文/高妍 鄭聲宇

魚躍千里浪 海納百川流
——記西北工業(yè)大學(xué)“自主水下航行器”團隊

文/高妍 鄭聲宇

團隊參加第五屆全國海洋航行器設(shè)計與制作大賽

地球表面積的70.8%是大海，幽藍的海面下是一個豐富而神秘的世界。擁抱海洋、探索海洋，是人類長久以來的夢想，但囿于人力之不足、技術(shù)之缺乏而進展緩慢。

水下航行器的出現(xiàn)，彌補了這些缺憾，為我們打開了一扇探索海洋的新的大門。自主水下航行器更是憑借能夠無人、無纜、自主進入海洋開展工作，而被譽為“水下蛟龍”“孤膽英雄”，受到各國高度重視。

作為一種高技術(shù)手段，隨著信息、科技的快速發(fā)展，自主水下航行器的應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的海上油氣開發(fā)、打撈實驗丟失的武器，擴大到海洋資源開發(fā)、海洋搜救取證、科學(xué)研究和軍事等諸多領(lǐng)域。

近年，自主水下航行器更加受人關(guān)注，最典型的實例有兩件，一是2011年美國伍茲霍爾海洋研究所的水下航行器尋找法航航班殘骸，二是2014年“藍鰭金槍魚”號自主水下航行器執(zhí)行尋找馬航MH370殘骸的任務(wù)。

“藍鰭金槍魚”屬于1.5噸級“中型自主水下航行器”，由美國軍方提供給澳大利亞政府使用，盡管在搜尋中并未收獲重要成果，仍足以吸引全世界的目光。在這一領(lǐng)域，一直以來只有美國等少數(shù)國家掌握核心技術(shù)，特別是在微小型自主水下航行器技術(shù)方面。

2016年8月，我國自主研發(fā)的50公斤級自主水下航行器，通過了科技部組織的驗收和海上試驗，標(biāo)志著我國在微小型水下航行器方面突破了核心技術(shù)，擁有了自主完全知識產(chǎn)權(quán)，填補了國內(nèi)空白。從此，我國微小型水下航行器技術(shù)研究與應(yīng)用，也進入了“少數(shù)國家”行列。

幫助我國實現(xiàn)這一跨越的，就是來自西北工業(yè)大學(xué)的“自主水下航行器”團隊，長江學(xué)者潘光教授即是這一團隊的主要負責(zé)人。

一朝跨越，魚躍千里

自上世紀(jì)90年代初考入西北工業(yè)大學(xué)攻讀碩士學(xué)位開始，潘光就不曾離開這所學(xué)校。從行業(yè)新兵，到主力骨干，再到中流砥柱，潘光扎根于斯，成長于斯，參與、見證了我國自主水下航行器的厚積薄發(fā)。

他長期從事水中兵器/水下航行器總體設(shè)計、流體力學(xué)、水下武器發(fā)射與回收、武器系統(tǒng)性能仿真與評估等方面的科研和教學(xué)工作，先后主持了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、國防基礎(chǔ)科研計劃、總裝預(yù)研等項目30余項，擔(dān)任兩型總裝重點型號的總體系統(tǒng)主任設(shè)計師和總師助理，取得了一系列突出的學(xué)術(shù)貢獻和重要的創(chuàng)新成果。

在這諸多的成果中，50公斤級自主水下航行器是最為人熟知的一項。它是國家863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域重大項目“深海潛水器技術(shù)與裝備”的一個子課題成果，由西北工業(yè)大學(xué)“自主水下航行器”團隊承擔(dān)研制，在驗收之時就已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)8項。

“面對復(fù)雜的海底狀況，小小的航行器要隨著海底地形變化自動調(diào)節(jié)航行路線，不僅能沉下去不偏航，還能不丟失收得回?！迸斯饨榻B，整個團隊前后歷經(jīng)五年，突破多個關(guān)鍵技術(shù)難題，才研制成功，從設(shè)計到生產(chǎn)，所有核心技術(shù)全由我國科研工作者自主研發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，填補了國內(nèi)空白。

據(jù)媒體報道，“該50公斤級自主水下航行器，外觀呈細長圓柱體，口徑200mm，通過后部的白色柱狀天線接收指令，下水后完全自主執(zhí)行預(yù)設(shè)任務(wù)，并回傳數(shù)據(jù)。它最深能下潛到水下100米，能夠以三節(jié)，也就是每小時5.4公里的速度，在水下連續(xù)航行70公里，續(xù)航時間可以達到14個小時，已經(jīng)達到國際先進水平?！?/p>

它的應(yīng)用范圍同樣不含糊——在航行器的前端搭載聲吶設(shè)備，利用聲吶發(fā)出的聲波反彈，航行器就可以掃描出水底地貌。同樣，搭載其他探測器、攝像頭等不同的功能模塊，水下航行器就能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的海底探測和水下觀測，包括探測海底氣象如海水的溫度、深度等，觀測海底地形、地貌、海洋生物、水底石油管線等。除了這些民用用途，這款航行器還可以用于掃雷等軍事用途，為我國海洋探測、開發(fā)和防衛(wèi)提供了重要裝備。

