厉害了，哈工程！让中国“智”造实现“大海捞针”

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万米深海，浩瀚无边。

如何在茫茫深海中确定一个位置，

甚至从无光无信号的漆黑复杂海底

找到一个目标，

几乎不可能完成。

但人类要挺进深海，

这可是一项不可或缺的关键技术。

深海勇士号上的考题

2017年10月，标志着中国载人潜器又一里程碑的4500米载人潜器“深海勇士”号海试中，海试验收专家组组长、中国科学院深海科学与工程研究所所长丁抗对潜器定位提出一道“大海捞针”的真实考题：在第19次下潜任务中，他在3500米以下的深海中布放一个直径不到20厘米的标志物，要求潜器利用所装配的综合定位系统，仅靠布放坐标信息找到这个标志物。

深海高精度水声综合定位系统研发团队、哈工程深海水下信息技术研究团队的“领队”孙大军备感兴奋与压力。一方面，从技术原理和水池联调的结果来看，他深信自己的“宝贝”大显身手；另一方面，这是我国第一次单独依赖国产设备完成定位任务，这是“深海勇士”对“国字号”科研设备的巨大信任，更是国家对自主知识产权科研项目的巨大支持,圆满完成任务意义重大。

从标志物布放开始，孙大军每天最重要的事就是在母船“探索一号”通讯的时间段，与随船出海的团队成员沟通，分析排查可能出现的状况。在第22个潜次，在综合定位系统的引导下，“深海勇士”经过十几分钟，成功找到了第19次投放的标志物，实现“大海捞针”。深海中可见光的传播距离仅为3-5米，这次试验任务的成功就相当于漆黑的夜晚打着手电筒在草丛中找到了丢失的“珍宝”，整个过程的难度和喜悦可想而知。此时验收组长丁抗再出“难题”,要求再做两个潜次验证实验，以确保设备稳定可靠。于是“深海勇士”在第25个潜次中，潜器几乎开过去就找到了标志物。

发回的“成绩单”一个比一个好，孙大军团队如释重负、一片欢呼。这份优异的“成绩单”向世界宣告：中国向深海挺进的又一大国重器——“深海勇士”具备了自主知识产权的稳健可靠的深海亚米级定位能力。2017年12月1日召开的深海勇士号载人潜水器研制和海试总结会议上，验收专家组组长丁抗称潜器的定位能力稳定精准。潜器的总设计师胡震总结潜器的10大关键技术，定位系统是其中之一。

从“学步”到“跟跑”的同船比较

一项创新技术的从无到有，是要经历无数次试错、纠错的复杂过程的。而水声定位又是一个实践性很强的技术，一定要下到海里，在实践中改进完善技术。但是每条出海的船都有自己的使命和任务，谁敢把一份如此重要的工作交给一个正处在原始创新阶段的设备呢？回溯14年的科研历程，团队最艰难也是最有价值的事就是得到机会，在已经安装国外定位设备的船上加装自己的定位设备，与“进口货”进行同船比较。

2006年，孙大军团队终于得到了第一次做深海试验的机会，这是一次具有里程碑意义的海试。“我们不知道自己的设备在深海到底如何，这次能把设备放到真实的水声信道的复杂环境下抓取声信号，无论结果如何都是迈向成功的第一步。”团队非常珍惜这个机会,经历了7昼夜的煎熬与奋战，团队中终于拿到了国内第一套宝贵的深水超短基线定位数据，这为团队在定位系统研发树立了信心、积累了经验。

有了第一次下海，科研的道路渐渐明朗起来。2010年，在国家海洋局的支持下，中国大洋协会第一次决定在“大洋一号”科考船上安装国外定位设备的同时，以科研方式采购一套国产超短基线设备，孙大军团队拥有了与国外先进设备同船比较的机会。这也成为团队第一套装船使用的超短基线定位设备，至今仍在使用。这套国产定位设备的装船使用，改变了中国科考船在定位系统维护、升级和出口许可限制等方面的被动局面，标志着中国船舶上终于有了国产的定位设备。

同年，在科技部的支持下，当时国内最先进的科考船“科学号”建造设计的时候，就预留了两个位置，一个安装了当时世界最先进的英国水下定位设备，另一个留给哈工程的超短基线定位设备。经过漫长的历程，国产超短基线定位设备终于有了一席之位。2015年在这套国产定位系统升级的长基线定位功能，辅助“科学号”在中国南海拿到了中国首个水下亚米级的冷泉热液的地形地貌图。

2014年，“向阳红九号”母船找到孙大军，安装了超短基线定位系统，调试后，“蛟龙”号在完成当年试验性应用航次第一航段的科考任务时，这套国产高精度超短基线定位系统，在保障“蛟龙”畅游海底并顺利返回中大展身手，打破国外技术垄断格局。

“能与国外先进设备在同一时间、同一环境进行数据比对，是我们寻找差距、自我发展的重要机会。”短短几年里，国产定位设备在与国际水声定位系统标杆的英国、法国、挪威的设备进行同船比较的过程中，完成了从高精度超短基线定位技术到深海高精度水声综合定位技术的几个技术飞越，完成了国产水声定位技术从“学步”到“跟跑”，再到今天“并跑”的几次蜕变。作为中央军委科技委深远海战略首席科学家的孙大军对科研创新有了更深刻的认识：“习近平总书记在全国科技创新大会上指出，‘必须在深海进入、深海探测和深海开发方向掌握关键技术’。十九大提出颠覆性创新的概念，体现了国家对水声学科技创新的迫切需求，这些年深海高精度水声综合定位设备一次次同船比较的背后，是国家对原始创新的信任和期待，是海洋强国战略的大背景下，科技部、海洋局等若干部门的长期支持。没有国家创新的大背景和大环境，创新就失去了成长壮大的土壤，就不会有水声定位技术的产生。”

