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在剛剛結(jié)束的2022年北京科技周上，一架“無人導(dǎo)航校驗機(jī)”格外引人注目。記者帶您近距離了解國產(chǎn)無人導(dǎo)航校驗機(jī)背后的秘密。

撰文/記者  趙天宇     圖文編輯/陳永杰

近年來，我國在航空導(dǎo)航領(lǐng)域接連傳來重大突破，掌握更多自主知識產(chǎn)權(quán)的同時，正在努力讓核心技術(shù)受制于人成為過去式。

2022年北京科技周現(xiàn)場，來自北京云恒科技研究院有限公司（以下簡稱“云恒研究院”）展臺的“無人導(dǎo)航校驗機(jī)”吸引了不少公眾的目光。記者了解到，該無人導(dǎo)航校驗機(jī)搭載了由云恒研究院和北京市科學(xué)技術(shù)研究院聯(lián)合研制的首套自主可控全國產(chǎn)化導(dǎo)航校驗系統(tǒng)，這也是我國在航空導(dǎo)航領(lǐng)域國產(chǎn)化替代的又一重大突破。

▲云恒研究院的“無人導(dǎo)航校驗機(jī)”亮相2022年北京科技周（供圖/云恒研究院）

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導(dǎo)航校驗：自主可控安全可靠必要且重要

眾所周知，飛機(jī)是當(dāng)下自動化程度最高的交通工具之一。飛機(jī)在起飛和降落過程中，需要通過雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等無線電設(shè)備的信號指引，才能完成進(jìn)場、進(jìn)近等階段的自動駕駛。

如果這些信號出現(xiàn)偏差，則可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。為確保上述通信導(dǎo)航設(shè)備的正常工作，必須對其進(jìn)行空中實(shí)時檢測和校準(zhǔn)，由此引出了導(dǎo)航校驗和導(dǎo)航校驗系統(tǒng)的概念。

導(dǎo)航校驗概念早在上世紀(jì)30年代就已成形，最初被稱為航路巡查，主要任務(wù)是在空中檢查目視航(燈)標(biāo)的標(biāo)高和亮度。隨著導(dǎo)航設(shè)施和機(jī)載設(shè)備不斷發(fā)展，導(dǎo)航校驗覆蓋對象不斷豐富，程序和標(biāo)準(zhǔn)也日趨完善。 

“現(xiàn)在我們在生活中出行、開車都離不開導(dǎo)航，導(dǎo)航地理信息不是一成不變的，它需要動態(tài)更新和檢測校準(zhǔn)，在天空中也是這樣的道理，導(dǎo)航校驗就相當(dāng)于給相關(guān)導(dǎo)航設(shè)施進(jìn)行體檢?！眳⑴c導(dǎo)航校驗系統(tǒng)研發(fā)的北京市計算中心主任劉彤，給導(dǎo)航校驗做了一個通俗的比喻。

▲無人導(dǎo)航校驗機(jī)（供圖/云恒研究院）

但一個尷尬的現(xiàn)實(shí)是：這套系統(tǒng)長期被歐美發(fā)達(dá)國家壟斷，像美國的Airfield、德國Aerodata都在行業(yè)中占有絕對優(yōu)勢地位。

導(dǎo)航校驗系統(tǒng)能不能做到全國產(chǎn)化？能不能建立起國產(chǎn)導(dǎo)航校驗產(chǎn)業(yè)鏈？2017年，在北京市科委、北京首都科技發(fā)展集團(tuán)和北科院、北京市計算中心等單位的大力支持下，云恒研究院以高水平科技自立自強(qiáng)為己任，向這個領(lǐng)域發(fā)起了挑戰(zhàn)。 

云恒研究院是一家國資參股的混合所有制企業(yè)，是國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，國家和中關(guān)村雙高新技術(shù)企業(yè)。云恒研究院致力于應(yīng)用通信導(dǎo)航、模擬仿真和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，為軍方、政府提供最適合的技術(shù)和服務(wù)。

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首套全國產(chǎn)化導(dǎo)航校驗系統(tǒng)問世

導(dǎo)航校驗系統(tǒng)國產(chǎn)化研制很不容易，作為技術(shù)、知識密集型高端裝備，它涉及航空導(dǎo)航、大數(shù)據(jù)、計算機(jī)軟件、地理信息等諸多高精尖領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，這對研發(fā)人員提出了更高的要求。 

例如在數(shù)據(jù)方面，劉彤表示，隨著導(dǎo)航校驗任務(wù)執(zhí)行，大量校驗信息流、數(shù)據(jù)流開始匯集，系統(tǒng)不僅是檢測校準(zhǔn)平臺，更將成為數(shù)據(jù)平臺，需要專業(yè)的HPC理論和方法支持。

▲科研人員對無人導(dǎo)航校驗機(jī)進(jìn)行測試準(zhǔn)備（供圖/云恒研究院） 

2021年3月29日，云恒研究院與北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院聯(lián)合研制的無人導(dǎo)航校驗機(jī)成功首飛；2021年12月28日，應(yīng)用于平原機(jī)場等導(dǎo)航臺站校驗的某運(yùn)輸機(jī)加裝導(dǎo)航校驗系統(tǒng)成功首飛。