最為重要的是，該航行器不僅實現(xiàn)了在實驗室的成功，更通過與西安天和防務(wù)技術(shù)股份有限公司合作，實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)及后續(xù)市場推廣。針對海洋環(huán)境探測和水下觀測的需求，雙方合作開發(fā)出快速靈活、安全可靠、操作簡便、易于維護的低成本、系列化便攜式自主水下航行器，其中TH-B050R型AUV已經(jīng)面向國內(nèi)外市場銷售。

該產(chǎn)品能夠便攜、智能作業(yè)，可進行水下環(huán)境監(jiān)測和海洋資源調(diào)查，已在科教、水文調(diào)查、海洋勘探等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生1億多的經(jīng)濟效益，大大促進了我國小型自主水下航行器進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。

潘光教授（右一）訪問美國密歇根大學(xué)

潘光教授（左）訪問英國斯特萊斯克萊德大學(xué)Kelvin水動力學(xué)實驗室

同時，面向高校的“中國無影”科教版微小型自主水下航行器也已問世。

凝心聚力，海納百川

潘光介紹，西北工業(yè)大學(xué)“自主水下航行器”團隊由徐德民院士、宋保維教授領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)立于1999年，是為了滿足國家在海洋安全與資源開發(fā)等方面的戰(zhàn)略需求。

經(jīng)過近20年艱苦卓絕的努力，這支團隊已從最初的一窮二白，修煉到如今的“身強體壯”、碩果累累?；赝^去，除了苦練內(nèi)功，做到“打鐵還需自身硬”之外，他們還非常善于“團結(jié)一切可以團結(jié)的力量”，多年來已通過交流合作、項目合作、人才合作等多種方式凝聚起了一股集科研、人才、學(xué)科、產(chǎn)業(yè)于一體的“洪流”。

他們善于集眾智、匯眾力——

他們與國內(nèi)外著名研究機構(gòu)開展了廣泛的交流與合作。

他們聯(lián)合中船重工705所、710所，中科院聲學(xué)所等重要科研院所成立的“水下自主無人系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新中心”，實現(xiàn)了科研、人才、學(xué)科三位一體的有機結(jié)合；

他們與云南省科技廳合作，在云南昆明船舶設(shè)備集團有限公司成立院士工作站，開展水中兵器的產(chǎn)學(xué)研合作，為型號立項解決了部分關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)和制造工藝；

他們積極與業(yè)內(nèi)專業(yè)人士溝通交流，先后組織召開了水中兵器總體、控制學(xué)術(shù)年會，兵器科學(xué)與技術(shù)高峰論壇，水下無人系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展論壇等頗具影響力的學(xué)術(shù)盛會，推動了整個行業(yè)發(fā)展與進步。

他們注重成果轉(zhuǎn)化——

在工程領(lǐng)域，成果只有真正推廣應(yīng)用，才能算作真正的成果。潘光非常清楚這一點，因此他們建立了產(chǎn)學(xué)研用機制，與各大公司合作推動各項成果的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化。

他們與昆明船舶設(shè)備集團有限公司聯(lián)合成立了昆明海威機電技術(shù)研究所，依托昆船公司的加工平臺，推動水下航行器基礎(chǔ)性、前瞻性技術(shù)研究成果的產(chǎn)品化過程；

他們與西安天和防務(wù)技術(shù)股份有限公司合作成立了水下航行器研發(fā)中心，聯(lián)合承擔(dān)了國家863計劃重大項目“50公斤便攜式自主觀測系統(tǒng)（AUV）”研制任務(wù)，開發(fā)出了系列化便攜式自主水下航行器，并實現(xiàn)市場銷售；

他們與中船重工電科股份公司開展成果轉(zhuǎn)化合作，利用團隊的理論研究成果，有效解決了電機雙轉(zhuǎn)子相對位置精確檢測和電樞繞組精確換向控制問題，成功研制出一種扁平式對轉(zhuǎn)稀土永磁無刷直流電機。目前已生產(chǎn)該型電機385臺，產(chǎn)生工業(yè)產(chǎn)值3272萬元。

他們重視人才培養(yǎng)——

人，是一個團隊的最基本、也是最核心的要素。潘光介紹，多年來，團隊始終遵循“以學(xué)生為根、以學(xué)術(shù)為魂、以科學(xué)問題為先導(dǎo)、以技術(shù)創(chuàng)新為核心”的培養(yǎng)理念，不斷探索和創(chuàng)新課程教學(xué)模式，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，不斷創(chuàng)造各種機會，為人才培養(yǎng)提供幫助。

團隊積極發(fā)揮傳幫帶的精神，以項目帶團隊，以項目煉人才，以老帶新，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才。

與此同時，他們積極與國外知名大學(xué)開展交流合作，為青年教師創(chuàng)造學(xué)術(shù)訪問、合作研究的機會，更選派研究生到牛津大學(xué)、密西根大學(xué)、加州理工大學(xué)等院校進行聯(lián)合培養(yǎng)；

