國科金發(fā)計〔2023〕58號

　　國家自然科學(xué)基金委員會現(xiàn)發(fā)布多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理重大研究計劃2023年度項目指南，請申請人及依托單位按項目指南所述要求和注意事項申請。

　　國家自然科學(xué)基金委員會

　　2023年7月31日

　　多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理重大研究計劃2023年度項目指南

　　“多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理”重大研究計劃面向一小時左右全球抵達高速民航和航班化天地往返運輸國家重大需求，聚焦多物理場*高效飛行重大基礎(chǔ)問題，通過飛行器構(gòu)型連續(xù)變化，結(jié)合主動流動調(diào)控與智能控制實現(xiàn)飛行器跨大空域、寬速域、可重復(fù)的高效智能飛行，為航天運輸系統(tǒng)創(chuàng)新發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。

　　一、科學(xué)目標

　　瞄準中國航天運輸系統(tǒng)國家重大需求，提出跨域高效智能飛行新思路，面向跨域、變構(gòu)、可重復(fù)飛行關(guān)鍵特征，建立非定?？諝鈩恿W(xué)模型，發(fā)展多物理參數(shù)實時感知與智能控制理論，突破主動熱防護、變構(gòu)型機構(gòu)-結(jié)構(gòu)設(shè)計、主動流動控制和電磁力熱環(huán)境模擬與科學(xué)實驗等關(guān)鍵技術(shù)，取得一批多物理場高效飛行原創(chuàng)性成果，牽引學(xué)科深度融合與創(chuàng)新發(fā)展，革新面向航天巨系統(tǒng)的智能系統(tǒng)工程范式，為我國未來航天運輸系統(tǒng)提供關(guān)鍵理論、方法、技術(shù)和人才隊伍儲備，促進中國航天運輸系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃的順利實施。

　　二、核心科學(xué)問題

　　本重大研究計劃圍繞以下三個核心科學(xué)問題開展研究：

　　(一)變構(gòu)型材料與機構(gòu)的多物理場耦合機理。

　　揭示柔性材料-變形機構(gòu)在復(fù)雜約束下熱防護、變形機構(gòu)與結(jié)構(gòu)、剛?cè)狁詈系葯C理，建立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、耐久性與損傷容限評價新方法，滿足對飛行器變構(gòu)材料與機構(gòu)的極限需求。

　　(二)跨域非穩(wěn)態(tài)流動模型及調(diào)控機制。

　　研究復(fù)雜時變邊界條件下飛行器流動與飛行變形的相互作用機制，發(fā)展主動流動調(diào)控手段，實現(xiàn)氣動特性精確預(yù)示和高效降熱減阻.

　　(三)變構(gòu)與飛行的一體化智能控制。

　　揭示強不確定環(huán)境下飛行動力學(xué)耦合控制機理，突破跨域無縫自主導(dǎo)航及環(huán)境-任務(wù)自匹配的在線自主規(guī)劃決策等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建變構(gòu)型與飛行器的一體化智能控制方法。

　　三、2023年度資助的研究方向

　　(一)培育項目。

　　圍繞上述科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標為牽引，擬資助一批探索性強、選題新穎、前期研究基礎(chǔ)較好的培育項目，研究方向如下(申報項目須覆蓋以下單一方向中列出的部分或全部內(nèi)容)：

　　1. 多物理場高效飛行變構(gòu)熱防護材料設(shè)計理論與方法。

　　探索多物理場高效飛行變構(gòu)熱防護材料設(shè)計理論與方法。研究可拉伸超親水耐高溫柔性新概念防熱材料設(shè)計理論與方法;發(fā)展高溫熱端部件成型工藝設(shè)計新方法;發(fā)展高溫氧化環(huán)境柔性熱流傳感器件設(shè)計與制備方法;探索高溫熱防護材料損傷在線自感知新原理新方法。

　　2. 飛行器變構(gòu)型機構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與方法。

　　探索多穩(wěn)態(tài)、大承載、快響應(yīng)變構(gòu)型機構(gòu)設(shè)計新原理與新方法。發(fā)展變構(gòu)型高功重比驅(qū)動與高效傳動新方法;研究柔性熱防護結(jié)構(gòu)柔順大變形與承載機理，揭示多維度變形機構(gòu)與柔性熱防護結(jié)構(gòu)運動與傳載協(xié)調(diào)匹配機制;探索超高速強沖擊著陸條件下輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計新原理新方法。

　　3. 跨域變構(gòu)飛行非定?？諝鈩恿W(xué)理論與方法。

　　探索跨域變構(gòu)高速飛行器跨流域轉(zhuǎn)捩與湍流理論與方法。建立連續(xù)變構(gòu)、表面溢氣等非定常過程的高速非連續(xù)介質(zhì)湍流與轉(zhuǎn)捩理論模型;研究高質(zhì)量、強魯棒動網(wǎng)格技術(shù)，發(fā)展跨流域非穩(wěn)態(tài)邊界湍流與轉(zhuǎn)捩高精度時空一致計算方法。

