天计量测试技术 口张履谦 航天事业是国家的战略性科技工业．我国航天事业 已经走过了５Ｏ多年的发展历程．始终坚持自力更生的发 展方针。在航天事业开创初期．聂荣臻元帅就曾提出计 量工作是开门七件事之一。他指出“科技要发展．计量须 先行”．阐明了计量在国防科技工业中的基础地位和发 展方向。 长期实践和大量事例证明．航天计量为促进航天科 技发展、保障型号任务的完成作出了重要贡献．充 分发挥了计量对于推动航天事业发展的重要基础作用 航天计量发展的简要回顾与思考 我国航天计量测试的发展．是伴随着我国航天事业 的发展而成长壮大的，走的是一条自力更生、自主创新 的道路 张履谦．１９５１年毕业于清华大学电机工程系．历任 总参谋部通信兵部电信技术研究所技术员、宣主任．航 天工业部第二研究院副所长．航天工业部科技委员会 半个世纪以来，航天计量不断创新，从无到有、从小 到大、从分散到统一。始终贯穿于航天产品的设计、试 验、生产、交付和使用的全过程和全寿命周期，为航天装 备的建设与发展，为航天事业取得“两弹一星”、“载人航 天”和“月球探测”三大里程碑的辉煌成就作出了不可磨 灭的贡献 常委．中国电子学会第二届理事。现为航天科技集团公 司和航天机电集团公司科技委的顾问。１９８４年荣立航 天部一等功：同年，首批被批准为国家有突出贡献的中 青年专家；尔后又荣立一等功和二等功各一次。１９９Ｏ 年被批准为首批享受特殊津贴的专家：１９９７年获 何粱何利基金科学技术进步奖：１９９５年当选为中国工 程院院士 航天计量在创业之初就以型号工程计量保障为己 任。在航天事业发展初期还处于“１０５９”仿制阶段时，航天 计量就从无到有，适时地建立了所需的各类计量标准．及 时解决了当时仿制中的计量测试问题。 到了重大进展。在载人航天、探月工程等重大工程中，在 导弹、火箭、卫星、飞船的研制、发射、运行、返回等各个环 节．航天计量都发挥了重要作用。航天计量在为型号工程 提供计量保障的过程中．制定了重点型号工程计量校准 手册和文件．开展了大量的型号工程量值传递和现场校 “两弹一星”的研制，对计量测试提出了更多、更高的 要求。根据航天型号工程系统庞大、技术复杂、专业面广、 不确定度高等特点．航天计量建立了与之相适应的高精 度、高可靠性的计量标准和测试校准仪器．突破了一批重 点技术难题。比如：解决了全弹振动试验的计量测试和标 准工作．突破了众多型号工程关键计量测试技术．解决了 运载火箭与“神舟”飞船箭船对接的大尺寸空间坐标精密 测量问题：解决了卫星电源内部交流阻抗测量问题．航天 器零磁实验系统高精度大电流现场校准、航天器静电放 准问题：解决了液氢、液氦超低温测试和传感器的标定问 题：解决了卫星研制￣ＰｐＡ级微电流校准、超高阻校准等技 术问题 近ｌ０年来．我国航天事业取得飞速发展．航天计量得 中ｍ￣，－ｔ－ｉ Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ２Ｏ】Ｏ ７０ 电等问题 展望未来．我们要从航天大国发展为航天强国。航天 事业必将进入新的更大的历史发展机遇期，航天装备建 设的一系列高要求．例如更高的准确度、更远的距离、更 加复杂的空间环境适应性、更高的可靠性、更快的反应速 度、更强的机动性、更长的寿命、更便于维护使用等，使得 航天计量测试任重而道远 机遇与挑战并存．值得我们进 一步思考： １．开拓计量测试新领域 在中国特色新军事变革的背景下．构建航天科技工 业新体系将以国家重大专项和重点工程为牵引．拓展临 近空间、空间攻防、天地信息一体化应用等新领域．突破 航天重大新技术．确立新的技术领先优势 随之而来的是 新技术、新领域对航天计量提出的更高要求。 面对新领域、新技术提出的新需求．航天计量如何有 针对性地了解型号的新需求、开展前瞻研究、进行技术储 备．把挑战转化为发展机遇，是需要认真思考和研究的。 ２．提升计量测试能力与水平 随着航天技术的快速发展．原有计量校准能力覆盖 范围、参数的测量范围、测量准确度、测量方法已经不能 完全满足当前的型号需求．甚至可能影响到航天型号发 展。比如：随着海基、空基等型号的发展需要，急需建立动 基座下高精度水平基准．