创新空间技术 筑梦科技强国

——记西安电子科技大学空间科学与技术学院执行院长刘彦明教授

“神舟号”系列飞船发射、太空人遨游太空、“嫦娥”登月、北斗导航“一箭双星”、“悟空”飞天……

近年来，我国的航空航天事业不断飞跃式发展，取得了让世界瞩目的伟大成就，这些发展的背后，离不开那些无数航天人的辛勤和努力。有这样一个前沿学科，它如同航天活动的“大脑”和“小脑”，为我国航天事业发展提供核心支撑，并深切影响着我国经济发展和国防建设，这就是空间科学与技术。在此领域，西安电子科技大学空间科学与技术学院执行院长刘彦明教授带领团队，围绕载人飞船“回家”过程中的世界性难题——黑障问题，在等离子体物理、电磁学、气动热力学等交叉领域，在通信、雷达等信息技术，面向临近空间开发利用，开展了十多年的研究工作，取得了一系列开创性的科研成果。

立足国家需求 促进科技进步

刘彦明自1985年考入西安电子科技大学计算机系，到1993年硕士毕业留校任教以来，至今已有38年，他曾先后在计算机学院、通信工程学院、空间科学与技术学院学习工作。2013年7月，刘彦明参与筹建的西安电子科技大学空间科学与技术学院正式成立。到如今，他们已经承担了国家重大仪器研制项目、“973”计划、“863”计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金、国防装备预研等纵向课题和横向合作项目，特别是以总体单位牵头国家重大仪器研制项目“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”和973项目“临近空间高速飞行器等离子鞘套下信息传输基础理论与方法”，无不都代表了国内该领域的一流水平。

空间科学与技术是以航天器为主要工作平台，作为探索人类未知世界、探寻从宏观天体到微观粒子客观规律的科学，正是当今世界自然科学发展的重要前沿，也是国家高技术产业发展的重点领域，更是提高国家安全、促进科技进步的的关键领域，当今世界各国无不投入大量人力物力开展研究。

空间科学与技术是近年来获得迅速发展的前沿交叉学科领域，空间科学与技术领域的人才培养和科学研究为我国空间科学与航天事业提供了有力的支撑，空间科学与技术专业的发展对我国国防建设、国民经济建设和社会发展有着深远的影响，并且都具有极其重要的战略意义。西安电子科技大学空间科学与技术学院立足国家航天科技发展的重大需求，瞄准临近空间和深空探测两个国家重大战略发展目标，通过与中国航天科技集团的深入合作，积极拓展飞行器测控技术、深空探测与空间大数据、跨域智能飞行控制技术等学科方向，聚焦于航天领域几十年的未解难题——黑障问题。所谓“黑障问题”，就是当载人飞船、航天飞机等空间飞行器以很高的速度返回大气层时，与地面的通信联络会中断，通信中断现象称为黑障现象，这个中断联络的区域就是黑障区，黑障区一般出现在地球上空20到100千米的大气层区域。一直以来，黑障问题给载人飞船返回时的实时通信、再入体的测控造成了巨大困难。

为了解决这一世界性难题，在国家重大科技专项和973计划的支持下，刘彦明与团队一起研究发现：除了等离子体鞘套引起的衰减外，等离子体鞘套动态特性也是引起黑障现象的一种原因，这也就意味着，即使在信号强度够的条件下，也有可能因等离子体鞘套的动态性而出现通信中断，出现黑障现象。对此，刘彦明和团队以多学科交叉研究为创新之源，深入高温流场、等离子体、电磁波传播与信号传输等物理机理，沿着“认知信息传输新环境”“发现信息传输新规律”“提出信息传输新方法”的总体路线，系统开展了理论方法、模拟传输环境及实验技术的体系化研究。提出了动态等离子鞘套信道建模理论方法，建立了高密度等离子体鞘套下低频波信息传输新方法，设计等离子体鞘套物理感知和信息处理的协同通信架构，建设了高温等离子体模拟与电磁科学实验平台，形成了“等离子体鞘套下通信理论方法及应用”研究成果。成果鉴定专家一致认为：“该项成果总体技术水平达到了国内领先、国际先进，基于低频磁场波的‘黑障’区通信新方法具有原创性，截至目前国内外未见报道。”相关研究成果在某重大工程的方案论证、技术攻关、测控系统地面试验中均得到了直接应用，有力支撑了国家重大工程的开展。

　　坚持自主创新 基础支撑未来

当今世界，人类文明发展到了前所未有的高度，而作为第一生产力的科技，是国家强盛之基、安全之要，科技兴则国家强大。

在测控通信技术领域，刘彦明与测控通信团队一起，正在“追赶超越”西方国家，他们在测控技术地面测试方面扎根深入，拓展了等离子体鞘套地面产生模拟、等离子体诊断和电磁波/信号测量技术，取得了一系列重要进展。

2016年，刘彦明团队牵头承担了自然基金重大科研仪器研制项目“临近空间高速目标等离子体电磁科学实验研究装置”。该装置针对具有强碰撞、非均匀和高动态特征的等离子体电磁科学研究需求，突破了温度受限条件下的高密度等离子体产生、等离子鞘套细观结构模拟与调控、高精度/高时空分辨率等离子体三维诊断、等离子体中电磁信号多维特征测量、宽频带/高精度雷达目标散射特性测量、等离子体内部电磁场测量等多项关键技术，成功研制了等离子体产生、诊断和电磁测量一体化科学实验装置，形成涵盖高速目标等离子体产生与调控、电波传播与信号传输特征研究能力的科学实验平台。对研究临近空间高速飞行器测控通信与目标探测、拓展等离子体电磁物理学前沿研究奠定了坚实基础，填补了该领域科学实验仪器的空白。

心之所向，素履以往，生如逆旅，一苇以航。刘彦明始终牢记作为一名科研人员的初心和责任，针对世界性难题——黑障问题，期待通过一代人、数十年如一日的努力，彻底解决黑障问题，助力我国崛起成为世界第一的空间强国。

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