　　4. 多物理場環(huán)境下跨域變構(gòu)飛行主動流動調(diào)控理論與方法。

　　探索跨域變構(gòu)飛行非定常條件下自適應(yīng)智能流動調(diào)控新原理與新方法。研究跨域變構(gòu)飛行器邊界層失穩(wěn)、轉(zhuǎn)捩、流動分離的主動流動調(diào)控方法與策略;探索跨域變構(gòu)飛行器高效低功耗降熱減阻新機制;研究高速非定常流動試驗與測試新方法。

　　5. 多維連續(xù)大變構(gòu)智能飛行控制理論與方法。

　　發(fā)展跨域長航時衛(wèi)星拒止環(huán)境下仿生無縫自主導(dǎo)航方法;研究返回過程推進劑非線性運動機理和建模方法;發(fā)展基于離散事件系統(tǒng)的飛行器變結(jié)構(gòu)決策、故障診斷與監(jiān)督控制方法;研究任務(wù)與模型強不確定下控制與變構(gòu)策略的在線自主學(xué)習與演進。

　　6. 多物理場高效飛行信息感知、信道模型與地面模擬測量方法。

　　探索地面模擬裝置等離子體流場包覆變形結(jié)構(gòu)的力熱電磁參數(shù)高精度三維測量方法;建立跨域飛行綜合信道建模與在線預(yù)示方法;研究跨域變構(gòu)飛行器異構(gòu)協(xié)同測控網(wǎng)絡(luò)資源感知與可靠通信技術(shù)。

　　7. 小樣本條件下的跨域變構(gòu)飛行器模型保精度近似表征方法研究。

　　揭示小樣本條件下跨域變構(gòu)飛行器系統(tǒng)性能保真快速預(yù)示機理。研究跨域飛行器組合變構(gòu)形設(shè)計空間低損降維機制;發(fā)展虛擬樣本遷移擴容與動力學(xué)內(nèi)嵌的分層近似表征方法，突破包括變形機構(gòu)的近似模型修正技術(shù);探索面向復(fù)雜航天飛行器設(shè)計的智能系統(tǒng)工程學(xué)概念、內(nèi)涵與基本方法。

　　(二)重點支持項目。

　　圍繞核心科學(xué)問題，以總體科學(xué)目標為牽引，擬資助一批前期研究成果積累較好、處于當前前沿熱點、對總體科學(xué)目標有較大貢獻的重點支持項目，研究方向如下(申報項目須覆蓋以下單一方向中列出的全部內(nèi)容)：

　　1. 跨域飛行器可重復(fù)使用輕質(zhì)高效熱結(jié)構(gòu)材料健康在線感知與動態(tài)預(yù)測方法。

　　面向跨域變構(gòu)飛行器1600℃可重復(fù)使用熱防護材料力熱響應(yīng)高精度在線感知(關(guān)鍵性能預(yù)測誤差小于10%)與壽命預(yù)測需求，揭示可重復(fù)使用熱防護材料長期服役中性能演變規(guī)律與機理，提出熱防護材料性能多因素損傷累積理論與模型，構(gòu)建極端熱環(huán)境下熱防護材料熱/力學(xué)性能原位感知方法，發(fā)展熱力耦合環(huán)境下數(shù)據(jù)-模型融合的剩余壽命動態(tài)傳感預(yù)測地面試驗方法，形成輕質(zhì)高效熱結(jié)構(gòu)材料的可重復(fù)使用性能感知、評價與預(yù)測理論，并完成典型樣件與環(huán)境狀態(tài)的風洞試驗演示驗證。

　　2. 跨域連續(xù)變構(gòu)飛行器流固耦合模型與計算方法。

　　針對寬速域(0-25Ma)、大空域(0-100km)變構(gòu)飛行器通過柔性蒙皮機翼分布式多維連續(xù)變形適應(yīng)飛行熱力環(huán)境和塑造流動環(huán)境重大需求，研究適用于跨域高速飛行連續(xù)變構(gòu)的新型強魯棒緊致氣體動理學(xué)浸入邊界流固耦合算法，突破跨域連續(xù)變構(gòu)飛行器流體-蒙皮-驅(qū)動剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)大變形可壓縮流固耦合數(shù)值模擬技術(shù)，建立寬速域大空域變構(gòu)飛行器非定常流場與流固耦合機器學(xué)習模型，發(fā)展跨域變構(gòu)飛行器主動變形過程氣動力熱特性與氣動伺服彈性響應(yīng)高精度預(yù)示方法，揭示柔性蒙皮機翼多維連續(xù)變形過程非定常流動演化機理、流固耦合效應(yīng)及其調(diào)控機制。