以满足多种复杂环境、全方位全 天候的发射要求。 面对航天型号急需的计量技术．航天计量要思考研 究如何快速融入型号．第一时间了解型号需求．加强预先 研究投入．研究与型号相适应的新测量方法：拓展技术能 力．实现极值参数的测量：满足航天型号新出现参数的计 量要求．不断提高航天计量标准的技术水平．确保航天科 技工业量值准确可靠．增强航天计量对型号工程的支撑 保障能力 ３．开发前沿计量测试技术 国际上计量科学技术发展迅猛．包括能量天平质量 量子基准研究、可编程约瑟夫森量子电压基准研究、玻尔 兹曼常数测量研究等以量子物理为基础的计量基（标）准 研究．已成为各国计量技术研究的重点 另一方面，国际尖端测量技术飞速发展。例如：光学 频率梳的研究．实现了微波频标和光学频标的连接．显著 简化了激光频率的精密测量并大大提高了测量的准确 度．研究成果可广泛用于化学、物理和天文领域中的超精 密测量，制作更为精密的原子钟．改进卫星导航定位系 统．提高太空望远镜的观察准确度等。如何立足航天．紧 跟国际前沿技术发展．有选择性地开展相应研究．需要我 们思考 现代计量仪器与技术 技术篇 航天计量测试的展望 近年来．航天科技工业迅猛发展．探月工程和载人航 天工程二期、二代导航、高分辨率对地观测系统等一系列 国家重大科技专项和重点型号任务的陆续实施．将逐步 实现以新一代运载火箭为代表的运载火箭升级换代．开 展空间交会对接和深空探测任务．研制新一代战略战术 武器．研制并发射多种类的遥感、通信、侦察、导航定位、 气象和科学试验卫星．必将大幅提升航天科技的能力和 水平 可以说．航天科技工业的飞速发展为计量测试工作 赋予了更加广阔的空间和发展舞台。 航天计量在制定“十二五”规划的专业发展方向、发 展重点时．要瞄准重点型号工程．深入了解型号需求。促 进航天科技创新：要开展计量关键技术攻关．建立适应型 号需求的测试系统和校准装置．形成满足型号研制和批 生产任务需求的计量测试和保障能力。确保各种量值单 位统一、数据准确可靠。保障完成各项型号科研、生 产、试验和发射任务。我们要在下列各方面作出成效： １．要建立适应航天的计量量传技术 航天计量要以航天科技工业量值传递和型号计量测 试需求为牵引开展研究．以国际国内计量量传技术发展 前沿为参照，进行技术梳理和发展步骤、预期目标、应用 前景等方面的论证．以明确技术发展方向．促进航天技术 创新．助推型号发展 航天计量要形成满足未来发展需要的航天计量量传 体系．提高国防最高标准水平．填补某些参数的计量标准 空白．扩展并完善各类标准装置．研制并建立有航天特色 的标准装置及校准方法．保证量值统一和溯源。比如：高 马赫飞行器地面气动加热模拟试验中测量用的热流传感 器的测量上限已经达Ｎｓｏｏｗ／ｃｍｅ．远远超过现有热流标 准的范围。为此，急需研究标准热流计的检定方法，建立 标准检定装置 ２．要突破计量领域前沿的先进关键技术 随着我国航天科技新领域的扩展和新技术的应用． 新兴计量领域在给航天计量技术创新带来挑战的同时也 带来了发展机遇 比如：开展空间天文、空间物理、微重力 科学和空间生命科学的基础研究．提出了在微重力等特 殊环境条件下计量的难题：探月工程月面探测需要对精 密光学计量开展研究：开展航天器的研究，需要开展卫星 地线系统特征矩阵参数校准技术等方面的研究 随着航天科学技术的高速发展．航天型号呈现出信 息化、智能化、一体化的发展趋势．为了满足新一代航天 ２０１０ １ １中国计量Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ７１ 技术篇 现代计量仪器与技术 型号发展的计量保证需求．航天计量必须开展前瞻性研 究。解决关键计量测试技术问题，增强技术储备，提高航 天计量的研发能力和自主创新能力 要瞄准国际前沿计量测试技术．应用量子物理理论． 开展飞秒激光、光学原子钟、太赫兹等方面的研究。将国 际前沿计量测试技术成果转化为推动航天科学技术创新 的动力 要研究微纳米、强激光、空间大尺寸、微小推力等 特殊量、极值量的测量校准技术。比如：用于卫星姿态控制 的微波等离子发动机．