成功是成功

之母

 “成功是成功之母”是孙大军的名言，更是团队做水声定位的科研经验。2008年，在高精度测向实验中，团队连续几个月在水池实验，天天加班到深夜，就是无法得到理想的数据。成员们一筹莫展，感觉像是触到了技术的天花板，甚至怀疑研究的出发点就错了。但孙大军开始带着大家从头查找问题。他的导师田坦是国内著名水声工程专家，他从老一辈科学家身上不仅学到扎实的专业知识，更传承了不屈不挠、顽强拼搏的科研精神。孙大军说：“到最后支撑团队继续干下去的，就是那么一种信念。”在一年里，他带领团队从基阵的声特性、通道一致性等问题一个个往回查找原因。经历了将近一年的实验，到底找到了问题的原因：基阵不理想的隔声、隔振、吸声特性使常规信号处理失效，通过对症下药，团队终于正确地听到水下的信号。这次成功因此也成了后续“成功”之母。

杨士莪教授有一条科研原则在水声学院深入人心：再好的技术成果，如果只停留在论文和实验室阶段，甚至束之高阁，都是没有意义的。孙大军也常对团队老师说：“从技术到应用有一段漫长的路要走，就像西天取经，你已经身怀绝技，但还要经历九九八十一难，才能在过关斩将中逐渐完善。”团队骨干郑翠娥对此深有体会。那年孙大军出海实验，明明在实验室里已经经过了无数次的原理计算、水池实验，都没有问题的定位设备，到了复杂多变的深海环境，放下水后就是抓不到信号，无法稳定跟踪。大家连续调整了几天的参数，依然拿不到很好的信号。眼看着来之不易的深海“首秀”机会，整个团队精神上就快支撑不住了。“孙大军老师的意志力真的是极强，”郑翠娥感叹道：“那次我们真是深刻体会到了从技术完美到能够应用有多漫长的路要走。在一星期里，几乎所有人都要放弃的时候，我们看到孙老师一直在调整参数，他就是没有放弃，他也因为晕船不停地吐，一连几天几乎没睡觉没吃东西，但是他始终坚信系统一定可用，问题是能解决的，只是我们没有找到方法。如果当时不是他坚持住最终把问题找到了，中国可能不会这么快就有真正解决问题的深海高精度水声定位系统了。”在一次次从技术走向应用的磨砺中，团队不断完善积累了创新的经验和勇气，更打磨出坚守信念、吃苦耐劳的科研风格，成长起一批像孙大军一样有着超强意志的水声人。

在深海勇士号的实验中，韩云峰就经历了深海复杂环境的实践考验。在前期十几个潜次的超短基线定位中一直发挥良好的综合定位系统在最后使用长基线的时候竟掉了链子——满屏的电噪声,怎么也看不见信号。韩云峰按着孙大军的指导逐个排查可能产生的干扰。深海勇士号每天8点左右下潜，他就开始在工作舱内跟踪接收定位设备回传的数据，一待就是一天，晚上潜器回收后，他开始拆卸设备、熬夜分析数据、排查原因，一干就到天明，第二天继续在工作舱跟踪收集信号数据。韩云峰心里不好受，但他始终坚信问题一定能够解决。经过了一个多星期，韩云峰终于在孙大军和其他老师的帮助下找到原因。经过修整,终于能看见信号了,但是又发现无论怎么校正参数，定位的有效率始终不足30%。此时，验收组长丁抗在下潜中也发现由于综合定位设备安装在“深海勇士”号前部而不是顶部的位置，对信号接收产生了一定的阻挡，影响了信号接收有效率。根据实验需要，他把定位设备从潜器探出一部分,定位有效率有所改善,但仍然远不能满足需求。听说船要靠岸补给一个晚上，孙大军与团队在试验室连续工作,讨论分析问题及可能的解决方案后,郑翠娥与团队研究生张毅男马上飞往三亚，与韩云峰一起连夜升级算法，干了整整一夜。天明，“探索一号”母船再次出征，经过调整的综合定位设备的信号有效率超过90%，在这些尊重科学、注重实践、意志坚强的水声人的共同努力下，水下高精度综合定位系统终于接收到完美的定位信息，快速稳定地实现“大海捞针”的使命。

后记

孙大军曾经和团队老师说起一个笑话：孩子小的时候，因为工作总是加班加点，经常半夜回家，一大早又匆匆赶回实验室。有一次他回家，看到门上贴了一张纸，孩子用稚嫩的字迹写着“客满无房”。这是孙大军团队的工作写照，也是这所学校的科研作风：个人问题为团队问题让路，私人的情感服从科研需求，自家事情为国家事业让路。孙大军的团队都是这样全年无休地赶着科研进度，五一、十一或者寒暑假是他们集中安排出海实验的“黄金时间”。与船舶与海洋打交道，出海做实验晕船是家常便饭，遇到风浪，常常是机器旁边放一个桶，吐一口，记一笔数据。因为出海任务，家里亲人去世不能赶回，孩子出生不能在场。他们能放得下这些儿女情长，正是因为他们的胸中还有更崇高的哈军工情结。孙大军的身边有一批像他一样的中国水声学最前沿专家，以祖国需要为第一需要，以国防需求为第一使命，以人民满意为第一标准，为了水下国防事业，不计名利得失、夙兴夜寐地奋战在科研最前沿，将“大海捞针”从传说变为现实。

    哈尔滨工程大学    

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撰文 | 金声

编辑 、责编 | 霍萍

来源 | 《工学周报》

审核 | 吕冬诗  孙大军