　　3. 跨域變構(gòu)飛行的模態(tài)軌跡在線一體規(guī)劃與自學(xué)習控制。

　　針對跨域(5-25Ma速域，30-100km空域)變構(gòu)飛行面臨的動力學(xué)高維異構(gòu)、構(gòu)型\軌跡\控制三者相互制約、任務(wù)多約束多目標的特點，探索基于參數(shù)化建模與數(shù)據(jù)驅(qū)動的“構(gòu)型-空域-速域”高維空間聚類方法，建立面向控制的典型跨域動力學(xué)模態(tài)庫，構(gòu)建模態(tài)決策、軌跡優(yōu)化與控制一體化的組合連續(xù)混合整數(shù)分層在線求解框架，解決多維稀疏約束與多尺度復(fù)合目標下的強化學(xué)習模態(tài)決策問題，揭示強收斂性凸優(yōu)化實時軌跡規(guī)劃對跨模態(tài)動力學(xué)的自適應(yīng)機制，突破跨域大包絡(luò)變構(gòu)飛行的自學(xué)習頻域/時域混合預(yù)測控制關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)在線決策制導(dǎo)控制一體化設(shè)計。

　　4. 知識資源圖譜驅(qū)動的跨域變構(gòu)力熱預(yù)示模型學(xué)習與不確定性分析。

　　研究跨域飛行器變構(gòu)飛行過程的力熱效應(yīng)高效預(yù)示模型學(xué)習方法，基于仿真、試驗數(shù)據(jù)和物理機理等知識資源圖譜，探索形態(tài)變構(gòu)與環(huán)境的耦合效應(yīng)模型機器學(xué)習發(fā)現(xiàn)、參數(shù)反演與模型校正方法，突破基于多類多層模型縱向復(fù)合和橫向集成的耦合效應(yīng)魯棒預(yù)測技術(shù)，研究高效預(yù)示模型的物理、數(shù)據(jù)、訓(xùn)練及預(yù)測不確定性分析方法，研制變構(gòu)飛行過程力熱效應(yīng)高效預(yù)示系統(tǒng)并完成實驗驗證。

　　5. 基于空間動態(tài)感知的飛行管道智能決策與精準控制。

　　針對跨域飛行器(100-400km空域) 在上升段、在軌飛行段到再入段高速、跨域、靈活穿梭飛行中應(yīng)對低軌巨星座、空間碎片、殘骸等高密度空間非合作目標與嚴苛的力熱環(huán)境帶來的控制問題，研究在先驗信息與體系支撐基礎(chǔ)上對空間環(huán)境(低軌飛行器、巨星座、空間碎片、殘骸等)的在線感知與威脅評估技術(shù);研究基于邏輯驅(qū)動與數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的飛行管道智能實時決策理論與安全控制方法;研究動態(tài)、狹窄管道內(nèi)飛行器精準穩(wěn)定控制技術(shù)。

　　6. 跨域高速飛行器極端環(huán)境下柔性超表面的電磁特性及調(diào)控機制研究。

　　針對跨域高速飛行器極端環(huán)境下(非平衡高溫流場電子密度>1018m-3、溫度>3000K)電磁特征縮減及目標探測的需求，探索兼具防熱的柔性超表面電磁特性調(diào)控理論與方法，揭示跨域飛行器非平衡高溫流場與柔性超表面的電磁耦合機理，研究柔性超表面的電磁特性及主動調(diào)控機制，研制耐高溫、電磁特性可調(diào)控的柔性超表面樣件，開展非平衡高溫流場下柔性超表面包覆目標的電磁特性實驗與調(diào)控效能評估。

　　7. 多物理場耦合下變構(gòu)飛行智能規(guī)劃決策與控制。

　　建立多物理場耦合下大變構(gòu)飛行的運動模型，刻畫飛行器與環(huán)境相互作用下變構(gòu)飛行運動特性及邊界，揭示構(gòu)型變化對剖面控制能力和跨域運動的影響機理。研究基于機理與數(shù)據(jù)混合驅(qū)動的飛行能力評估、構(gòu)型決策、軌跡規(guī)劃與制導(dǎo)控制理論，解決多元任務(wù)與多源干擾下在線自學(xué)習與自演進問題，實現(xiàn)多維連續(xù)變化條件下構(gòu)型能力與任務(wù)軌跡的雙閉環(huán)智能決策規(guī)劃與制導(dǎo)控制。

　　四、項目遴選的基本原則

　　(一)緊密圍繞核心科學(xué)問題，注重需求及應(yīng)用背景約束，鼓勵原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性和交叉性的前沿探索。

