发展现场、在线、动态、综合计量测试技术,促进计量工作走出实验室、贴近实际工况、走向研制生产和试验一线。例如:为了模拟运载火箭等飞行器在压力值接近大气压力下的真实情况,所用的微压传感器测量均建立在静态计量基础之上,而实际测试环境更接近低频动态微压的环境,急需研究微压动态校准技术和校准装置。
  四、要突破型号专用测试设备和传感器校准关键技术
  航天型号工程研究、试验中,采用了大量的专用测试设备和高性能传感器,其量值的准确可靠是型号工程质量的重要保证。航天计量发展要着力围绕重大专项工程,突破关键技术,开展专用测试设备校准研究,研制热电、应变、光纤等高性能传感器校准装置,编制专用测试设备、传感器校准规范。比如:在进行发动机试验、烧蚀试验、飞行器再入大气层时壳体表面温度测量中,使用钨铼热电偶高温传感器的测温范围上限可达到3000℃,目前国防军工计量系统建立的钨铼热电偶校准装置的温度上限只为1600℃,远远不能满足目前型号研制中的实际需要,急需突破关键技术,研制新的校准装置。
  
  关于航天计量发展的建议
  航天事业的蓬勃发展给航天计量带来了重大机遇和挑战。同时,航天计量的发展也必将推动航天事业的健康可持续发展。如何把航天计量工作发展壮大,把计量测试技术发展创新,我想谈几点建议:
  一、加大基础投入,加强能力建设
  航天计量是推动航天技术创新与发展的重要基础。计量使用了高端的仪器设备,它的建立和维护,需要投入更多的经费。要加大对计量基础投入,加强计量技术机构的实验室条件建设,提升核心能力和创新能力;另外要考虑建立专项经费、创新基金,支持航天计量机构开展预研工作、进行前瞻性研究,以体现计量先行,为突破发展航天高技术提供基础。
  从管理上要改变航天计量与型号工程研制不同步的现状,从型号立项研制初期就开展计量测试工作的总体策划,系统梳理型号计量测试需求,积极开展航天型号工程的计量测试工作。
  二、立足型号需求,加强学科建设
  型号任务的需求牵引,是发展的动力。要加强技术研究,完成高水平的型号研制任务;要开展计量技术前瞻性研究,开展型号专用测试设备的计量技术和测试方法的研究,开展现场、在线、动态、自动化校准技术的研究,进一步加强学科建设,加快计量技术向工程应用的转化;要立足核心专业、重点专业,建立一批国防科技重点实验室作为科技创新的前沿阵地。
  三、培育领军人物,加强人才建设
  计量测试是一项高新技术,多学科、理论性强,知识面广,需要高级的科技人才。要加强高级人才队伍建设,培养航天计量测试领域的领军人才,形成有竞争力的核心人才高地,建设高层面的计量测试专家队伍,开展计量研究,提供决策咨询与技术把关,为型号计量保障提供技术支持。同时,型号研制的人员,应与计量测试的专业人员密切结合,可共同承担课题,相互渗透,提高水平。
  四、整合优势力量,加强体系建设
  要以航天科技工业新体系建设为依托,推动形成航天计量创新技术体系,从航天型号重点工程需求出发,打造航天计量技术机构的战略合作,强化计量技术机构间的合作和联合攻关,集中力量解决难题、形成优势,做强做大“航天计量”品牌,提升航天计量技术整体水平和保障能力。
  五、利用有利时机,开展国际合作
  我国发展航天技术的经验证明,关键技术是依靠自己的努力而解决的,是引不进来的,我们要继续贯彻自力更生的方针。在当前改革开放的有利时机下,我们应积极利用国外先进技术,提高核心竞争能力。当今世界经济全球化,计量测试工作要走向国际。计量标准要进行国际比对,试验测试决不能闭关自守,必须开展国际交流。要将我们关键的计量标准拿出去和世界航天强国比对;要挑选航天计量技术骨干到国外先进计量单位考察、进修、交流,了解国际上计量技术研究前沿进展和先进经验,提高航天计量人员的科研水平和创新能力。
  《易经》中有一句话说得很好:“天行健,君子以自强不息。”计量工作孜孜以求的就是不断创新,不断完善自我,追求真理。在当前这个飞速发展的时代,航天计量测试工作人员,责任重大,更要以自强不息的精神,不断创新,奋发前进。过去我们的计量测试技术是从无到有,自力更生、不断创新,走出了一条航天计量测试发展的道路。今后,我们仍然要不断创新,快速发展我国的航天计量测试技术。
  来源:中国航天报
               

联系我们
电话:010-68767492
传真:010-68372291
地址:北京市海淀区阜成路16号
邮编:100048
信访邮箱:xinfang@spacechina.com
监事会邮箱:jianshihui@spacechina.com
集团网群
网站链接
中国航天科技集团
官方微信
中国航天科技集团
新浪微博