伴隨著一聲汽笛長鳴,“向陽紅09”試驗母船搭載著“蛟龍”號載人潛水器,于11月25日再次起航,駛向遙遠的西南印度洋。
從2012年在馬里亞納海溝首次下潛至7062米,到目前進入全面應用階段,“蛟龍”號潛水器技術狀態越來越可靠,性能越來越穩定。其中,由中國科學院“蛟龍”號載人潛水器控制與聲學系統研究集體自主研制而成的控制和聲學系統起至關重要的作用,確保著整個載人潛水器運行可靠。
2014年,國家授予該集體“第五屆全國杰出專業技術人才先進集體”稱號。
團結協作 攻克國際技術難點
“自動航行和懸停定位”與“高速水聲通信”是“蛟龍號”兩項獨門絕技。如何讓一個龐然大物能夠隨走隨停,并且能在各種深度懸停,是控制和聲學系統集體研究的最大難點之一。不過一旦突破,就會占據該項技術的國際制高點。
據介紹,“蛟龍號”的外形好比一頭張開嘴的大白鯊,控制系統相當于大白鯊的大腦與神經,聲學系統就是大白鯊的眼睛、耳朵與嘴巴。
海試先從50米海區開始,然而就在海試最開始下潛的時候,近在咫尺的母船和潛水器就無法建立通訊?!膀札執枴备笨傇O計師、中科院聲學所研究員朱敏說,“水聲通信系統是維系‘蛟龍號’這個在黑暗的海底摸索前行的孩子與母親之間的紐帶?!?/p>
研究集體想盡一切辦法“架起”這條牽系命脈的紐帶,他們先是在50米級海試中對下潛的每一個動作都精確到秒地設置預編程,并在“蛟龍號”與母船“向陽紅09”號之間安設了一艘橡皮小艇作為中轉站,充當“傳話筒”的作用。而后,海試人員在海上緊急建立了簡易通訊方法——摩斯碼通訊,可是收回的是一大堆噪音。
當時有人提出,是不是母船的噪音太大?螺旋槳噪聲的頻率與水聲通信基陣的頻率有一定重合,極大影響了水下通信的效果?
為了驗證推斷是否正確,“向陽紅09”號船停掉了兩臺主機中的一臺,這相當把人的一只胳膊和一條腿綁起來,然后單腿均勻跳躍前進,跟蹤水下機動作業的潛水器,進而隨時監測潛水器的工作狀態。
與此同時,朱敏在對環境噪聲進行精確分析后,發現原有方案并不適用當前的環境,信噪比不能滿足原有方案的設計指標。來自中科院聲學所的6名隊員面對巨大壓力,白天頂烈日參加海試,廢寢忘食挑燈苦戰,查問題、改軟件、編程序,幾乎沒有凌晨1點前休息過,連續奮戰15天,終于突破了“瓶頸”。
在我國首次進行大深度載人潛水器的海試工作中,像這樣的技術難題層出不窮?!皣乐斍髮?、團結協作、拼搏奉獻、勇攀高峰”,一直是研究團隊的深潛精神,尤其是“攻堅克難、精益求精”的精神,在“自動航行和懸停定位”與“高速水聲通信”的兩項技術的研發過程中有著充分的體現。
兩個系統自始至終就像一對孿生兄弟一樣形影不離。從控制系統副總設計師王曉輝與聲學系統副總設計師朱敏聯手制定兩系統總體框架與通信協議,到控制系統試航員劉開周與聲學系統試航員楊波的攜手下潛,從共同開展千島湖水聲通訊與導航定位試驗到全程參加海上試驗,因“蛟龍”而聚的兩個系統專技人員,協同作戰、相互支撐。
“‘蛟龍號’不僅具有國際上同類型潛水器的最大下潛深度,而且其最大設計深度安全可靠,并擁有投入應用所需要的實際作業能力,在聲學通訊、自動控制以及最大深度作業等性能方面擁有明顯的領先優勢?!毙旃谌A院士領銜15名專家在“蛟龍”號潛水器項目驗收會上給予如上評價。至此,我國已經成為世界上第五個掌握大深度載人深潛技術的國家。
