人 才
李新亮
李新亮,中共党员,高温气体动力学国家重点实验室研究员。2000 年 8 月于中国科学
院力学研究所获博士学位, 2000 年 8 月至 2002 年 8 月在清华大学工程力学系做博士后研究, 2002 年 8 月至今在中国科学院力学研究所工作,2009 年起被聘为研究员。期间 2005 年 8 月 至 2007 年 8 月在日本东京工业大学做访问学者(JSPS 特别研究员) 。 目前担任中国空气动 力学会理事,物理气体动力学专业委员会副主任委员;中国力学学会流体力学专业委员会委 员, 计算流体力学专业组长;AdvancesinAerodynamics、《空气动力学报》、《计算物理》、 《数据与计算发展前沿》杂志编委,曾任 Computers&Fluids 杂志副主编。
主要研究方向是计算流体力学、湍流及高性能计算。主要研究成果包括:1)构造了优 化保单调格式、加权群速度控制格式等高精度激波捕捉方法; 2)开发一套开源的高精度计 算流体力学软件 OpenCFD,该软件目前已得到国内外 200 余个科研小组的使用,在湍流直 接数值模拟等领域发挥了重要作用; 3)开展了系列超声速、高超声速可压缩湍流的直接 数值模拟研究,揭示了高超声速转捩、湍流以及激波 / 边界层干扰的流动机理。在 J. Fluid Mech., Phys. Fluids, AIAAJ. 等业内重要期刊上发表学术论文 100 余篇。获 2000 年度中国科学 院自然科学二等奖、2013 年度陕西省科学技术三等奖、2022 年度中国空气动力学会科学技 术(自然科学类) 一等奖。 在教学及研究生培养方面,获 2020 及 2022 年度中国科学院优秀
导师奖、2021 年度中国科学院大学领雁银奖 ? 振翅奖、2017 年度中国科学院朱李月华优秀教 师奖,主讲的《计算流体力学》被评为 2019 年度中国科学院大学校级优秀课程。
屈丹丹
屈丹丹,博士,共产党员,副研究员。2009 年和 2012 年分别获得中国地质大学(北京)和北京科技大学的工学学士和硕士学位, 2016年 10 月获得德国卡尔斯鲁厄理工学院博士学位。2017 年至今工作于中国科学院力学研究所宽域飞行工程科学与应用中心。主要从事极端热环境服役性能、复杂环境材料与结构研究,面向国家重大需求和国际学术前沿, 重点开展热核聚变环境极限力学性能、高温高压燃气环境表面失效与强化机理、复杂电磁环境超材料等方面工作,先后主持国家自然科学基金、JKW 基础加强重点项目子课题、国防重点实验室基金等多个项目,并作为骨干参与 ZF 瓶颈项目、XX6材料基因组项目等,部分工作先后在 Eng. Fract. Mech.,VPP,J. Nucl. Mater.,Nucl. Fusion 等 国际权威期刊发表,部分成果对兵器型号起到关键支撑作用,曾获中国兵器集团重大科技成 果奖。与德国亥姆霍兹联合会多个国家研究中心保持良好的国际合作与学术交流, 2022 年 9 月与国际团队共同荣获欧洲聚变核能创新一等奖(每两年评选一次,每一等级奖项仅颁发给 一项研究)。
杨文超
杨文超,博士,宽域飞行工程科学与应用中心副研究员。2009年 6 月于中国科学技术大学近代力学系获学士学位,2018 年弗吉尼亚理工大学获工程力学博士学位。2018 年 10 月至 2021 年 9 月于加拿大皇后大学机械与材料工程系从事博士后研究。2022 年 4 月加入中国科学院力学研究所工作至今。
