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中北大學極端環(huán)境特種傳感與測試創(chuàng)新研究團隊成員正在圍繞近期發(fā)射任務進行產(chǎn)品研發(fā)。受訪單位供圖
【創(chuàng)新團隊】
“5、4、3、2、1，點火！”10月30日，隨著倒數(shù)聲落下，神舟十九號載人飛船成功發(fā)射。在觀看電視直播時，中北大學教授、儀器科學與技術學科團隊骨干成員劉文怡激動不已。
“每一次‘神箭’出征，都有我們團隊研制的成果參與任務，這次也不例外。”劉文怡驕傲地說。
日前，第28屆“中國青年五四獎章”評選揭曉，中北大學極端環(huán)境特種傳感與測試創(chuàng)新研究團隊獲“中國青年五四獎章集體”榮譽稱號。
接力攻克測試技術難題
作為一個小眾學科，我國存儲測試技術學科隨著新中國發(fā)展而成長。
我國存儲測試技術奠基人、中北大學教授祖靜回憶，新中國成立后，我國武器系統(tǒng)的研制受限于傳統(tǒng)方法，設計畫圖、試驗樣機加工、靶場實射檢驗設計準確性不高。針對這些瓶頸，20世紀80年代初，祖靜提出采用先進的電子技術和微處理機技術，研制微型存儲測試裝置，并將其直接放置到被測體內(nèi)或被測環(huán)境中。在被測對象運動的過程中，該裝置能實時準確測取并存儲動態(tài)參數(shù)。這項技術被定義為“存儲測試技術”。
1980年，祖靜主持創(chuàng)立了我國第一個兵器測試技術專業(yè)。此后，兵器測試技術方面的科學研究不斷深入，學科也開枝散葉。
我國航天事業(yè)不斷發(fā)展，一些亟須攻克的技術難題也隨之出現(xiàn)。在大型儀器設備的測試方面，我國與國際水平存在差距，高性能測試儀器大部分依賴進口，無法滿足航空航天等尖端領域的最新測試需求。因此，新技術攻關迫在眉睫。
劉文怡介紹，火箭上類型眾多的傳感器對于保障火箭安全運行至關重要，它們猶如人的眼睛和鼻子，時刻監(jiān)測各項指標的變化。
盡管團隊積累了大量火炮傳感存儲測試經(jīng)驗，但劉文怡坦言，火箭的技術難度更大、系統(tǒng)更復雜，對傳感器和測試儀器的要求也更高。
“航天器部件一旦投入使用，就沒有辦法修復，所以要在零缺陷基礎上配合火箭系統(tǒng)傳輸盡可能多的測量數(shù)據(jù)，為火箭飛行試驗節(jié)約成本、提高效率。”劉文怡告訴記者，針對這個問題，團隊成員刻苦鉆研10余年，最終研制出數(shù)據(jù)壓縮裝置，在國際上首次采用無損壓縮技術，極大豐富了有限時間內(nèi)可傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)量，將獲取的飛行數(shù)據(jù)從原本的2到3路提高至10余路。
在研制過程中，團隊成員多次遇到數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)存在誤碼和丟失等問題，他們本著歸零精神屢敗屢戰(zhàn)，最終實現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮裝置的穩(wěn)定工作。該裝置近10年數(shù)十次圓滿完成了飛行任務。
“高精尖”飛入尋常百姓家
曾經(jīng)，傳感器是人們?nèi)粘Ｉ钪泻茈y接觸到的“高精尖”產(chǎn)品。而如今，可穿戴傳感器、煙霧傳感器、數(shù)字診療傳感器等的應用，讓這種“高精尖”產(chǎn)品飛入尋常百姓家。
