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給大國重器裝上“千里眼”“順風耳”

2024-10-14 08:42:00

來源:科技日報

原標題:給大國重器裝上“千里眼”“順風耳”

圖為哈爾濱工程大學水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊合影。哈爾濱工程大學供圖

“啁啾啁啾——”一串鳥鳴般的聲音傳來,證明水聲通信機接收到了母船信號。

“試驗成功了!”在海上連續(xù)奮戰(zhàn)半個月的8位碩士、博士一起喊了起來。

這些已經(jīng)在試驗中獨當一面的“00”后,來自哈爾濱工程大學水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊(以下簡稱“團隊”)。多年來,團隊心懷海洋強國夢,打造出被稱為“千里眼”“順風耳”的深海水聲定位系統(tǒng),為“奮斗者”號、“蛟龍?zhí)枴钡却髧仄魈峁┛煽康乃峦ㄐ排c定位技術(shù)保障。今年,團隊獲得第28屆中國青年五四獎章。

升級水聲通信技術(shù)

“想開發(fā)利用好海洋,就要有便捷的水下通信與定位設(shè)備。我們團隊要為水下裝備設(shè)計出深海水聲定位系統(tǒng)。”團隊成員、哈爾濱工程大學教授孫大軍說。

20多年前,我國深海水聲定位系統(tǒng)依賴進口。為了改變這種受制于人的局面,孫大軍和其他青年教師從基礎(chǔ)理論研究做起,走上攻關(guān)之路。

“起初國外同行認為,我們不可能研制成功。但我們堅信,只要努力,沒有什么是不可能的。”團隊成員、哈爾濱工程大學教授鄭翠娥回憶,她2004年師從孫大軍讀研,從那時起就參與研制深海水聲定位系統(tǒng)。此后,歷經(jīng)10余年的努力,團隊不斷攻克難關(guān),從打造基礎(chǔ)理論“地基”開始,一步步建起我國水聲定位的創(chuàng)新“大廈”。

如今,團隊研制的深海水聲定位系統(tǒng)裝配在我國多艘科考船上。

“水下環(huán)境會對聲信號傳播造成嚴重干擾。最初,水聲通信設(shè)備如同對講機,收發(fā)不能同步進行。我們想提高水聲通信效率,讓水下通信像陸地打電話一樣方便。”團隊成員、哈爾濱工程大學教授喬鋼說。

2009年起,喬鋼帶領(lǐng)青年科研人員展開全雙工水聲通信技術(shù)研究。然而,水下環(huán)境復雜等諸多不利因素導致研究進展緩慢。但團隊成員沒有氣餒,一步步攻克難關(guān),創(chuàng)新研制出具有全雙工通信能力和組網(wǎng)能力的水聲通信機,讓水聲通信從“對講機”時代步入“電話機”時代。

探測北極海冰冰形

北極冰川之下有什么奧秘?溫室效應對冰川消融有哪些影響?這是長期困擾全球科學家的問題。“由于全球氣候變暖,北冰洋海冰厚度和覆蓋面積減小,對極地冰下聲學環(huán)境和聲場規(guī)律產(chǎn)生巨大影響,急需新的聲學理論和信息處理技術(shù)。”團隊成員、哈爾濱工程大學教授殷敬偉說。

2014年起,團隊在殷敬偉的帶領(lǐng)下,在國內(nèi)率先開展冰下聲場特性及冰下探測與通信技術(shù)研究,研發(fā)跨冰層介質(zhì)的冰下通信、探測與定位一體化技術(shù)。

北極海域覆蓋著厚厚的冰蓋,開展冰下水聲研究難度極大。

為了獲取一手數(shù)據(jù),2018年團隊選派哈爾濱工程大學教授韓笑赴極地進行科學考察。他采用團隊自主研發(fā)的實驗儀器設(shè)備,開展極地冰下噪聲場、聲傳播特性、冰下水聲通信等方面的研究。歷經(jīng)數(shù)月,韓笑圓滿完成相關(guān)試驗,獲得大量珍貴的冰下聲學數(shù)據(jù),解決了極地冰下穩(wěn)健水聲通信和跨冰層介質(zhì)通信難題。

我國利用衛(wèi)星等手段對北極海冰冰貌進行了有效觀測,但對冰蓋下面的冰形冰貌探測一直缺乏有效手段。為滿足探測需要,團隊2010年開始研制探測北極海冰冰形的設(shè)備。

2023年,搭載團隊自主研發(fā)的多波束冰形探測聲吶——哈工程“星海1000”極地探測無人潛器深潛至北極冰蓋之下,使我國科研人員首次清晰地觀測到北極海冰冰底形態(tài),獲取了大量關(guān)鍵海洋參數(shù)信息。

直面挑戰(zhàn)勇闖難關(guān)

今年春節(jié)前夕,團隊十余人在白雪皚皚的冰湖上測試樣機性能。零下30攝氏度的低溫讓樣機電池瞬間“掉電”,他們脫下軍大衣給電池“取暖”。

那段時間,大雪封山,蔬菜運不到駐地,運到試驗場的水凍成了冰。團隊成員在“缺菜少水”的條件下完成了試驗。

團隊的試驗場往往在遠洋深海、荒僻海島,年均試驗時間超過200天。年關(guān)佳節(jié),他們常常只能在海上船上向家人遙寄思念。

2020年10月,“奮斗者”號在西太平洋馬里亞納海溝成功下潛突破1萬米。團隊成員、哈爾濱工程大學博士生張文博和紀曉峰由于暈船導致身體不適,甚至一邊嘔吐一邊為潛器深海定位做好保障。近30天的科考結(jié)束時,兩人都瘦了10斤。

“深海試驗周期很長,對我們的心理和生理都是挑戰(zhàn)。”前不久剛參加完海試的團隊成員、哈爾濱工程大學博士生王蘊聰說,“我們在海上一漂就是一兩個月,趕上風急浪高,站都站不起來,常常吐一口,記一筆數(shù)據(jù)。”

“技術(shù)從研發(fā)到落地應用是一條漫長的路。我們會在路上經(jīng)歷九九八十一難,也會在過關(guān)斬將中逐漸成熟。”孫大軍的這番話,團隊幾乎無人不知。

“這種堅韌不拔的精神,指引著團隊一步步走到今天。”團隊成員、哈爾濱工程大學教師韓云峰回憶,“10余年前,團隊承擔一項國家重點項目,要為科考船研發(fā)一款定位系統(tǒng)。我們明明在實驗室已經(jīng)做了大量實驗,都沒有問題,可一下海就搜不到信號。連軸轉(zhuǎn)幾天調(diào)整參數(shù),大家都快支撐不住了,孫大軍卻沒有抱怨,帶著我們反復排查,硬扛了下來。”

關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。近年來,團隊一次次闖進我國乃至世界水聲領(lǐng)域的“無人區(qū)”,一次次實現(xiàn)從原始理論到技術(shù)研發(fā)、再到實際應用的全鏈條創(chuàng)新。未來,他們將繼續(xù)砥礪前行,乘風破浪。

(記者 朱 虹 李麗云 通訊員 霍 萍)

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