研究领域包括分布式传感器系统、流动测量与显示、涡诱导振动等,主要应用领域包括天地往返飞行器的嵌入式大气数据系统和基于涡激振动的可再生能源系统。主要学术成果有 : 1)针对飞行器表面分布式传感器系统,成功将相关数据驱动模型运用于非定常气动特性的预测和分析,实现分布式传感器的优化布置; 2)针对涡激诱导振动的可再生能量收集, 提出了串行圆柱尾迹诱导振动的单摆系统,显著提升了极低流速下的能量收集能力; 3)探索了流体力学在古脊椎生物研究中的应用,结合水动力学实验和统计学分析方法考察了生物 游动可能的进化方向;4)在实验中证实了肥皂膜水洞可以准确模拟二维 N-S 流动。采用肥 皂膜水洞可以极大降低传统水 / 风洞的实验成本,为普及流体力学基础实验提供了有价值的 解决方案。相关工作发表在 Journal ofFluidsandStructures,Physics ofFluids,Experimentsin Fluids 等流体力学重要期刊及 Integrative andComparative Biology,Bioinspiration &Biomimetics 等重要生物学期刊。
团 队
探索临近空间 勇攀科技高峰——钱学森科技攻关青年突击队
中国科学院力学研究所致力于高超声速科技探索,已在该领域深耕三十余年。近年来, 针对高超飞行低成本和实用化的迫切需求,研究所自主研发了“鸣镝”系列临近空间宽域飞 行器,在高低速兼顾的“乘波翼身融合体”宽域气动布局、高空高速高机动控制技术等方面 取得突破。该飞行器融合了传统航空、航天和高超飞行器的特征,可适配多种动力, 能实现 宽空域、宽速域下的宽裕度飞行。此外,该技术还能支持空基、临近空基发射部署,可实现 水平降落并能重复使用,和传统飞行器相比能显著降低成本。
2018 年,力学所以重大任务攻关为牵引,凝聚所内多部门跨学科的科研人员,形成了 鸣镝飞行器的核心研制团队,于 2021 年被科学院光荣授予首个“钱学森科技攻关青年突击 队”称号。团队成员共计 32 名,中级职称以上占 88%,35 周岁以下占 65%,汇集了经验丰 富的 70 后、敢打敢拼的 80 后和勇往直前的 90 后, 是一支 “老中青三代有机结合”的队伍。 近 5 年内,团队协作攻关,在马赫数 0.2~8 这个宽域速度范围内,开展了大量的工作:超过 22000 组 CFD 气动计算与“背靠背”数据验证, 8740 种状态的六个风洞地面试验, 和数万条 飞行轨迹仿真、数百次半实物仿真与人在回路训练。
团队圆满完成了 4 大类共计 9 次关键技术验证的飞行实验,取得了丰硕的成果,自主研 制的“鸣镝”系列飞行器在本领域内实现了数个突破。在国内首次实现了高超声速构型飞行 器无动力水平降落返回,系列飞行器可作为可重复使用低成本宽域飞行试验平台;首次实现 临近空间投放宽域飞行器亚 - 跨 - 超机动飞行;首次临近空间发射航空器,创造了可重复使用飞行器飞行包线新纪录,有效验证了宽域飞行器大空域、大速域高速机动飞行能力,填补 了我国临空投放发射技术空白,有望成为继火箭助推、机载空射后的第三种可行的高速飞行 试验手段。
一、发扬 " 工程科学 " 思想,加速创新迭代
团队秉承钱学森提出的“工程科学”思想,勇于探索以科学家视角为特色的工程技术实 践思路。在充分学习行业经验、并深入理解经验背后的科学原理的基础上, 坚持以科学为矛、 破除限制、敢想敢做,先吸收再融合,勇于搭建新时代从基础原理到实践应用的桥梁。
地面到 100km 的太空卡门线,大气密度下降 6 个量级,要在其中自由穿梭,飞行器需 要克服不同量级的气动阻力。研制的此类飞行器,不仅需要在亚 - 跨 - 超 - 高超的极宽速域 具备优异性能,同时发展快速迭代的试验方法。对此,团队首先创新的提出乘波翼身融合体 的气动布局设计和临近空间投放新模式; 同时, 团队以机理探索、虚拟设计为手段,将宽特 性非线性气动模型拓展应用到大面积、高维度系统定性 / 定量描述中,探索工程快速设计方 法。当与行业专家交流时,多数认为想法过于大胆、短时间难以实现、没有可参考的依据。 团队发展了一套综合系统力学设计的快速迭代方法, 25 天内集中协同、23 轮方案快速迭代: 上午提问题明确思路、下午论方案开展设计、晚上画网格、凌晨进“超算”,隔天早上整理 数据……一轮又一轮的方案迭代,飞速地补全短板,用实际的进展回答了各个方面的质疑。
