冲破外国技术封锁的“海燕”

聚焦国家重大科研项目系列报道①

冲破外国技术封锁的“海燕”

——天津大学“混合驱动水下航行器关键技术与应用”项目

通讯员 靳莹

“海燕”接受南海测试实验 宋雪峰 供图

开栏语

“促进科技成果转移转化是实施创新驱动发展战略的重要任务,也是科技支撑供给侧结构性改革的关键举措。”近日,在科技部及教育部工作会议上,高校科研工作再度被提至新高度,并已初步形成多渠道、多方式共同推动科技成果转化之新局面。

科学研究,是培养自学能力、研究能力、思维能力等“综合能力”人才的重要方法,是造就学校水平较高且具有“综合能力”的教师队伍的重要途径,更是学科、学位建设的重要手段,与教学形成大学的车之两轮、鸟之两翼。本刊特开设专栏,构建科研信息共享平台,推动成果面向社会开放共享。

【项目推介:2016年,由天津大学教授、海洋国家实验室海洋观测与探测联合实验室首席科学家王树新带领团队耗费十余年心血成功研制的“海燕”,荣获国家技术发明二等奖。】

说起海燕,大家脑海中都会忆起前苏联文学家高尔基笔下描写的那只“海燕”:它飞翔于海面,是暴风雨的“预言者”,更是暴风雨来临之际勇敢欢乐的“战斗者”。

而在天津大学实验室里,也有一只“海燕”:它在海底深潜,探测未知的环境和物产。

天大“海燕”——“混合驱动水下航行器关键技术与应用”项目,又名水下滑翔机,是一种基于精准浮力调控的无人航行器、潜水器。由于拥有国际先进的水下滑翔机一直是建成世界海洋强国重要的标志性成果之一,因此美国等国对该技术一直进行严密封锁。但天大的“海燕”既打破了国外对我国技术封锁的壁垒,也扭转了我国在某些关键技术上受制于人的局面。

与“海燕”不期而遇

“海燕”,器如其名,形似鱼雷,身长1.8米,直径0.3米,重约70千克,相比于传统无人无缆潜水器(AUV),可谓身轻体瘦。它融合了浮力驱动与螺旋桨推进技术,不但能实现和AUV一样的转弯、水平运动,且具备传统滑翔机剖面滑翔的能力(即进行“之”字形锯齿状运动)。

经了解,无论在续航里程、下潜深度以及稳定性等诸多方面,“海燕”都不输于国外同类产品。“海燕”最大下潜深度1514.2米,能在复杂海洋环境下大深度平稳滑翔运动;推进速度最大可达1.69m/s,1108.4公里实测航点位置平均偏差小于2km;连续航程超过1100km,实现水下滑翔机航程从百公里级提升至千公里级的突破。对此,一家美国媒体曾评价:中国的反潜艇能力正在增强。

如今,“海燕”率先在我国海洋关键技术与示范应用方面“大显身手”,已成功应用于“南水北调”水源地水质监测、南海环境调查等国家重大工程和海洋国防建设事业。

但不为人知的是,当初研制“海燕”竟实属偶然。

“2002年,我在一篇文章里了解到国外水平下滑翔机的研究进展,又正赶上机械学院拓展新方向,我们团队就把关注点集中在了水下滑翔机。”王树新介绍,海洋环境和资源探测的需求使水下机器人必须从定点探测到大范围,从浅海到深海,从短时到全天候,而水下滑翔机就是实现这些目标的有效手段。

坐了十几年的冷板凳

续航里程是水下无人滑翔机的重要指标,寻找恰当的能源功能材料则是关键。“整个项目组都沉浸在这个难题中,大家进行了无数次头脑风暴,每天做测试实验到晚上10余点,这样的状态持续了1个多月,却依然一无所获,那段时间大家都很煎熬。”现为副教授的王延辉当时还是一名硕士研究生,自2002年开始跟随王树新做这一项目。

