半岛揭秘丨青岛造“黑珍珠”劈波斩浪探大洋 可1年不间断续航

2020-11-11 08:03 大众报业·半岛网阅读 (58893) 扫描到手机

文/图 半岛全媒体记者 王永端

发现鲸在青岛近海出没、为海射运载火箭发射卫星提供水文气象等实况精准数据、完成太平洋台风的近距离观测、研究黑潮形成规律、收集福岛周边洋流核放射性物质数据。

集上述能耐于一身者,是一艘身段不足两米、对周边陌生环境时刻充满“好奇”的小型“叶舟”。青岛制造的这艘“好奇号”尽管身段小,但全身却凝聚着50多项国家发明专利。

这个学名“黑珍珠波浪滑翔器”的重器,除了在大洋上“眼观六路耳听八方”自主躲避障碍物之外,还可仅靠海浪动能实现1年不间断续航上万公里。

研发团队带头人、海归博士孙秀军说,从青岛蓝谷走出的波浪滑翔器,未来必定揭秘更多海气界面或界面以下未知或难知的秘密。

波浪滑翔器家族

海试,在青岛外海进行

初冬的早上,当太阳普照大地时,离青岛市区40公里外的蓝谷海洋技术装备产业园内,多名研发人员早早在这里忙碌。当天,研发人员会将一批参数不同的装备运抵青岛仰口码头,并通过码头上停泊的大型船只运往40海里外的青岛外海,进行测试。

这些体量不一并设定了不同参数的设备,学名为“黑珍珠波浪滑翔器”,滑翔器通常还被科研人员们称之“海哨兵”。

早上8时30分许,孙秀军、桑宏强和其他科研人员已经从住处赶到蓝谷,并对眼前的设备进行最后检查。

波浪滑翔器在某海域的活动轨迹

孙秀军,美国佐治亚理工学院电气与计算机工程专业国家公派联合培养博士,多次主持国家和省部级波浪滑翔器技术相关课题;桑宏强,乔治华盛顿大学访问学者,同样有着博士学位的他一直从事智能机器人技术研究,并主持承担多项国家和省部级课题。

当天被送往青岛外海海域的波浪滑翔器共4台。4台波浪滑翔器所设定的参数和体量均不相同。

“这次海试,其目的是进一步确认不同参数和体量的滑翔器,在同等海浪和海风等自然条件下的运行速度和防挫能力。”孙秀军告诉记者。

就在两位博士指挥科研人员对波浪滑翔器进行擦拭和装车之时,一艘长达25米的大型船只正在仰口码头待命,船上载有船长于兆河和船员袁宝明、崔宪忠。

当天,阳光普照,海上风力4级。这样的天气,对于波浪滑翔器的试验而言,再适合不过了。

波浪滑翔器在海上起吊

为了这个好天气,孙秀军、桑宏强和团队等待了许久。

船长于兆河接到设备海试的任务后,每天都在关注着青岛入冬之后的海风、海浪和天气状况。

在试验的所有参与者看来,风浪太大不适宜滑翔器的试验。

“最小的滑翔器50千克,最大的达100千克。”于兆河说,“若是风浪太大,向深海布放和回收滑翔器,可能会与船体发生碰撞而损伤。”

“为让滑翔器安全入海、安全回收,”于兆河说,“好天气异常重要。”

试验团队成员再次对4台设备进行最后的检查。9时30分,车辆开进了滑翔器的研发机构——青岛海舟科技有限公司门前。所有步骤有条不紊的进行。多名科研人员将4台滑翔器装到了车上,准备向20公里外的仰口码头进发。

对于孙秀军带领的团队而言,当天的“行动”只是一次常规海试;对于4台滑翔器而言,只要将它们放入浩瀚海洋,一切行踪均在孙秀军的掌控之中。

车载着设备,沿着滨海公路一路西南向仰口码头进发。半小时行程,车停在了码头上。

滑翔器的到访,对于码头上的外人而言,他们并不知眼前这些长着“翅膀”的陌生家伙为何物。但在护送它们前来的多名研发人员、船长于兆河和两名船员看来,4台设备价值不菲。

此时,10时30分。风平浪静,阳光洒在海面上。

波浪滑翔器在南方海域入海

科研人员与于兆河等人将4台滑翔器从车上搬到了码头上。船上的袁宝明和崔宪忠开始启动了升降机。此时,升降机上的绳索也被顺利抛到了码头上。

一名科研人员很熟练的抓过绳索,将绳索有条不紊地捆绑在了滑翔器上。在滑翔器被起吊的瞬间,其它几名科研人员一旁用手扶着,被吊起的滑翔器在空中划了一个抛物线,向船舱游走。随着吊车的下降,滑翔器落入船舱前,崔宪忠将滑翔器上的绳索抓在了手里。50千克的滑翔器稳稳地落入了船舱。

