把卫星“眼睛”张开

　　空间卫星上承载有多个空间载荷，其中天线是卫星最为关键的载荷之一，它承载着卫星在轨与地面基站进行通讯和数据传输的重要任务，是卫星的“千里眼”和“顺风耳”。随着现代空间任务的不断发展，卫星天线的口径不断增大，受到运载火箭有效空间容舱的限制，目前大口径星载天线均采用可展开天线的形式来实现功能，即在运输和发射阶段整体收拢于整流罩内，待到卫星发射入轨后再展开。这类天线对国家安全和经济民生至关重要，国际上仅有少数几个国家掌握该技术，但是技术和产品均对我国实施严密封锁。

　　我国北斗三号系列卫星中应用到了多组构架式空间可展开天线，其能否在轨顺利展开是决定卫星任务成败的关键因素。星载构架式可展开天线的机构构型属于空间多闭环耦合机构，是目前最为复杂的一类空间机构，其构型的創新设计、机构的分析与优化要比传统的空间并联机构复杂得多。
　　2014年，我被保送为燕山大学硕博连读研究生，是一个名副其实的科研“小白”。当时我导师的团队与合作单位正在着手解决北斗导航卫星星载可展开天线的研发难题。
　　在被导师安排到星载可展开天线项目组后，我每天早上都会第一个推开课题室的大门，每天晚上最后一个关灯离开，无论寒冬酷暑，风雨无阻。课题难度较大，我已记不清和团队其他成员在课题室一起熬过多少个通宵了。有一次在课题室画图做仿真分析，到晚上10点半该回寝室休息了，我没有走，而是一直在画图，中间也未起来走动，等画完图起来伸懒腰时，发现天已经亮了，低头看手表，才知道已经到了第二天清晨5点钟了。
　　我们在星载构架式可展开天线机构的构型综合、展开运动学、展开动力学等方面与合作单位联合攻坚克难，2016年在星载可展开天线关键技术上取得突破，并在后续研究中将其成功应用于我国北斗三号卫星导航系统系列卫星上。
　　2018年11月1日23时57分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功将第四十一颗北斗导航卫星暨北斗三号高轨首发星（GEO-1）“吉星”送入太空。“吉星”是北斗三号卫星导航系统的首颗GEO卫星（地球同步轨道卫星，“吉星”取其GEO卫星谐音），距地面3.6万公里，也是北斗三号卫星导航系统中功能最强、信号最多、承载最大、寿命最长的卫星。
　　11月8日上午，这颗卫星上我们参与研发的两副构架天线顺利展开，随即有效载荷开通。

给战机雷达加“脖子”

　　2017年我又被导师委以重任，对机载广角域雷达进行研究，作为主研人参与解决现有战机雷达视域狭小的问题。
　　机载广角域雷达，全称“机载有源相控阵广角域火控雷达”，安装在战斗机头部，是战斗机捕捉敌机、制导导弹以及脱离战场的关键核心装备。目前我国的三代战机的火控雷达，普遍存在视域狭小的问题，这是制约我国主力战机作战水平的瓶颈问题之一。而一些发达国家已经研发出视域较大的广角域雷达，但是相关技术均对我国严密封锁。
　　我们和合作单位一起创新研发出“机载有源相控阵广角域火控雷达”，该雷达在有源相控阵雷达的背面增加了姿态连续调整系统，极大地增大了扫描范围，同时将机械扫描与相控阵天线相结合，拓展了雷达波束的空域覆盖范围。

　　广角域雷达相当于给战机的“眼睛”——雷达增加了“脖子”。以往战机的雷达扫描范围较小，进行大范围扫描时往往需要机身跟随调整，这就会造成雷达大范围扫描捕捉目标动作较为复杂，并存在一定的滞后性。在增加了姿态连续调整系统之后，雷达的扫描范围变大，相当一部分的扫描任务雷达都可以完成，不再需要机身做姿态调整。这就好比我们人的眼睛转动范围有限，仅靠眼睛只能看前方和侧前方的目标。如果没有脖子或者脖子不能转，在看侧面或者后面的目标时需要身体跟着一块转才能看到。但是有了脖子，在看侧面甚至侧后面的目标时眼睛配合脖子转就可以了，身体就不需要转了，仅在看后面的目标时需要身体跟随转动，但转动幅度较没有脖子时也会大大减小。简而言之，“扭脖子”和“转身”相比，效率更高，滞后性更低。好比两个人打架，必须能看到对方才能攻击对方，以往脖子不能转时，两人只能面对面互相攻击，现在我有了“脖子”而你没有，我就可以不和你正面对视，我可以走到你的身后，扭着头还能看到你，继续攻击你，但你却看不到我。 　　在空域战场中，雷达扫描范围较大的战机会先于敌机发现对方，进而采取进一步行动，从而在复杂的战场环境中占得先机。以往我国战机雷达扫描范围相对较小，效率偏低。在空域战场中，等捕捉到敌机目标时，有可能自己已被敌机雷达先发现。另外，在发动攻击后，由于需要战机雷达指引导弹等武器追踪攻击敌机，己方战机亦需要在一定范围内跟随指引，如无法快速“转身”脱离战场，这就会使得战机的危险性大大增加。

　　机载广角域雷达突破了传统雷达的视角局限，能让我国战机获得更广的探测视野，处于国际领先水平。该款广角域雷达适用于装备我国目前先进的三代及三代改进型战斗机，可以让我国战机在空域战场中率先发现敌机并发动攻击。由于雷达扫描范围较大，能使我国战机在敌方战机侧后方等雷达的“盲区”处跟踪攻击敌机，同时在发动攻击后，可以“转身”迅速脱离战场，依靠雷达“扭脖子回头”指引导弹等武器继续追踪攻击敌机。

　　回想这趟科研之旅，依然不轻松。2017年一整年我多次往返于秦皇岛和南京两地，已经记不清出了多少次差，常常是前一天下午还在课题室和师兄弟讨论问题，晚上就连夜坐火车去南京，第二天8点参加合作单位的项目讨论会。科研中也常不顺利。有一次，在做机构高精度建模算法研究的时候，我发现算法精度始终达不到要求，前前后后一个星期，多次画图重新建模型做推导，仍然没有效果，最后挨个查参数才发现原来是圆周率取的位数偏少。因为平时我们想当然地把圆周率认为是3.14，这本身就是约等于，对一般的模型计算是满足要求的，但对于高精度的算法却是不够的。
　　2018年11月，“机载广角域火控雷达”亮相第十二届珠海航展（中国国际航空航天博览会），受到了国内外的广泛关注与高度评价。
　　责任编辑：丁莉莎