作者:吴月辉 来源:人民日报 发布时间:2018/6/15 11:01:28
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中科院沈自所团队不断突破:“海翼”号成长记

科研人员在深渊科考中回收“海翼7000”水下滑翔机。

中科院沈阳自动化所供图

在日前揭晓的“2017年度海洋人物”评选中,“海翼”号系列水下滑翔机设计师俞建成引人注目。从2003年开始研究到2009年首次下水,再到如今的成熟稳定,俞建成带领中科院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)水下滑翔机研究项目团队努力耕耘,见证了“海翼”号的每一步成长。

2017年,“海翼”号水下滑翔机势如破竹,创造了一个又一个纪录——

3月,“海翼7000”系列水下滑翔机在马里亚纳海沟创下6329米的水下滑翔机世界深潜纪录;

7月,12台“海翼”号水下滑翔机在南海实现了我国最大规模的集群观测应用;

10月,“海翼1000”系列水下滑翔机无故障连续工作91天,创造我国水下滑翔机工作时间最长、航行距离最远、观测剖面数最多的新纪录。

合理制定分阶段研究目标,降低技术难度和技术风险,最终实现超越发展

俞建成第一次听说水下滑翔机是在2003年。那一年,他刚刚考入沈阳自动化所攻读博士学位。每个周六,俞建成都要向导师张艾群汇报一周的学习工作情况。有一次,张艾群给他看了一篇关于美国最新水下机器人研究成果的文章。读完这篇介绍美国研制的Slocum水下滑翔机的文章后,俞建成对水下滑翔机产生了浓厚的兴趣。

作为水下机器人的一种,水下滑翔机依靠浮力在海水中滑行。它重量轻、消耗小、隐蔽性好,能够胜任长时间、远距离的航行任务,是世界各国海洋科学研究的热点。

在进一步查阅了水下滑翔机的相关文献后,俞建成决定召集其他同学开展水下滑翔机的研究工作。

据俞建成介绍,1989年美国海洋科学家就提出了水下滑翔机的概念,2000年他们已研制出三型水下滑翔机并开展了海上试验。2003年,他第一次听到水下滑翔机这个概念时,美国已开展水下滑翔机实验性应用了。“如果我国还不着手开展相关研究的话,差距会越来越大。”

在俞建成和同学们的努力下,当年他们从所里成功申请了12万元科研经费,正式开始水下滑翔机的研究工作。

沈阳自动化所在水下机器人领域有很好的技术积累和工程经验,这为俞建成团队水下滑翔机的研究工作奠定了良好基础。但水下滑翔机作为新型水下机器人,有一些特殊技术要求,比如对水动力外形优化要求很高、对控制系统功耗非常敏感,既要实现小型化又要实现长续航能力,等等。

俞建成说:“对于这些特殊技术要求,我们没有研究基础,可借鉴的东西也很少,一切都得从零开始。”

由于没有基础,最初团队制定的目标也较低;随着技术的不断积累,他们的目标也随之提高。“比如,续航能力从最早没有指标要求,到后来设定为500公里,再到1000公里、3000公里……”俞建成说,“通过合理制定分阶段研究目标,降低技术难度和技术风险,不断增强研制信心,最终实现了超越发展。”

“海翼”号课题组的3个年轻人没有被困难吓倒,时间不够用就加班加点干

小型化是水下滑翔机研制的难点之一。既要小又要跑得远,这是水下滑翔机研究过程中,俞建成团队需要破解的难题。

俞建成说,因为体积小,舱内空间非常有限,很多现成的单元技术都无法在这么小的空间内使用,他们不得不攻关各单元的小型化技术;因为体积小,一点点空间、功耗等资源的浪费都会影响水下滑翔机的航行效率,所以要求载体设计的空间利用率很高、控制器功耗很低,而且外形、壁厚、浮力调节量都必须优化得恰到好处;因为体积小,水下滑翔机的搭载能力有限,系统冗余度无法做得很高,所以需要水下滑翔机的所有部件都必须具有很高的可靠性。他们为此花费了大量时间,对部件和整机进行大量测试和试验。

沈阳自动化所副研究员金文明是2008年加入“海翼”号课题组的。他清楚地记得,当时课题组一共就3个人。“俞建成博士是我们的课题组长,总揽滑翔机研制的全过程;机械设计专业毕业的我负责机械结构分系统;新入职的黄琰负责电控与软件分系统。”

“海翼”号研制初期困难重重,进展也比较缓慢。但是,3个年轻人并没有被困难吓倒,经验不足就请教其他课题组的老同志,时间不够用就加班加点干。

金文明说:“回想起来,入职的头3年也是我进步最快的3年,那时大家不知疲倦,一心只想把科研做好。”

经过一年半的努力,水下滑翔机样机终于研制出来了。在研发过程中,“海翼”号团队也不断壮大,从最初的3人发展到现在的20多人,金文明和黄琰也都成长为团队的核心骨干。

海试是难忘的经历,也是意志品质的考验

海上试验是研制水下滑翔机过程中必不可少的重要环节。

俞建成说:“海洋是人迹罕至的地方,海上试验对于每个经历过的人来说都是难忘的经历,也是意志品质的考验。”

金文明至今都对“海翼”号水下滑翔机的第一次海上试验印象深刻。那是2009年的夏天,由张艾群带队,参试队伍一共10人。为了节省经费,当时课题组租用了一条渔船。

金文明说:“在渔船上颠簸了一个晚上,等开到试验地点,就已经有3位队员不能下床了。”

因为是第一次进行海试,前期设计缺乏经验,水下滑翔机不论在软硬件还是在机械系统上都存在缺陷,环境适应性也不够好。为此,团队成员白天试验、找问题,晚上拆卸舱体、维修与解决问题。

金文明说:“那些天真是白天晚上‘连轴转’。船上没有工作台,我们就在前甲板上支起一张大木板进行滑翔机的拆装工作,趴着或蹲着对滑翔机进行检修。船不停地晃动,时间一长,大伙都腿软背痛。但是,所有人都坚持到了最后。”

当时正处于盛夏,船上异常炎热,睡觉舱位也不够,几个年轻人就直接在甲板上铺上席子睡觉。早上醒来的时候,露水湿透全身。

“海试过程中大家都是相互鼓励。正是因为坚持,才有了水下滑翔机的研制成功。”俞建成说。

2017年3月,当“海翼7000”系列水下滑翔机在马里亚纳海沟创下6329米的世界深潜纪录时,团队成员都非常激动。金文明说:“收到数据时,大家都欢呼起来了!”

海试中也有很多开心时刻。俞建成就对2017年在海上偶遇“辽宁号”航空母舰的情景念念不忘:“尽管当时距离很远,仍然感觉非常振奋。”

“正因为有了这些亲身经历,更激发了我们献身中国海洋技术的热情和使命感。”俞建成说。

 
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