穿越雷電 沖上云霄
—— 記航空工業合肥航太電物理技術有限公司總工程師段澤民

◎ 文/李 沖

一夢五十年，國產大飛機終于迎來黎明時刻。

作為我國首款完全按照國際先進適航標準研制的單通道大型干線客機，C919飛機性能與國際新一代主流單通道客機相當。數據顯示，截至當前，C919的國內外客戶達28家，訂單總數高達1015架。

中國飛機史上，大飛機重大專項一直是黨中央、國務院建設創新型國家和提高我國自主創新能力及增強國家核心競爭力的重大戰略決策，也是《國家中長期科學與技術發展規劃綱要（2006-2020）》確定的16個重大專項之一。為了讓中國的大飛機飛上藍天，半個多世紀以來，無數科研團隊為之傾盡汗水和智慧，航空工業合肥航太電物理技術有限公司（以下簡稱航太）總工程師段澤民和他所在的團隊就是其中之一。

第一個“吃螃蟹”的人

如鳥兒一樣，在藍天白云中自由徜徉，是中國人幾千年來不變的夢想。飛機的發明在一定程度上改變了20世紀的人類歷史。飛機，不僅成為了現代社會人類主要的交通方式之一，更成為了人類在空中飛翔的夢想實現工具。飛機產業的發展，是國家實力的象征，也是推動經濟與科技進步的重要力量。

然而，要讓一個動輒上百噸的龐然大物飛上天空，這背后的困難實在難以想象，雷電防護技術就是其中最難啃的“硬骨頭”之一。數據顯示，全球平均每天約發生800萬次雷電，每秒就有近100次閃電。統計表明，一架固定航線的飛機平均每年要遭受一次雷擊，由此導致的飛行事故，國際上發生過很多。正因如此，歐美國家在20世紀60年代就開始研究飛機的雷電防護。而直到20世紀90年代，我國在飛機雷電防護領域的研究幾乎都是一片空白。

1992年，正在承擔某重點型號研制的一家研究所，在全國范圍內尋找能夠為飛機部件進行雷電防護試驗研究的單位。機緣巧合之下，他們找到了段澤民當時所在的中國科學院等離子體物理研究所。

在此之前，段澤民一直從事有關強脈沖功率的課題研究，重點就是研究如何產生時間很短的強脈沖電流，這與飛機的雷電防護所涉及的原理和知識有點像，正如段澤民所言，“就是考慮如何再把產生的強電流作用到飛機上，還能讓它沒事兒”。基于此，段澤民和他的同事接下了差事，臨時拼湊起了一間簡陋的實驗室，再添置一些設備，就這樣閉關干了40多天，我國歷史上首次飛機雷電防護試驗居然就這么完成了。

雖然基于有限的技術條件，當時的試驗也僅限于做個機頭雷達罩等簡單的防護，整機試驗無從談起，但也正是通過這次項目，讓段澤民發現了我國在飛機雷電防護試驗方面的需求與幾乎空白的技術領域。尤其在與國內外相關專業接觸后，美國同行的一句話，更是堅定了他與雷電“打交道”的決心，“中國要獨立發展航空，飛機雷電防護技術根本繞不開，遲早的事”。

當今世界，能夠獨立制造飛機的國家屈指可數。為了推動這一自主研發的遠大目標，1995年7月，段澤民毅然選擇了“出走”，離開了“鐵飯碗”——中科院等離子所，創立了我國最早開展飛機雷電防護試驗研究的單位，成為了我國飛機雷電防護領域第一個“吃螃蟹”的人。

但這條路注定充滿了未知與艱辛，首先就是經費問題。自立門戶之后處處都要花錢。為了節省經費，他們最初的實驗室十分簡陋，位于合肥市寧國路上一棟小樓房的三層，大約200平方米，第一層是印刷廠，第二層是歌舞廳。由于飛機雷電防護試驗聲音與雷電相似，每次“轟”一聲巨響后，樓下熱鬧的歌舞廳都會霎時安靜下來。 “太嚇人了！ ”歌廳老板常常無可奈何地找上來，“老哥，可能輕點？ ”

當時，我國航空業雷電防護試驗還是一片空白，為了讓客戶知道雷電防護的重要性，段澤民四處奔走。只要有一絲希望，他就直接上門，也不管對方是誰。這樣的結果就是幾年之后，基本國內做飛機的都知道，“有個姓段的，在搞飛機雷電防護”。

