伴随着一声汽笛长鸣,“向阳红09”试验母船搭载着“蛟龙”号载人潜水器,于11月25日再次起航,驶向遥远的西南印度洋。
从2012年在马里亚纳海沟首次下潜至7062米,到目前进入全面应用阶段,“蛟龙”号潜水器技术状态越来越可靠,性能越来越稳定。其中,由中国科学院“蛟龙”号载人潜水器控制与声学系统研究集体自主研制而成的控制和声学系统起至关重要的作用,确保着整个载人潜水器运行可靠。
2014年,国家授予该集体“第五届全国杰出专业技术人才先进集体”称号。
团结协作 攻克国际技术难点
“自动航行和悬停定位”与“高速水声通信”是“蛟龙号”两项独门绝技。如何让一个庞然大物能够随走随停,并且能在各种深度悬停,是控制和声学系统集体研究的最大难点之一。不过一旦突破,就会占据该项技术的国际制高点。
据介绍,“蛟龙号”的外形好比一头张开嘴的大白鲨,控制系统相当于大白鲨的大脑与神经,声学系统就是大白鲨的眼睛、耳朵与嘴巴。
海试先从50米海区开始,然而就在海试最开始下潜的时候,近在咫尺的母船和潜水器就无法建立通讯。“蛟龙号”副总设计师、中科院声学所研究员朱敏说,“水声通信系统是维系‘蛟龙号’这个在黑暗的海底摸索前行的孩子与母亲之间的纽带。”
研究集体想尽一切办法“架起”这条牵系命脉的纽带,他们先是在50米级海试中对下潜的每一个动作都精确到秒地设置预编程,并在“蛟龙号”与母船“向阳红09”号之间安设了一艘橡皮小艇作为中转站,充当“传话筒”的作用。而后,海试人员在海上紧急建立了简易通讯方法——摩斯码通讯,可是收回的是一大堆噪音。
当时有人提出,是不是母船的噪音太大?螺旋桨噪声的频率与水声通信基阵的频率有一定重合,极大影响了水下通信的效果?
为了验证推断是否正确,“向阳红09”号船停掉了两台主机中的一台,这相当把人的一只胳膊和一条腿绑起来,然后单腿均匀跳跃前进,跟踪水下机动作业的潜水器,进而随时监测潜水器的工作状态。
与此同时,朱敏在对环境噪声进行精确分析后,发现原有方案并不适用当前的环境,信噪比不能满足原有方案的设计指标。来自中科院声学所的6名队员面对巨大压力,白天顶烈日参加海试,废寝忘食挑灯苦战,查问题、改软件、编程序,几乎没有凌晨1点前休息过,连续奋战15天,终于突破了“瓶颈”。
在我国首次进行大深度载人潜水器的海试工作中,像这样的技术难题层出不穷。“严谨求实、团结协作、拼搏奉献、勇攀高峰”,一直是研究团队的深潜精神,尤其是“攻坚克难、精益求精”的精神,在“自动航行和悬停定位”与“高速水声通信”的两项技术的研发过程中有着充分的体现。
两个系统自始至终就像一对孪生兄弟一样形影不离。从控制系统副总设计师王晓辉与声学系统副总设计师朱敏联手制定两系统总体框架与通信协议,到控制系统试航员刘开周与声学系统试航员杨波的携手下潜,从共同开展千岛湖水声通讯与导航定位试验到全程参加海上试验,因“蛟龙”而聚的两个系统专技人员,协同作战、相互支撑。
“‘蛟龙号’不仅具有国际上同类型潜水器的最大下潜深度,而且其最大设计深度安全可靠,并拥有投入应用所需要的实际作业能力,在声学通讯、自动控制以及最大深度作业等性能方面拥有明显的领先优势。”徐冠华院士领衔15名专家在“蛟龙”号潜水器项目验收会上给予如上评价。至此,我国已经成为世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。
拼搏奉献 只为海洋强国梦
我国拥有三百多万平方公里的蓝色国土,向海洋进军,发展海洋经济,是国家重要战略和发展方向。2002年,“蛟龙”号载人潜水器立项,被列为国家十五“863”重大专项。囿于各种条件限制,我国不但没有研制开发经验,就连参考的技术资料几乎也没有。中国深潜将是一项巨大的技术挑战。
“蛟龙号”怀着中国几代人的梦想,从无到有,由50多人组建了第一支载人潜水器研发团队。担当具体研制任务的大多数是年轻人,他们在一次次研制和试验中逐步成长,经历了一个蜕变的过程。
上个世纪70年代末出生的刘开周,担任沈阳自动化所控制系统主任设计师,同时也是试航员,参加了从水池、50米、300米、1000米、3000米、5000米至7000米,共计数百小时、数十次下潜试验任务。每个级别的试验都是对上一次潜深记录的挑战,他承担了巨大的风险和压力,但他从来没有告诉过家人。2010年7月12日,新婚不久的他主动请缨参与海试,他与另两名试航员一起成功下潜到南中国海3757米,将特制的五星红旗插入海底。海试成功后媒体开始大范围报道,妻子才知道,倍感后怕。而刘开周总是说,我们的系统很安全,我充满信心。
同样,担任声学系统主任设计师的杨波也是一位试航员,是试验队里面晕船反应最强烈的人员之一。每次潜水器在水面的摇晃都把他晕得浑身虚汗,眼睛都睁不开。但凭着顽强的意志和强烈的责任心,他不仅克服了晕船带来的极度不适,在下潜任务面前从未退缩,还积极争取下潜机会,累计下潜了30多次,圆满完成了历次下潜任务。
海上试验时间往往会有几个月,甚至更长时间。队员们无法照顾家人。声学所6名海试队员的子女都是在“蛟龙”号4年海试期间出生的。
十年磨一剑。当年正值壮年的团队骨干如今头发斑白,那时的毛头小伙现已人过中年为人之父,逐步成长为团队的中坚力量。他们用7000米级成功海试向世界宣告,中国已经掌握了深海载人潜水器的核心技术。更重要的是,“蛟龙号”锤炼并拥有了一支跻身世界载人深潜前沿、技术精湛、能打硬仗的专技人才团队。
再攀高峰 提高我国海洋开发能力
随着“蛟龙号”不断展示其深海工作的实力,科学资源宝库也向中国人打开了大门。两年来,“蛟龙”号载人潜水器搭载多名科学家完成了多次下潜,取得了大量岩石、矿物和生物等样品,其在海底环境、生物分布等领域的应用得以不断拓展。尤其是近期执行的第二、三航段任务,在西南印度洋多金属硫化物资源勘探区开展多金属硫化物资源、生物多样性和热液微生物生命过程及基因资源潜力研究。该区域海底地形更为复杂,是对“蛟龙号”的新挑战,2015年3月将返回我国,届时控制和声学系统将再次为“蛟龙号”探索深海奥秘发挥重要作用。
如今,在“蛟龙号”远航之时,“蛟龙号”控制与声学研发集体转战4500米载人潜水器,开始研发我国第二部载人潜水器。“4500米载人潜水器预计国产化率将达到90%,它拥有5个观察窗,满足更多视角科学观察;舱内操控界面将更加舒适,声学通信也几乎全部国产化。”研究集体项目相关负责人说,两三年后,也许就可以看到由我国自主研发的“蛟龙号”与4500米载人潜水器携手下潜作业的盛况。这支优秀的团队更宏伟的目标是在万米载人潜水器方面进行积极探索,完成覆盖全海洋深度潜水器的研制,进一步揭开海底深渊的面纱,一窥其中的奥秘。
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