他們與英國University of Strathclyde合作，承擔(dān)國家留學(xué)基金委“創(chuàng)新型人才國際合作培養(yǎng)項目”（2016-2018年），培養(yǎng)船舶與海洋工程領(lǐng)域復(fù)合型創(chuàng)新人才；

他們發(fā)揮團隊在基礎(chǔ)理論研究方面的優(yōu)勢，在昆船公司、中船重工884廠等單位設(shè)立創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地，為行業(yè)發(fā)展培養(yǎng)了大批骨干人才。

正因如此不遺余力，才使得最初的幾人小團隊，成長為如今研究所級別的大集體。團隊現(xiàn)擁有院士1名、國家教學(xué)名師1名、長江學(xué)者特聘教授1名、百千萬人才工程國家級人選2名、國家特支計劃“青年拔尖人才”1名等各類國家級專家，更為行業(yè)輸送人才無數(shù)。

多年來，作為總師或副總師單位，他們先后承擔(dān)總裝重點型號任務(wù)3項，軍口863項目4項，國防基礎(chǔ)科研計劃重點項目3項，型號背景預(yù)研項目1項，總裝武器裝備探索項目1項，國家自然科學(xué)基金20多項，獲國家科技進步二等獎2項，國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，國防科技進步一等獎3項。

這個集體，在徐德民院士、宋保維教授、潘光教授等團隊帶頭人的領(lǐng)導(dǎo)下，在一次次的項目錘煉中，形成了優(yōu)秀的協(xié)作精神和突出的技術(shù)實力，贏得了國防科技創(chuàng)新團隊、教育部“長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”創(chuàng)新團隊、國家級教學(xué)團隊、全國教育系統(tǒng)先進集體、國家級教學(xué)成果一等獎、國防科技創(chuàng)新團隊獎等諸多榮譽，多次獲得黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人接見。

胸懷大海，腳踏實地

對于潘光和他的團隊來說，鮮花與榮譽只是慰藉，而非目標(biāo)，成績只屬于昨天，今天和明天要做的，只有腳踏實地、勇往直前。

現(xiàn)階段，他們的主要任務(wù)是針對海洋開發(fā)和國家安全的重大需求，重點開展深遠海自主水下航行器關(guān)鍵技術(shù)研究，發(fā)展具有大深度、遠航程、智能化、集群協(xié)同工作能力的系列化自主水下航行器，提升海洋防衛(wèi)、海洋監(jiān)視與偵察、海洋資源勘探等方面的能力。

在國家重點研發(fā)計劃“自主變形仿生柔體潛水器研制”中，他們針對6000米深海域水下1年連續(xù)環(huán)境監(jiān)測、科學(xué)考察等任務(wù)需求，開展原創(chuàng)性潛水器的基礎(chǔ)理論和技術(shù)研發(fā)?！敖梃b深海生物的柔性透水承壓結(jié)構(gòu)形式，采用模擬深海生物肌肉的水凝膠構(gòu)建柔性翼，結(jié)合形狀記憶合金驅(qū)動技術(shù)實現(xiàn)柔性翼的自主變形，將水下?lián)湟硗七M和水下滑翔兩種運動模式集于一體，利用鎂海水電池和鋰電池聯(lián)合供電實現(xiàn)水下數(shù)月甚至數(shù)年連續(xù)工作?！?/p>

在國防基礎(chǔ)科研計劃“水下航行器水下能源補充技術(shù)”中，他們圍繞水下航行器在復(fù)雜海洋環(huán)境下長時間作業(yè)的需求，正開展水下非接觸式能源補充的原理與方法、水下能源補充的基站結(jié)構(gòu)設(shè)計、水下能源補充的電磁兼容性等研究，掌握影響傳輸功率、傳輸效率的因素和影響規(guī)律，通過研制水下非接觸式能源傳輸原理樣機驗證方案的可行性，為長航時水下航行器的研發(fā)提供技術(shù)支撐。

除以上兩個項目之外，他們還承擔(dān)著海軍裝備預(yù)研8項、國防科技創(chuàng)新特區(qū)計劃10項、國家自然科學(xué)基金12項。

能者多為，強者愈強。立足于國家建設(shè)海洋強國的大背景下，站在前輩積淀的雄厚成果基礎(chǔ)上，西北工業(yè)大學(xué)“自主水下航行器”團隊將在深邃無垠的大海上，寫就更為絢麗的篇章。

潘光，博士，教授，博士生導(dǎo)師，入選教育部“長江學(xué)者特聘教授計劃”和“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”，百千萬人才工程國家級人選，現(xiàn)任“無人水下運載技術(shù)”工業(yè)和信息化部重點實驗室主任，西北工業(yè)大學(xué)“自主水下航行器”團隊主要負責(zé)人。長期從事水中兵器/水下航行器總體設(shè)計、流體力學(xué)、水下武器發(fā)射與回收、武器系統(tǒng)性能仿真與評估等方面的科研和教學(xué)工作。先后獲國家科技進步二等獎2項，國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項，國防科技進步一等獎3項、二等獎2項；授權(quán)發(fā)明專利22項；發(fā)表論文90篇，SCI、EI檢索40余篇。