吊车在袁宝明的操纵下再次移向码头。第二个、第三个同样体量的滑翔器在装吊下重复着上述动作,并平稳地落入船舱。

第四个滑翔器与前三个相比是个大家伙。这个大家伙足有100千克重。大家伙进船舱前,所有科研人员都上阵,忙活了足足10分钟,才平稳落入船舱。

4个滑翔器落入船舱后,一名科研人员进入船舱,对每个滑翔器的双体再次进行了检测与固定。

回收的波浪滑翔器130天的海生物附着

此时,上午11时许。

波浪轻轻拍打着岩石和堤坝,船只发动了马达。

在马达的轰鸣声和众人的目送中,巨大的螺旋桨搅起浪花,这艘载有4台承载着重要试验任务的船只离岸,驶向茫茫大海。

4台滑翔器劈风斩浪竞技

对于类似常规试验,所有的研发人员不用跟随。此时的孙秀军与研发团队核心成员守候在研发基地。

“滑翔器的技术已经相当成熟与稳定。”孙秀军说,“这样的海试只是在设备上加载了新的参数。”

茫茫大海上,于兆河与袁宝明、崔宪忠需航行4个小时,才能将设备送往40海里外的指定试验点——千里岩海域。

波浪滑翔器在海上起吊

千里岩位于南黄海,也是黄海中离大陆最远的岛屿。将滑翔器送往青岛外海试验,在研发团队看来,千里岩周边有着试验所需洋面、海浪等独特优势。

船上生火就餐,是所有船员出海的生活习惯。乘风破浪的漫长4小时里,于兆河等3人在船上吃了自带的午饭。

船只到达千里岩海域时已是下午3时。按照试验计划,3人要将4台滑翔器放入洋面。这样的操作,对3人而言,已经再熟悉不过了。

与仰口码头起吊不同的是,这次,3人要将4台设备放到洋面的同时还要排成队伍,让4台设备劈风斩浪赛跑,以选出不同参数背后设备所展现的优越性,并在研发中进行更新。

海试过程并不复杂。于兆河除了将设备运往指定海域、中途保护试验设备外,还要将设备起吊带回仰口码头。

于兆河说,整个试验过程不能让设备碰上渔网,不能让过往渔船捞走。不管白天还是黑夜,航船要一直跟着设备,直到试验结束。这些过程意味着,3人要驾船在海水中渡过漫长的数十小时。

夜来了,星空浩瀚。大洋上除了于兆河的渔火外没有其它光亮。舱外6级阵风掀起的海浪让航船左右摇摆。

滑翔器落水直到实验结束,期间所有试验数据都会通过卫星传输到孙秀军的电脑上。

波浪滑翔器已在外海大洋完成区域性阵列

“滑翔器所处坐标,前后距离,移动快慢,谁前谁后,都了如指掌。”蓝谷基地,孙秀军指着笔记本电脑上处于监控中的滑翔器,告诉半岛全媒体记者。

漫漫长夜等来了东方鱼白。海天一线的鱼白被漫天的朝霞替代不久,硕大的太阳跃出了洋面。黑夜退却,白昼登场。此时,于兆河驾船追随滑翔器,其他两船员在船舱内打酣。

新一天的到来不是试验的结束。

“实验何时结束,要看风浪和洋流的快慢。”于兆河说,“洋流快了,风浪大了,滑翔器的速度就会加快。”

海浪碰撞着船体,犹如叶舟的滑翔器一会冲上浪峰一会坠入浪谷。经历长时间的前行,4个滑翔器已经拉开了距离。于兆河站在船头观望着起起伏伏的滑翔器。

大洋中的波浪滑翔器(红色)

正午的太阳悬挂高空,海面波光粼粼。中午12时许,当所有滑翔器到达指定坐标时,试验结束了。

升降机上阵,4个沾满海腥味的滑翔器稳稳落入船舱。之后数小时,船只将带着这些设备回到蓝谷海洋技术装备产业园,接受科研人员的研究。

“眼观六路耳听八方”

每天早上8时30分,波浪滑翔器的科研人员们会准时出现在青岛蓝谷东南处的科研场所。与所有科研人员一样,孙秀军也会出现在这里。

这处集中着业界精英的科研场所没有专门的研发办公室,包括孙秀军、桑宏强两博士在内的科研人员,都在一张木板临时搭起的简易大平台上研发。除了这个木板平台,每人手里还有一台笔记本电脑。

“办公场所不重要,重要的是团队大脑。”孙秀军看来,“科研,是团队的持之以恒,与办公条件无关。”

2018年,当时仅有37岁、被称为国内波浪滑翔器研发“第一人”的孙秀军,作为中国海洋大学“青年英才工程”第一层次引进人才,带着科研成果来到青岛,开启创业之旅。

这些重量仅有50~100千克的波浪滑翔器到底何物?

