正在A1海区连日海试的“和谐”号载人潜水器,终于走出了满意的第一步,回收到了母船后甲板上,安详地俯卧在轨道架上。
然而,有一间舱室里却灯火通明,五六个脑袋凑在一起,时而在纸上默默地画着草图,时而你言我语地讨论着什么,谁都没有一丝睡意。这是担负水声通信系统重任的中科院声学所小组。中间那位戴着一副近视眼镜,个子不高,说话慢条斯理的人,就是他们的负责人——声学所研究员、载人潜水器水声通信系统副总设计师朱敏。
虽说通信系统经过不断排除故障,勉强可以使用,但没有从根本上解决问题,时好时坏。VHF通信距离偏短,而原先设计安装就位的水声通信则一直无法正常建立起来,以至于每次下潜试验,都让人提心吊胆。指挥部不得不精心测算:何时到达目标地,何时抛载上浮,将潜水器下潜后的每一个动作精确到分钟。第10次下潜时,“和谐”号比预定返回时间晚了10分钟,而联系又中断了,整个甲板上的人们心急如焚,却束手无策,只能看着波浪翻涌的大海,一遍遍焦急地搜寻着潜水器的影子,直到发现它的红项子冒出海面的那一刻,才长长地舒了一口气。
水面与水下的通信问题,成了制约海试的最大挑战。如果不彻底攻克这个难关,载人潜水器试验将无法继续进行下去。每当指挥部召开各部门负责人例会时,声学设计师朱敏就成了大家“炮轰”的对象:“这套系统到底行不行啊?说个准话!在家里试验不是好好的吗,怎么一到海上就不行了呢?”
“是啊,通信联不上,啥也试不成。”
“这套水声通信系统是可靠的,水池和湖泊试验都正常啊!我们分析可能是船舶噪音影响通信质量,目前正在积极想办法……”
生于1971年6月的朱敏,浙江青田人,中等个头,整齐的短发,鼻梁上架着一副无框眼镜,温文尔雅,平常就说话声不大,这时被问得急了,更是像被什么堵在嗓子眼里,声音低低的听不清楚。他和他的声学团队肩负着巨大的压力。
如同多数优秀者一样,朱敏经历过成绩卓越的学生时代,小学升初中时,他考了县里前三名;高考时,他是县里的理科冠军。1989年,他进入了中国科学技术大学电子工程与信息科学系,发现这不似中小学那般“照本宣科”式的教育,于是开始独立思考寻找自己的学习方法。1994年7月毕业,恰逢中国科学院声学研究所前来招生,朱敏毫不犹豫地报了名。
无论是学习还是工作,朱敏从无懈怠,而是真正地沉下心去做研究。他明白学生时代多半是些基础功,而工作中是要根据具体情况来应用知识解决问题的,这就需要不断地实践和学习。从朱维庆等前辈老师身上,朱敏学到了很多东西,取得了不菲的成绩。2000年10月,朱敏被评为副研究员,两年后,破格晋升为研究员。
这时,为推动中国深海运载技术发展,中国科技部启动了7000米载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。凭借着出色的表现,朱敏协助他的老师朱维庆,投身到打造这项国家重器的光荣任务中去,主要负责载人潜水器声学系统的总体设计和装备使用。
初次参加海试,这支由朱敏负责的声学系统团队还很青涩,多是毕业没几年的“70”后、“80”后硕士生、本科生,被称为“娃娃兵”。当时很多条件不具备,一切都是靠他们自己摸索;加上试验的季节正值台风多发季节,海况很差,试验母船又是一艘30多年船龄的老船,船体噪声大,50米海区的海洋背景噪声也大,所以母船与潜水器的通信就成了大难题。
面对大家焦急的目光,年轻的朱敏心情十分沉重。这是自从参加工作以来,前所未有的挑战啊!个人名誉事小,影响了海试那可是不容原谅。他成宿成宿地睡不着觉,眼睛里布满了血丝。恰在此时,怀孕的爱人产期也快到了,可他一点儿也顾不上,一门心思扑在攻坚克难上面了。
好在他并没有惊慌失措,也没有怨天尤人,而是沉下心仔细剖析检查了整个系统,并随时与朱维庆老师、声学所领导联系请教。一连十几天,他带领队员白天顶着烈日参加海试,废寝忘食;晚上则挑灯苦战,查问题、改软件、编程序,几乎没有在凌晨1点前休息过。
通信,指人与人或人与自然之间,通过某种行为及媒介进行的信息交流与传递。在各种各样的通信方式中,利用“电”来传递消息的通信方法称为电信。这种通信具有迅速、准确、可靠等特点,且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制,因而得到了飞速发展和广泛应用。比如无线电、固定电话、移动电话、互联网等等。
