逐梦空天 创新无限
——第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛侧记
■解放军报记者 王握文 通讯员 杨 柳 陈江爱
第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛现场。 杨 柳摄
会飞会钻会爬墙的“蜘蛛侠”、能在空中悬停的扑翼“大昆虫”、超长续航的炮射无人机“闪电鸟”、瞬间洞察秋毫的“智慧眼”……8月下旬，在湖南长沙举办的第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛现场，来自全国29所高校和科研机构提交的50件决赛作品，一一展现在评审专家和观众面前。
本届大赛由国防科技工业空天防御创新中心、中国宇航学会和国防科技大学电子科学学院联合主办，共设“飞行器创新创意设计”“探测识别算法挑战”“防御体系创新构想”等3个专题，吸引了来自全国高校和科研机构的215支代表队近千名选手参赛。大赛旨在为航空领域的优秀人才搭建一个创新平台，促进创新创业教育与创新人才培养。经3名“两院”院士、近40名资深专家对入围决赛的作品进行严格评审，共有18件作品分别获得一、二、三等奖。
异想天开的创新思路、奇特巧妙的结构设计、颠覆传统的技术探索，再次印证了爱因斯坦的那句话：“想象力比知识更重要。”下面就让我们一起来感受一下本届“空天杯”全国创新创意大赛。
飞行器创新设计令人“脑洞大开”
无人机在飞行途中撞到墙壁，会产生什么结果？不用说，当然是机毁墙损，酿成事故。
现在，这一传统认知需要改变了。在第二届“空天杯”全国创新创意大赛决赛现场，北京航空航天大学潘佳义等3名参赛选手带来的“跨维度飞行机器人”，则不会出现这种情况。它在飞行过程中一旦遇到墙体，即可自动减速、贴近墙面，转换为爬行模式，这让现场的评审专家和观众无不称奇。
这款能飞又能爬的飞行机器人，其奥秘就在于具有“跨维度运动”的特殊功能。大家知道，普通的飞行器只能在空中飞行，不能在墙面等不同空间表面运动，执行多样化任务能力受限。突破无人飞行器的运动维度，关键是要让无人飞行器能在不同维度环境中，实现运动模态的自动转换和自动控制。潘佳义等参赛选手自主研发出一种基于矢量推力的运动控制算法，围绕该算法设计出完整的硬件控制平台、软件系统、机械结构和远程控制终端，最终研制成功了这款“跨维度飞行机器人”，有效拓展了无人飞行器的应用领域。
与“跨维度飞行机器人”有着异曲同工之妙的，还有南京航空航天大学刘坤等5名参赛选手设计的“仿昆虫可悬停扑翼飞行器”。这款像昆虫一样通过扑翼运动飞行的飞行器，最大特点是具有空中悬停功能。
有关专家告诉记者，扑翼飞行器空中悬停是业内公认的一大技术难题，迄今为止全球能研制出可悬停扑翼飞行器的研究团队屈指可数。然而，参加这届大赛的5名年轻人通过在动力、结构和控制等方面的一系列创新设计，实现了飞行器垂直、偏航、俯仰、滚转、悬停的灵活控制与自主飞行，还能搭载有关机载设备，展现出广泛的应用前景。
“没有做不到，只有想不到。”在本届大赛中，一系列新颖独特的飞行器创新创意设计，打破了人们对无人飞行器的传统认知，令人“脑洞大开”。
探测识别算法敢于挑战“不可能”
“探测识别算法挑战”是本届大赛新增的一项竞赛内容。命题面向低空无人机探测难点问题，要求参赛者围绕目标检测、跟踪与识别算法进行创新设计。这个技术难度大、挑战性强的竞赛项目，一共吸引了90支队伍报名参赛，在没有硝烟的战场上展开了一场智力大比拼。
在精彩纷呈的创新作品中，由国防科技大学宋永坤等5名参赛选手完成的“雷达对弱小目标检测跟踪”创新作品，受到评审专家的格外青睐。因为，对低空弱小目标检测跟踪一直是雷达信号处理的一大难点和研究热点。在现代化战争中，武装直升机、巡航导弹等武器装备具有飞行高度低、速度慢、雷达反射截面积小等特点，使其雷达回波常常淹没在极强的地物杂波中，检测跟踪的难度极大。
“参赛不是目的，创新才是根本。”宋永坤说，报名参赛就是要利用这个创新平台，探索解决实际问题。为此，宋永坤等5名参赛选手针对传统的“相参积累算法”无法处理具有加速度目标的问题，创新性地提出了一套“距离－速度－加速度相参积累方法”，可最大程度地改善系统信噪比，提高小目标检测概率。在线实测结果证明了这一创新成果的有效性，不仅能以较高检测概率捕获到复杂场景下的弱小目标，而且具有极高的计算效率。
来自国防科技大学的另一件参赛作品“红外小目标检测与跟踪算法设计”，则围绕传感器虚警高、抖动和目标坐标系不统一等6个技术难题，提出了“基于双阈值帧差法”的目标检测方法，极大地提高了目标轨迹连续性，较好解决了在复杂环境下的目标检测与跟踪问题。其算法有望在多种嵌入式侦察设备中推广应用，提升武器装备的技术性能。
有关专家指出，本竞赛单元命题来自探测识别算法领域的挑战性问题，从提交的参赛作品来看，效果超出预期，显示出参赛选手扎实的专业基础和突出的创新能力。一些算法根据装备需求定制后，可迅速投入实际应用，提升装备对“低慢小”目标探测的性能。
“空天防御构想”激发出创新灵感
“构建陆、海、空、天多层防御体系；构建物理防御、电磁防御、网络防御多域协同防御系统……”在“防御体系创新构想”专题评审现场，这些充满创新思维、具有独到见解的空天防御体系构想，给人们展现出一幅幅未来空天防御的新画面。
针对空天领域面临的多种安全威胁，本届大赛设置了“空天防御体系创新”的命题。大赛组委会原本以为这个命题过于“高大上”，会让这些年轻参赛者望而却步。令他们没有想到的是，该命题共收到27件参赛作品，选题涉及太空卫星武器防御、高功率微波武器防御、高超声速飞行器防御和无人机集群防御等前沿领域，且大多数参赛作品具有较高技术含量和可操作性。这让许多评审专家惊诧不已。
北京理工大学李佳丽等5名参赛选手提交的“智能化多层多域集群防御系统”，针对高超声速飞行器集群、无人机集群杀伤与干扰等新型威胁，应用信息融合、智能学习等新技术，提出融合电子、网络、人工智能等技术，提升传统防御力量，着力增强空天防御系统信息化、网络化、智能化水平，向人们展现出智能化多层多域集群防御的新构想。来自上海卫星工程研究所的周春华等4名参赛者，则针对当前设计飞行器大多没有考虑面向空天防御的问题，提出了加强空天飞行器负载防御系统研究的新思路，设计出集网捕、抓获和干扰功能于一体的“空天智能机械手防御系统”，构建起一个飞行器负载系统的空中交互防御体系，具有结构简单、机械集成度高、环境适应性强的特点，作为一种高效驱动、稳定可靠的空天智能防御利器雏形，为未来开展空天飞行器负载防御系统研究开辟了一条新途径。
逐梦空天，创新无限。本届“空天杯”全国创新创意大赛，为航空航天领域优秀人才搭建起一个创新实践、学习交流的平台。今天播撒的创新种子，未来有望结出丰硕的创新之果。