　　(二)優(yōu)先資助能夠解決多物理場高效飛行中的基礎(chǔ)科學(xué)難題并具有應(yīng)用前景的研究項目。

　　(三)重點支持項目應(yīng)具有良好的研究基礎(chǔ)和前期積累，對總體科學(xué)目標有直接貢獻與支撐。

　　五、2023年度資助計劃

　　擬資助培育項目14-16項，資助直接費用約為80萬元/項，資助期限為3年，培育項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2024年1月1日—2026年12月31日”; 擬資助重點支持項目5-7項，資助直接費用約為300萬元/項，資助期限為4年，重點支持項目申請書中研究期限應(yīng)填寫“2024年1月1日—2027年12月31日”。

　　六、申請要求及注意事項

　　(一)申請條件。

　　本重大研究計劃項目申請人應(yīng)當具備以下條件：

　　1. 具有承擔基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷;

　　2. 具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)(職稱)。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學(xué)位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的人員不得作為申請人進行申請。

　　(二)限項申請規(guī)定。

　　執(zhí)行《2023年度國家自然科學(xué)基金項目指南》“申請規(guī)定”中限項申請規(guī)定的相關(guān)要求。

　　(三)申請注意事項。

　　申請人和依托單位應(yīng)當認真閱讀并執(zhí)行本項目指南、《2023年度國家自然科學(xué)基金項目指南》和《關(guān)于2023年度國家自然科學(xué)基金項目申請與結(jié)題等有關(guān)事項的通告》中相關(guān)要求。

　　1. 本重大研究計劃項目實行無紙化申請。申請書提交日期為2023年9月1日-9月7日16時。

　　項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：

　　(1)申請人應(yīng)當按照科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)中重大研究計劃項目的填報說明與撰寫提綱要求在線填寫和提交電子申請書及附件材料。

　　(2)本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問題，對多學(xué)科相關(guān)研究進行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。申請人應(yīng)根據(jù)本重大研究計劃擬解決的具體科學(xué)問題和項目指南公布的擬資助研究方向，自行擬定項目名稱、科學(xué)目標、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費等。

　　(3)申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“多物理場高效飛行科學(xué)基礎(chǔ)與調(diào)控機理”，受理代碼選擇T02，并根據(jù)申請項目的具體研究內(nèi)容選擇不超過5個申請代碼。

　　培育項目和重點支持項目的合作研究單位均不得超過2個。

　　(4)申請人在“立項依據(jù)與研究內(nèi)容”部分，應(yīng)當首先說明申請項目符合本項目指南中的具體資助研究方向(寫明指南中的研究方向序號和相應(yīng)內(nèi)容)，以及對解決本重大研究計劃核心科學(xué)問題、實現(xiàn)本重大研究計劃科學(xué)目標的貢獻。

　　如果申請人已經(jīng)承擔與本重大研究計劃相關(guān)的其他科技計劃項目，應(yīng)當在申請書正文的“研究基礎(chǔ)與工作條件”部分論述申請項目與其他相關(guān)項目的區(qū)別與聯(lián)系。

　　2. 依托單位應(yīng)當按照要求完成依托單位承諾、組織申請以及審核申請材料等工作。在2023年9月7日16時前通過信息系統(tǒng)逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，并于9月8日16時前在線提交本單位項目申請清單。

　　3. 其他注意事項。

　　(1)為實現(xiàn)重大研究計劃總體科學(xué)目標和多學(xué)科集成，獲得資助的項目負責人應(yīng)當承諾遵守相關(guān)數(shù)據(jù)和資料管理與共享的規(guī)定，項目執(zhí)行過程中應(yīng)關(guān)注與本重大研究計劃其他項目之間的相互支撐關(guān)系。

　　(2)為加強項目的學(xué)術(shù)交流，促進項目群的形成和多學(xué)科交叉與集成，本重大研究計劃將每年舉辦一次資助項目的年度學(xué)術(shù)交流會，并將不定期地組織相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研討會。獲資助項目負責人有義務(wù)參加本重大研究計劃指導(dǎo)專家組和管理工作組所組織的上述學(xué)術(shù)交流活動，并認真開展學(xué)術(shù)交流。

　　(四)咨詢方式。

　　國家自然科學(xué)基金委員會交叉科學(xué)部二處

　　聯(lián)系電話：010-62329489

　　* 注：多物理場是指高速飛行器在飛行過程中，表面與空氣摩擦產(chǎn)生的高溫場(飛行器表面氣體環(huán)境溫度>3000K)、氣動力學(xué)場(飛行器構(gòu)型和表面氣固界面非穩(wěn)態(tài)時變)、電磁場(跨域可重復(fù)高速飛行復(fù)雜電磁環(huán)境)。本重大研究計劃針對一種或多種物理場復(fù)雜環(huán)境下的問題開展研究。