无伤智造“呼吸孔”、太空爬行机器人亮相，南航“天宫杯”竞逐科创未来

今日快讯 2025年11月14日 22:40 0 aa

静音离子风飞艇、电动自行车无线充电系统、地-空-壁变构型电磁吸附式特种飞行器……11月14日，南京航空航天大学第十四届“天宫杯”研究生创新实验竞赛现场，70项前沿创新成果同台竞技。

本届参赛项目紧密围绕国家重大战略需求与尖端科技领域，涵盖空天飞行器、能源动力、通信导航、传感检测、智能机器人、先进材料、医工交叉等多个方向。

刘莉摄

“复合微创术”攻克叶片“隐形疤痕”

经过激烈角逐，“匠心‘孔’铸”团队凭借其“放电-电解无伤智造技术与装备”项目斩获赛事特等奖。该成果直指航空发动机高压涡轮叶片气膜冷却孔的制造难题，团队在国际上首创放电-电解复合加工方法，实现了孔壁100%无损伤、高效率、低成本的加工，为破解高端制造领域的“卡脖子”问题提供了创新方案。

在大国重器航空发动机及飞机飞控功率构件的核心部位，布满了为涡轮叶片降温的“呼吸孔”与飞控功率构件物质传输的“生命孔”。然而，传统电火花加工会在孔壁留下“重铸层”的致命“隐形疤痕”，其内部微裂纹可能加速导致叶片及飞控功率构件的疲劳断裂，这是制约高端制造的“卡脖子”难题。

面对挑战，团队在国际上首创了“放电-电解复合加工”方法。团队成员杨宗举将其生动地比喻为一套“复合微创修复术”：“这好比派出了一支‘特种手术队’——‘先锋爆破手’（放电加工）在前端高效开路，而‘精细修复师’（电解加工）则在侧壁同步进行离子级的‘微量修复’，精准去除疤痕。”

杨宗举表示，“最关键的是，我们的‘爆破’与‘修复’是同步进行、一气呵成的。这得益于对溶液，间隙和参数的精确调控，让两种加工方式在各自最适合的空间里协同工作，实现了‘边开路、边修复’，从根本上解决了效率与质量难以兼顾的矛盾。”

据悉，该技术已成功制备出多种航空航天关键部件，实现孔壁100%无重铸层，让关键部件的疲劳寿命得到提升。相较传统工艺，其加工效率大幅提升，成本显著降低。“凡是需要在‘硬骨头’材料上打出高质量孔洞的地方，比如火箭发动机、重型燃气轮机等等，都是我们技术大显身手的地方。”

“在轨工匠”机器人守护未来空间站

在中国空间站遨游寰宇的未来图景里，如何让航天员更安全、让大型空间设施运维更高效？航空学院的“两足空间桁架机器人”项目团队给出了他们的答案：研制一款能在空间站桁架结构上自主“爬行”的机器人，犹如一位永不知疲倦的 “在轨工匠” ，代替航天员执行高风险的外部检修作业。

“机器人可以通过身体两端智能夹爪的交替固定与释放，在复杂的桁架结构上一步一步爬行。”团队学生负责人李静波介绍道，“爬行移动方式能量消耗相对低，能让机器人在轨持续工作更长时间，覆盖范围也更广。这对于需要长期运维的大型空间结构来说，意味着更高的效率和更低的成本。”

这款机器人不仅会“走”，更会“干活”。凭借巧妙的设计，它能根据任务需求灵活切换角色：定点作业时，它单爪紧抓桁架，化身为一台稳定的七自由度机械臂，足以完成拧螺丝、换设备等精细操作。转移阵地时，它双爪交替，又变身为灵活的移动机器人，承担起运输物资、巡查检修的任务。

面对太空任务的高可靠性要求，团队采用了基于模型的系统工程（MBSE）方法进行研发。当出现新的维修任务或空间站结构升级时，他们能快速调整设计方案、仿真验证，迅速生成适应新场景的最优方案。“这就像为机器人配备了‘快速进化’的能力，”团队成员表示，“确保了我们的设计能跟上中国空间站未来发展的脚步。”

为无人系统装上“导航备份大脑”

在北斗、GPS卫星导航系统日益成熟的今天，人们或许很少思考：当卫星信号被高楼遮挡、干扰或失效时，各类无人设备将如何实现精准导航？自动化学院一支科研团队成功研制出一套基于无人车载平台的高精度多源融合自主导航系统，为解决这一“卫星失灵”困境提供了创新方案。

该系统创新性地将惯性导航、卫星导航与天文导航三者深度融合，构建了一套协同工作的“导航备份大脑”。其核心设备“星敏感器”如同一个精准的“星空指南针”，通过拍摄夜空星图并与内置星库进行匹配，能实时计算出载体自身在空间中的精确姿态。

团队成员张新睿介绍，团队突破了三项关键技术：一是提出了新型天文定姿算法，降低了对可见导航恒星数量的依赖，提升了天文导航的可用性；二是设计了基于因子图的多源融合导航方法，巧妙解决了不同导航信号在时序和可用性上的异步与多变问题；三是成功搭建了高度集成的车载导航平台，实现了多种传感器信息的有效整合与长时间稳定工作。

目前，该技术已在地面移动平台上完成原理验证。未来，这项技术不仅可应用于卫星信号受限的无人驾驶领域，更将为空天往返飞行器等航天器在复杂太空环境中提供可靠的全天候自主导航能力，有望为我国未来空天探索与安全应用提供关键技术支撑。

据介绍，“天宫杯”是南航研究生特色创新实践品牌活动，竞赛举办14年来，参赛队伍已达800余支，参赛研究生4000余人。南京航空航天大学研究生院副院长刘向雷介绍，多年来，“天宫杯”培育的创新项目屡屡在中国国际大学生创新大赛、全国“挑战杯”、“中航工业杯”国际无人机创新大赛等系列赛事中摘得最高奖项。不少项目已开花结果，成为推动相关产业发展的“活水”。学校还特别邀请了一批产业教授加入评审和指导，希望把产业的“真问题”和市场的“新需求”直接带到同学们面前，让创新更具生命力。

扬子晚报/紫牛新闻记者杨甜子

校对朱亚萍