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神秘仪器”护驾天宫二号 ———东南大学科研团队研发出“在轨操作力测量设备”
发布时间: 2016-11-15                    访问次数: 115

北京时间10月19日凌晨3时31分,神舟十一号载人飞船与天宫二号空间实验室成功实现自动交会对接。这是天宫二号自9月15日发射入轨以来,与神舟飞船开展的首次交会对接。

  在神舟十一号与天宫二号成功实现自动交会对接3个小时后,航天员打开天宫二号实验舱舱门,顺利进入天宫二号空间实验室。其间,2名航天员按照飞行手册、操作指南和地面指令进行工作和生活,按计划开展有人参与的航天医学实验、空间科学实验、在轨维修等技术试验以及科普活动。而其中承担测量航天员在失重状态下各种操作的力的信息的重要任务的设备,是由东南大学科研人员自主研发的“神秘仪器”———“在轨操作力测量设备”。

  “神秘仪器”大显身手众所周知,离开地球,地心引力随即就不存在了,那么,宇航员在太空转扳手、拧螺丝,需要用多大的力?

  “这就是我们这项实验测量的数据之一。”项目负责人、东南大学仪器科学与工程学院院长宋爱国教授介绍道:

  “‘在轨操作力测量设备’的关键技术是‘小型化、高精度、高可靠、长寿命的多维力传感器的设计’,其能为航天员在轨生存与工作提供基础实验数据。”

  该装置主要用于完成天宫二号一系列飞行任务,即航天员在轨各种操作力的测量、人机工效学和生物力学实验,如开舱门推拉力、操纵杆操作力以及脚蹬力等。

  “这套测量系统目前安放在天宫二号空间实验室里,系统是一个设备包,里面有几十种传感器和测量手柄。”团队成员,东南大学仪器科学与工程学院徐宝国副教授展示了实验版的“在轨操作力测量设备”。这一设备包括6个直径约20厘米的大“秤砣”,由纯钢打造,是整套设备中的传感器组件。

  “这些传感器就是测力装置。航天员在规定时间内完成不同动作后,仪器会显示航天员施力的大小。”徐宝国介绍,此次随天宫二号升空的最终版测量设备集成在一个手提式仪器箱中,比实验版的设备要缩小许多。

  为研发这套测量设备,东大科研人员历经七年攻关。

  自2009年开始,宋爱国就带领“东南大学机器人传感与控制技术研究团队”进行“航天员在轨操作力测量系统”项目研究,最早项目是航天员地面模拟出舱操作的攀爬力与抓握力测量装置研究。研发过程从模拟空间站失重效应的水下航天员操作力测量系统,到模拟空间站失重环境的失重飞机航天员操作力测量系统的研发,再到天宫二号航天员在轨操作力测量系统。

  “牛人”团队有多牛这么“高大上”的太空任务,自然不是一般的团队可以完成的。“东南大学机器人传感与控制技术研究团队”可以说是一支“大神”云集的队伍。

  “研究队伍中有很多‘牛人’,不仅有学术带头人宋光明、吴涓、严如强等人加入其中,还有教育部新世纪人才、全国优秀科技工作者等优秀科研人才并肩奋战。”“60后”宋爱国作为当年东南大学最年轻的教授骄傲地说,徐宝国副教授还是一名年轻的“80后”。

  注重队伍建设,注重青年科技人才的培养,注重在重大科研任务中培养青年教师,使得青年教授一直是团队的学术带头人与科研骨干。同时,该科研团队还非常重视师资队伍国际化,70%的教师具有国外研究经历,5位教师在国外或境外知名大学获得博士学位。

  该科研团队是江苏省“青蓝工程”科技创新团队,也是“传感器与检测技术”国家级教学团队,既是一支高水平科研团队,也是一支优秀的教学团队。

  团队依托科研优势,不断将科研成果和科研资源转化为教学资源,承担了9项国家级、省部级教学改革项目,出版了《传感器技术》《测试信号分析与处理》《控制技术与系统》等三本国家“十一五”“十二五”

  规划教材,建设了“传感器技术”国家级精品课程,指导大学生开展全国大学生“挑战杯”课外科技学术作品竞赛、全国机器人大赛以及虚拟仪器比赛等赛事,并取得优异成果。

  航天事业“发动机”

  如此卓越的团队有着根植于“血脉”的优秀“基因”。

  “20世纪60年代,我国著名机器人专家、南京工学院(东南大学前身)查礼冠教授主持研究出新中国第一台机器人。当时查礼冠教授建立的机器人研究课题组就成为了东南大学机器人传感与控制技术研究团队的前身,这也就为我们后续的众多研究打下了坚实基础。”宋爱国介绍早期的科研成就,满满的自豪感。

  1983年查礼冠教授去世后,其助手黄惟一教授作为团队带头人带领团队重点开展机器人传感与控制技术的研究。2000年,宋爱国教授作为黄惟一教授的学生,又继任为团队带头人,自国家“七五”计划以来,一直带领科研团队从事机器人传感技术、遥操作机器人、空间机器人、安全反恐机器人、核化探测机器人、康复机器人技术的研究工作。

  “自上世纪90年代以来,我们已先后完成国家‘863’高技术项目‘SAFMS型六维腕力传感器’‘一对多远程助老助残康复机器人’‘面向云端融合的遥操作机器人’等30余项课题。此外,团队在机器人技术研究方面还先后完成国家自然科学基金项目40余项、总装备部预研项目5项、国家科技支撑计划项目2项。”正是基于这种服务国家重大工程项目的经验积累,最终为航天五院、测控通信研究所等探月工程单位研制成功嫦娥三号全自动地面模拟巡视机器人,为航天八院研制了空间站大型太阳能帆板推拉杆控制力测量传感器与测量仪器等,更有了今天“在轨操作力测量设备”的成功研制。

  科研永无止境。“我们将继续瞄准学术前沿,围绕国家重大需求,开展机器人领域前沿和基础研究,不断将技术成果服务于国家重大工程,解决我国航天与探月工程、国防安全与核电工程等国家重大工程,以及助老助残康复等社会公益事业领域的关键技术。”宋爱国科研团队不止于“在轨操作力测量设备”之成就,将目光和理想追求放逐到更广阔的远方。(文章选自2016年10月24日《中国教育报》第07版)