日前，“蛟龍”號載人潛水器完成5000米級海試任務后起程返航。作為我國**臺自行設計、自主集成研制的載人潛水器，“蛟龍”號又一次創(chuàng)造了深海探測的新紀錄。

“蛟龍”號憑何再創(chuàng)深度?總設計師徐芑南表示，相比國際上現有的大深度載人潛水器，“蛟龍”號有三方面國際**的技術：穩(wěn)定的貼近海底自動巡航能力、**的懸停定位能力，這兩個條件使“蛟龍”號能夠在地形復雜的海底搜索目標，這是其中之一;高速數字化水聲通信，可向母船傳輸文字、語言、圖像是“蛟龍”號的另一先進技術;完全由我國自主研制的充油銀鋅蓄電池是第三大亮點。

其中，前兩項技術優(yōu)勢都與科研“國家隊”科學院有關——科學院沈陽自動化研究所和科學院聲學研究所分別承擔了“蛟龍”號的控制系統和聲學系統的攻關任務。

控制系統相當于載人潛水器的“大腦和**神經”，其重要性不言而喻。在“蛟龍”號研制過程中，沈陽自動化所的科研團隊采用先進的控制策略，有效克服潛水器本體、海洋環(huán)境等不確定性干擾，實現潛水器長距離航行時全自動航行控制功能。

除了“大腦”之外，載人潛水器也少不了“眼鏡、嘴巴、耳朵”等器官。由聲學所負責研制的聲學系統就充當了這些器官功能。聲學系統為“蛟龍”號的深海潛航提供通信、測速、障礙物探測和地形地貌探測等功能。

值得一提的是，中科院的兩家參研單位有一個共同的特點——自主**。沈陽自動化所自主研發(fā)，從零起步，為“蛟龍”號開發(fā)了****的控制系統;而水聲通信機和高分辨率測深側掃聲納是聲學所自主**的成果，核心技術獲得多項國家和美國發(fā)明**。正如中科院院長白春禮致兩所的賀信中所言：“面向國家戰(zhàn)略需求開展**研究，為我國海洋科技發(fā)展取得歷史性突破作出了重要貢獻?！?/p>

除了分系統的研制，中科院科研團隊還圓滿完成了“蛟龍?zhí)枴焙Ｔ囍蟹窒到y的維護保障工作。三年來，沈陽自動化研究所共15人次參加海試，保持在船人數4人以上，劉開周作為試航員多次下潛;聲學所共20人次參加海試，楊波、張東升作為試航員多次下潛，均圓滿完成任務。

****的“感覺器官”

7月21日清晨，科學院聲學研究所研究員朱維慶急匆匆地從家里趕到實驗室——“蛟龍”號載人潛水器5000米級海試在這**進行**次下潛試驗。作為專項總體組成員，朱維慶要和沒去海試現場的項目組成員一起觀看視頻直播，見證歷史性的一刻。

中科院聲學所是“蛟龍”號副總師單位，負責聲學系統研制?？吹健膀札垺碧枌⒄Z音、指令、文字、圖像都順利傳回了母船，朱維慶及其團隊松了一口氣。

“由聲學所負責研制的聲學系統就像是‘蛟龍’號的眼睛、嘴巴、耳朵等器官，為‘蛟龍’號提供了通信、測速、障礙物探測和地形地貌探測等功能。”朱維慶接受《科學時報》采訪時表示。

“蛟龍”號載人潛水器的聲學系統包括：水聲通信機、高分辨率測深側掃聲納、避碰聲納、成像聲納、聲學多普勒測速儀。其主要功能分別為：實現潛水器與母船之間的圖像、語音、文字和指令通信，測量海底微地形地貌，測量各方位障礙物的距離，探測前方的目標，測量潛水器的三維運動速度和下方的海流速度剖面。

聲音是振動產生的。在海里，要把講話的信息傳到遠處也一樣，僅僅是把空氣換成海水，但這一傳輸就要靠另一個“嘴巴”了，這個“嘴巴”就是水聲通信機。

“蛟龍”號的水聲通信機采用先進的水聲通信和信號處理技術，能夠傳送語音、文字、指令、數據和圖像等多種信息，與國外載人潛水器的水聲通信系統相比，其功能和性能都是****的。