這標(biāo)志著首套自主可控全國產(chǎn)化導(dǎo)航校驗系統(tǒng)已經(jīng)具備了覆蓋全疆域、全場景的導(dǎo)航校驗?zāi)芰?，真正意義上“自主可控、安全可靠”,打破了歐美發(fā)達(dá)國家近百年的行業(yè)壟斷，也徹底改變了導(dǎo)航校驗領(lǐng)域的全球產(chǎn)業(yè)格局。

談到這套國產(chǎn)系統(tǒng)，云恒研究院副總經(jīng)理韋博介紹說，這套全國產(chǎn)化導(dǎo)航校驗系統(tǒng)嚴(yán)格按照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)研制，我們基于深度定制版國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)自主開發(fā)了160萬行軟件代碼；自主攻克了410項核心算法，先后經(jīng)過了數(shù)學(xué)模型構(gòu)建、模擬仿真驗證、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試和外場試飛，過程受控，質(zhì)量可靠。 

“這是在軍民融合國家政策的支持和推動下，我國在航空導(dǎo)航領(lǐng)域，國產(chǎn)化替代啃下的又一塊硬骨頭，導(dǎo)航校驗系統(tǒng)國產(chǎn)化，本身就是一次軍民融合的標(biāo)志性成果?！表f博說。 

記者了解到，今年3月，云恒研究院與北京市計算中心聯(lián)合發(fā)起新一項的技術(shù)攻關(guān)，共同開展導(dǎo)航校驗地面支持系統(tǒng)研制工作。未來系統(tǒng)建成后，將實(shí)現(xiàn)空地一體、全疆域互聯(lián)的智能導(dǎo)航校驗體系，形成可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新生態(tài)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

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航空裝備國產(chǎn)化加速

導(dǎo)航校驗系統(tǒng)自主研發(fā)的背后，映射的正是航空產(chǎn)業(yè)裝備國產(chǎn)化進(jìn)程的加速。 

過去，由于長期向波音、空客等制造商供貨，導(dǎo)致航空發(fā)動機(jī)和機(jī)載設(shè)備等系統(tǒng)，被歐美供應(yīng)商主導(dǎo)，普遍擁有一半以上的國際市場份額。這也在客觀上造成了技術(shù)壁壘高、研發(fā)周期長、資金投入大和適航取證需求難等困難，導(dǎo)致國產(chǎn)化進(jìn)程緩慢。

▲科研人員調(diào)試無人導(dǎo)航校驗機(jī)（供圖/云恒研究院） 

但隨著C919國產(chǎn)大飛機(jī)正式商用，以及國產(chǎn)大飛機(jī)帶動國內(nèi)裝備制造業(yè)升級，中國航空工業(yè)迎來了跨越式發(fā)展的好機(jī)會，越來越多的航空工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代。

2017年，首套國產(chǎn)地面導(dǎo)航核心設(shè)備進(jìn)入民航市場，實(shí)現(xiàn)了民航通信導(dǎo)航監(jiān)視核心裝備的全面國產(chǎn)化應(yīng)用。相較于通信和監(jiān)視設(shè)備，導(dǎo)航設(shè)備直接為航空器在飛行階段提供引導(dǎo)信號，是與飛行安全最密切相關(guān)的地面設(shè)備。 

2018年，機(jī)載ADS-B國產(chǎn)化率達(dá)到100%。ADS-B也叫飛機(jī)自動相關(guān)監(jiān)視廣播系統(tǒng)，可以自動從相關(guān)機(jī)載設(shè)備獲取參數(shù)，并向其他飛機(jī)或地面站廣播飛機(jī)的位置、高度、速度、航向、識別號等信息，是管制員對飛機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的核心系統(tǒng)。

▲科研人員檢查無人導(dǎo)航校驗機(jī)（供圖/云恒研究院）

飛行模擬機(jī)是訓(xùn)練民航飛行員的必要設(shè)備，可以對飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)情況進(jìn)行復(fù)制，最大程度讓飛行員體驗到真實(shí)駕駛環(huán)境。過去飛行模擬機(jī)一直被加拿大、歐洲等國家發(fā)達(dá)國家的少數(shù)企業(yè)壟斷。 

2020年，國內(nèi)首臺擁有完整自主知識產(chǎn)權(quán)的A320 NEO/CEO全動飛行模擬機(jī)問世，填補(bǔ)了國內(nèi)在此領(lǐng)域設(shè)計制造空白。2022年1月，國產(chǎn)波音737 MAX全動飛行模擬機(jī)通過D級認(rèn)證，標(biāo)志著該領(lǐng)域越來越多的“中國智造”登上舞臺。 

業(yè)內(nèi)人士指出，當(dāng)代航空工業(yè)是知識密集、技術(shù)密集的軍民融合的高科技產(chǎn)業(yè)。推動核心裝備國產(chǎn)化，不僅可以推動航空業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，還能防范化解“卡脖子”風(fēng)險，保障產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全。

不過值得注意的是，對比空客供應(yīng)商中歐洲企業(yè)占比68%，波音供應(yīng)商中美國企業(yè)占比75%，國產(chǎn)民用客機(jī)制造商的供應(yīng)商國產(chǎn)化仍然在50%左右徘徊，還有較大提升空間。

“這給包括云恒研究院、北京市計算中心在內(nèi)的國產(chǎn)化航空設(shè)備制造企業(yè)提出了更高的要求，讓科技成果真正惠之于民，還有很長的工作要完成。”韋博表示。