給大國重器裝上“千里眼”“順風(fēng)耳” ——記哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)
2024-10-14 09:40:58
來源：科技日報(bào)
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原標(biāo)題：給大國重器裝上“千里眼”“順風(fēng)耳”
圖為哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)合影。哈爾濱工程大學(xué)供圖
“啁啾啁啾——”一串鳥鳴般的聲音傳來，證明水聲通信機(jī)接收到了母船信號。
“試驗(yàn)成功了！”在海上連續(xù)奮戰(zhàn)半個(gè)月的8位碩士、博士一起喊了起來。
這些已經(jīng)在試驗(yàn)中獨(dú)當(dāng)一面的“00”后，來自哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（以下簡稱“團(tuán)隊(duì)”）。多年來，團(tuán)隊(duì)心懷海洋強(qiáng)國夢，打造出被稱為“千里眼”“順風(fēng)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(tuán)隊(duì)獲得第28屆中國青年五四獎?wù)隆?/p>
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(tuán)隊(duì)要為水下裝備設(shè)計(jì)出深海水聲定位系統(tǒng)。”團(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)教授孫大軍說。
20多年前，我國深海水聲定位系統(tǒng)依賴進(jìn)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(rèn)為，我們不可能研制成功。但我們堅(jiān)信，只要努力，沒有什么是不可能的?！眻F(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)教授鄭翠娥回憶，她2004年師從孫大軍讀研，從那時(shí)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(yán)重干擾。最初，水聲通信設(shè)備如同對講機(jī)，收發(fā)不能同步進(jìn)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?！眻F(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)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(fù)雜等諸多不利因素導(dǎo)致研究進(jìn)展緩慢。但團(tuán)隊(duì)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(jī)，讓水聲通信從“對講機(jī)”時(shí)代步入“電話機(jī)”時(shí)代。
探測北極海冰冰形
北極冰川之下有什么奧秘？溫室效應(yīng)對冰川消融有哪些影響？這是長期困擾全球科學(xué)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(xué)環(huán)境和聲場規(guī)律產(chǎn)生巨大影響，急需新的聲學(xué)理論和信息處理技術(shù)?！眻F(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)教授殷敬偉說。
2014年起，團(tuán)隊(duì)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?jǐn)?shù)據(jù)，2018年團(tuán)隊(duì)選派哈爾濱工程大學(xué)教授韓笑赴極地進(jìn)行科學(xué)考察。他采用團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的實(shí)驗(yàn)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(yàn)，獲得大量珍貴的冰下聲學(xué)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(jìn)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(tuán)隊(duì)2010年開始研制探測北極海冰冰形的設(shè)備。
2023年，搭載團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)十余人在白雪皚皚的冰湖上測試樣機(jī)性能。零下30攝氏度的低溫讓樣機(jī)電池瞬間“掉電”，他們脫下軍大衣給電池“取暖”。
那段時(shí)間，大雪封山，蔬菜運(yùn)不到駐地，運(yùn)到試驗(yàn)場的水凍成了冰。團(tuán)隊(duì)成員在“缺菜少水”的條件下完成了試驗(yàn)。
團(tuán)隊(duì)的試驗(yàn)場往往在遠(yuǎn)洋深海、荒僻海島，年均試驗(yàn)時(shí)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(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)博士生張文博和紀(jì)曉峰由于暈船導(dǎo)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(shí)，兩人都瘦了10斤。
“深海試驗(yàn)周期很長，對我們的心理和生理都是挑戰(zhàn)?！鼻安痪脛倕⒓油旰Ｔ嚨膱F(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)博士生王蘊(yùn)聰說，“我們在海上一漂就是一兩個(gè)月，趕上風(fēng)急浪高，站都站不起來，常常吐一口，記一筆數(shù)據(jù)?！?/p>
“技術(shù)從研發(fā)到落地應(yīng)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(tuán)隊(duì)幾乎無人不知。
“這種堅(jiān)韌不拔的精神，指引著團(tuán)隊(duì)一步步走到今天。”團(tuán)隊(duì)成員、哈爾濱工程大學(xué)教師韓云峰回憶，“10余年前，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)一項(xiàng)國家重點(diǎn)項(xiàng)目，要為科考船研發(fā)一款定位系統(tǒng)。我們明明在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)做了大量實(shí)驗(yàn)，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(fù)排查，硬扛了下來。”
關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。近年來，團(tuán)隊(duì)一次次闖進(jìn)我國乃至世界水聲領(lǐng)域的“無人區(qū)”，一次次實(shí)現(xiàn)從原始理論到技術(shù)研發(fā)、再到實(shí)際應(yīng)用的全鏈條創(chuàng)新。未來，他們將繼續(xù)砥礪前行，乘風(fēng)破浪。（記者朱虹 李麗云 通訊員 霍 萍）
責(zé)任編輯：薛景爍
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