逐夢空天 創(chuàng)新無限
——第二屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽決賽側(cè)記
■解放軍報記者 王握文 通訊員 楊 柳 陳江愛
第二屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽決賽現(xiàn)場。 楊 柳攝
會飛會鉆會爬墻的“蜘蛛俠”、能在空中懸停的撲翼“大昆蟲”、超長續(xù)航的炮射無人機“閃電鳥”、瞬間洞察秋毫的“智慧眼”……8月下旬，在湖南長沙舉辦的第二屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽決賽現(xiàn)場，來自全國29所高校和科研機構(gòu)提交的50件決賽作品，一一展現(xiàn)在評審專家和觀眾面前。
本屆大賽由國防科技工業(yè)空天防御創(chuàng)新中心、中國宇航學(xué)會和國防科技大學(xué)電子科學(xué)學(xué)院聯(lián)合主辦，共設(shè)“飛行器創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計”“探測識別算法挑戰(zhàn)”“防御體系創(chuàng)新構(gòu)想”等3個專題，吸引了來自全國高校和科研機構(gòu)的215支代表隊近千名選手參賽。大賽旨在為航空領(lǐng)域的優(yōu)秀人才搭建一個創(chuàng)新平臺，促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)。經(jīng)3名“兩院”院士、近40名資深專家對入圍決賽的作品進(jìn)行嚴(yán)格評審，共有18件作品分別獲得一、二、三等獎。
異想天開的創(chuàng)新思路、奇特巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計、顛覆傳統(tǒng)的技術(shù)探索，再次印證了愛因斯坦的那句話：“想象力比知識更重要?！毕旅婢妥屛覀円黄饋砀惺芤幌卤緦谩翱仗毂比珖鴦?chuàng)新創(chuàng)意大賽。
飛行器創(chuàng)新設(shè)計令人“腦洞大開”
無人機在飛行途中撞到墻壁，會產(chǎn)生什么結(jié)果？不用說，當(dāng)然是機毀墻損，釀成事故。
現(xiàn)在，這一傳統(tǒng)認(rèn)知需要改變了。在第二屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽決賽現(xiàn)場，北京航空航天大學(xué)潘佳義等3名參賽選手帶來的“跨維度飛行機器人”，則不會出現(xiàn)這種情況。它在飛行過程中一旦遇到墻體，即可自動減速、貼近墻面，轉(zhuǎn)換為爬行模式，這讓現(xiàn)場的評審專家和觀眾無不稱奇。
這款能飛又能爬的飛行機器人，其奧秘就在于具有“跨維度運動”的特殊功能。大家知道，普通的飛行器只能在空中飛行，不能在墻面等不同空間表面運動，執(zhí)行多樣化任務(wù)能力受限。突破無人飛行器的運動維度，關(guān)鍵是要讓無人飛行器能在不同維度環(huán)境中，實現(xiàn)運動模態(tài)的自動轉(zhuǎn)換和自動控制。潘佳義等參賽選手自主研發(fā)出一種基于矢量推力的運動控制算法，圍繞該算法設(shè)計出完整的硬件控制平臺、軟件系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程控制終端，最終研制成功了這款“跨維度飛行機器人”，有效拓展了無人飛行器的應(yīng)用領(lǐng)域。
與“跨維度飛行機器人”有著異曲同工之妙的，還有南京航空航天大學(xué)劉坤等5名參賽選手設(shè)計的“仿昆蟲可懸停撲翼飛行器”。這款像昆蟲一樣通過撲翼運動飛行的飛行器，最大特點是具有空中懸停功能。
有關(guān)專家告訴記者，撲翼飛行器空中懸停是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的一大技術(shù)難題，迄今為止全球能研制出可懸停撲翼飛行器的研究團(tuán)隊屈指可數(shù)。然而，參加這屆大賽的5名年輕人通過在動力、結(jié)構(gòu)和控制等方面的一系列創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)了飛行器垂直、偏航、俯仰、滾轉(zhuǎn)、懸停的靈活控制與自主飛行，還能搭載有關(guān)機載設(shè)備，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
“沒有做不到，只有想不到?！痹诒緦么筚愔?，一系列新穎獨特的飛行器創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計，打破了人們對無人飛行器的傳統(tǒng)認(rèn)知，令人“腦洞大開”。
探測識別算法敢于挑戰(zhàn)“不可能”
“探測識別算法挑戰(zhàn)”是本屆大賽新增的一項競賽內(nèi)容。命題面向低空無人機探測難點問題，要求參賽者圍繞目標(biāo)檢測、跟蹤與識別算法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。這個技術(shù)難度大、挑戰(zhàn)性強的競賽項目，一共吸引了90支隊伍報名參賽，在沒有硝煙的戰(zhàn)場上展開了一場智力大比拼。