从原理到集成再到飞行实验,专业多系统性强,不仅要求新技术和新工程的应用要求质 量过硬,而且要求在研发领域不断有新的科学灵感,来克服各种研发瓶颈。在研发 - 生产 - 测试 - 总装 - 飞试的每个环节,队员们的科学思想与技术碰撞产生各种各样的灵感火花:向特级试 飞员请教飞行操纵品质,调整与优化了飞行过程关键动作策略;与翼龙无人机总设计师交流 飞行器故障模式,针对临空投放新飞行试验设计出完备的安全处置预案;向结构加工技术工 人了解成型工艺与装配约束,更新飞行器前缘钝化半径设计方法;在探讨测控技术、部署测 控设备的过程中,激发了队员在飞行器涂层、改进雷达特性方面新的研究思路。
五年来,队员们高标准严要求,克服各种困难,既有快速迭代的压力,又有疫情新常态 约束, 成功完成了多种状态的飞行试验—— 无动力自主降落、亚声速动力巡航、临空投放亚 - 跨 - 超机动飞行。在外场试验春、夏、秋、冬的 200 多个日夜里, 队员们核对指令、研判数据、 讨论预案、排除疑点,对飞行器各项功能进行全面测试。在绵阳山中的风洞群里,在酒泉卫 星发射中心的试验场内,在与航天系统的各个单位的合作中,团队学习老一辈科学家精神, 团结各方力量,共探科学殿堂,超预期地圆满完成了临近空间投放宽域飞行器的所有飞行任 务,验证了多项核心新技术。
二、勇往直前,不负青春
团队成员有跨专业的工程师,也有刚从学校毕业的学生,更有具有丰富理论研究经验的 技术核心。但是他们有个共同的愿景,就是不负青春。青春热血和永不服输是青年突击队的 特点,真是因为有了这个传承,各种角色转换、经验不足的挑战和困难都被一一解决。
团队重视团队协作,乐于知识共享,擅长总结反思,注重培养人才:鼓励有情怀、有担 当的新人承担重任;把青年人锻炼成骨干, 健全立足岗位、创先争优的有效机制。27 岁的航 电工程师从负责航电测试,2 年时间成长为地面系统及航电系统指挥;33 岁的气动设计师承 担了鸣镝全系列飞行器的气动外形设计的主要任务;还有一位出色的技术人员,从参与外场 搜救回收到成为总师助理, 仅仅用了 4 年。飞行任务数次试验成为培育年轻队伍的丰沃土壤, 现在他们既能连续高效的奋战在前线,也能持续创新的做理论研究和技术改善。工程技术的 实践对重新归纳、认识科学力量和改进研究方法起到了巨大的推动。
青年突击队通过概念、技术与集成等多种形式的创新,加快从原理创新到集成验证再到 原理创新的迭代速度,成为一支“始于梦想、基于创新、成于实干”的科技英才队伍。他们 真正并且将一直继承和发扬老一辈科学家求真务实、报国为民、无私奉献、攻坚克难、勇攀 高峰的精神品格,为研究所高质量承担和完成国家重大科技任务,中科院加快实现“四个率 先”和“两加快一努力”目标贡献力量。
为国问天 筑梦长空——讲述力箭一号核心研制团队
【到新时代新天地中去 · 守护航天梦】
航天事业的意义不止于科学技术本身。一个民族探索宇宙的雄心,几代中国人提振信心 的努力,无数青年人挥洒的智慧与热情,汇聚于此。
当拨通几位青年航天科学家的电话,话语专业度高,时间紧,记者发现很难用简短文字 记录他们的心路历程,他们的研究与大众认知也还有很长距离,但可以肯定的是,只言片语里,能触摸到这些不凡青春的轮廓——把所有精力集中于尚未达到的目标, 用凌云壮志才能 点燃的心,去攀登那些无法轻而易举抵达的高峰,成就不朽的事业。
攀登,向着时代之梦
海上发射火箭有多难?负责长征十一号海上发射系统全部地面设备建设的中国科学院力 学研究所空天飞行科技中心研究员胡小伟,可以把这个问题拆得很细:用什么船、在哪里发 射、从哪个码头出发,又如何把火箭安全转移到发射船上、在晃动状态下初始对准、让工作 人员在发射前快速撤离……
2017 年年初,胡小伟着手论证海上发射平台的可行性。
为何一定要在海上发射火箭?