陆地、天空通信主要靠电磁波,但由于海水是电的导体,电磁波在海水中衰减得很快,这一利器到了水中特别是深海中却没了用武之地。另一种水中通信的宠儿——声波,可以在海水中传播很远,因此水声通信技术应运而生。它的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息经过编码、调制处理后,将电信号转换为声信号。通过水这一介质,将信息传递到远方的接收换能器,再转换为电信号,还原成声音、文字及图片。
打个形象的比喻,有了水声通信技术,浩瀚无垠深不可测的海洋立即就变得“透明”起来,大洋的各种观测数据可以实时地呈现在面前,这是人类认识深海、研究海洋技术手段的一次重大突破。正因如此,水声通信技术是当今海洋高技术领域最前沿的技术之一。由于它的敏感性以及巨大应用价值,国外长期将之列为禁止向中国出口的高技术产品。
20世纪90年代初,我国科技部“863计划”访问团去法国考察,中科院声学所研究员朱维庆随同前往。一次洽谈会上,他向法方提出想了解一下水声通信技术,那位热情有加的法国人突然变了脸色,生硬地拒绝了:“对不起,其他什么都可以谈,就是水声通信不能谈!”
这句话严重地伤害了中方科学家的自尊心。
20多年过去了,朱维庆等水声研究人员仍难以忘怀,经常在耳边回响。从那时起,他们就暗下决心:一定要把中国的水声通信技术搞上去!
机会总是会垂青有准备的人。中科院声学所和朱维庆终于等到了机会。2002年6月,7000米载人潜水器正式成为“863计划”重大专项。搞了大半辈子水声技术的朱维庆,意识到了深海载人潜水器对于水声通信技术的迫切需求。经过层层申请和筛选,朱维庆和他的弟子朱敏带领团队,承担起了水声通信系统的研制重任。
这个项目应该走什么样的技术路线?朱维庆第一时间就想到了“高速数字水声通信技术”。这是当今一项代表大深度水声通信的前沿技术,目前世界上只有美国、日本等国开始这方面的研究。它在语音通信的基础上,还可以在大洋深处实现对数据、文字、图像的高速即时传输。
从“七五”时期开始,在国家“863计划”的支持下,声学所一直持续不断地进行着水声通信核心技术的研发,取得了一系列进展。在“八五”和“九五”期间,他们与沈阳自动化所、702所合作研发,针对6000米无人潜水器等设备,开展了基于多相移键控技术的相干水声通信机关键技术研究,并研制了通信机样机。
在朱维庆教授的指导下,由他的得意弟子朱敏带领张东升、杨波、刘烨瑶等一批年轻人奋力攻关了。经过几年的不懈努力,他们设计制造出了完全自主知识产权的水声通信机,能够在不同的水声环境下实现图像、文字、指令等数据的即时传输。安装在7000米载人潜水器上,经过了陆地、水池以及太湖、千岛湖等地试验,证明完全可以胜任水下联系。
然而,水声通信系统试验无法完全模拟海上的各种噪声环境,比如海浪噪声、潜水器噪声、母船噪声等等。虽然在它与整个系统装配到一起前,开展了各种环境的试验,但还是无法确保万无一失。现在,这套精心研制的通信系统出师不利,遭遇了海上滑铁卢。
经过几天的反复调试,水声通信功能仍然不能实现,已经成为制约海试的主要矛盾。8月22日上午,“和谐”号再一次下潜,在44.2米水深处成功坐底。至此,50米水深试验计划除声学通信外全部完成,达到了试验大纲的要求。海试团队返回三亚基地。领导小组将召开技术咨询专家组会议,总结分析评估海试成果。
这天傍晚,“向九”船在三亚锚地锚泊。现场指挥部和临时党委认识到:水声通信问题没有一个说法,很难通过专家评审,一个个都非常着急。晚饭后,总指挥刘峰、专家组长于教授、船长窦永林等相约来到刘心成房间,商量对策。
水声通信系统就像是潜水器的嘴巴和耳朵,它是维系这个在黑暗海底摸索前行的孩子与母亲之间的纽带。如果不能建好这条纽带,那么试验就很危险。50米还好说,万一到了300米、1000米出现问题,上浮困难又不知发生何事,甚至找不到其所在方位,三位试航员的生命就危在旦夕了!