在下潛試驗中，水聲通信系統將潛水器的信息準確傳送到水面指揮部，使指揮部能夠實時掌控潛水器的深度、運動速度、艙內溫度、濕度、氣壓、氧濃度等各種信息，如親臨其境，作出決策，指導水下作業(yè)，保證下潛**，提高作業(yè)效率;同時，潛航員與水面指揮人員通過語音、文字和指令通信可以隨時就試驗情況進行交流。

“如果水聲通信系統出現問題，潛航員與水面指揮人員就完全失去聯系?！敝炀S慶說，“這也就是為什么每次沖擊新深度，‘聲學專家’楊波必上的原因?！?/p>

高分辨率測深側掃聲納，是一種新型的海洋聲學探測設備，也是國外載人潛水器不具備、“蛟龍”號獨有的設備，可以同時獲得精細的三維海底地形和側掃圖。形象地說，地形就像立體照片，它能夠反映海底深度，表現為等深線圖;側掃圖則是張平面照片，可以理解為獲得海底反向散射信號的聲像。高分辨率測深側掃聲納在海洋開發(fā)中具有廣泛的應用，能探測海底和水中小目標，還能為海底資源分布規(guī)律等研究提供基礎性和關鍵性資料。

令聲學所尤為自豪的是，“蛟龍”號的水聲通信機和高分辨率測深側掃聲納是聲學所自主**的成果，核心技術獲得多項國家和美國發(fā)明**。

“科學研究是一個累積的過程。”朱維慶回憶，上世紀80年代中后期，聲學所進行了數字水聲通信研究。在“七五”期間研制了基于多頻移鍵控技術的非相干水聲通信機樣機，在“八五”和“九五”期間開展了基于多相移鍵控技術的相干水聲通信機關鍵技術研究，并研制了通信機樣機?！笆濉逼陂g，通過“863”重大項目7000米載人潛水器(現在稱為“蛟龍”號載人潛水器)的研制任務，聲學所研制了自適應多普勒補償的自佳判決反饋自適應均衡器與Turbo碼級聯工作的中程高速水聲通信機工程樣機。

從實驗室的物理分析到一次次的海上試驗，通過理論—實踐—理論的過程，聲學所自主研制的水聲通信機逐漸達到世界**水平。

其實，“蛟龍”號的水聲通信系統可以跟蹤國外，照搬美國“艾爾文”號所采用的水聲電話技術。但朱維慶及其科研團隊一直堅持“搞科研必須不斷走在前面”的信念，“蛟龍”號的水聲通信系統同時采用了相干水聲通信、非相干水聲通信、擴頻水聲通信、水聲電話四種通信技術手段，使“電話變電視”。

“如果錯過了‘蛟龍’號這個機會，再想發(fā)展水聲通信技術就難了。”朱維慶認為，科研工作者要智勇雙全，“敢干，敢自己干?！?/p>

“蛟龍”號聲學系統科研團隊被稱為“娃娃兵”，因為除了朱維慶已74歲高齡，包括副總設計師朱敏在內的其他成員大都是“70后”、“80后”?！暗尥薇苡星巴??！敝炀S慶希望有越來越多德才兼?zhèn)涞哪贻p人投身到深海技術的研究隊伍之中，為下一個深海目標貢獻力量。

****的“大腦和**神經”

“今年海試由于任務增加、各參研單位跟船出海名額削減，我就沒去，讓給一線操作人員了?！苯邮堋犊茖W時報》采訪時，電話那頭的王曉輝盡管略顯遺憾，但更多的是自信和欣慰?！案鶕鞣角闆r反饋，我們負責的控制系統表現非常穩(wěn)定，現場沒有太多需要攻關、改進、調試的部分?！?/p>

雖然目前與海試現場無法進行電話溝通，但是，作為“蛟龍”號副總設計師，科學院沈陽自動化研究所水下機器人研究室主任王曉輝通過電子郵件及時了解了此次“蛟龍”號5000米級海試的新進展。

