“奋斗者”号:有“黑科技”加身
奋斗"号载人潜水器深海试验返回仪式在海南三亚举行,胜利的"战斗机"受到热烈欢迎。
奋斗者"怎么会如此令人敬畏以至于它能一口气潜入海底10000多米?为了不害怕海底的高压和高腐蚀的极端环境,它带了什么样的设备?在地球最深的地方,三名水下飞行员也和全国观众分享了他们的感受,他们是如何做到的?
接下来,让我们拿起企业家的"精英"技术设备。
它有一个聪明的大脑和一双灵活的手。
说到"战士",他必须谈谈它的控制系统,它的"大脑"。企业家的"大脑"是由中国科学院沈阳自动化研究所精心建造的。
深海是黑暗的,地形非常复杂。奋进号的"大脑"必须实现高精度的导航控制,否则可能会有"触礁"的危险。
为此,研究人员克服了大惯性载体多自由度导航控制、系统在复杂的深海环境下安全可靠运行等技术问题,"奋进号"指挥中心实现了海底在线智能故障诊断、基于在线控制分布的容错控制和自主避碰等功能,提高了潜水器的"智能商"和安全性。
同时,我们设计了一种神经网络优化算法,使奋进号能够自动匹配地形巡航、定点导航和海底悬停定位。其中,横向和纵向导航控制性能指标,达到国际先进水平。中国科学院沈阳自动化研究所研究员、中国科学院副总设计师赵阳说。
同时,研究人员为企业家安装了一对高度灵活有力的"手"。
潜水器采用我们研制的两套主从式伺服液压机械手进行万米作业,各有7个关节,可实现6自由度的运动控制,重量可达60多公斤,可覆盖取样篮和前工作区,具有较强的工作能力。"中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究部副主任张其峰。
这些手成功地完成了岩层、生物捕集、底泥采样器作业等准确作业任务,填补了我国全海深液压机械手一万米作业的空白。
穿战衣钛 " 很好。
这位 "战斗机" 之所以不怕海底高压、高腐蚀的极端环境,是因为他的作战装甲 "钛" 很坚固。
载人舱是全海深载人潜水器的核心部件,是人类进入一万米深海的硬件保障和安全屏障,标志着国家载人潜水器的技术水平。奋进号载人舱的球形壳由中国科学院金属研究所领导。
研究小组解决了钛合金的一些基本科学问题,克服了载人舱室材料、成形、焊接等一系列关键技术瓶颈。
我们的新型钛合金材料 Ti62A 成功地解决了载人机舱材料所面临的强度、韧性和可焊性问题。" 中国科学院金属研究所研究员、深海潜水器载人潜水器项目负责人杨瑞说。
过去,深潜器主要采用 Ti 64 材料,在水深万米的极端压力条件下,根据载人舱的目标尺寸和厚度要求,目前该材料在强度、韧性等指标上均达不到标准。
为此,我们首次提出了一种新的合金设计方案,并在此基础上设计并实现了一种新的钛合金组织。在此基础上,我们发明了钛合金 Ti62A,具有良好的热加工成形性和焊接成形性,在韧性和可焊性与 Ti 64 合金相同的前提下,大大提高了钛合金的强度,成功地解决了载人舱球形壳体的材料难题。
事实上,钛合金材料具有内在的尺寸效应,即尺寸和厚度越大,就越难保证钛合金材料的均匀性和机械稳定性。然而,这也是深海极端高压环境应用中必须克服的一个障碍。
研究人员在解决了关键问题后,通过设计钛合金材料的微观结构并获得了该工艺,成功地克服了钛合金的尺寸效应。
现场直播 1 万米海底世界是有保障的
亲爱的观众,一万米的海底真是太棒了。我希望我们能通过‘奋斗者’的图片向你展示一万米的海底。
2020 年 11 月 10 日 08:12,企业家成功地坐在世界最深的马里亚纳海沟的底部,三名水下飞行员第一次通过水声通信系统向全国观众广播了他们所看到的 1 万米海底世界。
与前两代焦龙海勇士载人潜水器相比,由中国科学院声学研究所领导的奋进号声学系统已完全国有化。
奋进号 "的声学系统突破了整个水深的困难,技术指标较高,在整个海上试验过程中表现良好,为整个水深的连续巡航提供了可靠的技术保证。" 中国科学院声学研究所高级工程师兼 "企业家" 号副总设计师兼总设计师、潜艇驾驶员刘叶耀说。
水声通信是 "奋进号" 与母船 "探索 1" 之间的唯一桥梁,它实现了潜水器从海底到海底的文本、声音和图像的实时传输。
此外,由声多普勒测速仪、定位声纳和惯性导航组合而成的组合导航系统,也为奋进号的巡航作业提供了高精度的水下定位导航。
在 11 月 16 日的潜水行动中,借助组合导航系统和声纳设备,奋进号潜水器只用了半个小时就成功地回收了先前放置在 10000 米海底的三个水下采样器,成功地实现了 "干草堆中的针",并通过水声通信器将采样图像发回母舰。