“这个问题要是解决不了,领导小组是不会同意海试继续下去的。只能打道回府,这等于宣布载人潜水器海试失败。今后能不能再重新启动,就很难说了……”深知载人潜水器来龙去脉的刘峰忧心如焚。
“是啊!我们一定要在评审会前拿出个措施来。不然,后果不堪设想。”
这是整个海试阶段遭遇的一次重大危机!
半晌,在场的人们都不说话了,陷入了沉思:倘若试验中止,50多个单位及众多科学家付出巨大心血为之奋斗了8年、国家投入巨资的7000米载人潜水器项目就会付诸东流,更重要的是我国所有载人深潜项目在若干年内难以再立项,正处在国家审批阶段的深潜基地项目也会夭折,中华民族“下五洋捉鳖”的梦想将还只能是梦想。
“绝对不能回去!”刘心成不愧是带过兵的司令员,又是临时党委书记,关键时刻意志十分坚定:“没有达到预期目的就撤了,那就是前功尽弃,半途而废,我们这些人就是历史的罪人。我看只要坚定信心,办法总是能找到的。”
于教授从科学家的角度分析说:“声学所走了一条新路,难免发生问题,闯过去就会海阔天空的。他们认为:50米水深海区的有效作用距离仅240米,可能不在母船声学吊阵覆盖扇面范围,因而无法建立水声通信。这是有道理的。”
“不管多么难,也要攻克它!我建议发动全体队员,各部门,都为水声通信动脑筋。一定要打掉这个拦路虎!”总指挥刘峰豪气倍增。
他们决定:由窦永林船长和朱敏研究员以降低母船噪声为主线,立即制订一个1000米水深海区的试验方案,进行船舶主机不同工作状态下的母船噪声和通信拉距试验。同时,要求中船重工长城有限公司(6971工厂)尽快提供一部水声电话,在无法实现高速数字通信的情况下,先保证语音通信的畅通。
其实,此前一段时间,全船人员的心已经牵挂在声学系统上面了,纷纷想办法出点子。“向九”船的大副李玉波曾经当过无线电师,有一定电信方面的技能。在VHF通信效果不畅时,他提出了切实可行的测试方案,并且冒着南国的炎炎烈日,帮助技术人员爬到脚手架上调试安装改良的天线,极大改善了通信功能,以致科研人员们赞许说:“没想到船上藏龙卧虎啊!”
