“奮斗者”號(hào)正進(jìn)行深淵科考 有哪些關(guān)鍵技術(shù)為萬(wàn)米深潛“護(hù)航”？

與此同時(shí)，科研人員還攻克了深淵復(fù)雜環(huán)境下大慣量載體多自由度航行操控、系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等技術(shù)難題，讓“奮斗者”號(hào)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)的在線智能故障診斷、基于在線控制分配的容錯(cuò)控制以及海底自主避碰等功能。

“我們?cè)O(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，能夠讓‘奮斗者’號(hào)在海底復(fù)雜地形巡航、定點(diǎn)航行以及懸停定位。”趙洋說(shuō)。

不過，載人潛水器抵達(dá)萬(wàn)米深淵，可不只是“到此一游”，還要完成巖石、生物抓取，以及沉積物取樣等精準(zhǔn)科考作業(yè)。

為此，科研人員還為“奮斗者”號(hào)安上了靈活的雙手——兩套主從伺服液壓機(jī)械手，每只“手”有7個(gè)關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)控制，持重能力超過60公斤，能夠覆蓋采樣籃及前部作業(yè)區(qū)域，具有強(qiáng)大的作業(yè)能力。這項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了我國(guó)應(yīng)用全海深液壓機(jī)械手開展萬(wàn)米作業(yè)的空白。

機(jī)械手握住沉積物采樣器的手柄，在指定的位置采集沉積物。然后，再提起手柄將其放回采樣籃……這是“奮斗者”號(hào)利用機(jī)械手臂進(jìn)行沉積物采樣的過程，這樣一次操作大概需要5到10分鐘。

為了支撐實(shí)現(xiàn)載人潛水器的科學(xué)觀測(cè)能力，控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)還首次在全海深級(jí)別的載人潛水器上研制了電動(dòng)觀測(cè)云臺(tái)，突破超高壓環(huán)境精確傳動(dòng)控制、高緊湊度一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，搭載多部科考設(shè)備實(shí)現(xiàn)全向水下觀測(cè)，獲取了大量深淵海底科學(xué)觀測(cè)照片、視頻。

而這些均由聰明的“大腦”控制。

水聲通信： “水下微信”實(shí)現(xiàn)“千里傳音”

“親愛的觀眾們，萬(wàn)米的海底妙不可言，希望我們能夠通過‘奮斗者’號(hào)的畫面向大家展示萬(wàn)米的海底。”成功坐底馬里亞納海溝后，3位潛航員第一時(shí)間通過水聲通信系統(tǒng)分享了他們的心情，這一場(chǎng)景至今仍舊振奮人心。

水聲通信是“奮斗者”號(hào)與母船“探索一號(hào)”之間溝通的唯一橋梁，實(shí)現(xiàn)了潛水器從萬(wàn)米海底至海面的文字、語(yǔ)音及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。其原理就是把信息變成聲音在水里傳播，到達(dá)水面后再把它轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉?lái)的信息。

為什么是水聲通信?記者了解到，與地面不同，由于海水的特性，光、電磁波等在水中會(huì)快速衰減至消失，即便是強(qiáng)大的北斗系統(tǒng)也無(wú)法發(fā)揮作用。而聲波恰恰能在水下遠(yuǎn)距離傳播，因此，聲波便成了潛水器的通訊、導(dǎo)航利器。

聲學(xué)系統(tǒng)由此成為載人潛水器不可或缺的一部分。有科研人員表示，如果說(shuō)載人潛水器是一個(gè)人，那么聲學(xué)系統(tǒng)就是這個(gè)人的眼睛、耳朵、嘴巴，能“看”、能“聽”，還能“說(shuō)”。

相較“蛟龍”號(hào)與“深海勇士”號(hào)載人潛水器，“奮斗者”號(hào)的聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全國(guó)產(chǎn)化，技術(shù)指標(biāo)更高。

“奮斗者”號(hào)的聲學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，按功能分，有水聲通信機(jī)，還有測(cè)深側(cè)掃聲吶、前視成像聲吶、定位聲吶、多普勒測(cè)速聲吶以及避碰聲吶，等等，其功能主要是為潛水器和載人母船之間進(jìn)行通信、定位，以及載人潛水器的避障等提供幫助。

在載人潛水器下潛時(shí)，水聲通信機(jī)要將與潛水器相關(guān)的諸如艙內(nèi)溫度、濕度以及下潛深度等各項(xiàng)狀態(tài)參數(shù)回傳至海面母船。

在漆黑一片的海底坐底后，各種聲吶就開始“偵察”環(huán)境，然后告訴潛水器“你在哪兒”“周圍環(huán)境如何”“可以往哪兒走”……各種“路況信息”，測(cè)深側(cè)掃聲吶、前視成像聲吶等可謂是一掃便知。潛航員便可根據(jù)聲吶繪制的“海底地圖”規(guī)劃潛水器的行走路線。不僅如此，在行走過程中，如遇“路障”，避碰聲吶就像“安全員”一樣，會(huì)提前“告知”潛航員，為其提供充分的規(guī)避時(shí)間。

作業(yè)期間，如果潛航員有了新發(fā)現(xiàn)或者拍到了值得紀(jì)念的精彩瞬間，還可以通過水聲通信機(jī)實(shí)時(shí)分享給海面的人，被潛航員稱為“水下微信”。

除此之外，“奮斗者”號(hào)還在鋰離子電池、海水泵等方面實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大技術(shù)突破。其研制及海試的成功，標(biāo)志著我國(guó)具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力，體現(xiàn)了我國(guó)在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。

不過，坐底10909米深度，僅是初窺冰山一角，海洋深處還有太多的未知需要我們不斷去探索和揭秘。從“蛟龍”號(hào)到“深海勇士”號(hào)，再到“奮斗者”號(hào)……我國(guó)科研工作者將不斷帶領(lǐng)我們探尋更多大洋深處的奧秘。

“奮斗者”號(hào)的成功，得益于黨中央對(duì)深海事業(yè)發(fā)展的正確領(lǐng)導(dǎo)和科研團(tuán)隊(duì)集智攻關(guān)中發(fā)揚(yáng)新時(shí)代科學(xué)家精神，也離不開科技計(jì)劃管理模式的創(chuàng)新探索。“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)管理專業(yè)機(jī)構(gòu)、中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心黃晶主任介紹，“奮斗者”號(hào)載人潛水器是“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)的核心研制任務(wù)，中心始終堅(jiān)持科學(xué)化、規(guī)范化、精細(xì)化管理，組建項(xiàng)目群協(xié)同攻關(guān)，成立專家組跟蹤指導(dǎo)，制定質(zhì)量和海試管理規(guī)范提升裝備實(shí)用性，有力支撐深海有關(guān)裝備研制任務(wù)圓滿完成。(作者:王珍)