在精彩紛呈的創(chuàng)新作品中，由國防科技大學(xué)宋永坤等5名參賽選手完成的“雷達(dá)對弱小目標(biāo)檢測跟蹤”創(chuàng)新作品，受到評審專家的格外青睞。因為，對低空弱小目標(biāo)檢測跟蹤一直是雷達(dá)信號處理的一大難點和研究熱點。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，武裝直升機、巡航導(dǎo)彈等武器裝備具有飛行高度低、速度慢、雷達(dá)反射截面積小等特點，使其雷達(dá)回波常常淹沒在極強的地物雜波中，檢測跟蹤的難度極大。
“參賽不是目的，創(chuàng)新才是根本?！彼斡览ふf，報名參賽就是要利用這個創(chuàng)新平臺，探索解決實際問題。為此，宋永坤等5名參賽選手針對傳統(tǒng)的“相參積累算法”無法處理具有加速度目標(biāo)的問題，創(chuàng)新性地提出了一套“距離－速度－加速度相參積累方法”，可最大程度地改善系統(tǒng)信噪比，提高小目標(biāo)檢測概率。在線實測結(jié)果證明了這一創(chuàng)新成果的有效性，不僅能以較高檢測概率捕獲到復(fù)雜場景下的弱小目標(biāo)，而且具有極高的計算效率。
來自國防科技大學(xué)的另一件參賽作品“紅外小目標(biāo)檢測與跟蹤算法設(shè)計”，則圍繞傳感器虛警高、抖動和目標(biāo)坐標(biāo)系不統(tǒng)一等6個技術(shù)難題，提出了“基于雙閾值幀差法”的目標(biāo)檢測方法，極大地提高了目標(biāo)軌跡連續(xù)性，較好解決了在復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)檢測與跟蹤問題。其算法有望在多種嵌入式偵察設(shè)備中推廣應(yīng)用，提升武器裝備的技術(shù)性能。
有關(guān)專家指出，本競賽單元命題來自探測識別算法領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題，從提交的參賽作品來看，效果超出預(yù)期，顯示出參賽選手扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和突出的創(chuàng)新能力。一些算法根據(jù)裝備需求定制后，可迅速投入實際應(yīng)用，提升裝備對“低慢小”目標(biāo)探測的性能。
“空天防御構(gòu)想”激發(fā)出創(chuàng)新靈感
“構(gòu)建陸、海、空、天多層防御體系；構(gòu)建物理防御、電磁防御、網(wǎng)絡(luò)防御多域協(xié)同防御系統(tǒng)……”在“防御體系創(chuàng)新構(gòu)想”專題評審現(xiàn)場，這些充滿創(chuàng)新思維、具有獨到見解的空天防御體系構(gòu)想，給人們展現(xiàn)出一幅幅未來空天防御的新畫面。
針對空天領(lǐng)域面臨的多種安全威脅，本屆大賽設(shè)置了“空天防御體系創(chuàng)新”的命題。大賽組委會原本以為這個命題過于“高大上”，會讓這些年輕參賽者望而卻步。令他們沒有想到的是，該命題共收到27件參賽作品，選題涉及太空衛(wèi)星武器防御、高功率微波武器防御、高超聲速飛行器防御和無人機集群防御等前沿領(lǐng)域，且大多數(shù)參賽作品具有較高技術(shù)含量和可操作性。這讓許多評審專家驚詫不已。
北京理工大學(xué)李佳麗等5名參賽選手提交的“智能化多層多域集群防御系統(tǒng)”，針對高超聲速飛行器集群、無人機集群殺傷與干擾等新型威脅，應(yīng)用信息融合、智能學(xué)習(xí)等新技術(shù)，提出融合電子、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，提升傳統(tǒng)防御力量，著力增強空天防御系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，向人們展現(xiàn)出智能化多層多域集群防御的新構(gòu)想。來自上海衛(wèi)星工程研究所的周春華等4名參賽者，則針對當(dāng)前設(shè)計飛行器大多沒有考慮面向空天防御的問題，提出了加強空天飛行器負(fù)載防御系統(tǒng)研究的新思路，設(shè)計出集網(wǎng)捕、抓獲和干擾功能于一體的“空天智能機械手防御系統(tǒng)”，構(gòu)建起一個飛行器負(fù)載系統(tǒng)的空中交互防御體系，具有結(jié)構(gòu)簡單、機械集成度高、環(huán)境適應(yīng)性強的特點，作為一種高效驅(qū)動、穩(wěn)定可靠的空天智能防御利器雛形，為未來開展空天飛行器負(fù)載防御系統(tǒng)研究開辟了一條新途徑。
逐夢空天，創(chuàng)新無限。本屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽，為航空航天領(lǐng)域優(yōu)秀人才搭建起一個創(chuàng)新實踐、學(xué)習(xí)交流的平臺。今天播撒的創(chuàng)新種子，未來有望結(jié)出豐碩的創(chuàng)新之果。