就這樣一邊拼命奔走、一邊甚至用副業支撐研究經費的過程中，段澤民終于等來了轉機。2000年開始，國家陸續上了很多新項目、新課題，加之國際上飛機適航標準越來越嚴格，飛機雷電防護的必要性愈加凸顯，而當時國內有能力攬下這個活兒的，只有航太一家。就這樣，段澤民帶著團隊接觸到了越來越多的項目，實驗室的技術能力也不斷隨之提升。

“空警-2000”是當時中國自主研制的大型、全天候、多傳感器空中預警與指揮控制飛機，它的成功研制和部署使用，對于促進人民空軍從“國土防空”向“攻防兼備”轉變具有里程碑意義。2001年，為“空警-2000”開發研制主要雷達系統的南京14所找到段澤民，討論雷電防護試驗的事宜。這樣的機會對于段澤民團隊來說顯然十分難得，然而，當時團隊200平方米的試驗場地顯然無法滿足試驗要求——“空警-2000”的碟形天線大概全長13米，高度將近3米，而航太的試驗場地本身空間不大，試驗裝置又要占掉一多半的地方。究竟該如何是好？

憑借對未來市場的敏銳洞察，段澤民短時間內作出了一個大膽的決定——立即買地開始建設新的場地。在別人眼中認為天方夜譚的行為，段澤民卻說干就干，迅速帶領團隊完成了實驗室的選址、買地、搬遷、擴張，并且在實驗室建設一半時就用大卡車拉著試驗件進場，一邊做實驗、一邊蓋房子。

后來，新建筑拔地而起，“空警-2000”雷電防護試驗圓滿完成。在這過程中，航太也發展成為了中國飛機雷電防護和試驗能力的標桿，承擔起了“新舟”60飛機、ARJ21飛機、AC313直升機等多種型號軍民用飛機的雷電關鍵技術研究。尤其在為ARJ21飛機開展雷電防護適航取證試驗中，實驗室的技術能力獲得了美國聯邦航空局的認可，并在中法合作的EC175直升機雷電試驗中獲得了歐洲航空安全局的認可。

雷電防護，是民用飛行器適航取證的“必修課”。正因為有了航太，才打破了這個領域的國外壟斷，中國民用飛機FAA和EASA認證的雷電防護試驗得以在國內進行。

2010年，憑借雷電防護技術，航太拿到了第一個安徽省科學技術獎一等獎。而在此之前，我國首款完全按照國際先進適航標準研制的單通道大型干線客機——C919項目于2008年正式啟動，段澤民團隊也順理成章地挑起了C919的雷電防護工作。

為大飛機保駕護航

通常而言，“大飛機”一般是指起飛總重超過100噸的運輸類飛機，在民航業內則一般指擁有150座以上的干線客機。對于大飛機的研制難度，有人曾做了一個形象的比喻：如果說民航制造業是制造業的“皇冠”，那國產大飛機就是這頂皇冠上最閃亮的那顆明珠。

我國研制大飛機的歷史，至少可以追溯到半個多世紀以前。1970年8月，我國開始大飛機運10型號的研制。但因研發投入較大、不具備大規模商業化運行的條件等原因，最終于1986年終止。之后，與外資企業合作的項目均以無果而終，我國大飛機項目一度陷入停滯。直到2002年，原中國航空工業第一集團的支線飛機ARJ21，用零星的技術經驗重塑國內民航飛機制造體系，為后續國產大飛機的研發積累了工業基礎。

2006年，大型飛機重大專項被確定為16個重大科技專項之一，寫入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》。2008年，隨著中國商用飛機有限責任公司（以下簡稱中國商飛）的成立，C919的設計、研制、試制、試飛被提上日程，國產大飛機項目再次蓄力沖頂。

C919是我國首次按照國際標準研制、擁有自主知識產權的大型客機，最大航程超過5500公里，性能與國際新一代的主流單通道客機相當。十余年來，為了讓這架承載著國家與人民起航希望的大飛機沖上藍天，無數團隊殫精竭慮，日夜奮戰在一線。作為國內唯一一家擁有大型飛機雷電防護實驗室的航太，更是如此。

