用聲波鑄就探海利器

霍萍

地球上存在數(shù)千年的北極冰川之下有哪些奧秘？全球溫室效應(yīng)之下對冰川的消融有哪些影響？

帶著這些長期困擾全球科學(xué)家的疑問，2023年，搭載哈爾濱工程大學(xué)水聲學(xué)院自主研發(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于北極冰蓋之下。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(guān)鍵海洋參數(shù)信息，豐富了北極海洋信息數(shù)據(jù)庫，為有效應(yīng)對全球氣候變化對我國的影響提供了堅實的數(shù)據(jù)支撐。

研發(fā)這一探極“利器”的團隊是一支充滿朝氣且敢于碰硬的團隊——哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊。這支團隊獲得第28屆中國青年五四獎?wù)录w榮譽，他們始終“以祖國需要為第一需要，以國防需求為第一使命，以人民滿意為第一標準”，深入貫徹落實習(xí)近平總書記視察哈爾濱工程大學(xué)時的重要講話重要指示精神，發(fā)揚“哈軍工”優(yōu)良傳統(tǒng)，多年來勇闖科研無人區(qū)，勇于挑戰(zhàn)極限，致力為“國之重器”打造探索深海極地的“千里眼、順風(fēng)耳”。他們研發(fā)了一系列水聲領(lǐng)域“拳頭”設(shè)備 ，使深海裝備“耳聰目明”；他們精準定位水下目標，讓“大海撈針”變?yōu)楝F(xiàn)實；他們使設(shè)備能夠準確收發(fā)深海信號，讓海底也能“互通有無”。

實現(xiàn)“大海撈針”和深海“通話”

青春動力來源于國家需求。二十多年前，我國水下裝備安裝的水聲定位系統(tǒng)基本依賴進口，中國的深海水下定位技術(shù)基本處于空白。為了改變這種受制于人的局面，哈爾濱工程大學(xué)孫大軍教授帶領(lǐng)青年教師們從基礎(chǔ)理論研究做起，一步步穩(wěn)扎穩(wěn)打，實現(xiàn)了從基礎(chǔ)理論到技術(shù)研發(fā)再到實際應(yīng)用的全鏈條科技創(chuàng)新。

伴隨著中國載人和無人深海潛器不斷挑戰(zhàn)極限、刷新記錄，哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊也不斷攻克技術(shù)難關(guān)。“起初，國外同行得知我們的技術(shù)目標是相當于‘大海撈針的亞米級目標定位，都覺得不可思議，認為這是不可能做到的，但我們認為中國青年只要努力，沒有什么是做不到的。”團隊成員鄭翠娥教授說。她從2004年師從孫大軍教授讀研起就參與了深海水聲定位系統(tǒng)的研究，并一直為之默默奉獻。

一路走來，哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊奮起直追。現(xiàn)如今，團隊研發(fā)的多型深海高精度水聲定位系統(tǒng)已經(jīng)裝配于多數(shù)中國科考船上，為深潛探淵數(shù)千米的“蛟龍?zhí)枴薄吧詈Ｓ率刻枴焙妥兹f米的“奮斗者號”“悟空號”裝上目光如炬的“眼睛”，為眾多國之重器研發(fā)的水聲定位系統(tǒng)可以精準定位范圍在1米以內(nèi)的目標。

要讓“國之重器”在深海之下不但“看”得準還要“聽”得清，讓中國的“耳朵”聽懂大海的聲音，這是幾代哈工程水聲人孜孜以求的夙愿。喬鋼教授帶領(lǐng)青年骨干針對水下復(fù)雜環(huán)境對水聲信號傳播的影響嚴重，水聲通信在質(zhì)量、效率和組網(wǎng)能力等方面難以滿足探索海洋需求等難題，發(fā)明了水下多用戶、全雙工的水聲通信方法，并研制了國際上首創(chuàng)的具有全雙工通信能力和組網(wǎng)能力的水聲通信機，解決了過去水下聲通信中收發(fā)不能同時進行的問題，讓水聲通信從“對講機”時代走進“電話機”時代。

致力于“透明海洋”建設(shè)，哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊提出多項原始創(chuàng)新性技術(shù)，取得了國際領(lǐng)先水平的研究成果，使水聲通信網(wǎng)絡(luò)與固定海底通信網(wǎng)絡(luò)相互補充，開展區(qū)域內(nèi)觀測設(shè)備的聯(lián)合作業(yè)，構(gòu)建水下“移動網(wǎng)絡(luò)”系統(tǒng)，實現(xiàn)多參數(shù)、多站位同步聯(lián)合觀測，大幅提升“海洋感知網(wǎng)”的觀測能力。

做探索北極冰川的開路先鋒

在哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊成員的眼中，中國的版圖如同一支熊熊燃燒的火炬，而海洋國土就是擎起火炬的手柄。為了守衛(wèi)和建設(shè)海洋國土，團隊成員將自己的青春年華融入萬里海天。

“每完成水聲領(lǐng)域一項技術(shù)突破，就可以推進海洋強國建設(shè)與海洋命運共同體建設(shè)前進一步。”殷敬偉教授如是說。自2014年起，團隊在國內(nèi)率先開展冰下聲場特性及冰下探測與通信技術(shù)研究，尤其是跨冰層介質(zhì)的冰下通信、探測與定位一體化技術(shù)。

