http://bfqmb.cn 2012-11-21 13:52 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)
什么讓“蛟龍”號(hào)在7000米海底想游就游,還能穩(wěn)穩(wěn)“定位”?
答案就在被喻為“龍腦”的控制系統(tǒng)。
這顆睿智的“龍腦”流著純正的“中國(guó)血統(tǒng)”——由中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研制,它的創(chuàng)造者既有院士,也有工人,既有70后,也有50后老教授。
前不久,全程參與“蛟龍”號(hào)海試的研究員張艾群、郭威、副研究員劉開(kāi)周和高級(jí)工程師祝普強(qiáng)載譽(yù)歸來(lái),筆者走進(jìn)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所,聽(tīng)他們解密控制系統(tǒng),講述“龍腦”誕生的故事。
五大技術(shù)“亮點(diǎn)”讓“蛟龍”暢游海底
控制系統(tǒng)相當(dāng)于“蛟龍”號(hào)的神經(jīng)系統(tǒng),每條神經(jīng)末梢都連著其他的系統(tǒng),“蛟龍”號(hào)在海底的每一個(gè)動(dòng)作都必須得到“大腦”的“命令”。
航行控制系統(tǒng)是“龍腦”的核心,具備自動(dòng)定向、定深、定高以及懸停定位功能,使“蛟龍”號(hào)能全自動(dòng)航行,免去潛航員長(zhǎng)時(shí)間駕駛之累。
綜合顯控系統(tǒng)相當(dāng)于“儀表盤(pán)”,能夠分析水面母船傳來(lái)的信息,顯示出“蛟龍”和母船的位置以及潛水器各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)母船與“蛟龍”間的互動(dòng)。
水面監(jiān)控系統(tǒng)顯示母船信息與“蛟龍”信息的集合,使指揮員能對(duì)母船的位置和“蛟龍”的位置進(jìn)行正確判斷,進(jìn)而做出相應(yīng)調(diào)整,保證“蛟龍”安全回家。
數(shù)據(jù)分析平臺(tái)可以對(duì)綜合顯控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)如深度、溫度及報(bào)警信息等進(jìn)行分析,使之自動(dòng)生成圖形。這一平臺(tái)還可查看歷次下潛的時(shí)間、地點(diǎn)以及潛航員的操作流程。
半物理仿真平臺(tái)的主要用途是驗(yàn)證“蛟龍”控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。科研人員通過(guò)輸入相關(guān)參數(shù),模擬水下環(huán)境,測(cè)試控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況,可以節(jié)約人力、物力,降低風(fēng)險(xiǎn)縮短研制周期,提高系統(tǒng)可靠性和安全性,還能為潛航員訓(xùn)練提供“虛擬環(huán)境”。
十年自主創(chuàng)新年輕人挑大梁
2002年,“蛟龍”號(hào)7000米載人潛水器正式立項(xiàng),中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所承擔(dān)控制系統(tǒng)的研制工作。一個(gè)涵蓋老中青的工作組逐漸形成:50后的張艾群是總體組成員,60后的研究室主任王曉輝任組長(zhǎng),劉開(kāi)周和祝普強(qiáng)當(dāng)時(shí)還是20出頭的小伙。
“蛟龍”號(hào)是我國(guó)首臺(tái)深海載人潛水器,7000米深度的指標(biāo)在世界同類(lèi)型的潛水器中也是首例。
“盡管此前研究所積累了豐富的水下機(jī)器人控制系統(tǒng)研制經(jīng)驗(yàn),但7000米仍然給我們提出了挑戰(zhàn),很多硬件和軟件都是第一次應(yīng)用,控制方法、控制技術(shù)全部要自己摸索。”王曉輝說(shuō)。
“控制系統(tǒng)跟其他系統(tǒng)都密切耦合,哪怕只是傳感器變一點(diǎn),控制系統(tǒng)都需要做出相應(yīng)的調(diào)整。”工作組“大管家”郭威說(shuō),他負(fù)責(zé)收集其他系統(tǒng)的控制需求信息,統(tǒng)籌分工。
