那個(gè)在海底下潛10909米的“奮斗者”回來(lái)了。

28日，“奮斗者”號載人潛水器深海試驗返航儀式在海南三亞舉行。這位凱旋而歸的“奮斗者”受到了熱烈歡迎。

中科院傳播局供圖

三亞崖州灣科技城供圖

這位“奮斗者”怎么這么牛氣，能夠“一口氣”下潛到海底10000多米？它到底穿著(zhù)什么樣的裝備，才能不懼海底高壓、高腐蝕的極端環(huán)境？在深潛地球最深處時(shí)，三位潛航員還向全國觀(guān)眾分享了他們的心情，又是怎樣做到的？

下面，我們就來(lái)扒一扒這位“奮斗者”的那些“高精尖”的技術(shù)裝備。

它有聰明的大腦和一雙靈活的手

說(shuō)起這位“奮斗者”，就不得不談它的控制系統，也就是它的“大腦”?！皧^斗者”號的“大腦”由中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所精心打造。

深海一片漆黑，地形環(huán)境高度復雜，“奮斗者”號的“大腦”必須得實(shí)現高精度航行控制，不然就可能有“觸礁”風(fēng)險。

為此，研究人員克服了深淵復雜環(huán)境下大慣量載體多自由度航行操控、系統安全可靠運行等技術(shù)難題，“奮斗者”的“指揮中心”實(shí)現了在線(xiàn)智能故障診斷、基于在線(xiàn)控制分配的容錯控制以及海底自主避碰等功能，提高了潛水器的“智商”和安全性。

“同時(shí)，我們設計的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化算法，能夠讓‘奮斗者’在海底自動(dòng)匹配地形巡航、定點(diǎn)航行以及懸停定位。其中，水平面和垂直面航行控制性能指標，達到國際先進(jìn)水平?！敝袊茖W(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究員、“奮斗者”號副總設計師趙洋說(shuō)。

同時(shí)，研究人員還為“奮斗者”號裝上了一雙高度靈活有力的“手”。

“潛水器使用了我們研發(fā)的兩套主從伺服液壓機械手開(kāi)展萬(wàn)米作業(yè)，每套手有7個(gè)關(guān)節，可實(shí)現6自由度運動(dòng)控制，持重能力超過(guò)60公斤，能夠覆蓋采樣籃及前部作業(yè)區域，具有強大的作業(yè)能力?！敝袊茖W(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所水下機器人研究室副主任張奇峰說(shuō)。

這雙手在深淵海底順利完成了巖石、生物抓取及沉積物取樣器操作等精準作業(yè)任務(wù)，填補了我國應用全海深液壓機械手開(kāi)展萬(wàn)米作業(yè)的空白。

中央廣播電視總臺供圖

“奮斗者”身披“戰甲”“鈦”厲害

這位“奮斗者”之所以能夠不懼海底高壓、高腐蝕的極端環(huán)境，是因為它的“戰甲”“鈦”厲害。

載人艙是全海深載人潛水器的核心關(guān)鍵部件，是人類(lèi)進(jìn)入萬(wàn)米深海的硬件保障和安全屏障，標志一個(gè)國家載人潛水器的技術(shù)水平?！皧^斗者”號的載人艙球形的“外殼”由中國科學(xué)院金屬研究所牽頭研制。

研究團隊解決了若干鈦合金基礎科學(xué)問(wèn)題，攻克了載人艙材料、成形、焊接等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

“我們獨創(chuàng )的新型鈦合金材料Ti62A成功解決了載人艙材料所面臨的強度、韌性和可焊性等難題?！敝袊茖W(xué)院金屬研究所研究員、全海深載人潛水器載人艙項目負責人楊銳說(shuō)。

以往深潛器主要使用Ti64材料，在萬(wàn)米海深的極端壓力條件下，按照載人艙的目標尺寸和厚度要求，這種材料在強度、韌性等指標上目前已不能達標。

為此，“我們首次提出一種新型的合金設計方案，并據此設計實(shí)現了一種全新的鈦合金顯微結構，在此基礎上發(fā)明了具有良好熱加工成形和焊接成形性能的鈦合金Ti62A，在韌性和可焊性與Ti64合金相當的前提下大幅度提升了強度，從而成功解決了載人艙球殼的材料難題?！睏钿J說(shuō)。

“奮斗者”號載人艙完成電子束焊接 中國科學(xué)院金屬研究所供圖

事實(shí)上，鈦合金材料存在固有的“尺寸效應”，即尺寸和厚度越大，其均勻性和力學(xué)性能的穩定性就越難保證。

但這又是其應用于深海極端高壓環(huán)境必須跨越的障礙。

經(jīng)過(guò)攻關(guān)，研究人員通過(guò)設計材料微觀(guān)組織及其獲取工藝，成功克服了鈦合金的“尺寸效應”。

中央廣播電視總臺供圖

“奮斗者”直播萬(wàn)米海底世界有保障

“親愛(ài)的觀(guān)眾們，萬(wàn)米的海底妙不可言，希望我們能夠通過(guò)‘奮斗者’的畫(huà)面向大家展示萬(wàn)米的海底?！?/p>

2020年11月10日8時(shí)12分，“奮斗者”號成功坐底世界最深處馬里亞納海溝，三位潛航員第一時(shí)間通過(guò)水聲通信系統向全國觀(guān)眾直播了他們所看到的萬(wàn)米海底世界。

中國科學(xué)院聲學(xué)研究所供圖

相較于前兩代的“蛟龍”號與“深海勇士”號載人潛水器，“奮斗者”號的聲學(xué)系統實(shí)現了完全國產(chǎn)化，這個(gè)系統由中國科學(xué)院聲學(xué)研究所牽頭研制。

“‘奮斗者’的聲學(xué)系統突破了全海深難關(guān)，技術(shù)指標更高，在整個(gè)海試過(guò)程中表現優(yōu)秀，為全海深范圍內的持續巡航作業(yè)提供了可靠的技術(shù)保障?！敝袊茖W(xué)院聲學(xué)研究所高級工程師、“奮斗者”號副總建造師、主任設計師、潛航員劉燁瑤說(shuō)。

水聲通信是“奮斗者”號與母船“探索一號”之間溝通的唯一橋梁，實(shí)現了潛水器從萬(wàn)米海底至海面母船的文字、語(yǔ)音及圖像的實(shí)時(shí)傳輸。

此外，由聲學(xué)多普勒測速儀和定位聲納及慣性導航等設備相集成的組合導航系統，還為“奮斗者”號的巡航作業(yè)提供了高精度的水下定位導航。

在11月16日的下潛作業(yè)中，借助組合導航系統和聲納設備，“奮斗者”號潛航員僅用了半小時(shí)便成功取回了此前布放在萬(wàn)米海底的3個(gè)水下取樣器，成功實(shí)現“海底撈針”，并通過(guò)水聲通信機將取樣畫(huà)面回傳至母船。

來(lái)源：科技日報


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