團隊骨干成員、中北大學教授張國軍介紹，2016年，團隊開始嘗試將傳感器技術應用到生活中，取得了不錯成績。例如，團隊研制的MEMS心音心電原位同步無創(chuàng)冠心病檢測儀、中醫(yī)舌面脈問信息采集分析系統(tǒng)、超聲CT乳腺癌早期檢測儀等，可實現(xiàn)心血管疾病、乳腺疾病的早期篩查，對促進我國數(shù)字診療設備的快速發(fā)展有重要意義。
2022年北京冬奧會，中北大學傳感器設備的相關技術成果還為運動員備賽訓練提供了科技支撐。團隊骨干成員、中北大學教授丑修建帶領團隊多次赴黑龍江八一雪場冬訓基地進行測試�；睾０�1245米，冬季積雪厚達80厘米，最低溫為零下45攝氏度。盡管雪場的極端環(huán)境為測試工作帶來了不小挑戰(zhàn)，但丑修建和團隊成員絲毫沒有退縮。
“高山滑雪海拔高、落差大、速度快、動作復雜，教練員無法直觀捕捉運動員轉(zhuǎn)彎的技術細節(jié)，這給教練員精準輔導增加了難度。”丑修建介紹，為解決這個問題，科研團隊設計了一套傳感測試設備。只需讓運動員佩戴好可穿戴設備，同步使用多點攝像、無人機跟蹤拍攝等技術手段，運動員從靜止狀態(tài)加速到指定速度、調(diào)節(jié)姿態(tài)、入彎等各個動作的數(shù)據(jù)便一覽無余。團隊開發(fā)的程序運用精準定位算法與軌跡系統(tǒng)，讓傳感器“說”出“所見所聞”。同時，程序還能整合分析反饋運動員生理參數(shù)、運動學數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，為教練員指導訓練、優(yōu)化技術提供支撐。
丑修建說，在競技體育追求“更快、更高、更強”的過程中，傳感器這種科技“小裝備”扮演了重要角色。從運動員訓練到康復治療，每個環(huán)節(jié)都離不開科技支撐。運用新科技助力運動員提升成績，已成為運動科技賽道的焦點之一。
朝著量子測試領域進發(fā)
隨著服務領域不斷擴展，中北大學極端環(huán)境特種傳感與測試創(chuàng)新研究團隊持續(xù)加大研發(fā)力度，在傳感測試儀器耐高溫高壓、抗腐蝕等性能提升上狠下功夫。
團隊骨干成員唐軍介紹，目前團隊已能夠測量高達20萬個重力加速度的力學量，處于國際領先水平。不僅如此，團隊研發(fā)的傳感器和精密測量儀器能在上千攝氏度的高溫環(huán)境中正常工作，攻克了“黑障區(qū)”動態(tài)測試技術“測不了、測不準、活不了”等科學難題。
“目前團隊研制的系列產(chǎn)品成功應用于航天領域30多個運載工程，相關技術已成為我國飛船逃逸、潛射出水以及高速侵徹等‘黑障區(qū)’極端條件下唯一的測試手段。”唐軍說。
盡管取得了諸多成就，但團隊并未就此止步。目前，團隊開始向量子測試領域進發(fā)，利用量子技術等新興技術，實現(xiàn)在極端環(huán)境中對信號的捕捉。
“量子技術等的引入，將為傳感器技術帶來革命性突破。”唐軍說，具有極高靈敏度和精確度的量子傳感器，能夠捕捉到傳統(tǒng)傳感器難以捕捉的微弱信號，為科學研究打開全新視角。這種技術融合與創(chuàng)新，將極大提升我國在高端傳感器領域的核心競爭力，滿足國家對于高精度、高可靠性傳感器的迫切需求。
“一代人有一代人的使命，一代人有一代人的奮斗，但愛黨愛國始終是科學家的靈魂。”在唐軍看來，做科研最重要的是能坐得住冷板凳、耐得住寂寞，敢啃“硬骨頭”。
“職業(yè)生涯中能做一兩件國家用得上的東西，為國家服務，就是做科研的意義所在。”唐軍說。（記者 韓 榮 實習生 馮皓欽）
