1.2 發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展態(tài)勢(shì)與差距

1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢(shì)

1.電磁場(chǎng)與多物理場(chǎng)

在計(jì)算電磁學(xué)方面，當(dāng)前研究從傳統(tǒng)純數(shù)值方法研究向解決前沿電磁問(wèn)題和實(shí)際工程問(wèn)題轉(zhuǎn)型，呈現(xiàn)多時(shí)空尺度以及多學(xué)科交叉特征，總體發(fā)展態(tài)勢(shì)是電磁場(chǎng)與人工智能、半導(dǎo)體物理、材料等多學(xué)科交叉融合，解決的重點(diǎn)問(wèn)題包括：深空、海洋、大地等極大范圍內(nèi)的電磁計(jì)算、高速集成電路相關(guān)的微納尺寸電磁計(jì)算與分析及新型電磁材料和環(huán)境下電磁特性的精確分析等。在多物理場(chǎng)耦合方面，近年來(lái)，國(guó)外在多物理場(chǎng)耦合基礎(chǔ)理論、算法及應(yīng)用等諸多方面均得到了快速發(fā)展，而我國(guó)主要集中在面向工程需求的應(yīng)用分析研究方面，國(guó)產(chǎn)多物理場(chǎng)耦合分析軟件處于起步發(fā)展階段，目前對(duì)國(guó)外軟件仍具有很強(qiáng)的依賴性。在電工材料建模方法方面，近年來(lái)，在超材料、磁性材料、超導(dǎo)材料等電工材料建模方面取得了顯著成效，側(cè)重于從微觀或介觀尺度揭示電工材料物性參數(shù)作用機(jī)制以及宏觀尺度表征電工材料應(yīng)用特性，今后，一方面需探究新型電工材料的電磁特性建模方法和電磁作用機(jī)制；另一方面需針對(duì)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電工裝備數(shù)字化運(yùn)維的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步構(gòu)建含多源信息的材料特性數(shù)據(jù)庫(kù)和材料特性模型及發(fā)展電工裝備的數(shù)字孿生技術(shù)等。

2.電路及其應(yīng)用

在新型電路元器件建模方面，雖然當(dāng)前歐美日等地區(qū)較為全面地掌握了半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)制造和封裝技術(shù)，但國(guó)內(nèi)外尚未形成能夠通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知評(píng)估及優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行可靠性的系統(tǒng)級(jí)評(píng)估模型。在電網(wǎng)絡(luò)快速計(jì)算方面，隨著新型電力系統(tǒng)概念的提出和建設(shè)，高比例電力電子化對(duì)電路的數(shù)學(xué)建模提出了新的挑戰(zhàn)，當(dāng)前基于FPGA的電路實(shí)時(shí)仿真建模技術(shù)仍被國(guó)外壟斷，亟需發(fā)展面向多時(shí)間尺度和多空間尺度的復(fù)雜電力系統(tǒng)的電路耦合建模仿真技術(shù)。在非線性電路研究方面，強(qiáng)耦合非線性混雜網(wǎng)絡(luò)的非線性動(dòng)力學(xué)理論研究有待突破。在復(fù)雜電路故障診斷方面，我國(guó)在故障診斷自動(dòng)化裝置、新型元器件的故障建模與故障分析方法的標(biāo)準(zhǔn)化研究方面與國(guó)外存在較大差距，需要提升故障診斷方法的標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、智能化。在能量信息系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)外尚未解決能量信息系統(tǒng)元件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)耦合建模、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析技術(shù)、運(yùn)行效能分析技術(shù)，以及能量信息系統(tǒng)聯(lián)合仿真，而這些問(wèn)題的研究和解決對(duì)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)和能源結(jié)構(gòu)變革意義重大。

3.電磁測(cè)量與傳感

在新型傳感方面，傳感技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其發(fā)展需要與信息、材料、芯片、生物醫(yī)學(xué)、微納加工等多學(xué)科新技術(shù)交叉融合。在量子化溯源方面，以量子技術(shù)實(shí)現(xiàn)電磁量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和高靈敏度、高準(zhǔn)確性的傳感器，已經(jīng)成為電氣學(xué)科發(fā)展的重要前沿及交叉方向之一。在智能化傳感方面，隨著信息化時(shí)代傳感器的大規(guī)模應(yīng)用，依托所產(chǎn)生的天然大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，利用人工智能等信息技術(shù)，從基礎(chǔ)傳感大數(shù)據(jù)中挖掘出更深層次的信息內(nèi)涵，已成為增強(qiáng)感知能力的必然選擇。