一天晚上,王树新灵感忽现:试试国外一种用于衣服表层的石蜡。“真是众里寻他千百度,蓦然回首却在灯火阑珊处,这就是我们一直苦苦寻找的能源材料。”实验测试结果让王延辉等人都喜出望外。这其实就是当时国外应用于海洋装备上的能源材料,但从不报道,对中国更是实行信息封锁。

俗话说,“成功的秘诀在于承受失败的能力”。因此,困难和问题也总是毫无意外地接踵而至。

“海燕”是一项坐了十几年冷板凳的“风险”项目,在2011年获得“863计划”立项之前,未获其他资助,只靠做别的项目“打零工”解决经费。2006年,他们首次申请“863”失败,但这并不影响“海燕”团队的干劲儿。设计水深1500米,他们通常在2000米水深下打压,并且对打压次数也极为较真,少做一次实验,都感到“不踏实”。

深海关键技术与装备领域的研究不能仅在实验室进行,为了检验实践效果,王树新与团队成员每年有100多天都是野外作业,“漂”在海上,待在海边,陪着“海燕”成长。

为了节省有限的科技经费,科研团队放弃两、三千吨重,生活设施良好的科学调查船,而租用几百吨的渔船。2013年,在南海做实验时,渔船刚开出二三十海里就出现了故障,甲板开始进水,当时是夜里12点左右,王延辉等人一边观测着“海燕”的测试数据,一边淘水自救,“现在想想挺后怕的,所幸很快救援船就赶来了。”为了不耽误实验进度,清晨,王延辉他们又租用了另一艘渔船出海了。

1人站在二层甲板上指挥,1人操控吊车,1人套网,1人控制缆绳,挂钩、起吊、布放、卸勾、入水……平日里从事脑力劳动的师生从事起体力劳动也个个是把“好手”。“我们都是练出来的”,王延辉笑称,他们团队没有一个胖子,虽然平日工作压力大,身体素质都还很好。遭鲨鱼攻击、偶遇海豚群、帮船长修船,这些“奇闻异事”,王延辉他们都经历过。

面对种种阻碍,王树新一直鼓励团队里的年轻人,“先设立一个小目标,我们一个一个实现”“我们马上就要成功了,只差一点点”,科研工作就是这样“痛并快乐着”的过程。

“海燕”是王延辉起的名字,寓意它身轻如燕、饱经风雨,王树新更希望用“海燕”诠释“实事求是”。参与者多年无名无利,对“实事求是”的追求支撑了他们。

终成海底“变形金刚”

2002至2005年,“海燕”在实验室成长,2006年起,“海燕”开始在海洋中多次“试水”。2014年春,按照国家高技术研究发展计划(863计划)“深海滑翔机研制及海上实验研究”项目安排,“海燕”参加了规范化海上试验中期评估,在南海北部水深大于1500米海域通过测试。在第三方全程监督下,它圆满完成了单周期、多周期及长航程等一系列任务,是在南海测试的诸多滑翔机中唯一一家全程无故障完成所有项目的水下滑翔机,并创造了中国水下滑翔机无故障航程最远、时间最长、剖面运动最多、工作深度最大等诸多纪录。

作为中国第三代水下滑翔机,“海燕”凭借灵活小巧的身姿,可以较长时间地跟随海洋动物,与鲸共舞,获取数据。其负载能力为5千克,能通过扩展搭载声学、光学等专业仪器,成为海底的“变形金刚”,在海洋观测和探测领域大显身手。

中国海洋学会、中国太平洋学会等曾评选出“中国海洋十大科技进展”,“海燕”水下滑翔机位列第二。美国“国际军事”杂志也曾推出用于海军的水下机器人专刊,“海燕”是中国唯一上榜的水下航行器。“打破国外垄断,我们的技术一直在不断地进步,并且和发达国家的差距在不断缩小,这是我们工作最大的乐趣和回报。”王树新朴实的话语却是科研人对科研事业的热爱与执着。(通讯员 靳莹)

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责任编辑:冷媚
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