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——記西安電子科技大學空間科學與技術學院執行院長劉彥明教授 “神舟號”系列飛船發射、太空人遨游太空、“嫦娥”登月、北斗導航“一箭雙星”、“悟空”飛天……
近年來，我國的航空航天事業不斷飛躍式發展，取得了讓世界矚目的偉大成就，這些發展的背后，離不開那些無數航天人的辛勤和努力。有這樣一個前沿學科，它如同航天活動的“大腦”和“小腦”，為我國航天事業發展提供核心支撐，并深切影響著我國經濟發展和國防建設，這就是空間科學與技術。在此領域，西安電子科技大學空間科學與技術學院執行院長劉彥明教授帶領團隊，圍繞載人飛船“回家”過程中的世界性難題——黑障問題，在等離子體物理、電磁學、氣動熱力學等交叉領域，在通信、雷達等信息技術，面向臨近空間開發利用，開展了十多年的研究工作，取得了一系列開創性的科研成果。 立足國家需求 促進科技進步 劉彥明自1985年考入西安電子科技大學計算機系，到1993年碩士畢業留校任教以來，至今已有38年，他曾先后在計算機學院、通信工程學院、空間科學與技術學院學習工作。2013年7月，劉彥明參與籌建的西安電子科技大學空間科學與技術學院正式成立。到如今，他們已經承擔了國家重大儀器研制項目、“973”計劃、“863”計劃、國家科技重大專項、國家自然科學基金、國防裝備預研等縱向課題和橫向合作項目，特別是以總體單位牽頭國家重大儀器研制項目“臨近空間高速目標等離子體電磁科學實驗研究裝置”和973項目“臨近空間高速飛行器等離子鞘套下信息傳輸基礎理論與方法”，無不都代表了國內該領域的一流水平。 空間科學與技術是以航天器為主要工作平臺，作為探索人類未知世界、探尋從宏觀天體到微觀粒子客觀規律的科學，正是當今世界自然科學發展的重要前沿，也是國家高技術產業發展的重點領域，更是提高國家安全、促進科技進步的的關鍵領域，當今世界各國無不投入大量人力物力開展研究。 空間科學與技術是近年來獲得迅速發展的前沿交叉學科領域，空間科學與技術領域的人才培養和科學研究為我國空間科學與航天事業提供了有力的支撐，空間科學與技術專業的發展對我國國防建設、國民經濟建設和社會發展有著深遠的影響，并且都具有極其重要的戰略意義。西安電子科技大學空間科學與技術學院立足國家航天科技發展的重大需求，瞄準臨近空間和深空探測兩個國家重大戰略發展目標，通過與中國航天科技集團的深入合作，積極拓展飛行器測控技術、深空探測與空間大數據、跨域智能飛行控制技術等學科方向，聚焦于航天領域幾十年的未解難題——黑障問題。所謂“黑障問題”，就是當載人飛船、航天飛機等空間飛行器以很高的速度返回大氣層時，與地面的通信聯絡會中斷，通信中斷現象稱為黑障現象，這個中斷聯絡的區域就是黑障區，黑障區一般出現在地球上空20到100千米的大氣層區域。一直以來，黑障問題給載人飛船返回時的實時通信、再入體的測控造成了巨大困難。 為了解決這一世界性難題，在國家重大科技專項和973計劃的支持下，劉彥明與團隊一起研究發現：除了等離子體鞘套引起的衰減外，等離子體鞘套動態特性也是引起黑障現象的一種原因，這也就意味著，即使在信號強度夠的條件下，也有可能因等離子體鞘套的動態性而出現通信中斷，出現黑障現象。對此，劉彥明和團隊以多學科交叉研究為創新之源，深入高溫流場、等離子體、電磁波傳播與信號傳輸等物理機理，沿著“認知信息傳輸新環境”“發現信息傳輸新規律”“提出信息傳輸新方法”的總體路線，系統開展了理論方法、模擬傳輸環境及實驗技術的體系化研究。提出了動態等離子鞘套信道建模理論方法，建立了高密度等離子體鞘套下低頻波信息傳輸新方法，設計等離子體鞘套物理感知和信息處理的協同通信架構，建設了高溫等離子體模擬與電磁科學實驗平臺，形成了“等離子體鞘套下通信理論方法及應用”研究成果。成果鑒定專家一致認為：“該項成果總體技術水平達到了國內領先、國際先進，基于低頻磁場波的‘黑障’區通信新方法具有原創性，截至目前國內外未見報道。”相關研究成果在某重大工程的方案論證、技術攻關、測控系統地面試驗中均得到了直接應用，有力支撐了國家重大工程的開展。
堅持自主創新 基礎支撐未來 當今世界，人類文明發展到了前所未有的高度，而作為第一生產力的科技，是國家強盛之基、安全之要，科技興則國家強大。 在測控通信技術領域，劉彥明與測控通信團隊一起，正在“追趕超越”西方國家，他們在測控技術地面測試方面扎根深入，拓展了等離子體鞘套地面產生模擬、等離子體診斷和電磁波/信號測量技術，取得了一系列重要進展。 2016年，劉彥明團隊牽頭承擔了自然基金重大科研儀器研制項目“臨近空間高速目標等離子體電磁科學實驗研究裝置”。該裝置針對具有強碰撞、非均勻和高動態特征的等離子體電磁科學研究需求，突破了溫度受限條件下的高密度等離子體產生、等離子鞘套細觀結構模擬與調控、高精度/高時空分辨率等離子體三維診斷、等離子體中電磁信號多維特征測量、寬頻帶/高精度雷達目標散射特性測量、等離子體內部電磁場測量等多項關鍵技術，成功研制了等離子體產生、診斷和電磁測量一體化科學實驗裝置，形成涵蓋高速目標等離子體產生與調控、電波傳播與信號傳輸特征研究能力的科學實驗平臺。對研究臨近空間高速飛行器測控通信與目標探測、拓展等離子體電磁物理學前沿研究奠定了堅實基礎，填補了該領域科學實驗儀器的空白。
心之所向，素履以往，生如逆旅，一葦以航。劉彥明始終牢記作為一名科研人員的初心和責任，針對世界性難題——黑障問題，期待通過一代人、數十年如一日的努力，徹底解決黑障問題，助力我國崛起成為世界第一的空間強國。 |
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