702所的工程师杨申申,长了一副瘦高个子,每当海试时,人们总看到他举着一根钢制圆柱,时而左舷时而右舷地奔跑。原来,由于船体较高,容易阻挡无线信号,形成潜水器与母船的通信死角。为了解决这个问题,杨申申主动请战,迎烈日战海风,高举着接收天线,随着潜水器位置的改变到处转。人们戏称他是“向九”船上的“中国移动”。
这次轮到窦永林船长显身手了。
凌晨2时,母船从三亚锚地起航,向西沙群岛方向航渡,到达1000米试验海区后立即开展试验:前甲板左舷布放着水声电话吊阵,传感器布入水下30米左右;前甲板右舷布放着单波束测深仪吊阵,传感器布入水中两米左右;船尾拖曳着声学通信主缆,声学吊阵布入水中300米左右;为了降低船舶自噪声,关闭右主机,左主机单车微速航行,航速不超过2.5节。
内行人清楚,这种做法是要冒风险的。“向九”船是1978年建造的远洋科学考察船,那时没有控制船舶噪声的要求,2007年选择载人潜水器母船时也没有采取降噪措施,现在只有通过采取特殊的船舶操纵措施来弥补噪声大的缺陷了。窦永林感觉就像一名赛跑运动员,先捆住他两只胳膊,再别住他一条腿,叫他匀速跑直线,还要争取好成绩,太难了。
在6个多小时试验中,这位爱写诗的窦船长一直站在驾驶台上,精心指挥船舶各种情况下的机动,积极配合声学部门获得大量测试数据。他深知责任重大,稍有闪失就会损害水下设备,甚至影响船舶航行安全,小心翼翼。作为他的直接领导、又是老大哥的刘心成局长走来看望,担心地问:“这样干有把握吗?”
窦永林坚定地回答:“试试吧,不试会后悔的!”
终于,他以敢于担当的拼搏精神和无比精湛的航行技术,与声学工程师们精诚合作,准确地测量了“向九”船各种情况下的噪音水平,为声学系统的后续改进指明了方向,并最终形成了基于“向九”船模式的声学通信保障方案,为我国载人潜水器海试蹚出一条本来没有路的路。后来,现场指挥部将上述船舶操纵方法纳入海试操作规程之一,为进一步海试打通了道路。
与此同时,朱敏和他的团队在于教授帮助下,针对“向九”船噪音大的实际情况,提出建立莫尔斯(英文Morse code)电码通信方式的设想。这是一种时通时断的信号代码,通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号,以及其中不同的含义。它由美国人艾尔菲德·维尔于1837年发明。不是什么新技术,但很实用。
按照约定,潜水器在水下每间隔一段时间发出一个信号,通过母船声学吊阵接收,在声学控制室和指挥部显示声音信号,就知道水下情况。为了验证莫尔斯电码通信方式的可行性,现场指挥部决定,在完成50米海区试验后,“向九”船到1000米试验区专门进行试验,结果证明这种通信方式可达到2000米通信距离。
在指挥部和声学控制室内,每当听到潜器发回的三短声莫尔斯电码信号——说明一切正常,大家感觉是那么的悦耳动听,这是世界上最美妙的声音了!
此外,另一种方案也在紧锣密鼓实施。8月21日,就在朱敏带领声学组与全船配合尽力攻关时,现场指挥部要求紧急提供水声电话的呼吁也发到了北京。科技部海洋处、中科院声学所立即派人到中船集团北京长城无线电厂(6971厂)调研;中国船舶重工集团第一时间下达指令:“不惜一切代价,确保如期完成。”立时,整个工厂热火朝天地行动起来。
就这样,潜水器的通信系统得到了极大改善。莫尔斯电码、水声电话(人们习惯称为“6971”)一举成功,高速数字通信也取得进展,遇到问题可以互相转换,等于加了双重保险。朱敏和他的声学组终于可以松口气了。
同时,一直令朱敏牵肠挂肚的另一大事也传来了好消息!8月31日,朱敏的妻子在北京生下了一个健康的女孩,体重5斤6两。而朱敏正随着母船在海上攻关,直到9月2日回到三亚凤凰港时才得知。“向九”船政委杨联春在大喇叭里广播了这一喜讯,这是海试期间增添的第一个宝宝啊,大家纷纷向朱敏表示祝贺。刘心成书记指示厨房煮了一锅红鸡蛋,交给朱敏。当晚,他高兴地带领声学组助手,给每个队员分发了两个喜蛋,全船洋溢着浓浓的喜气……
后来,在四年的海试期间,许多年轻的科研人员陆续增添了可爱的孩子。他们为了祖国的“深海蛟龙”成长,没有机会陪伴在妻子身边,心中不免有些愧疚,然而家人却给予了极大的理解和支持。于是,大家亲切地称这些孩子为“海试宝宝”。
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