回收的波浪滑翔器130天的海生物附着

研发基地的一台滑翔器上,悬挂着一份产品介绍卡。卡上书有:(波浪滑翔器)探测业务涵盖了水温气象观测、水质生态调查、水面中继通讯、卫星遥感对比、水下目标探测以及水面安全预警等诸多领域。

看来,对海洋充满好奇的滑翔器,用途广泛。

孙秀军说,一台程序被设定好的波浪滑翔器布放大海后,不但能定位、导航、长续航、收集海洋信息、自主躲避海上障碍物,还可以仅靠海浪动能实现1年时间的连续航行,航距可达1万公里。

“往往是,海航有太多不可控的危险因素。”孙秀军表示,面对这些不可控因素,波浪滑翔器能通过“耳听”,捕捉周围货船、油轮及大型水生物等不同的声音;通过“眼看”,依靠摄像头识别眼前的海岛、山体等障碍物;还能通过人工智能系统,接受、发射信号,避让过往船只。

滑翔器在船舱接受检测

上述,并不是波浪滑翔器的所有本领。

此前,波浪滑翔器还协助相关部门完成了在南海和西太平洋连续多次台风的近距离观测。

孙秀军说,近距离观测台风过程就会实现大气、水体物理参数全程变化记录,以此研究和解释台风生成、发展和消亡过程中的关键要素的变化,解释台风的规律、路径、强度,以更好的进行预测、预报,服务人类。

科学家一直在研究黑潮及黑潮延伸体的形成规律,以更好服务人类。黑潮和黑潮延伸体的研究过程,极为复杂。孙秀军说,青岛的这个波浪滑翔器,可随时进入黑潮洋流带,对水体、海洋动力、水体流动过程以及水生物进行研究。

高度智能化的波浪滑翔器,还让人类不可触及的海洋监测和取证变得容易起来。

海浪滑翔器海试前进行检测

2011年,日本福岛强震导致核泄露。多年来,核泄露对福岛周边海洋生物及海洋生态危害几何?寻找这样的数据和证据,对波浪滑翔器并不难。

“我们仅依靠波浪滑翔器和搭载的设备,加上办公室的一个电脑,”孙秀军说,“就能实现对福岛周边区域放射性物质的取证。”

滑翔器在船舱接受检测

构建外海大洋阵列布局

孙秀军告诉半岛记者,这个长度不足两米、有着上百个零部件的设备,集中了50多项国家发明专利。

改进滑翔器结构并加入新的参数,通过试验不断提升其海洋应用中的防挫性能,已成为滑翔器家族成员落地青岛后的常态。其不断突破自我革新的背后,单就近期在黄海及青岛近海的一个个非凡表现就令人为之瞩目。

海浪滑翔器海试前进行检测

今年9月15日,我国在黄海海域用长征十一号海射运载火箭,采取“一箭九星”方式将“吉林一号”高分03-1组卫星送入预定轨道。“一箭九星”飞天,其发射海域的水文、气象等实况精准数据,就是青岛研发制造的黑珍珠波浪滑翔器,通过监测提供的。

2018年8月下旬,孙秀军带领的研发团队与国家深海基地管理中心副研究员杨志国等人,将自容式水听器挂载在波浪滑翔器上,测量青岛近海海洋环境噪音时,捕获到了一种离奇地声音。

“当时我们高度怀疑这种离奇地声音来自虎鲸或伪虎鲸。”孙秀军说,“但这种声音依靠国内科研设备,无法甄别和确认。”

滑翔器海试前装船

同样身为博士亦是英国南安普顿大学与英国国家海洋中心访问学者的杨志国,将捕获到的声音带到英国进行鉴别,确认声音是虎鲸或伪虎鲸。

事实上,青岛已经多年未对所属海域进行大型哺乳动物生活习性、种类、存量和迁徙习惯的调查。波浪滑翔器挂载水听器捕获的声源信息至少证明,青岛近海存有大型哺乳动物,但大型哺乳动物并不多。

这一声源信息的发现,随后得到了印证。今年8月,青岛第三海水浴场附近鲸出没的信息,经媒体报道,引发震动与讨论。

孙秀军说,虎鲸和伪虎鲸都是大型水生哺乳动物,好群居的它们生活在一起依靠信号交流,落单时也会发出信号。

海试船离岸

鲸为何集体搁浅?对于这个问题,一直以来学界有着多种答案。就此,一代又一代海洋生物学家试图解密鲸集体搁浅背后的真正原因。

高度智能化波浪滑翔器研发并在世界一些大洋应用多年后,孙秀军发现鲸对声音异常敏感。

孙秀军认为,海洋地质勘探的炮声甚至大型轮船发动机的剧烈轰鸣都可能让鲸的听觉系统丧失。当炮声或轮船的轰鸣声袭来时,击中的可能是整个鲸群的听觉系统。当鲸群集体失聪,集体搁浅也就发生了。

“人类发展与生物发展长期共存。”孙秀军说,如今他们已经联合我国多家海洋科研机构,开展了外海大洋区域性阵列观测的常态化部署,将波浪滑翔器的海洋观测由南海、东海推进到西太、西北太等区域,如今的30多个节点有效支撑海气界面的观测。这些从青岛蓝谷驶向世界大洋、对陌生领域充满“好奇”的波浪滑翔器,未来定会揭开海气界面或界面以下更多未知或难知的秘密。

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