10年間,這個(gè)團(tuán)隊(duì)有人加入,也有人離開(kāi),但中堅(jiān)力量——王曉輝、張艾群、郭威、劉開(kāi)周、祝普強(qiáng)一直沒(méi)變動(dòng)。
“我們最初想了6種控制方法,為了選出最佳,需要在水池試驗(yàn)、海試中反復(fù)比較,不斷改進(jìn)和優(yōu)化。”劉開(kāi)周說(shuō),他完成了航行控制和導(dǎo)航定位的大部分設(shè)計(jì),也是參與首破7000米深潛,與“神九”航天員對(duì)話(huà)的3位試航員之一。
綜合顯控、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、水面監(jiān)控系統(tǒng),所有“對(duì)外露臉”的部分都出自祝普強(qiáng)之手。其中數(shù)據(jù)分析平臺(tái)由小祝為查找一個(gè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了一個(gè)私用小軟件發(fā)展而來(lái)。隨著海試進(jìn)展,需要分析的數(shù)據(jù)越來(lái)越龐大,小軟件逐步完善成數(shù)據(jù)分析平臺(tái)。
一絲不茍為深潛原班人馬再出發(fā)
沈陽(yáng)不靠海,每次海試,研究者都需要離家很久。“在船上的時(shí)候,長(zhǎng)期接不到地氣,心里總覺(jué)得不踏實(shí)。”郭威說(shuō),他們不僅要承受離家的孤獨(dú),還要應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的暈船反應(yīng)和甲板上的暴曬。
“90%的時(shí)間都在承受壓力。”從立項(xiàng)之初,郭威很少輕松過(guò),“理論上好用,實(shí)踐中可能不行;單個(gè)部分好用,組合起來(lái)又出問(wèn)題;水池調(diào)試沒(méi)問(wèn)題,海試時(shí)環(huán)境一變,控制系統(tǒng)可能又需要做出相應(yīng)的變化。”直到7000米海試結(jié)束,他才松了一口氣。正是這種責(zé)任意識(shí)和一絲不茍的工作態(tài)度,保證了4年海試中,“龍腦”從無(wú)故障。
“蛟龍”號(hào)7000米海試結(jié)束,相關(guān)技術(shù)的研究之路卻剛剛鋪開(kāi),在延長(zhǎng)坐底作業(yè)時(shí)間、提高潛水器定位精度等方面還有很多值得探索。
王曉輝說(shuō):“7000米海試成功說(shuō)明我們具備一種手段去探查、取樣,具備了解這個(gè)深度海底世界的能力,而海洋里任何一個(gè)未知的地方都可能隱藏著巨大的科學(xué)意義。”
為保持我國(guó)載人深潛技術(shù)領(lǐng)先地位,這個(gè)團(tuán)隊(duì)不會(huì)因任務(wù)完成而解散。“蛟龍”號(hào)的姊妹——一個(gè)4500米載人潛水器關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目已于3年前立項(xiàng),研制人員仍是原班人馬。
資料:蛟龍?zhí)栞d人潛水器
為推動(dòng)中國(guó)深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展,為中國(guó)大洋國(guó)際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備,同時(shí)為中國(guó)深??碧?、海底作業(yè)研發(fā)共性技術(shù),中國(guó)科技部于2002年將深海載人潛水器研制列為國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重大專(zhuān)項(xiàng),啟動(dòng)“蛟龍?zhí)?rdquo;載人深潛器的自行設(shè)計(jì)、自主集成研制工作。“蛟龍?zhí)?rdquo;載人潛水器設(shè)計(jì)最大下潛深度為7000米,工作范圍可覆蓋全球海洋區(qū)域的99.8%。2012年6月27日,中國(guó)載人深潛器“蛟龍”號(hào)7000米級(jí)海試最大下潛深度達(dá)7062米,再創(chuàng)中國(guó)載人深潛記錄。