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    1. “海燕”,向深海飛(傾聽·創新在路上)

      來源: 人民日報2018-08-14 08:54:50
        

      “海燕”布放前,科研人員做最后一次“體檢”。
      資料照片

      在2018年上半年相繼進行的兩次實驗中,天津大學擁有自主知識產權的“海燕”都以優越的性能完成了既定目標,實現了國產水下滑翔機在工作深度和航行里程上的新突破——

      4月,“海燕”萬米級水下滑翔機在馬里亞納海溝附近海域深潛至8213米,創造水下滑翔機工作深度的世界紀錄;

      5月14日,“海燕—L”連續運行119天,完成剖面862個,航行里程2272.4公里,再次創造國產水下滑翔機連續工作時間最長、測量剖面最多、續航里程最遠等新紀錄。

      從2005年實現深度100米,到2009年的500米,再到2018年的8213米,“海燕”科研團隊從零起步,將“問海”夢想一步步變為現實。

      10余年潛心研究,示范應用“大顯身手”

      形似魚雷,身長2.3米(不含天線),直徑0.22米,重約78千克,相比于傳統無人無纜潛航器(AUV),“海燕”可謂身輕體瘦。

      天津大學“海燕”——“混合驅動水下航行器關鍵技術與應用”項目,聚焦的是一種新型無人無纜水下自主航行器。它融合了浮力驅動與螺旋槳推進技術,不但能實現和AUV一樣的轉彎、水平運動,且具備傳統水下滑翔機剖面滑翔的能力,能夠做“之”字形鋸齒狀運動。

      世界上首臺水下滑翔機誕生于1991年。“2001年,我在一篇文章里了解到國外水下滑翔機的研究進展,海洋環境和資源探測的需求使水下機器人的活動能力必須從定點擴展到大范圍,從淺海到深海,從短時到全天候,而水下滑翔機就是實現這些目標的有效手段。因此我們團隊就把關注點集中在了水下滑翔機。”天津大學副校長王樹新介紹。

      加上王樹新,當時團隊的核心成員也只有四五個人。由于國外對該技術一直進行嚴密封鎖,國內的相關研究還是一片空白。大家從查找資料做起,從設計到組裝都要自己動手。

      “沒有經費,我們就在一個學生用來實習的小車間里做研究,在天津大學青年湖里試水。”天津大學機械工程學院教授王延輝當時還是一個碩士生,從2002年加入團隊那天起,他就再也沒離開過這項研究。

      續航里程是水下無人滑翔機的重要指標,尋找恰當的能源功能材料是關鍵。“為解決這個難題,項目組進行了無數次頭腦風暴,每天實驗測試到深夜,這樣的狀態持續了1個多月,卻依然一無所獲,那段時間大家都很煎熬。”王延輝說。

      一天晚上,王樹新靈感忽現:試試一種用于衣服表層的石蠟。“沒想到,這就是我們一直苦苦尋找的能源材料。”實驗測試結果讓王延輝等人喜出望外。

      2005年,團隊成功研制出第一代溫差能驅動水下滑翔機,工作深度100米。2009年,第二代混合推進型水下滑翔機“海燕”研制成功,工作深度500米。也是這一年,團隊給它取名“海燕”,寓意它身輕如燕、飽經風雨,“海燕”也是支撐項目參與者的一種精神。

      2014年春,“海燕”參加了規范化海上試驗中期評估。在第三方全程監督下,它圓滿完成了單周期、多周期及長航程等一系列任務,創造了當時中國水下滑翔機無故障航程最遠、時間最長、剖面運動最多、工作深度最大等諸多紀錄。

      如今,“海燕”率先在我國海洋關鍵技術與示范應用方面“大顯身手”,已成功應用于“南水北調”水源地水質監測、南海環境調查等國家重大工程和海洋國防建設事業。

      8213米深海探測,馬里亞納載譽歸來

      馬里亞納海溝,是目前所知地球上最深的海溝。在國家部委的大力支持下,2018年的“海燕”團隊已經開發了200米、1500米、4000米和10000米等不同深度譜系的水下滑翔機產品,為前往馬里亞納海域做了充足的準備。

      2臺“海燕—1500”、1臺“海燕—4000”和1臺“海燕—10000”同時出海,其中最受關注的還是第一次下海的“海燕—10000”。雖然已經在實驗室進行了各項設備的檢測,但團隊中的每個成員還是感受到了不小的壓力。

