■記者 朱彧 通訊員 戴天嬌
日前,由我國自主研發的水下滑翔機在我國南海結束為期40天的海上試驗回到研發地中國科學院沈陽自動化研究所?!霸撍禄铏C此次試驗海上總航程達到1022.5公里,持續30天,創下我國深?;铏C海上作業航程最遠、作業時間最長記錄?!表椖控撠熑?、沈陽自動化所海洋技術裝備研究室副主任俞建成說。
據他介紹,此次試驗內容包括多滑翔機同步區域覆蓋觀測試驗和長航程觀測試驗,并首次在真實海上環境下驗證滑翔機系統的續航能力。其中,多滑翔機同步區域覆蓋觀測試驗初步驗證了滑翔機系統的遠程控制協同觀測能力;長航程觀測試驗則是要在真實海洋環境條件下考核滑翔機系統的續航能力和系統的可靠性。
我國水下滑翔機技術基本成熟
據俞建成介紹,這臺黃色的水下滑翔機主載體長2米、直徑0.22米、翼展1.2米、重65公斤,設計海洋航行深度1000米,速度為0.5節至1節,其自身攜帶的鋰離子電池可讓它在水下連續工作1個月~2個月,航行距離超過1000公里。
滑翔機在水下呈折線運動,在機身內部安裝有姿態調節裝置和浮力調節裝置,依靠姿態調節裝置改變其重心位置并依靠浮力運行?!盎铏C的尾部有一個長長的桿狀衛星天線,在汪洋大海中,滑翔機就是憑借衛星系統與岸基監控中心的技術人員保持通信聯系?!庇峤ǔ烧f。
據俞建成介紹,水下滑翔機是一種先進的海洋環境觀測平臺,主要用于海洋環境水文參數的觀測,包括海水溫度、鹽度、濁度、溶解氧、葉綠素等。其自身所具有的長續航力、低成本、自主可控等特點,可作為主要觀測平臺用于構建自主海洋環境立體觀測系統,實現海洋環境參數高實時分辨率的持續觀測。
“滑翔機技術的推廣與應用,對于促進我國海洋科學研究的快速發展具有重要作用?!庇峤ǔ烧f。
水下滑翔機的最初概念是在上個世紀由美國最先提出的,1995年以來,在美國海軍研究局資助下,美國先后研制出多種以電池為動力的水下滑翔機,并且實現了產品化。日本科學家也在制造水下滑翔機,他們研制出了一款小型、低成本且具有獨立的可移動機翼的滑翔機,同時還開發了一款以太陽能為動力的水下滑翔機。
我國水下滑翔機研究工作起步較晚,包括沈陽自動化所在內已有多家大學和研究機構開展了相關研究工作。目前我國水下滑翔機技術基本成熟,主要技術指標與國際同類產品技術指標相當,但在水下滑翔機續航能力上與國際先進水平還有差距。
據俞建成介紹,沈陽自動化所研制的水下滑翔機具有完全自主知識產權,在低功耗控制器、高效率執行機構和航向控制技術等方面具有自己的特色,滑翔機航行控制系統具有更強的處理能力和更好的可擴展能力。
為了系統地完成對水下滑翔機主要技術指標和系統可靠性的驗證,今年以來,該水下滑翔機已開展了3次海上試驗,累計海上工作80天,航程2400多公里,觀測剖面數超過了600個。
“通過多次試驗,在真實海上環境下全面驗證滑翔機技術指標,我們的滑翔機技術基本成熟,可以開展海上試用和應用工作。今后將結合科學家的觀測任務開展進一步的工作?!庇峤ǔ山榻B說。
十一年自主創新路仍繼續
漂亮的成績單背后,是俞建成及其團隊11年科研攻關的艱辛歷程。
2003年,還在沈陽自動化所攻讀博士學位的俞建成跟隨導師張艾群研究員參與了所內的一個“創新課題”的研究,其研究對象正是今天的水下滑翔機。最初的研發團隊只有四五個人,都是在讀的研究生?!坝裳芯可M成的年輕團隊在專業配置上還比較全面,包含機械、自動化和軟件等專業。當時面臨的困難是缺乏經驗,這些人基本沒參加過科研工作,再加上水下滑翔機是一種全新的水下機器人,可借鑒的資料非常有限?!庇峤ǔ苫貞浾f。不過沈陽自動化所在水下機器人技術方面具有良好的研究條件和基礎,并且擁有一支經驗豐富的專業研究隊伍,為該所水下滑翔機研究工作順利開展創造了極為良好的條件。
在研究室領導和老師的悉心指導和團隊的共同努力下,水下滑翔機逐漸從圖紙變成了現實。2005年,水下滑翔機原理樣機研制成功,并第一次在沈陽棋盤山水庫進行了湖試。2006年,“水下滑翔測量系統”成為“863”項目。那一年剛好30歲的俞建成,收獲了自己最好的而立之年禮物。
2009年7月,水下滑翔機在南海進行了第一次歷時10天的功能試驗。
“當時我們所一共去了7個人,和其他單位的3個人一起擠在一條租來的漁船上,到了晚上就直接睡在甲板上,條件十分艱苦,也沒有海試經驗?!庇峤ǔ烧f:“包括我在內共有6個人都是第一次出海,而且是工作在條件比較艱苦的漁船上。船剛離開碼頭時,我們都很興奮,但是當我們進入開闊海域后,情況就不一樣了。第一次出海的人都不同程度地出現暈船現象,最嚴重的一個人一天多都沒有吃飯,最后我們不得不暫停海上試驗,將他送上岸。接下來的海試也不是一帆風順,載體配平不精確、控制系統硬件不斷出現新問題、控制軟件不斷發現漏洞等。我們不得不在暈船狀況下一一解決這些問題,最終在大家的共同努力下,我們完成了滑翔機第一次海上試驗任務?!?span lang="EN-US">
一年后,該項目順利結題,并于2011年在西太平洋開展深度指標試驗,下潛深度達到837米。2012年,“863”計劃海洋技術領域支持項目“電能深?;铏C工程化技術研究”立項,重點突破水下滑翔機工程化和實用化技術問題。
實現水下滑翔機系統實用化
從沈陽近郊的實驗室到南海、西太平洋,從簡陋漁船到設施完善的科考船,沈陽自動化所自主研發的水下滑翔機走過了11年的研發歲月,最終得以遨游在遼闊的海洋中。
如今,每次海試時,已不再是7個人手忙腳亂地布放滑翔機和操作監控系統,2個研究人員就可以帶著一臺電腦“搞定”一次海試,俞建成及其團隊經驗和技術的積累日趨完善,他們對水下滑翔機的科研和試驗也越發游刃有余。水下滑翔機海上觀測作業過程的監控也基本實現自動化,可以通過遠程衛星通信在辦公室遙控海上的滑翔機執行觀測任務。
據俞建成介紹,目前他們的項目組已有近20人,水下滑翔機系統已經達到實用化狀態,研制出的實用樣機達到十多臺,其中的一些將很快交付用戶使用。項目組人員還將有針對性地編寫滑翔機使用教材并對用戶進行培訓,使得他們可以獨立操作水下滑翔機,讓這些遨游在海洋之中的滑翔機走出實驗室,協助我國海洋領域科學家更好地探測神秘海洋。