拼搏奉獻 只為海洋強國夢
我國擁有三百多萬平方公里的藍色國土,向海洋進軍,發展海洋經濟,是國家重要戰略和發展方向。2002年,“蛟龍”號載人潛水器立項,被列為國家十五“863”重大專項。囿于各種條件限制,我國不但沒有研制開發經驗,就連參考的技術資料幾乎也沒有。中國深潛將是一項巨大的技術挑戰。
“蛟龍號”懷著中國幾代人的夢想,從無到有,由50多人組建了第一支載人潛水器研發團隊。擔當具體研制任務的大多數是年輕人,他們在一次次研制和試驗中逐步成長,經歷了一個蛻變的過程。
上個世紀70年代末出生的劉開周,擔任沈陽自動化所控制系統主任設計師,同時也是試航員,參加了從水池、50米、300米、1000米、3000米、5000米至7000米,共計數百小時、數十次下潛試驗任務。每個級別的試驗都是對上一次潛深記錄的挑戰,他承擔了巨大的風險和壓力,但他從來沒有告訴過家人。2010年7月12日,新婚不久的他主動請纓參與海試,他與另兩名試航員一起成功下潛到南中國海3757米,將特制的五星紅旗插入海底。海試成功后媒體開始大范圍報道,妻子才知道,倍感后怕。而劉開周總是說,我們的系統很安全,我充滿信心。
同樣,擔任聲學系統主任設計師的楊波也是一位試航員,是試驗隊里面暈船反應最強烈的人員之一。每次潛水器在水面的搖晃都把他暈得渾身虛汗,眼睛都睜不開。但憑著頑強的意志和強烈的責任心,他不僅克服了暈船帶來的極度不適,在下潛任務面前從未退縮,還積極爭取下潛機會,累計下潛了30多次,圓滿完成了歷次下潛任務。
海上試驗時間往往會有幾個月,甚至更長時間。隊員們無法照顧家人。聲學所6名海試隊員的子女都是在“蛟龍”號4年海試期間出生的。
十年磨一劍。當年正值壯年的團隊骨干如今頭發斑白,那時的毛頭小伙現已人過中年為人之父,逐步成長為團隊的中堅力量。他們用7000米級成功海試向世界宣告,中國已經掌握了深海載人潛水器的核心技術。更重要的是,“蛟龍號”錘煉并擁有了一支躋身世界載人深潛前沿、技術精湛、能打硬仗的專技人才團隊。
再攀高峰 提高我國海洋開發能力
隨著“蛟龍號”不斷展示其深海工作的實力,科學資源寶庫也向中國人打開了大門。兩年來,“蛟龍”號載人潛水器搭載多名科學家完成了多次下潛,取得了大量巖石、礦物和生物等樣品,其在海底環境、生物分布等領域的應用得以不斷拓展。尤其是近期執行的第二、三航段任務,在西南印度洋多金屬硫化物資源勘探區開展多金屬硫化物資源、生物多樣性和熱液微生物生命過程及基因資源潛力研究。該區域海底地形更為復雜,是對“蛟龍號”的新挑戰,2015年3月將返回我國,屆時控制和聲學系統將再次為“蛟龍號”探索深海奧秘發揮重要作用。
如今,在“蛟龍號”遠航之時,“蛟龍號”控制與聲學研發集體轉戰4500米載人潛水器,開始研發我國第二部載人潛水器?!?500米載人潛水器預計國產化率將達到90%,它擁有5個觀察窗,滿足更多視角科學觀察;艙內操控界面將更加舒適,聲學通信也幾乎全部國產化?!毖芯考w項目相關負責人說,兩三年后,也許就可以看到由我國自主研發的“蛟龍號”與4500米載人潛水器攜手下潛作業的盛況。這支優秀的團隊更宏偉的目標是在萬米載人潛水器方面進行積極探索,完成覆蓋全海洋深度潛水器的研制,進一步揭開海底深淵的面紗,一窺其中的奧秘。