“海上发射更容易满足低倾角卫星的发射需求,可以解决火箭残骸落点的安全性问题, 相当于增加了我国的火箭发射工位,扩大了发射能力。”胡小伟这样解释。
建设海上发射平台不是一件容易的事,摆在胡小伟面前的难题有很多。为了解决动态条 件下火箭初始对准的难题,胡小伟团队进行了大量比较论证,为确保实验结果与实际状态一 致,他们开展出海试验。“那是我们所有研制人员第一次出海,我们做了详细试验方案。测 试平台上没有生活设施,条件十分艰苦,吃饭要靠小船来回送。为了等一个恶劣的天气来检 验设备与方案的可行性,我们在海上持续试验了很多天。”胡小伟回忆。
2019 年 6 月 5 日 12 时 6 分,托举着七颗卫星的长征十一号运载火箭从黄海腾空而起, 首次海上发射圆满成功。胡小伟在保障船上见证了这一刻:“激动!火箭升腾的那一刻,从 论证到设计研制过程中所有的画面,似乎在眼前一一浮现。”
那次发射,胡小伟没能以试验人员身份参加任务,有些遗憾。但攀登者不停步,向着新 的高峰进发。此时的胡小伟已经投身我国运载能力最大的固体运载火箭的地面设备保障工作。
这一次,胡小伟带队攻坚,攻克了多油缸起竖同步载荷设计和工艺实现难题,通过了 135 吨火箭起竖试验的验证。这一创新,降低了固体运载火箭的发射保障条件,提升了其响 应速度,为我国的固体运载火箭研制技术达到世界最强水平提供了重要支撑。
胡小伟说:“当前,火箭发射向低成本、高可靠、批量化的趋势发展,地面设备也要响 应更高要求。咱们没赶上大航海时代,那么在大航天时代,一定要做些事情。”
严谨,怀揣对知识的敬畏之心
中国科学院力学研究所空天飞行科技中心高级工程师张延瑞在单位有许多外号。
同事们说,他文质彬彬,专精领域垂直度深,是个“没有短板的清华博士”,是“最科 学家”的科学家。
张延瑞认真解释道:“这个印象估计跟我的头发白有一定关系。老一辈航天人为了航天 事业付出了心血、熬白了头发,所以大家心目中的科学家是这种形象。”
可 80 后的张延瑞为何满头白发?“头发白其实与染不染关系最大。”轻松话题,张延 瑞依然严谨作答,“研究生阶段做仿真计算课题时,头发就有些白的迹象了,那时染过。工 作后发现科研工作又不用亮相,就不再管它了。”
方案设计、地面试验、仿真分析……青丝换白发的光阴里,张延瑞在一件件复杂的工作 面前,潜下心来,在各个火箭型号研制的任务中,尤其是结构分离技术领域,攻克了大量难 题,展现了出色的技术实力和深厚的理论基础。就这样, 张延瑞顶着一头疏于打理的白发, 成了大家眼中“科学家”应有的样子。
张延瑞告诉记者:“对于航天工作而言,能够认识到的都不是问题,问题往往出在认识不到的环节,因此, 航天人的工作态度永远是严肃认真, 怀着敬畏之心的。”张延瑞坚守的“严 肃认真”,正是“中国航天十六字方针”之首。而在科研之外, 张延瑞有着随和风趣的一面。
同事们说,张延瑞是年轻人“最好的导师”,因材施教,毫无保留,团队成员成长速度 非常快。同事们还说,张延瑞是“天桥上的张师傅”,是“圈内贴膜名人”,谁有手机贴膜 的需要,都第一时间找他。
“传帮带、老带新,是我国航天事业人才辈出的重要原因,团队是一个大家庭,最重要 的是平等与尊重。”在给新人制订工作项目和培养计划时,张延瑞总是将性格特质和职业规 划结合起来:“有些同事喜欢安静地搞计算、搞设计,有些则喜欢参与协调、跟踪生产、组 织试验,要帮他们找到适合的成长路径。”