它预先研究的前期攻关技术之一就 是发动机微小推力测量 由于微波等离子发动机产生的推 力极小（一般为ｌＯＯｍＮ以下），影响推力测量的因素又较多， 所以微波等离子发动机微小推力的准确测量一直是国内、 国际上的难题．也是航天计量亟待解决的课题。 ３．要突破现场、在线、动态、综合测试关键技术 航天型号计量测试具有复杂性、系统性、动态性的特 点．装置、设备大多集成化、模块化、大型化。传统计量方 式已经不能完全适应需求．航天计量要由传统的实验室 测量向现场、在线测量转变。由静态校准向动态实时校准 转变．由单一参数测量向多参数综合测量转变．由的 仪器、设备计量校准向系统综合计量校准转变。 大力发展现场、在线、动态、综合计量测试技术，将促进 计量工作走出实验室、贴近实际工况、走向研制生产和试验 一线 例如：为了模拟运载火箭等飞行器在压力值接近大气 压力下的真实情况．所用的微压传感器测量均建立在静态 计量基础之上的．而实际测试环境更接近低频动态微压的 环境．急需研究微压动态校准技术，建立校准装置。 ４．要突破型号专用测试设备和传感器校准关键技术 航天型号工程研究、试验中．采用了大量的专用测试 设备和高性能传感器．其量值的准确可靠是型号工程质 量的重要保证 航天计量发展要着力围绕重大专项工程． 突破关键技术，开展专用测试设备校准研究，研制热电、应 变、光纤等高性能传感器校准装置，编制专用测试设备、传 感器校准规范 比如：进行发动机试验、弹头烧蚀试验、飞行 器再气层时弹头壳体表面温度测量中．使用钨铼热电 偶高温传感器的测温范围上限可达到３０００％，目前．国防军 工计量系统建立的钨铼热电偶校准装置的温度上限仅为 １６００℃．远远不能满足目前型号研制中的实际需要．急需突 破关键技术．研制新的校准装置。 关于航天计量发展的建议 １．加大基础投入．加强能力建设 航天计量是推动航天技术创新与发展的重要基础。 ７２ 中国计量Ｃｈｉｎａ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ２０１０ １１ 要加大对计量基础的投入．加强计量技术机构的实验室 条件建设，提升核心能力和创新能力。另外．要考虑建立 专项经费、创新基金，支持航天计量机构开展预研工作、 进行前瞻性研究．以体现计量先行．为突破发展航天高技 术提供基础 从管理上要改变航天计量与型号工程研制不同步的 问题．从型号立项研制初期就开展计量测试工作的总体 策划．系统梳理型号计量测试需求。积极开展航天型号工 程的计量测试工作 ２．立足型号需求．加强学科建设 要开展计量技术前瞻性研究．开展型号专用测试设 备的计量技术和测试方法的研究．开展现场、在线、动态、 自动化校准技术的研究．进一步加强学科建设．加快计量 技术向工程应用的转化。要立足核心专业、重点专业，建 立一批国防科技重点实验室作为科技创新的前沿阵地。 ３．培育领军人物．加强人才建设 要加强高级人才队伍建设．培养航天计量测试领域 的领军人才．形成有竞争力的核心人才高地．可以以“学 术带头人”、“首席专家”等形式。形成集团公司层面的计 量测试专家组．开展计量评审工作．提供决策咨询与技术 把关。为型号计量保障提供技术支持。型号研制的人员， 应与计量测试的专业人员密切结合．可共同承担课题．相 互渗透．提高水平。 要发挥青年人的主力军作用．可以专门设立青年科 研项目、科研基金，鼓励青年进行科技创新，通过实践锻 炼成长 ４．整合优势力量．加强体系建设 要以集团公司航天科技工业新体系建设为依托．推 动形成航天计量创新技术体系．从航天型号重点工程需 求出发．打造航天计量技术机构的战略合作．强化计量技 术机构问的合作和联合攻关．集中力量解决难题、形成优 势．做大做强“航天计量”品牌，提升航天计量技术整体水 平和保障能力 ５．利用有利时机．开展国际合作 我国发展航天技术的经验证明．关键技术是依靠自 己的努力而解决的．是引不进来的．我们要继续贯彻自力 更生的方针 在当前改革开放的有利时机下．应积极利用 国外先进技术．提高我们的核心竞争能力。要挑选航天计 量技术骨干到国外先进计量单位考察、进修、交流，了解 国际上计量技术研究前沿进展和先进经验．提高航天计 量人员的科研水平和创新能力。 作者单位【中国航天科技集团公司科技委顾问、院士】岛