4.靜電理論與防護(hù)

目前，國(guó)內(nèi)外在航空航天、電子電氣等領(lǐng)域針對(duì)靜電危害效應(yīng)開(kāi)展了許多研究和分析，人們對(duì)常規(guī)環(huán)境下的靜電起放電控制和安全防護(hù)較為熟悉，但對(duì)極端環(huán)境下的靜電起放電控制問(wèn)題和微納結(jié)構(gòu)電子系統(tǒng)的靜電防護(hù)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還有所欠缺。復(fù)雜極端環(huán)境下，微尺度微結(jié)構(gòu)對(duì)象的靜電控制和防護(hù)技術(shù)成為未來(lái)的重點(diǎn)攻關(guān)方向。同時(shí)，隨著與大數(shù)據(jù)信息、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)一步融合，靜電探測(cè)識(shí)別技術(shù)、靜電應(yīng)用機(jī)制以及靜電調(diào)控手段成為交叉研究的重點(diǎn)。

5.電磁兼容

在電力系統(tǒng)的電磁兼容方面，隨著電力系統(tǒng)向著特高壓、大容量、電力電子化、集成化、智能化方向發(fā)展，電力系統(tǒng)的電磁兼容問(wèn)題呈現(xiàn)出干擾強(qiáng)、頻率寬、空間分布廣、防護(hù)難的特點(diǎn)，且隨著公共走廊的日益緊張，其與周邊設(shè)施的相互電磁影響成為電網(wǎng)和諧發(fā)展面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。在軌道交通系統(tǒng)的電磁兼容方面，我國(guó)軌道交通系統(tǒng)形成了多種信息技術(shù)無(wú)縫融合的網(wǎng)絡(luò)化智能交通的發(fā)展趨勢(shì)，解決多種新信息技術(shù)交叉下各類設(shè)備的強(qiáng)電磁發(fā)射問(wèn)題和巨型動(dòng)態(tài)信息交互網(wǎng)絡(luò)的電磁兼容分析問(wèn)題是未來(lái)的重要方向。在航空航天系統(tǒng)的電磁兼容方面，近幾年，航空航天系統(tǒng)向著無(wú)人化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向著綜合化、模塊化發(fā)展，需要更加智能地應(yīng)對(duì)外界電磁干擾，為開(kāi)展精細(xì)化、動(dòng)態(tài)、全過(guò)程的電磁兼容性設(shè)計(jì)、控制和試驗(yàn)帶來(lái)了全新挑戰(zhàn)。在艦船系統(tǒng)的電磁兼容方面，隨著下一代新型艦船系統(tǒng)普遍使用電磁發(fā)射、綜合電力等高新電磁技術(shù)，將電磁能量和信息控制高度融合并最大限度地加以利用，為艦船電力系統(tǒng)和電磁頻譜帶來(lái)了復(fù)雜的電磁干擾和電磁兼容新問(wèn)題和新挑戰(zhàn)。在高功率電磁脈沖效應(yīng)與防護(hù)方面，隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化和智能化程度加深，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防裝備在高功率電磁脈沖作用下的安全性問(wèn)題日益凸顯。此外，高功率電磁脈沖與生物、醫(yī)學(xué)和材料等領(lǐng)域交叉應(yīng)用也是比較有前景的新興研究領(lǐng)域。

6.極端條件下的電磁基礎(chǔ)

