什么讓“蛟龍”號在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“中國血統(tǒng)”——由中科院沈陽自動化研究所自主研制，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”號海試的研究員張艾群、郭威、副研究員劉開周和高級工程師祝普強(qiáng)載譽(yù)歸來，為我們講述“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”號在海底的每一個(gè)動作都必須得到“大腦”的“命令”。
航行控制系統(tǒng)是“龍腦”的核心，具備自動定向、定深、定高以及懸停定位功能，使“蛟龍”號能全自動航行，免去潛航員長時(shí)間駕駛之累。
綜合顯控系統(tǒng)相當(dāng)于“儀表盤”，能夠分析水面母船傳來的信息，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。
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)分析平臺可以對綜合顯控系統(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，使之自動生成圖形。這一平臺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�？蒲腥藛T通過輸入相關(guān)參數(shù)，模擬水下環(huán)境，測試控制系統(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7000米載人潛水器正式立項(xiàng)，中科院沈陽自動化研究所承擔(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，劉開周和祝普強(qiáng)當(dāng)時(shí)還是20出頭的小伙。
“蛟龍”號是我國首臺深海載人潛水器，7000米深度的指標(biāo)在世界同類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。
“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，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，但中堅(jiān)力量——王曉輝、張艾群、郭威、劉開周、祝普強(qiáng)一直沒變動。
“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。”劉開周說，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”航天員對話的3位試航員之一。
綜合顯控、數(shù)據(jù)分析平臺、水面監(jiān)控系統(tǒng)，所有“對外露臉”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。隨著海試進(jìn)展，需要分析的數(shù)據(jù)越來越龐大，小軟件逐步完善成數(shù)據(jù)分析平臺。
一絲不茍為深潛原班人馬再出發(fā)
沈陽不靠海，每次海試，研究者都需要離家很久。“在船上的時(shí)候，長期接不到地氣，心里總覺得不踏實(shí)。”郭威說，他們不僅要承受離家的孤獨(dú)，還要應(yīng)對可能出現(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，“理論上好用，實(shí)踐中可能不行;單個(gè)部分好用，組合起來又出問題;水池調(diào)試沒問題，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)任意識和一絲不茍的工作態(tài)度，保證了4年海試中，“龍腦”從無故障。
“蛟龍”號7000米海試結(jié)束，相關(guān)技術(shù)的研究之路卻剛剛鋪開，在延長坐底作業(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：“7000米海試成功說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。”
為保持我國載人深潛技術(shù)領(lǐng)先地位，這個(gè)團(tuán)隊(duì)不會因任務(wù)完成而解散。“蛟龍”號的姊妹——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
為推動中國深海運(yùn)載技術(shù)發(fā)展，為中國大洋國際海底資源調(diào)查和科學(xué)研究提供重要高技術(shù)裝備，同時(shí)為中國深�？碧�、海底作業(yè)研發(fā)共性技術(shù)，中國科技部于2002年將深海載人潛水器研制列為國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)重大專項(xiàng)，啟動“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，中國載人深潛器“蛟龍”號7000米級海試最大下潛深度達(dá)7062米，再創(chuàng)中國載人深潛記錄。