中科院沈陽自動化所是“蛟龍”號載人潛水器項目的主要參研單位之一，承擔了載人潛水器控制系統的研究開發(fā)工作。

載人潛水器是智能機器，即使有人坐在里面操作，仍需要很多自動化控制功能?？刂葡到y被形象地比喻為載人潛水器的“大腦和**神經”。它采集載人駕駛員的操作指令及各種傳感器的反饋信息，通過控制系統的分析和判斷，輸出指令控制各種執(zhí)行機構，使?jié)撍魍瓿筛鞣N動作，同時又將全部信息進行存儲，重要信息在人機界面上進行顯示，為潛航員駕駛和指揮員決策提供參考依據。

“蛟龍”號的控制系統主要分為航行控制、導航定位、綜合信息顯示與控制3個部分。“這3個部分都是我們負責，因為這對于從事水下機器人研發(fā)超過30年的中科院沈陽自動化所來說，正是強項?！蓖鯐暂x說。

航行控制，除了常規(guī)的信息檢測與操作控制，還有兩個更**的功能。

一個是自動航行。潛航員只需按一下開關，發(fā)出指令讓潛水器沿著某一航向航行，整個航向的保持就交給控制系統自動完成了。除了航向，潛水器還可自動保持在一定的水下深度、離海底的高度。自動航行可使?jié)摵絾T在駕駛潛水器時，減輕部分勞動強度，放心從事其他工作。

另一個是懸停定位。潛航員對某一目標進行機械手作業(yè)時需要潛水器保持穩(wěn)定，也需要控制系統來完成，使?jié)撍髟跈C械手作業(yè)時不受海流、浮力、重力等影響，這樣潛航員就可以集中精力操縱機械手。

“蛟龍”號總設計師徐芑南認為，自動航行功能和懸停定位功能是“蛟龍”號的**優(yōu)勢之一，這兩項功能使“蛟龍”號便于目標搜索和定位，可以在海底自由前后航行。

在陸地上可以通過GPS進行定位，但在水下由于沒有參考點，定位非常困難。潛水器在水下的導航需要導航傳感器加一定的導航控制軟件來實現。

目前常用的方式是通過聲學來定位，確定潛水器與母船之間的相對位置?！啊札垺柕亩ㄎ粋鞲衅飨到y由聲學所負責，我們將傳感器的信息解算后給出潛水器的位置狀態(tài)?！蓖鯐暂x強調，“蛟龍”號的很多技術單靠一家單位無法實現，必須依靠各單位通力協作?！皡⒓印札垺柟リP的約100家國內科研機構與企業(yè)是一個團隊。”

綜合信息顯示與控制系統負責搜集各個傳感器信息，將信息以直觀的形式表現在載人艙內的計算機屏幕上，隨時供潛航員掌握，并將反饋信息、指令信息等能搜集到的各類信息全部記錄在硬盤上，同時，潛水器通過水聲通訊與水面控制臺交互信息，控制系統負責把信息解算出來，在水面控制臺的計算機上顯示并記錄，水面控制臺再把關鍵信息轉發(fā)到現場指揮部，供更多的科學家與相關工作人員參考。

“此套控制系統是專為‘蛟龍’號開發(fā)的‘獨生子’?！蓖鯐暂x說，“我們根據‘蛟龍’號的總體設計要求并配合其他子系統的設計，自主研發(fā)了這套****的控制系統。”

自2002年以來，中科院沈陽自動化所近20人的團隊參與了深海載人潛水器控制系統的研究、開發(fā)、試驗、組裝、調試、交付總裝直到海試等各個階段的工作。

在王曉輝看來，“蛟龍”號每深入一步都具有里程碑意義?！?000米級，是從無到有的技術突破;3000米級，是從有到可用的重大轉折;5000米級，是海上試驗結合具體應用的顯著標志?！?/p>

明年沖擊7000米深度，是“蛟龍”號的初設計目標，也是交付使用前的**目標。屆時它的工作范圍可覆蓋全球海洋99.8%的區(qū)域。

“在這之前還有很多工作要做?！蓖鯐暂x表示，對于控制系統來說，完成5000米級海試后主要進行兩方面工作：一是常規(guī)的維修維護保養(yǎng)，二是配合其他系統乃至全系統完成各種改進工作。“任何一個環(huán)節(jié)出現問題，7000米的目標都有可能受到影響?！?/p>