飛機雷電防護是飛機能否定型飛行的關鍵技術。雷電可造成飛機的結構解體、燃油起火爆炸、電子電氣系統失控、甚至墜毀，經濟損失及社會影響巨大。發達國家高度重視飛機雷電安全，是飛機研制的強制性要求。由于技術封鎖，此前我國飛機雷電防護技術幾乎為空白。自主研究飛機雷電防護關鍵技術，建立飛機雷電防護技術體系，是大飛機研制和我國航空工業戰略發展的重大需求。

從2008年開始，段澤民就帶領團隊肩負起了大飛機雷電防護工作。然而為C919進行全機雷電防護試驗，研發符合要求的全機雷電波形發生器是擺在國內飛機雷電防護領域的難題，對他們團隊來說也是第一次。

“一般而言，大型客機容易遭受雷擊的部位一般在尖端部位，比如機頭、垂尾、機翼尖等地方，特別是在惡劣天氣里雷電的能量非常之大，容易產生災難性后果。”段澤民介紹，正因如此，要在實驗室模擬真實的雷電環境，對飛機的每一項設計方案和各零部件承受雷電的直接效應和間接效應能力進行考核驗證，不斷發現問題并改進，直到符合飛機雷電防護的標準。

在這過程中，段澤民團隊又攻克了不少難題。比如，為解決機身碳纖維復合材料導電能力差、易遭雷擊的問題，段澤民花了近兩年時間，進行各種嘗試，在飛機機翼的防雷結構中增加了能夠滿足飛機接地要求的金屬肋結構，提高了雷電的防護能力。

在十余年科研攻關中，段澤民團隊充分詮釋了什么叫“世上無難事，只要肯登攀”，先后攻克了飛機雷電電磁仿真方法，以及結構、燃油、電子電氣三大系統的雷電防護關鍵技術，形成了完整的技術體系，并取得四方面創新成果：一是國內首創了基于離散線面耦合等效的瞬態電磁模型，提出了多尺度/多層次飛機雷電電磁耦合快速仿真方法，計算精度達6dB，解決了雷電電磁仿真準確建模和快速計算難題；二是建立了大飛機全機差異化雷電分區方法，提出了基于損傷模型碳纖維結構表面低阻設計的雷電防護方法，研制了我國首套飛機雷電異形波發生裝置，解決了飛機結構輕質化雷電防護設計與試驗難題；三是提出了基于耦合權重調控雷電流細粒化分布和優化多尺度結構界面的燃油系統引燃源防護設計方法，建立了測溫、辨識與燃爆結合多維的引燃源檢測系統，解決了大飛機燃油系統雷電防護可靠設計和檢測難題；四是提出了電磁耦合調控與浪涌量化抑制多元協同的電子電氣系統雷電防護方法，建立了由設備及系統至全機分層綜合的雷電間接效應試驗方法，研制了我國首套全機雷電試驗裝置，完成了國內首次大型運輸機全機雷電防護設計和試驗，解決了飛機雷電間接效應協調設計與試驗難題。

“從理論和試驗情況看，C919大飛機能夠承受200千安雷電的打擊，抗雷擊能力特別強。”段澤民說。

2017年5月5 日，承載著國人的驕傲，國產大型客機C919在上海浦東國際機場一飛沖天，凌空翱翔，成功首飛！作為我國首款完全按照國際先進適航標準研制的單通道大型干線客機，C919的成功首飛是民族品牌的驕傲，意味著中國民航將不再依賴國外進口，中國的飛機制造真正走出一條自主研制的大發展之路，中國已躋身全球少數幾個能夠自主制造大型客機的國家行列中。

此后，為了加快C919邁向市場、正式商用的步伐，圍繞全機運行的各個項目組夙興夜寐、夜以繼日奮戰在一線。

2021年是C919項目取證的關鍵年。段澤民團隊負責的雷電防護試驗項目實際上分為全機雷電間接效應試驗與全機燃油系統雷電試驗，正常情況下每一個試驗都要約一個月的時間，而由于時間緊任務重，兩個試驗要壓縮在一個月內完成。

為此，段澤民團隊成員不約而同放棄了休假，沒日沒夜地守在現場，就連春節都沒有人回家，所有人“守著”大飛機一起度過了一個難忘的除夕。

有感于航太團隊的敬業精神，中國商飛董事長賀東風親自來到南昌現場，和戰斗在C919飛機全機雷電試驗現場的同志們一起度過了年三十。牛年大年初一，他又親臨工作現場，并下了正式開試的指令。

