突破国外技术封锁 自主研发AUV磁力仪

突破国外技术封锁 自主研发AUV磁力仪——专访“潜龙二号”探测系统研制课题负责人张金辉

中国网2月25日讯(记者 葛蕾)2015年12月,“向阳红10号”船将搭载我国最新自主研制的4500米级深海资源勘查系统(AUV)“潜龙二号”前往西南印度洋我国多金属硫化物勘探合同区进行试验性应用与航次勘查工作。来自国家海洋局第二研究所的张金辉教授级高工作为“潜龙二号”项目副总师、探测系统研制课题组组长对“潜龙二号”倾注了大量的心血。近日,记者前往位于杭州的国家海洋局第二海洋研究所,对张金辉进行了独家专访。

张金辉接受记者采访(摄影 姜一平)

自主研发AUV磁力仪 打破国外技术壁垒

2011年,国家863计划设立“十二五”重大项目“4500米级深海资源自主勘查系统”,张金辉任 “4500米级深海资源自主勘查系统-探测系统研制”课题负责人。该课题主要研究内容之一研制深海AUV三分量磁力仪,用来探测近底高精度地磁数据,服务于多金属硫化物资源调查。因AUV三分量磁力仪不仅可用于科学调查,亦具有军事应用价值,属于高科技敏感设备,而我国尚未有AUV磁力仪的应用先例,国外对我国高精度三分量磁力仪进行技术封锁,难以从国外进口购置,因此要想得到AUV近底磁测数据,必须依靠自主研发,需要解决磁力仪的高精度、小型化、较强的磁梯度适应性和AUV磁干扰校正等技术问题。

课题组成立以来,他们对AUV磁力仪的研制花了很大的精力,首先要研制高精度、小型化、高稳定性的三分量磁力仪,更要攻克AUV磁力仪的磁干扰校正技术。课题组采用了无磁探头舱、24位高精度A/D转换、电路高集成度小型化等技术设计,小到每颗固定螺丝均需经测试合格的无磁材料,通过大量实测及元器件定型,实现了AUV磁力仪的高精度及小型化。由于“潜龙二号”上存在下沉压铁、上浮压铁、电池舱和电子舱等磁性物质,对磁力仪探测造成严重的磁干扰,影响AUV磁力仪的探测数据质量,所以要想得到可靠、具有应用价值的AUV磁测数据,必须解决AUV对磁力仪的磁干扰校正技术问题。张金辉团队阅读了的国外研究资料,结合大量陆上、湖上测试数据,采用“AUV圆周旋转参数拟合法”解决AUV对磁力仪的磁干扰校正问题。在今年7、8月份的南海海试中,AUV磁力仪最大工作水深达4500米,海试过程中工作正常。探测数据经磁干扰校正处理,磁测结果与测区国际地磁场查询结果吻合,探测结果质量较好,成功实现了我国首次AUV近底磁测。张金辉对记者说,目前,我国自主研发的AUV磁力仪工作非常稳定,性能可靠,不仅可以搭载在“潜龙二号”自主潜器上,还可以搭载在“蛟龙号”、“海马号”等潜器中。“现在不论从技术上还是材料上,深海AUV磁力仪要实现量产完全没有问题”,张金辉自豪地说。

“潜龙二号”集光、声、电多传感器同步探测,快速数据融合输出结果

“潜龙二号”集地球物理、物理海洋、海洋化学、光学等探测技术,除了研制磁力仪,张金辉带领的AUV探测系统研制课题组还负责AUV上搭载的其他探测传感器的配置、维护和数据处理分析。此次大洋40航次,AUV探测系统研制课题组负责保障AUV各探测设备工作正常,确保探测数据质量可靠。为了使各探测设备时间的同步,“潜龙二号”各探测设备的探测数据都通过串口传送到AUV控制中心计算机进行保存。由于各探测设备探测数据没有定位信息,需要基于时间信息与“潜龙二号”组合导航定位系统得到定位数据进行融合得到位置信息,为了保证海上作业的及时决策,需要快速得到AUV探测数据处理结果。课题组开发了“AUV探测数据管理系统”和“AUV多参数探测数据处理系统”,在南海海试中得到很好应用,对于30多个小时长航程潜次的探测数据,可在3个小时内进行数据快速融合、入库管理和输出预处理结果,为下一步海上作业提供科学依据。

张金辉说,此次大洋科考将前往西南印度洋,该海区海况比较恶劣,海底地形复杂,这对“潜龙二号”及其探测设备将是真正的考验,通过本次南海海试的成功经验,对此还是充满信心,并相信AUV磁力仪将在热液硫化物矿区资源调查中发挥重要作用。张金辉解释道,热液硫化物矿区分为活动和非活动的,对于活动的热液硫化物,可通过温盐深仪、多参数水质仪和甲烷探测仪等物理海洋、海洋化学传感器来探测热液异常;而对于非活动停止的矿区,这些传感器将无能为力,而利用AUV磁力仪还可以探测到其异常,AUV近底磁测数据还对多金属硫化物矿区的三维结构、矿区储量研究具有重要科学意义。

为了“潜龙二号”总设计师感动落泪  AUV将在海洋调查中大有可为

讲到“潜龙二号”,张金辉非常自豪,他对没有见过潜龙二号真面目的记者描述道:“它外观很漂亮,流体立扁型,像一条鱼,机动性非常好,专门针对西南印度洋海底复杂地形而设计的”。

他还向我们透露了一个秘密:此次南海海试三亚总结会上,“潜龙二号”总设计师刘健感动落泪。“刚开始进行的5个潜次试验进展都不大顺利,虽然大家都知道研制高科技产品不会总是一帆风顺。但真亲身遇到情况,参研人员都非常担心海试失败。相到国家花了那么多钱投资下去研发一个装备,要是最后海试结果失败了是谁都不愿意看到的结果,所以大家肩负的压力都挺大,好在刘健总师临危不惧,稳扎稳打,步步解决发现问题,最后“南海龙王”可能都被我们的精神感动了,后面潜次试验都非常顺利,在二次长航程潜次试验中,潜器都工作了31个多小时,直到电池能耗到设定阀值潜器才抛载上浮压铁而出水,各个探测设备工作都正常,海试非常成功。作为责任心特别强的刘总师,整个海试期间所受压力是最大的,所以会在南海海试三亚总结会上感动落泪。在会上刘健总师感谢海试过程中上级领导的关心和理解,兄弟参研单位在解决问题时的通力合作和密切配合,是我们遇到困难解决问题的重要精神支柱”,张金辉说。

“AUV可实现目前常规的船载、拖曳调查方式无法完成的任务,其优势体现在近底全覆盖精细地形调查、近底高精度地磁调查、热液羽状流三维分布研究和近底高清相片拍摄等方面,可为科学家提供高精度的海洋探测数据以满足不同科学研究的需要。随着AUV研制技术、AUV可靠性和应用技术的提高及研发成本的降低,相信不久以后将会采用多AUV水下同时作业模式,这将大大提高AUV作业效率及调查成本,相信AUV在大洋调查中大有可为,将在西南印度洋我国1万平方公里多金属硫化物合同区详查中发挥重要作用”,张金辉信心满满地说。

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责任编辑:冷媚
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