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科技新锐 | 他为武器装备打造高精度的“中国芯”

实验室里,智能科学学院的张勇猛看着某兵器单位发来的应用证明,热血沸腾,“解决了20转/秒高转速条件下全工况弹体滚姿态高精度测量难题。”他认真的读着,生怕错过一个字,因为这份应用证明标志着,这款由他和团队历时多年研制的“中国芯”,是国内首款实用化速率积分微陀螺,相关技术指标已经达到了国际先进水平。

走出实验室,路过熟悉的操场,回忆涌上心头。17年前,他带着满腔热血走进梦想中的校园,在智能科学学院就读机械工程及其自动化专业,大三时,由于成绩优异,被吴学忠教授“相中”,成为了微纳器件与智能微系统研究团队的一员。

陀螺仪作为惯性导航系统的核心器件,其性能指标对武器装备的精确打击能力起着决定性作用。多年来,微陀螺面临着高精度和大动态相互制约的难题。这就意味着,如果武器装备想要提升打击精度,需要牺牲一定的机动性才能够做到,这时,一旦敌方武器来袭,我们将失去最佳的应对时机,这大大削弱了武器装备的突防能力和快速反应能力。

当时,国外的微陀螺已经达到中等精度光纤陀螺的水平,而我国的同类产品普遍落后国外一个量级。“我们国家何时能拥有比这更先进的装备。”那时的张勇猛在心中画下了一个问号,也埋下了一颗种子。为了寻找答案,他不断攻关创新,并全身心的投入到微陀螺相关基础研究中。这一深耕就是13年。

2019年,张勇猛和团队接到了一个特殊任务——某型火箭弹由于作战任务调整需要升级改造,希望他们能研制一款大量程、高精度、体积小、成本低的微陀螺。虽然,在微陀螺的领域,团队已经深耕多年,但研制这样一款微陀螺仍然极具挑战。“这个任务的难点在于,火箭弹发射后处于高速旋转状态,转速可达7200°/s以上,陀螺仪要在如此高的转速下精确测量火箭弹的滚转角度”最后,经过团队研究讨论,决定采用速率积分模式的微半球陀螺方案解决这一难题。

说干就干,尽管速率积分模式的微陀螺是一个新的研究领域,仅有一些基础理论可以参考,但团队在微半球陀螺加工工艺和控制电路方面已有多年技术积累,很快,张勇猛就带领攻关小组研制成功了第一只速率积分模式的微半球陀螺样机。

“刚开始,一切都很顺利,当时看到示波器上的信号波形随着陀螺转动而产生相应的变化,心里非常激动,迫不及待地把陀螺拿去进行性能测试。”然而,当测试结果出来的时候,张勇猛和攻关小组都傻眼了,速率积分微半球陀螺的测量结果严重偏离理论值,远远达不到应用需求。

深夜,实验室里灯火通明,大家对第一个微半球陀螺样机进行“解剖”,从中发现速率积分模式对陀螺结构的制造精度和电路精度的要求近乎“苛刻”,哪怕是纳米级的制造误差,都会对微陀螺的精准度造成威胁。

“半弯着腰,目不转睛地在机器前,盯着墨镜下那束光”。在学生余升的眼中,这是张勇猛每天的工作常态。经过数次讨论和实验后,他们发现对加工成型后的微半球结构进行精密修调可以起到“画龙点睛”的效果。

然而,微半球的精密修调没有现成的设备可用,也没有高精度的测量手段。张勇猛带着团队自己搭建修调平台,并利用飞秒激光和自研程序,打造出一个“直播平台”,实施在线修调,避免成品出现“瑕疵”。终于,在历经千百次实验,耗时1年,张勇猛带领小组解决了问题,陀螺频差达到了预期指标。

谈及为何对微陀螺研究如此痴迷时,张勇猛坦言“打造真正的‘中国芯’,加强武器装备的战斗力,是我做科研的初心。”10多年来,张勇猛在微陀螺创新研究上一路飞奔,使我军武器装备精准打击有了新的技术支撑。

科研工作,是对未知的探索,对已知的挑战,更是一条坎坷而艰辛的征程,但张勇猛用拼劲、韧劲、勇猛劲,不停地创新研究,他就像梦想中的“完美”陀螺,不知疲倦得朝着目标冲刺。