青春就是要敢打敢拼。由于北極海域覆蓋著厚厚的冰蓋，開展冰下水聲科研難度極大，且我國極地聲學(xué)領(lǐng)域研究近乎空白，團隊面對未知的科研領(lǐng)域不但沒有退縮，反而斗志昂揚。殷敬偉教授帶領(lǐng)團隊冬天冒著低溫嚴寒破冰做測試，開展極地特殊環(huán)境中水聲技術(shù)的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研制方向的開拓，牽頭啟動了相關(guān)重大專項論證，多次組織實施冰下聲學(xué)試驗，驗證相關(guān)理論模型和關(guān)鍵技術(shù)，有力推動了我國極地聲學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

“極地聲學(xué)試驗到底應(yīng)該怎么做？怎么獲取更有價值的試驗數(shù)據(jù)？”為了獲取極地水聲第一手的研究數(shù)據(jù)，2018年，團隊選派韓笑教授跟隨“雪龍”號進行科學(xué)考察，采用團隊自主研發(fā)的實驗儀器設(shè)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，圓滿完成極地冰下聲學(xué)試驗，揭開北極聲學(xué)的神秘面紗。

極區(qū)海水不同深度的溫度、鹽度、葉綠素等海洋參數(shù)信息是研究北極海洋物理、化學(xué)及生物演化過程的關(guān)鍵，獲取北極海冰的形貌特征，尤其是冰蓋下方的冰形冰貌，對研究北極海冰融化機理有重要的意義。當前，對北極海冰冰貌探測多基于衛(wèi)星等表面觀測手段，對冰蓋下方的冰形冰貌探測一直缺少有效手段。哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊馬不停蹄地投入到對北極海冰的研究探索之中，不斷取得新的突破，自主研發(fā)的多波束冰形探測聲吶開展冰下冰形冰貌探測，為人類探索極地未知領(lǐng)域提供了有力技術(shù)支撐。

一切為了祖國需要

對于哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊成員來說，選擇了水聲專業(yè)，就意味著要把“為船為海為國防、做人做事做學(xué)問”的忠誠與夢想刻入心靈、融入血脈、化為行動，他們始終不忘初心、牢記使命，團結(jié)奮進、挑戰(zhàn)極限，堅守奮戰(zhàn)于深海大洋、極地冰原的科研第一線，以青春之我奉獻于青春之中國的海洋強國事業(yè)。

面對巨大的挑戰(zhàn)與壓力，孫大軍教授常對團隊成員說：“從技術(shù)到應(yīng)用有一段漫長的路要走，就像西天取經(jīng)，你已經(jīng)身懷絕技，但還要經(jīng)歷九九八十一難，才能在過關(guān)斬將中逐漸完善。”十余年前，團隊承擔(dān)了一項國家863項目，為科考船研發(fā)超短基線定位系統(tǒng)。系統(tǒng)在實驗室里經(jīng)過無數(shù)次的原理計算、水池實驗，都沒有問題，可是到了復(fù)雜多變的深海環(huán)境，放下水后就是捕捉不到信號，無法穩(wěn)定跟蹤。大家連續(xù)調(diào)整了幾天的參數(shù)，依然捕捉不到信號。在團隊成員都快支撐不住時，孫大軍教授卻依然堅定地告訴團隊成員：“堅持住，勝利就在眼前。”他帶領(lǐng)團隊成員一遍遍反復(fù)排查問題、調(diào)整參數(shù)，終于解決了問題。

在一次次從技術(shù)走向應(yīng)用的磨礪中，團隊成員不僅積累了經(jīng)驗，更打磨出堅守信念、吃苦耐勞的科研風(fēng)格，成長為一批有著超強意志的水聲人。

深海試驗的周期都很長，常常在海上一漂就是一兩個月，團隊成員年均試驗時間超二百天，寒來暑往，每逢節(jié)假日只能在海上湖上船上遙寄對家人的思念。深海實驗中往往會遇到風(fēng)高浪急的惡劣海況，人暈船暈得站都站不起來，常常是旁邊放一個桶，吐一口，記錄一筆數(shù)據(jù)，這對每個人的心理和生理都是挑戰(zhàn)。“奮斗者”號在2020年成功坐底萬米之下的馬里亞納海溝時，團隊成員承受著惡劣海況暈船帶來的身體不適，堅持為潛器深海定位做保障，近三十天的科考任務(wù)結(jié)束時，平均每人瘦了十余斤。

殷敬偉教授常常對學(xué)生們說：“學(xué)了水聲就要干水聲，要有為國傾聽大海之聲的定力。”這對博士研究生賈亦真影響很深，她道出肺腑之言：“我們何其有幸，生于祖國日益強大的這個偉大的時代！站在巨人肩膀上的我們要接過前輩們的接力棒，只要是國家需要的，就是我們水聲學(xué)子應(yīng)該干的！”。

對于哈爾濱工程大學(xué)水聲通信與定位技術(shù)創(chuàng)新團隊的成員來說，青春的意義就在于為了海洋強國事業(yè)，以沖鋒的姿態(tài)勇往直前，讓青春拼搏的印記閃耀在深海大洋和極地冰川。這支為國傾聽大海聲音的國家隊，正青春，也必將永葆青春！