在團隊齊心協力、不懈奮斗之下，幾個月后團隊順利通過了全機雷電防護試驗的“大考”。不僅如此，航太此前自主研發的移動式飛機全機雷電實驗裝置也被首次運用于民機試驗，在項目中發揮了決定性作用。這也是軍民融合的典范，該套裝置曾運用在中國研究制造的新一代大型運輸機運-20的全機雷電測試上，并獲得過安徽省2019年度科技進步獎一等獎。

如今，C919正式商用在即，而國產大型寬體客機C929也迎來了關鍵技術的研究階段。此外，根據2021年9月中國商飛發布的《中國商飛公司市場預測年報（2021-2040）》，未來20年，中國航空市場還將接收50座及以上客機9084架，價值約1.4萬億美元。到2040年，中國的機隊規模將達9957架，占全球客機機隊比例22%，成為全球最大的單一航空市場。作為國產大飛機雷電防護唯一的守護者，段澤民和他的團隊也已做好準備，當仁不讓地繼續為國產大飛機保駕護航。

與雷電“共舞”

從客觀層面而言，在國內飛機雷電防護研究領域，航太無疑是孤獨的創業者。早在2009年5月，某裝備部就曾在對航太負責項目的評價中表示：航太建有我國目前唯一的大型飛機雷電防護試驗室，是承擔我國大飛機雷電防護試驗任務的唯一國家實驗室。

盡管如此，在航太人的心目中，他們的征途從來就不孤獨。在這條路上，他們有著同樣的目標，讓國內所有的飛機安然無恙地穿梭在藍天白云之下；他們有著同樣的“敵人”，天空中瞬息萬變的雷電；他們還有著最忠誠的戰友，為了同一個目標，來自五湖四海、不同背景的科研團隊。

這是一條充滿了夢想與希望的征途。作為航太的掌門人，自1995年義無反顧地扎進雷電防護“無人區”以來，段澤民帶領團隊夙興夜寐，承擔了“新舟”60飛機、ARJ21飛機、C919大型客機、AC313直升機及各種軍機等我國不同時期、各個型號研制中的重大雷電防護設計與試驗研究技術問題，打破了這個領域的國外壟斷。在推動我國獨立制造飛機的征途上，航太書寫了濃墨重彩的一頁。

他們開創了我國飛行器雷電防護試驗研究工作，填補了國內空白，繼美、法之后主持建立了我國大型飛行器雷電防護實驗室，使我國成為世界上第3個全面掌握飛機雷電防護技術的國家。項目成果全面應用于大型運輸機、C919大型客機、鯤龍600水上飛機及AC312E、EC175/Z15等30余型飛機的雷電防護試驗，并首次完成了我國大型運輸機、C919大型客機的全機級雷電效應測試驗證試驗及AC312E型直升機的全機雷電適航性試驗，在軍/民機研制中發揮了不可替代的作用，有力支撐了我國航空工業發展戰略的實施，社會經濟效益顯著。

“面對歐美國家，如果說之前是望塵莫及，后來能夠望其項背，現在我們的飛機雷電防護技術已經躋身第一梯隊，可以與歐美國家并駕齊驅了。”段澤民很有信心，“下一步，我們要做的是超越和競爭。”

20多年櫛風沐雨、漫漫征途，在飛機雷電防護領域，航太不僅成為了國內的領頭羊，也當之無愧進入世界雷電防護第一梯隊，在國際舞臺發光發熱。

不僅如此，技術的成熟也為航太帶來了更大發展。據了解，2016年底國家組織論證了建設一個大型的電磁環境平臺，遠景規劃是20個億，首批4個億已于2020年落地。該項目由航太牽頭，建成以后不僅將成為全世界最好的飛機雷電防護裝置，同時還將面向整個國防工業和國民經濟建設。“未來海陸空天的飛機、軍艦、坦克、雷達、導彈、火箭等，只要有強電磁環境防護需求，都可以在這里做試驗。”段澤民介紹。

科研的道路越走越寬。從一窮二白的基礎起步，到一步步跟跑、并跑再到超越，段澤民正帶領著航太加快步伐，朝著更高更遠的目標邁進。