在極端環(huán)境下特種裝置方面，以磁約束核聚變和超高功率電磁脈沖裝置等為代表的特種裝置，隨著電磁參數(shù)的提升，對(duì)相關(guān)電磁理論、器件和裝備水平提出了更高要求。其中，在核聚變裝置方面，需發(fā)展極端環(huán)境下等離子體與電磁場(chǎng)的作用機(jī)制、超強(qiáng)磁場(chǎng)的空間分布對(duì)等離子體位形的干預(yù)與調(diào)控等；在超高功率電磁脈沖裝置方面，系統(tǒng)的高功率、長(zhǎng)壽命、高重頻以及電磁器件的固態(tài)化、緊湊化和輕型化是該領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在極端環(huán)境下電磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用方面，國(guó)外在極高速磁懸浮、電磁發(fā)射和磁等離子體推進(jìn)等應(yīng)用及相關(guān)基礎(chǔ)研究方面較早進(jìn)行了布局，我國(guó)相關(guān)研究起步較晚，但發(fā)展迅速。其中，在電磁發(fā)射研究方面，近年來(lái)，我國(guó)在電磁發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域取得全面突破，首艘電磁彈射型航空母艦福建號(hào)的下水也標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)之后第二個(gè)掌握電磁彈射航空母艦的國(guó)家。在該研究方向，未來(lái)仍需圍繞電磁熱力多場(chǎng)耦合極端沖擊條件下電磁能裝備科學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題及電磁能量的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換與控制等應(yīng)用基礎(chǔ)問(wèn)題展開(kāi)進(jìn)一步研究。在極端環(huán)境下電磁場(chǎng)源產(chǎn)生方面，近年來(lái)，我國(guó)在脈沖平頂強(qiáng)磁場(chǎng)和穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)裝置研究方面取得重大突破，相繼刷新世界紀(jì)錄，未來(lái)將持續(xù)發(fā)展更高磁場(chǎng)參數(shù)（更大磁場(chǎng)空間、更高場(chǎng)強(qiáng)）、更多時(shí)空維度磁場(chǎng)參數(shù)（高均勻度、高穩(wěn)定度、高梯度、高重復(fù)頻率和多磁場(chǎng)波形等）的相關(guān)高場(chǎng)磁體、電源和控制技術(shù)；在近零磁環(huán)境裝置研究方面也取得突破，完成了納特量級(jí)近零磁環(huán)境裝置建設(shè)，未來(lái)仍需發(fā)展和完善主被動(dòng)式屏蔽方法、節(jié)拍式退磁和極低磁環(huán)境測(cè)量技術(shù)等，以降低工藝難度及制造成本。

7.無(wú)線電能傳輸

在無(wú)線電能傳輸新原理與新方法方面，現(xiàn)階段主要是通過(guò)揭示無(wú)線充電本質(zhì)及挖掘新材料和新方法等，為實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸理論、技術(shù)及應(yīng)用層面的突破奠定基礎(chǔ)。研究重點(diǎn)包括：基于宇稱-時(shí)間對(duì)稱等無(wú)線電能傳輸新機(jī)理、基于超導(dǎo)材料和人工超材料的無(wú)線電能傳輸方法等。在基于電磁近場(chǎng)耦合原理的無(wú)線電能傳輸方面，現(xiàn)階段主要關(guān)注復(fù)雜極端環(huán)境下無(wú)線電能傳輸和電氣化交通無(wú)線電能傳輸?shù)妊芯浚嚓P(guān)突破將極大促進(jìn)無(wú)線電能傳輸在現(xiàn)代化交通領(lǐng)域的應(yīng)用及在深海、深空等復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境的擴(kuò)展。在基于電磁遠(yuǎn)場(chǎng)傳播原理的無(wú)線電能傳輸方面，現(xiàn)階段重點(diǎn)發(fā)展基于高功率微波傳輸、激光無(wú)線電能傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)。其中，前者研究重點(diǎn)已從基礎(chǔ)理論研究向應(yīng)用研究發(fā)生轉(zhuǎn)變；后者主要以提升轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo)，通過(guò)突破點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，發(fā)展多能源載體和多源/多目標(biāo)的復(fù)雜能量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸理論及應(yīng)用。無(wú)線電能傳輸?shù)碾姶判?yīng)與防護(hù)方法方面，現(xiàn)階段研究主要基于仿真數(shù)據(jù)和已有標(biāo)準(zhǔn)限值來(lái)進(jìn)行評(píng)估，尚缺乏生物活體實(shí)驗(yàn)層面的系統(tǒng)性驗(yàn)證，應(yīng)開(kāi)展不同功率等級(jí)、不同頻段的生物體實(shí)驗(yàn)及生物效應(yīng)表征，建立實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行長(zhǎng)期觀察與統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上獲得可靠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)和方法，并發(fā)展相應(yīng)的防護(hù)策略。