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精密仪器与量子传感技术研究所

日期:2012-06-26 浏览量:

以房建成院士为所长的“精密仪器与量子传感技术研究所”的前身,是为了满足我国两弹一星工程惯性制导的急需,1956年由钱学森提议,我国惯性技术的奠基人之一林士谔先生在北航创建的陀螺惯导研究室。近六十多年来,实验室始终把“围绕国家重大需求,瞄准关键技术瓶颈,打破封锁自主创新,坚持不懈十年一剑”作为传统文化,代代相传。围绕载人航天工程、高分辨率对地观测系统、武器系统精确制导等国家重大需求,长期合作、共同攻关,近5年来主持了以国家“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制为代表的几十项国家级重要科研项目,在航天器姿态控制惯性执行机构、高性能惯性导航与组合导航、量子传感与量子科学仪器等领域的基础理论与关键技术方面开展了一系列自主创新研究工作,取得了一系列具有国际先进水平的创新性研究成果,并已在我国卫星高精度长寿命姿态控制、高分辨率对地观测等领域获得重大应用,在国内外产生重大影响,推动了我国先进惯性仪表与系统技术的跨越式发展。同时,面向量子科学前沿的重大科学需求,在原子磁场与惯性测量领域取得重大突破,部分成果已处于国际先进水平。

近十年来获得包括国家技术发明一等奖和二等奖、国家科学技术进步一等奖和二等奖在内的十余项国家级和省部级科技奖励。现包括1名长江学者特聘教授、1名国家杰出青年基金获得者、1名中国青年科技奖获得者、1名“千人计划”教授、1名“青年千人计划”教授、3名新世纪优秀人才等多位专家学者。

目前该所建有我国惯性技术领域唯一的“惯性技术”国家级重点实验室(主任:房建成院士)、“新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室(主任:房建成院士)和以及教育部“中英空间科学与技术”国际合作联合实验室(中方理事长:房建成院士)。建设有“新型惯性仪表与系统技术”教育部长江学者创新团队(团队带头人:房建成院士)、“先进惯性仪表与系统”国防科技创新团队(团队带头人:房建成院士),在此基础上,2011年又获批“导航制导与传感—先进惯性仪表及系统技术”国家自然科学基金委创新研究群体(群体带头人:房建成院士)。

精密仪器与量子传感技术研究所紧密结合北航的“空-天-信”融合特色,一方面,瞄准航空航天领域的国家重大需求,研制光机电一体化空间探测载荷,小卫星、空间站、深空探测器等各类航天器用导航仪表、控制仪器以及组合导航和控制系统、航空器用位置姿态测量系统、空间精细操作装置等精密仪器,同时,面向国民经济主战场,研制高速高能量密度电机、地面车辆用导航与控制系统、无人飞机导航及自动驾驶仪等精密仪表与系统。另一方面,瞄准国际学术和学科前沿,开展量子传感理论、方法与技术研究,研发基于原子自旋效应的超高灵敏磁场、惯性测量和基于结构限域介质的超高灵敏惯性测量的三类实验研究装置;并基于实验研究装置所取得的理论研究成果,研制超高精度SERF原子自旋陀螺仪、SERF原子磁强计、核磁共振原子自旋陀螺仪以及冷原子干涉陀螺仪等量子传感仪器,实现光机电仪表到量子仪表的跨越式发展。逐步形成了“基础研究-工程技术-行业应用”三位一体的人才培养模式,2009年5月6日时任习近平副主席视察实验室,对创新研究和人才培养模式给予了高度评价和鼓励。

国家级基地和创新团队的建设为高水平人才的培养提供了坚强有力的保障。目前已毕业的研究生中,有6名是国家奖的获得者。6位同学获北航“研究生十佳”(博士生)。1名全国百篇优博获得者,1名获全国百篇优博提名。此外,国际合作实验室的建设也为所内研究生到国外深造创造了便利条件,目前已有20余名研究生有国外联合培养或攻读博士后的经历,有力促进了创新型人才的培养和交叉科学原始创新能力的提升。

主要研究方向

(1)量子传感技术与量子科学仪器

面向国家在量子调控技术领域重大需求,在国内率先开展了基于量子闭环操控的原子自旋惯性与磁场测量技术研究,在国内首次研制成功基于SERF的超高灵敏原子自旋磁场测量的实验研究装置,实现了优于1fT/Hz1/2的磁场测量灵敏度;首次实现了SERF原子自旋陀螺效应、核磁共振原子自旋陀螺效应,以及基于磁导引的铯原子干涉惯性测量原理验证;研制成功国内首套SERF原子自旋陀螺仪原理样机,实现了10-2°/h量级的漂移指标;作为首席单位承担了国家自然基金委重大仪器专项“基于原子自旋效应的超高灵敏磁场与惯性测量实验研究装置”,引领了我国新型高精度量子惯性仪表技术的发展。

(2)高能量密度磁悬浮电机技术

在财政部“重大科技成果转化项目”支持下,开展了大功率磁悬浮高速永磁电机研制,2013年成功获批“北京市”高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心,已成功研制出国内转速最高(30kW,66000转/分)和功率最大(315kW,30000转/分)的两类高速磁悬浮电机原理样机;2012年承担国家重大科学仪器设备开发专项,进行超高真空大抽速磁悬浮复合分子泵研制,已研制出大、中、小抽速三类磁悬浮分子泵。

(3)高精度磁悬浮执行机构技术(磁悬浮飞轮和磁悬浮控制力矩陀螺)

针对卫星高精度姿态稳定控制的需求,攻克了高精度磁悬浮飞轮和磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)多项关键技术问题,主持研制了我国首台五自由度主动控制磁悬浮飞轮产品以及大、中、小型单框架磁悬浮CMG和双框架双自由度磁悬浮CMG样机,获2007年度国家技术发明一等奖,研制的磁悬浮飞轮于2012年10月在“实践九号”新技术试验卫星搭载,在轨试验圆满成功,使我国该项技术跨入国际先进行列。

(4)高精度位置姿态测量系统(POS)及惯性稳定平台技术

针对我国高分辨率对地观测系统重大需求,突破了惯性测量及组合测量装置高精度误差标定、快速精确对准及组合滤波等多项关键技术,在国内率先主持研制成功高精度位置姿态基准系统(POS),填补了国内空白。为国产机载干涉SAR分辨率提高一个数量级,国际首次实现机载时空联合调制干涉成像光谱仪运动成像等发挥了关键作用。先后获2007年度国家科技进步二等奖和2014年度国家技术发明二等奖。

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