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“海斗一号”全海深自主遥控潜水器研制与海试团队

万米深渊“海斗”量 青年“海人”挑大梁

2022-06-13 中国科学报 沈春蕾
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“海斗”号全海深自主遥控水下机器人 沈阳自动化所供图

  2021年10月,在马里亚纳海沟深渊科学考察中,“海斗一号”全海深自主遥控潜水器(以下简称“海斗一号”)在国际上首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖巡航探测。

  “海斗一号”研制与海试团队来自亚博yabo888vip网页版登录沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所),是一支平均年龄不到35岁的年轻团队。他们在历经近10年的技术积累和5年的集智攻关后,取得了万米深渊科考应用的重大创新突破。

  该团队日前被授予“亚博yabo888vip网页版登录青年五四奖章集体”称号。

  万事开头难

  万事开头难。2014年4月,在亚博yabo888vip网页版登录海斗深渊先导专项的支持下,“海斗”号全海深自主遥控水下机器人(以下简称“海斗”号)研制工作启动。沈阳自动化所刚刚组建不久的“海斗” 号团队承接了这项任务。

  一切从零开始。面对这项极具挑战性的任务,在沈阳自动化所水下机器人研究室研究员李硕、李一平的带领下,“海斗”号团队的青年人在短短两年时间里,不仅攻克了多项关键技术,还开展了大量的压力测试和试验模拟。

  当时,“海斗”号实验室经常会出现这样的画面:小伙伴们热火朝天地开展技术研讨,肚子里的咕噜抗议声时常提醒团队又错过了饭点;在试验水池反复开展技术测试,一忙就到了深夜,索性在办公室里“打地铺”……

  沈阳自动化所副研究员陆洋向《中国科学报》介绍,“海斗”号是一个260公斤的水下机器人,它主要针对全海深无人潜水器(ARV)的关键技术进行验证,如全海深长距离光纤微缆布放管理与低功耗高速信息传输、全海深耐油压低功耗控制、全海深机器人的浮力配平计算等。

  “‘海斗’号作为我国第一台突破万米的潜水器,研制过程中经历了太多困难和挑战。”沈阳自动化所副研究员王健回忆道,“有时需要迎难而上、攻坚突破;有时需要转变思路、灵活变通。”

  2016年7月,在马里亚纳海沟“挑战者深渊”开展的我国首次综合性万米深渊科考中,“海斗”号多次下潜突破万米,创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录。“海斗”号也因此获评两院院士评选的“2016年中国十大科技进展”。

  这一年,陆洋27岁,王健29岁。

  有了“海斗” 号的研发及试验经验,这支青年团队不仅获得了我国首批万米水文数据,还为后期“海斗一号”的研制积累了第一手资料。他们有信心和实力向更难的问题发起挑战。

  五年新征程

  2016年7月,随着“海斗”号的凯旋,“海斗一号”立项,沈阳自动化所研究员唐元贵任总师、王健任主任设计师。以“海斗”号团队为主体的“海斗一号”团队正式建立,开启了为期5年的新征程。

  王健介绍道,与“海斗”号相比,“海斗一号”功能更为复杂——需要在一个潜水器上实现多种潜水器的功能,还要在自主与遥控模式之间灵活切换,在万米海底实现巡航探测与定点精细作业。

  前所未有的挑战与压力激发了青年团队的斗志。他们朝着目标任务挂图作战、倒排工期,为了赶进度,经常不知疲倦地忙到天明,偶尔也会吵得“脸红脖子粗”,只为在某一项技术上找到最佳的解决方案……

  在“海斗一号”团队的不懈努力下,项目各个节点都按照计划逐一实现。唐元贵还记得,在2019年5月的湖试期间,技术难度大和系统复杂度高带来的问题不断暴露在团队面前。“为此,我们逐个击破、连夜修复,确保湖试工作按期完成。”

  2020年初,在全球新冠疫情蔓延的情况下,“海斗一号”团队率先复工,为万米海试做准备。“当时我们团队克服困难来到单位,争分夺秒开展工作,开会都是在大厅间隔2米站着开,最终我们如约履行项目计划任务。”陆洋说。

  在此后的海试中,新的问题也随之出现。大深度下海洋环境会改变“海斗一号”的体积、载体平均密度及重力,并且不同区域、不同深度的海洋参数也会发生变化,例如海水密度、温度、盐度、压力等。这些方面共同作用,改变了水下机器人的静力学浮力状态。

  陆洋告诉《中国科学报》:“我们通过详细的理论计算,再加上浅海实验的数据进行校正,首次下潜万米就获得良好的中性状态。”

  2020年5月,“海斗一号”在国际上首次利用全海深电动机械手完成万米深渊海底精细作业,获取我国首批全海深重要数据和样品,填补当前国际上作业型全海深无人潜水器空白,标志着我国跨入全海深探测与作业新时代。

  “从‘海斗’号到‘海斗一号’,是我们从全海深关键技术验证平台向全海深应用装备的转型过程,也是我们的深海技术不断进步和成熟的标志。”唐元贵说。

  用创新谱青春

  20世纪80年代,沈阳自动化所研制出我国第一台遥控水下机器人“海人一号”,并在研制过程中形成了“求真务实、甘于奉献、凝心聚力、敢为人先”的“海人”精神,传承至今。

  2020年,在“海斗一号”万米试验性应用任务中,“海斗一号”的下潜都被安排在晚上进行。“海斗一号”海试团队由5名青年科研骨干组成,每个潜次平均耗时17小时,加上后续工作,团队通常要连续奋战20小时。在近一个月的海试时间里,5个年轻人告别正常作息时间,挑战了11个潜次。

  唐元贵介绍,“海斗一号”是一个综合性科研项目,参研人员多,分属不同学科专业,但每个人都是不可或缺的“螺丝钉”。作业时,每个人都有固定的岗位,各司其职,无论海况多么恶劣,都必须完成好自己的工作,才能保证“海斗一号”的顺利运行。

  这些年来,“海斗一号”青年团队用创新谱青春,逐渐成长为中坚力量。

  “在国外刚毕业时面临很多选择,当时收到水下机器人团队李一平老师的邀请,没有太多犹豫。”王健表示,“探索海洋的道路虽然充满艰辛,但想到自己的努力能够推动我国深海探测装备的发展,为国家科技进步做出自己小小的贡献,心里就很踏实,没有辜负国家的培养。”

  2021年海试归来后,王健等人放弃节假日休息,争时间抢节点,投入到6000米级自主遥控无人潜水器“问海1号”的研发工作。这是沈阳自动化所基于“海斗一号”的技术成果,面向海洋综合科考需求,为用户定制开发的深海探测作业一体化装备,是我国首台交付工程应用的自主/遥控无人潜水器,具有重要的示范意义。

  经过“海斗一号”重大工程项目的历练,陆洋参与了2022年北京冬奥会水下火炬传递攻关任务。作为其中一个水下“火炬手”——水陆两栖机器人的负责人,他带领团队仅用了8个月时间,就完成了水陆两栖机器人方案设计、详细设计、加工建造、水池调试和外场试验。

  2022年2月,在北京冬奥公园,水陆两栖机器人与变结构机器人完成世界奥林匹克运动史上首次机器人水下火炬传递任务。

  从2016年到2021年,从“海斗”号到“海斗一号”,这支年轻的团队实现了从战战兢兢的万米探索,到从容自如的万米应用,使我国具备了完全自主可控的全海深无人潜水器技术与装备能力。

  (原载于《中国科学报》 2022-06-13 第1版 要闻)
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