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(bào)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(huì)飛會(huì)鉆會(huì)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(jī)“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(jī)構(gòu)提交的50件決賽作品，一一展現(xiàn)在評(píng)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(huì)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(jì)”“探測識(shí)別算法挑戰(zhàn)”“防御體系創(chuàng)新構(gòu)想”等3個(gè)專題，吸引了來自全國高校和科研機(jī)構(gòu)的215支代表隊(duì)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(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，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(duì)入圍決賽的作品進(jìn)行嚴(yán)格評(píng)審，共有18件作品分別獲得一、二、三等獎(jiǎng)。

異想天開的創(chuàng)新思路、奇特巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(shí)更重要。”下面就讓我們一起來感受一下本屆“空天杯”全國創(chuàng)新創(chuàng)意大賽。

飛行器創(chuàng)新設(shè)計(jì)令人“腦洞大開”

無人機(jī)在飛行途中撞到墻壁，會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？不用說，當(dāng)然是機(jī)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(jī)器人”，則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。它在飛行過程中一旦遇到墻體，即可自動(dòng)減速、貼近墻面，轉(zhuǎn)換為爬行模式，這讓現(xiàn)場的評(píng)審專家和觀眾無不稱奇。

這款能飛又能爬的飛行機(jī)器人，其奧秘就在于具有“跨維度運(yùn)動(dòng)”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(yùn)動(dòng)，執(zhí)行多樣化任務(wù)能力受限。突破無人飛行器的運(yùn)動(dòng)維度，關(guān)鍵是要讓無人飛行器能在不同維度環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制算法，圍繞該算法設(shè)計(jì)出完整的硬件控制平臺(tái)、軟件系統(tǒng)、機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)的“仿昆蟲可懸停撲翼飛行器”。這款像昆蟲一樣通過撲翼運(yùn)動(dòng)飛行的飛行器，最大特點(diǎn)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(duì)屈指可數(shù)。然而，參加這屆大賽的5名年輕人通過在動(dòng)力、結(jié)構(gòu)和控制等方面的一系列創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)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(jī)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。”在本屆大賽中，一系列新穎獨(dú)特的飛行器創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計(jì)，打破了人們對(duì)無人飛行器的傳統(tǒng)認(rèn)知，令人“腦洞大開”。

探測識(shí)別算法敢于挑戰(zhàn)“不可能”

“探測識(shí)別算法挑戰(zhàn)”是本屆大賽新增的一項(xiàng)競賽內(nèi)容。命題面向低空無人機(jī)探測難點(diǎn)問題，要求參賽者圍繞目標(biāo)檢測、跟蹤與識(shí)別算法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這個(gè)技術(shù)難度大、挑戰(zhàn)性強(qiáng)的競賽項(xiàng)目，一共吸引了90支隊(duì)伍報(bào)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(duì)弱小目標(biāo)檢測跟蹤”創(chuàng)新作品，受到評(píng)審專家的格外青睞。因?yàn)椋瑢?duì)低空弱小目標(biāo)檢測跟蹤一直是雷達(dá)信號(hào)處理的一大難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中，武裝直升機(jī)、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(diǎn)，使其雷達(dá)回波常常淹沒在極強(qiáng)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(bào)名參賽就是要利用這個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，探索解決實(shí)際問題。為此，宋永坤等5名參賽選手針對(duì)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(shí)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(jì)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(jì)”，則圍繞傳感器虛警高、抖動(dòng)和目標(biāo)坐標(biāo)系不統(tǒng)一等6個(gè)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(shí)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(shí)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(shí)際應(yīng)用，提升裝備對(duì)“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(píng)審現(xiàn)場，這些充滿創(chuàng)新思維、具有獨(dú)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(duì)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(huì)原本以為這個(gè)命題過于“高大上”，會(huì)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(jī)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(píng)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(duì)高超聲速飛行器集群、無人機(jī)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(qiáng)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(duì)當(dāng)前設(shè)計(jì)飛行器大多沒有考慮面向空天防御的問題，提出了加強(qiáng)空天飛行器負(fù)載防御系統(tǒng)研究的新思路，設(shè)計(jì)出集網(wǎng)捕、抓獲和干擾功能于一體的“空天智能機(jī)械手防御系統(tǒng)”，構(gòu)建起一個(gè)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(jī)械集成度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，作為一種高效驅(qū)動(dòng)、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(gè)創(chuàng)新實(shí)踐、學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)。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。