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逐梦空天 创新无限

时间:2019-11-03 09:53:30


[摘要] 8月下旬,在湖南长沙举办的第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛现场,来自全国29所高校和科研机构提交的50件决赛作品,一一展现在评审专家和观众面前。在第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛现场,北京航空

蜘蛛侠可以飞、钻、爬墙壁,扑翼的“大昆虫”可以在空中盘旋,长续航时间的炮射无人机“闪电鸟”和“智慧之眼”可以瞬间洞察一切...8月下旬,在湖南长沙举行的第二届“天空杯”国家创新创意大赛决赛现场,全国29所高校和科研机构的50名决赛选手在评审专家和观众面前逐一亮相。

本次比赛由国防科技工业航天国防创新中心、中国航天学会和国防科技大学电子科学学院联合主办。它有三个主题,即“飞机的创新设计”、“探测和识别算法的挑战”和“国防系统的创新构想”,吸引了来自全国215个大学和科研机构团队的近1000名参赛者。本次竞赛旨在为航空领域优秀人才搭建创新平台,促进创新创业教育和创新人才培养。经过“两院”的三名院士和近40名资深专家的严格评审,共有18部作品分别获得一等奖、二等奖和三等奖。

异想天开的创新想法、奇怪而巧妙的结构设计和颠覆性的技术探索再次证实了爱因斯坦的话:“想象力比知识更重要。”现在让我们感受“空天杯”国家创新竞赛。

飞机创新设计让“大脑开放”

如果无人机在飞行中撞到墙上会发生什么?当然,不用说,机器毁坏了墙壁,造成了事故。

现在,这种传统的认知需要改变。在第二届“天空杯”国家创新创意大赛决赛现场,包括北京航空航天大学潘佳怡在内的三位参赛者带来的“跨空间飞行机器人”不会出现这种情况。一旦在飞行过程中碰到墙壁,它会自动减速,靠近墙壁并切换到爬行模式,这让现场评估专家和观众感到惊讶。

这种能飞能爬的飞行机器人的秘密在于它特殊的“多维运动”功能。众所周知,普通飞机只能在空中飞行,不能在墙壁等不同的空间表面上移动,因此执行多样化任务的能力有限。要突破无人机的运动维度,关键是使无人机能够实现不同维度环境下运动模式的自动转换和自动控制。潘佳怡等选手独立开发了一种基于矢量推力的运动控制算法。围绕该算法设计了完整的硬件控制平台、软件系统、机械结构和远程控制终端。最后,成功开发了“跨空间飞行机器人”,有效拓展了无人机的应用领域。

与“多维飞行机器人”相似,还有由包括南京航空航天大学刘坤在内的五名参赛者设计的“昆虫式悬停扑翼飞行器”。这种飞行器像昆虫一样通过拍动的翅膀飞行,它最大的特点是在空中盘旋的功能。

专家告诉记者,悬停扑翼飞机是业内公认的技术问题,迄今为止,世界上只有少数研究团队能够开发悬停扑翼飞机。然而,通过一系列在动力、结构和控制方面的创新设计,参加本次比赛的五名年轻人实现了飞机在垂直、偏航、俯仰、滚转和悬停方面的灵活控制和自主飞行。它们还可以携带相关机载设备,显示出广泛的应用前景。

“没有什么是不可能的,只有意想不到的。”在这场比赛中,一系列创新和独特的飞机创新设计打破了人们对无人机的传统理解,使人们“敞开了他们的大脑”。

检测识别算法敢于挑战“不可能”

“检测与识别算法挑战赛”是本次比赛中的一项新的比赛内容。该命题针对低空无人机探测的难题,要求参赛选手围绕目标探测、跟踪和识别算法进行创新设计。这场技术难度和挑战性的比赛共吸引了90支队伍参加比赛,并在没有硝烟的战场上展开了智力竞赛。

在精彩的创新作品中,由包括国防科技大学宋永坤在内的五位选手完成的创新作品《雷达探测与弱小目标跟踪》尤其受到评价专家的青睐。这是因为低空弱小目标的检测和跟踪一直是雷达信号处理的主要难点和研究热点。在现代战争中,武装直升机、巡航导弹等武器装备具有飞行高度低、速度慢、雷达反射截面积小的特点。因此,它们的雷达回波常常淹没在极强的地杂波中,使得探测和跟踪极其困难。

“参加比赛不是目的;创新是基础。”宋永坤说,参加比赛就是利用这个创新平台来探索和解决实际问题。为此,宋永坤等五名选手创造性地提出了一套“距离-速度-加速度相干积累法”,解决了传统的“相干积累算法”不能处理加速度目标的问题,最大限度地提高了系统的信噪比,增加了小目标的检测概率。在线测量结果证明了这一创新成果的有效性。它不仅能以较高的检测概率捕捉复杂场景中的弱小目标,而且具有极高的计算效率。

国防科技大学的另一篇词条“红外小目标检测与跟踪算法的设计”,重点研究了传感器虚警高度、抖动和目标坐标系不均匀等六个技术问题,提出了一种基于双阈值帧差法的目标检测方法,大大提高了目标轨迹的连续性,更好地解决了复杂环境下的目标检测与跟踪问题。该算法有望在各种嵌入式侦察设备中推广应用,提高武器装备的技术性能。

相关专家指出,该竞赛单元的提出源于检测和识别算法领域的挑战性问题。从提交的参赛作品来看,成绩超出预期,显示了参赛者扎实的专业基础和卓越的创新能力。根据设备要求定制一些算法后,可以快速投入实际应用,提高设备对“低、慢、小”目标的检测性能。

“防空理念”激发创新

“建立陆海空多层次防御体系;构建物理防御、电磁防御和网络防御的多领域协同防御体系……”在“创新防御体系概念”专题评论网站上,这些创新的、原创的空间防御体系概念向人们展示了未来空间防御的新图景。

针对航天领域面临的各种安全威胁,这场竞赛提出了“空间防御体系创新”的命题。比赛组委会最初认为这个提议太高,会吓阻这些年轻的参赛者。他们没有想到的是,这个主题收到了27个条目。课题涉及空间卫星武器防御、高功率微波武器防御、高超声速飞行器防御和无人机集群防御等前沿领域,大部分参赛作品都具有较高的技术含量和可操作性。这让许多评估专家感到惊讶。

包括北京科技大学李佳丽在内的五位参赛者提交的“智能多层多域集群防御系统”,针对高超声速飞行器集群、无人机集群的杀伤和干扰等新威胁,应用信息融合和智能学习等新技术。它提出了电子、网络、人工智能等集成技术。提升传统防御力量,努力提升空间防御系统的信息化、网络化和智能化水平,向人们展示智能多层多域集群防御的新概念。鉴于目前设计的飞机大多没有考虑航空航天防御,周春华等四位来自上海卫星工程研究所的选手提出了加强航天器载荷防御系统研究的新思路。他们设计了集网络捕获、捕获和干扰功能于一体的“航天智能机械手防御系统”,构建了结构简单、机械集成度高、环境适应性强的飞机装载系统航天交互式防御系统。作为一种高效、稳定、可靠的空间智能防御武器原型,它为未来航天器载荷防御系统的研究开辟了一条新的途径。

梦想成就梦想,天空成就梦想,无限创新。此次“天空杯”国家创新与创造力竞赛为航天领域优秀人才的创新实践和学习交流搭建了平台。今天播下的创新种子有望在未来结出丰硕的创新果实。

图为第二届“天空杯”国家创新创意大赛决赛现场。刘洋的照片


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