走出单位,张延瑞褪去了科学家的标签,化身千万个“老张”中的一员,但严谨的风格 如一。“回家听安排,家人交给的‘任务’,我也认真对待。”他笑着说。
有关外号的故事还没讲完,“老张”突然接到了新的任务,他匆匆告别,再次赶往发射基地。
统筹,总体思维下寻找最优解
在同事们眼中,中国科学院力学研究所空天飞行科技中心高级工程师史晓宁,就是“忙 碌”一词的化身,仿佛一刻也不休息。
在技术攻坚上,其他分系统干不了的工作、无法定位隶属的工作、技术归零的工作,都 需要总体设计师顶上。长期从事运载火箭总体设计工作的史晓宁, 常年眼睛肿胀、干涩,甚 至曾在工作中累到呕吐,在就医后短暂休整,便回到工作中。
在超负荷状态下,史晓宁仍保持着对航天事业的热情。谈话间,他提到最多的就是责任 心,这份责任心源自全局意识和总体思维。
“总体设计师要加强与各系统间的沟通和交流,对每个技术细节都心中有数,找到问题 的最优解。”在史晓宁看来,工作中所需要的学习能力、沟通能力、知识储备等,都是在为 总体思维和全局意识服务。
史晓宁是这样理解的,也是这样做的。总体设计师需要根据运载火箭项目的实施进展编 写很多技术报告,每一个运载火箭型号都需要专业程度高、指导性强的材料。每一次总体材 料都由史晓宁亲自撰写,日积月累,材料摞起来早已超过他的身高。他用奉献、奋斗、坚持 的精神感染整个团队。
在协调“力箭一号”与搭载卫星的过程中,史晓宁所带领的总体设计团队曾遇到一个棘 手的难题。当开展地面试验后,大家发现某项力学环境参数超过初期提出的条件,卫星反馈 存在单机产品失效的风险。如何用最小的代价排除隐患,大家一筹莫展。
史晓宁带领总体设计团队,从系统全局入手,充分了解卫星的技术状态,综合分析成本、 进度、技术更改复杂程度等因素,提出开展星箭联合设计。团队废寝忘食、争分夺秒,在不断模拟、试验下,找到了对现有系统影响最小的综合解决方案,消除了隐患。
作为新一代航天青年,对于如何做好总体设计工作,史晓宁有自己的认识 :“时刻保持 总体思维,利用多元化的信息渠道,多学习和了解各系统、各专业的技术细节,才能提出兼 顾各方的最优方案。”
协同,重塑制研合作模式
近期,80 后青年、中国科学院力学研究所空天飞行科技中心高级工程师廉洁接过一项 颇具挑战的任务—— 给一个起飞重量 135 吨、近地轨道能力达 1.5 吨的“大块头”装上“大脑”。
这个“大块头”可不简单,它是一枚直径大、运载能力强的固体火箭,几乎与当前世界 上运载能力最强的“织女星”相当。廉洁团队要设计的,是如“大脑”一般操控这枚火箭的 飞行控制系统。
这个工作有多精细?人眨眼的时间是 0.2~0.4 秒,而卫星入轨的速度是七千米 / 秒,也 就是说,火箭在眨眼之间就会飞出两公里左右, 需要极致精细地控制时序、飞行轨迹、姿态 等。这个工作有多复杂?它涉及十余个专业、数十个系统接口,弹道、气动、载荷、环境、 结构、分离、导航、制导、姿控、仿真、软件……
如此大型、复杂的研制任务, 考验的不只有研发人员的技术水平, 还有协同作战的能力。 “在航天领域,历来有质量问题技术、管理‘双归零’的好传统,因为许多技术问题都能追 溯到管理上的薄弱环节。”廉洁想,将不同专业接口的研发人员聚在一起时,如何以管理激 活技术,在全箭维度最大程度释放设计余量,是研发的前提和关键。