      “‘海燕’每次下海時,我們的心情就像等待孩子平安歸來般焦急。”王延輝說,“海試中可能遇到的臺風、暗流和海底巨大的壓力,對于‘海燕’來說都是挑戰。”

      “有時候,它哪怕晚回來一兩個小時,對我們來說都是巨大的煎熬。”課題組的博士生、1992年出生的楊明從4年前做本科畢業設計時就跟著“海燕”出海,在他的記憶中,最讓人揪心的一次是“海燕—4000”比預計的“回家”時間晚了2個小時。“大家都懸著一顆心,眼巴巴地等待著電腦上發出‘海燕’歸來的信號。”楊明說。

      國際上,水下滑翔機在試驗中“跑丟”的先例并不罕見,而找回它們則是真正的“大海撈針”。擔心“海燕”迷途,課題組27歲的博士生李昊璋甚至還自創了一套算法,在水下滑翔機失聯數小時內估計它可能出現的位置。雖然這套算法在100%回收率的“海燕”身上尚未有實踐機會,但卻在一次實驗中,“意外”地找回了其他團隊的潛航器。

      “在馬里亞納海域,我們5個人輪流值守。當船上的設備收到了‘海燕’浮出水面發出的信號,并標明了它當時的經緯度位置時,我們都興奮極了。”楊明說。科考船將“海燕”回收上來后,大家第一時間下載了它帶回的數據,當深度顯示為8213米時,整個團隊都沸騰了。

      平均年齡39歲,更多青年圓夢深海

      2017年加入“海燕”團隊的天津大學機械工程學院講師楊紹瓊發現,這個平均年齡39歲的團隊很不一樣。每個人好像都有一種精神力量,即使每天工作十幾個小時、每年有100多天是野外作業、經常“漂”在海上,也沒有抱怨;他們動手能力強,1人站在二層甲板上指揮,1人操控吊車,1人套網,1人控制纜繩,掛鉤、起吊、布放、卸鉤、入水,個個是把“好手”;他們事必躬親,極為較真,少做一次實驗,都感到“不踏實”……

      遭鯊魚攻擊、偶遇海豚群、幫船長修船,王延輝他們都經歷過。因為經費有限,他們也曾放棄兩三千噸重的科學調查船而租用小漁船。2013年,在南海做實驗時,漁船剛開出二三十海里就出現了故障,甲板開始進水,當時是夜里12點左右,王延輝等人一邊觀測著“海燕”的測試數據,一邊淘水自救,“現在想想挺后怕的,所幸很快救援船就趕來了。”為了不耽誤實驗進度,清晨,王延輝他們又租用了另一艘漁船出海了。

      “海燕—10000”水下滑翔機從調研、設計、制造、組裝到測試,只有不到1年的時間,為了趕時間,團隊成員牛文棟、蘭世泉、邵來、李玉叢、孫超、密德元、王超、孫通帥、盧法良和崔陳銘等經常在實驗室干到晚上12點。為了確保海試的成功,李昊璋、張士鶴與白勇民在春節期間堅持工作,完成了能源模塊和控制模塊的組裝,并搭建了多套自動測試系統,可以一個人同時測試多臺設備。

      “從青島出發前往馬里亞納海溝附近海域,和臺風‘捉迷藏’多走了好幾百里,但船還是晃動得厲害,人在船上站都站不住,物品灑落一地。即便是像我這樣每年都出海的老船員都極為難受。”王延輝說,這次和他一起出海的團隊中,多是“90后”的年輕人,他們更是暈船暈到站不起來。

      憑借靈活小巧的身姿,“海燕”可以較長時間地跟隨海洋動物,與鯨共舞,獲取數據,還能通過擴展搭載聲學、光學等專業儀器,成為海底的“變形金剛”,在海洋觀測和探測領域大顯身手。2017年,12臺“海燕”針對“中尺度渦”現象,歷時近2個月,先后編隊、協同組網,并首次獲得臺風過境海域水文數據。

      中國海洋學會、中國太平洋學會等曾評選出“中國海洋十大科技進展”,“海燕”水下滑翔機位列其中。“我們的技術在不斷進步,曾經的夢想一點點變成現實,這是我們工作最大的樂趣和回報。”王樹新說。

      《 人民日報 》( 2018年08月14日 09 版)

      責任編輯:hnnew003

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