給大國重器裝上“千里眼”“順風耳” ——記哈爾濱工程大學水聲通信與定位技術創(chuàng)新團隊
2024-10-14 09:40:58
來源：科技日報
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原標題：給大國重器裝上“千里眼”“順風耳”
圖為哈爾濱工程大學水聲通信與定位技術創(chuàng)新團隊合影。哈爾濱工程大學供圖
“啁啾啁啾——”一串鳥鳴般的聲音傳來，證明水聲通信機接收到了母船信號。
“試驗成功了！”在海上連續(xù)奮戰(zhàn)半個月的8位碩士、博士一起喊了起來。
這些已經(jīng)在試驗中獨當一面的“00”后，來自哈爾濱工程大學水聲通信與定位技術創(chuàng)新團隊（以下簡稱“團隊”）。多年來，團隊心懷海洋強國夢，打造出被稱為“千里眼”“順風耳”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定位技術保障。今年，團隊獲得第28屆中國青年五四獎章。
升級水聲通信技術
“想開發(fā)利用好海洋，就要有便捷的水下通信與定位設備。我們團隊要為水下裝備設計出深海水聲定位系統(tǒng)。”團隊成員、哈爾濱工程大學教授孫大軍說。
20多年前，我國深海水聲定位系統(tǒng)依賴進口。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理論研究做起，走上攻關之路。
“起初國外同行認為，我們不可能研制成功。但我們堅信，只要努力，沒有什么是不可能的?！眻F隊成員、哈爾濱工程大學教授鄭翠娥回憶，她2004年師從孫大軍讀研，從那時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，團隊不斷攻克難關，從打造基礎理論“地基”開始，一步步建起我國水聲定位的創(chuàng)新“大廈”。
如今，團隊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重干擾。最初，水聲通信設備如同對講機，收發(fā)不能同步進行。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隊成員、哈爾濱工程大學教授喬鋼說。
2009年起，喬鋼帶領青年科研人員展開全雙工水聲通信技術研究。然而，水下環(huán)境復雜等諸多不利因素導致研究進展緩慢。但團隊成員沒有氣餒，一步步攻克難關，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，讓水聲通信從“對講機”時代步入“電話機”時代。
探測北極海冰冰形
北極冰川之下有什么奧秘？溫室效應對冰川消融有哪些影響？這是長期困擾全球科學家的問題?！坝捎谌驓夂蜃兣?，北冰洋海冰厚度和覆蓋面積減小，對極地冰下聲學環(huán)境和聲場規(guī)律產(chǎn)生巨大影響，急需新的聲學理論和信息處理技術?！眻F隊成員、哈爾濱工程大學教授殷敬偉說。
2014年起，團隊在殷敬偉的帶領下，在國內(nèi)率先開展冰下聲場特性及冰下探測與通信技術研究，研發(fā)跨冰層介質的冰下通信、探測與定位一體化技術。
北極海域覆蓋著厚厚的冰蓋，開展冰下水聲研究難度極大。
為了獲取一手數(shù)據(jù)，2018年團隊選派哈爾濱工程大學教授韓笑赴極地進行科學考察。他采用團隊自主研發(fā)的實驗儀器設備，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，韓笑圓滿完成相關試驗，獲得大量珍貴的冰下聲學數(shù)據(jù)，解決了極地冰下穩(wěn)健水聲通信和跨冰層介質通信難題。
我國利用衛(wèi)星等手段對北極海冰冰貌進行了有效觀測，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，團隊2010年開始研制探測北極海冰冰形的設備。
2023年，搭載團隊自主研發(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)，獲取了大量關鍵海洋參數(shù)信息。
直面挑戰(zhàn)勇闖難關
今年春節(jié)前夕，團隊十余人在白雪皚皚的冰湖上測試樣機性能。零下30攝氏度的低溫讓樣機電池瞬間“掉電”，他們脫下軍大衣給電池“取暖”。
那段時間，大雪封山，蔬菜運不到駐地，運到試驗場的水凍成了冰。團隊成員在“缺菜少水”的條件下完成了試驗。
團隊的試驗場往往在遠洋深海、荒僻海島，年均試驗時間超過200天。年關佳節(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。團隊成員、哈爾濱工程大學博士生張文博和紀曉峰由于暈船導致身體不適，甚至一邊嘔吐一邊為潛器深海定位做好保障。近30天的科考結束時，兩人都瘦了10斤。
“深海試驗周期很長，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隊成員、哈爾濱工程大學博士生王蘊聰說，“我們在海上一漂就是一兩個月，趕上風急浪高，站都站不起來，常常吐一口，記一筆數(shù)據(jù)?！?/p>
“技術從研發(fā)到落地應用是一條漫長的路。我們會在路上經(jīng)歷九九八十一難，也會在過關斬將中逐漸成熟?！睂O大軍的這番話，團隊幾乎無人不知。
“這種堅韌不拔的精神，指引著團隊一步步走到今天?！眻F隊成員、哈爾濱工程大學教師韓云峰回憶，“10余年前，團隊承擔一項國家重點項目，要為科考船研發(fā)一款定位系統(tǒng)。我們明明在實驗室已經(jīng)做了大量實驗，都沒有問題，可一下海就搜不到信號。連軸轉幾天調(diào)整參數(shù)，大家都快支撐不住了，孫大軍卻沒有抱怨，帶著我們反復排查，硬扛了下來?！?/p>
關關難過關關過。近年來，團隊一次次闖進我國乃至世界水聲領域的“無人區(qū)”，一次次實現(xiàn)從原始理論到技術研發(fā)、再到實際應用的全鏈條創(chuàng)新。未來，他們將繼續(xù)砥礪前行，乘風破浪。（記者朱虹 李麗云 通訊員 霍 萍）
責任編輯：薛景爍
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