为此,廉洁带着团队不断创新工作方法。他们自学管理学知识,借鉴指标细分、过程控 制、标准管理等理念,设计了一套多级项目计划管理模式。每周,部门统筹编制一份工作清 单,廉洁作为负责人,为大家梳理难点,明确周度、月度目标。有人形象地比喻,过去大家 是“蒙着眼跑步”,闷头跑自己的,不知哪里是终点,现在一块儿梳理清单、细分任务,“教 练员”带着“运动员”一起冲刺。
他们向互联网、传媒等领域的现代化企业取经,引入“小团队、大协同”的工作模式。在这次固体运载火箭任务中, 他们按专业接口关系成立了“弹道 - 制导运载能力优化”“动力 - 伺服 - 分离 - 姿控稳定性优化”“导航 - 惯性器件 -GNSS 模块设计优化”等跨部门协同小组, 小组之间不再是上下游关系,而是流程再造后的协作关系。
这群 80 后、90 后火箭设计师,用新时代年轻人特有的信息融合眼光和知识迁移能力,突破“老一套”,再造了一套适应当前火箭研发新变化的协作模式。近期在研的固体火箭中, 这套模式“大显身手”,使团队如期完成各项设计。
“当前,空间站建设、载人航天、行星探测等重大突破给了我们更多方向和机会,人工智能、信息融合、类脑科学与传统飞行控制相结合,为完成更复杂的太空任务提供了可能。” 廉洁相信,面向未来的火箭和航天产品研发,比拼的绝不只有技术的深度和广度,还有各专业协同开发、多学科联合优化的实力和水平。
坚定,下水滴石穿的功夫
记者采访朱永泉时,他已前往酒泉。电话中他语气温和,但在他的故事中感受到的,是 “坚定”二字。
中国科学院力学研究所空天飞行科技中心高级工程师朱永泉率领团队主要负责“力箭一 号”航电系统的抓总研制和系统集成测试交付。
对于运载火箭的航电系统,朱永泉做了个生动的比喻:“如果运载火箭是一个人,那动 力系统就是心脏,为火箭飞行提供动力;结构系统是筋骨,支撑火箭在各种载荷条件下的结 构承载特性;而航电系统就是大脑与神经,控制火箭飞行。”
复杂系统,难题千头万绪,一旦出现疏忽,将导致不可估量的后果。整个团队承担了很 大的工作压力,尤其是项目负责人朱永泉,团队所有压力都集中在他身上。不仅如此,他还 要疏导团队所有成员的负面情绪,将压力转化为工作动力,这需要常人难以想象的意志力。
朱永泉曾经在短时间内遇到大量技术难题,就像答一张全是超纲题的试卷,答完一张,还有下一张,限定时间必须答完,不得有一丝拖延,这几乎是不可能完成的任务。但朱永泉 主动担当, 顶住压力, 凭借超强的意志力将每一份试卷都答成了满分。“打不败的朱永泉”, 同事们开始这样称呼他。
2020 年 10 月至 2021 年 9 月近一年的时间里,朱永泉和团队泡在航电系统综合实验室, 300 多天没有回家。测试期间,大大小小的问题出现了200 多个,然而白天需要配合开展正 常的测试任务,有些问题只能晚上进行排查。朱永泉每天都坚持到后半夜,甚至通宵达旦。
同事们都说,正是朱永泉意志坚定、从不言弃的榜样力量,鼓舞团队成员一起攻坚克难。 大家紧密合作,互相鼓励,最终所有问题实现闭环处理,为该型号火箭顺利转入飞行试验阶 段奠定了坚实基础。
“每个专业的设计师都需要沉下心来,站好自己这班岗。”朱永泉说,在航天事业中, 坚持不懈的精神很重要。航天事业不是一代人能完成的,每个其中的个体都要准备好:去经 历岁月的磨砺,肯下水滴石穿的功夫。