2015年12月, '向陽紅10號' 船將搭載我國最新自主研製的4500米級深海資源勘查系統 '潛龍二號' 前往西南印度洋我國多金屬硫化物勘探合同區進行試驗性應用與航次勘查工作. 來自國家海洋局第二研究所的張金輝教授級高工作為 '潛龍二號' 項目副總師, 探測系統研製課題組組長對 '潛龍二號' 傾注了大量的心血. 近日, 記者前往位於杭州的國家海洋局第二海洋研究所, 對張金輝進行了獨家專訪.
自主研發AUV磁力儀 打破國外技術壁壘
2011年, 國家863計劃設立 '十二五' 重大項目 '4500米級深海資源自主勘查系統' , 張金輝任 '4500米級深海資源自主勘查系統- 探測系統研製' 課題負責人. 該課題主要研究內容之一研製深海AUV三分量磁力儀, 用來探測近底高精度地磁數據, 服務於多金屬硫化物資源調查. 因AUV三分量磁力儀不僅可用於科學調查, 亦具有軍事應用價值, 屬於高科技敏感設備, 而我國尚未有AUV磁力儀的應用先例, 國外對我國高精度三分量磁力儀進行技術封鎖, 難以從國外進口購置, 因此要想得到AUV近底磁測數據, 必須依靠自主研發, 需要解決磁力儀的高精度, 小型化, 較強的磁梯度適應性和AUV磁幹擾校正等技術問題.
課題組成立以來, 他們對AUV磁力儀的研製花了很大的精力, 首先要研製高精度, 小型化, 高穩定性的三分量磁力儀, 更要攻克AUV磁力儀的磁幹擾校正技術. 課題組採用了無磁探頭艙, 24位高精度A/D轉換, 電路高整合度小型化等技術設計, 小到每顆固定螺絲均需經測試合格的無磁材料, 通過大量實測及元器件定型, 實現了AUV磁力儀的高精度及小型化. 由於 '潛龍二號' 上存在下沉壓鐵, 上浮壓鐵, 電池艙和電子艙等磁性物質, 對磁力儀探測造成嚴重的磁幹擾, 影響AUV磁力儀的探測數據質量, 所以要想得到可靠, 具有應用價值的AUV磁測數據, 必須解決AUV對磁力儀的磁幹擾校正技術問題. 張金輝團隊閱讀了的國外研究資料, 結合大量陸上, 湖上測試數據, 採用 'AUV圓周旋轉參數擬合法' 解決AUV對磁力儀的磁幹擾校正問題. 在今年7, 8月份的南海海試中, AUV磁力儀最大工作水深達4500米, 海試過程中工作正常. 探測數據經磁幹擾校正處理, 磁測結果與測區國際地磁場查詢結果吻合, 探測結果質量較好, 成功實現了我國首次AUV近底磁測. 張金輝對記者說, 目前, 我國自主研發的AUV磁力儀工作非常穩定, 性能可靠, 不僅可以搭載在 '潛龍二號' 自主潛器上, 還可以搭載在 '蛟龍號' , '海馬號' 等潛器中. '現在不論從技術上還是材料上, 深海AUV磁力儀要實現量產完全沒有問題' , 張金輝自豪地說.
'潛龍二號' 集光, 聲, 電多感測器同步探測, 快速數據融合輸出結果
'潛龍二號' 集地球物理, 物理海洋, 海洋化學, 光學等探測技術, 除了研製磁力儀, 張金輝帶領的AUV探測系統研製課題組還負責AUV上搭載的其他探測感測器的配置, 維護和數據處理分析. 此次大洋40航次, AUV探測系統研製課題組負責保障AUV各探測設備工作正常, 確保探測數據質量可靠. 為了使各探測設備時間的同步, '潛龍二號' 各探測設備的探測數據都通過串口傳送到AUV控制中心計算機進行保存. 由於各探測設備探測數據沒有定位資訊, 需要基於時間資訊與 '潛龍二號' 組合導航定位系統得到定位數據進行融合得到位置資訊, 為了保證海上作業的及時決策, 需要快速得到AUV探測數據處理結果. 課題組開發了 'AUV探測數據管理系統' 和 'AUV多參數探測數據處理系統' , 在南海海試中得到很好應用, 對於30多個小時長航程潛次的探測數據, 可在3個小時內進行數據快速融合, 入庫管理和輸出預處理結果, 為下一步海上作業提供科學依據.
張金輝說, 此次大洋科考將前往西南印度洋, 該海區海況比較惡劣, 海底地形複雜, 這對 '潛龍二號' 及其探測設備將是真正的考驗, 通過本次南海海試的成功經驗, 對此還是充滿信心, 並相信AUV磁力儀將在熱液硫化物礦區資源調查中發揮重要作用. 張金輝解釋道, 熱液硫化物礦區分為活動和非活動的, 對於活動的熱液硫化物, 可通過溫鹽深儀, 多參數水質儀和甲烷探測儀等物理海洋, 海洋化學感測器來探測熱液異常; 而對於非活動停止的礦區, 這些感測器將無能為力, 而利用AUV磁力儀還可以探測到其異常, AUV近底磁測數據還對多金屬硫化物礦區的三維結構, 礦區儲量研究具有重要科學意義.
為了 '潛龍二號' 總設計師感動落淚 AUV將在海洋調查中大有可為
講到 '潛龍二號' , 張金輝非常自豪, 他對沒有見過潛龍二號真面目的記者描述道: '它外觀很漂亮, 流體立扁型, 像一條魚, 機動性非常好, 專門針對西南印度洋海底複雜地形而設計的' .
他還向我們透露了一個秘密: 此次南海海試三亞總結會上, '潛龍二號' 總設計師劉健感動落淚. '剛開始進行的5個潛次試驗進展都不大順利, 雖然大家都知道研製高科技產品不會總是一帆風順. 但真親身遇到情況, 參研人員都非常擔心海試失敗. 相到國家花了那麼多錢投資下去研發一個裝備, 要是最後海試結果失敗了是誰都不願意看到的結果, 所以大家肩負的壓力都挺大, 好在劉健總師臨危不懼, 穩紮穩打, 步步解決發現問題, 最後 '南海龍王' 可能都被我們的精神感動了, 後面潛次試驗都非常順利, 在二次長航程潛次試驗中, 潛器都工作了31個多小時, 直到電池能耗到設定閥值潛器才拋載上浮壓鐵而出水, 各個探測設備工作都正常, 海試非常成功. 作為責任心特彆強的劉總師, 整個海試期間所受壓力是最大的, 所以會在南海海試三亞總結會上感動落淚. 在會上劉健總師感謝海試過程中上級領導的關心和理解, 兄弟參研單位在解決問題時的通力合作和密切配合, 是我們遇到困難解決問題的重要精神支柱' , 張金輝說.
'AUV可實現目前常規的船載, 拖曳調查方式無法完成的任務, 其優勢體現在近底全覆蓋精細地形調查, 近底高精度地磁調查, 熱液羽狀流三維分布研究和近底高清相片拍攝等方面, 可為科學家提供高精度的海洋探測數據以滿足不同科學研究的需要. 隨著AUV研製技術, AUV可靠性和應用技術的提高及研發成本的降低, 相信不久以後將會採用多AUV水下同時作業模式, 這將大大提高AUV作業效率及調查成本, 相信AUV在大洋調查中大有可為, 將在西南印度洋我國1萬平方公裡多金屬硫化物合同區詳查中發揮重要作用' , 張金輝信心滿滿地說.
