近日，我國首艘深遠海綠色智能技術試驗船“未來”號，結束為期16天的特裝設備實海試驗及深遠海科考試驗后，抵達上海。這是自今年7月交付以來，“未來”號開展的首次深遠海試驗。
歷時6年科研攻關和設計制造的“未來”號，是一座集中試、科研、保障于一體的“移動的海上實驗室”。中國船舶集團有限公司七〇二所所長、深海技術科學太湖實驗室執行主任、“未來”號建設項目總指揮葉聰細數其全能性：“它既能開展新型綠色智能技術試驗，又可提供深海裝備應用與試驗支持，還能助力科學家開展深遠海洋調查。”
6年來，深海技術科學太湖實驗室及其連云港中心，聯合中船集團旗下十余家單位集智攻關，突破動力系統、科考支撐系統、動態測試系統中的多項關鍵核心技術，為我國海洋科技自主創新注入強勁動力。
“‘未來’號將努力打通船海裝備技術從科研成果到產業應用的梗阻，為我國船舶工業和深海科技高質量發展構筑新支點。”葉聰說。
穩定輸出的綠色“心臟”
“‘未來’號開展多項作業的同時，又要為大量精密測試設備供電，因此，它的‘心臟’必須強勁可靠、綠色智能。”深海技術科學太湖實驗室連云港中心主任張海華表示。
“未來”號配備4臺主柴油發電機、6臺推進器，動力十足。“但挑戰在于，海上定位作業時所需動力較小。若動力系統全開，油耗會很大，既不經濟也不環保。”中船集團七一一所動裝部系統集成副主任、“未來”號動力系統現場負責人周瑜介紹，為讓“未來”號能根據作業需求“量力而行”，團隊采用多相整流和變速發電技術，試圖使電流輸出更穩定，讓發動機根據用電需求調節轉速和輸出功率。
然而，這些技術在最初的系泊試驗中，給了團隊一記重挫：4臺發電機并車時出現功率振蕩，導致發電不穩定。
“當時，我們幾乎訪遍船舶電力系統技術專家，卻始終找不到解決方法。”周瑜猶記得那時的緊張與焦慮：距離船舶交付僅剩三四個月。
那段時間，船廠碼頭的集裝箱成了會議室。每天清晨，大家圍坐在集裝箱里制定試驗方案，隨后鉆進在建船艙，在刺耳的噪聲中，蹲在儀器前進行測試。晚上七八點鐘，大家再回到集裝箱里復盤，梳理線索。
就這樣，大家反復調整參數，歷經上百次并車試驗和多輪技術評審論證，終于找到癥結所在。
“問題在于動力系統設備的性能不匹配。我們迅速優化核心零部件和參數，更換發電機電纜，重新布置濾波器和冷卻管路，并測試電力系統性能。”周瑜和同事們在一個個不眠之夜中“闖關”，最終迎來曙光。
今年4月，動力電力系統重新進行系泊試驗。隨著發電機組并車功率穩步上升并最終穩定在額定負荷，集控室里響起了熱烈的歡呼和掌聲。
周瑜給記者算了一筆賬：“依靠這套技術，發電機每年可節油456噸，減少碳排放約1420噸，這相當于560輛小汽車一年的排放量。”
無懼風浪的“水下電梯”
在“未來”號中央，有一個下挖的“水池”貫穿甲板、直通海洋，名曰月池。
“未來會有更多像‘蛟龍’號、‘奮斗者’號這樣的潛器。”葉聰表示，潛器入海需要作業平臺支撐，“未來”號的一大使命就是為深海裝備作業提供保障。
月池便是深海裝備入海的重要“門戶”。“深海裝備通過月池布放到海洋里作業，能減少大風大浪等惡劣海況的影響。科研人員操作裝備進行水下觀測、采樣和特種作業也會更高效。”“未來”號監造組組長劉楊告訴記者。
月池雖打造了一片“舒適區”，但挑戰在于如何讓潛器通過它平穩入海。最初，6家單位的二三十位科研人員集中研討，卻始終沒有商量出理想方案。
經過十幾輪討論，有人提出大膽想法：能不能把潛器固定在作業艙里，從月池前蓋板上鋪設軌道，連接作業艙的抱緊裝置，讓潛器像坐電梯一樣，沿著軌道直達船底？
這個主意讓大家眼前一亮，但能否落地，還需精密驗證。團隊立即設計圖紙，并進行數據建模和預演。方案初步通過后，很快又遇到難題：“軌道和抱緊裝置的結構強度，是按承載最大體積、重量的深海裝備設計的，而有些深海裝備重心偏離作業艙中心，這給軌道和船體結構帶來安全隱患。”劉楊說。
此后三四個月，團隊在不增重的前提下，不斷改進月池提升系統、蓋板、軌道和抱緊裝置方案，加固月池結構，為其“強筋健骨”。
作業艙要沿相向的兩條軌道下滑，軌道需平行、順直。“我們不斷論證、測試，后來決定在月池艙壁和軌道之間加不銹鋼墊板，并每隔500毫米用一道焊縫固定。”中船澄西船舶修造有限公司正高級工程師魏崇華說。
施工團隊反復打磨工藝，最終將兩根軌道的平直精度誤差控制在1毫米內，讓作業艙能順暢無阻地直通海底。
智能裝備的“全真考場”
作為中試驗證平臺，“未來”號將“考場”設在了深海。大大小小的設備、器件和系統，只有經受住“深海考場”風浪的考驗，才能“上崗”。
“我們在船上設置了8000多個數據采集點，以監測設備狀態、感知周邊環境變化。”“未來”號動態測試系統研發工程師姚鳳翔和團隊在為全船布下這些“耳目”的同時，挑戰也隨之而來：如何為不同廠家、不同功能的智能設備與系統，建立一套科學、合理且高效的實船測試驗證方法？
“我們一邊梳理國際標準化組織、國際電工委員會制定的技術規范以及各大船級社的要求，一邊與設備廠商及研制單位逐一明確各類智能設備的功能邊界、性能指標和測試需求，隨后制定測試方案，建立評價指標體系。”姚鳳翔說。
在這一過程中，他們遇到不少困難。“如何高效采集被測設備、系統的運行數據是核心挑戰，而自主航行系統的實時決策日志、智能操舵系統的操控指令、導航雷達的目標信息等數據，數據流格式不同、頻率不一，傳統數據采集方法根本無法應對。”姚鳳翔回憶，團隊在船廠待了四五個月，一邊調試設備，一邊提高數據采集和分析效率。
“經過反復調研和論證，我們開發了分布式智能數據采集架構，實現了多源異構數據的實時同步采集。”姚鳳翔解釋道，他們還為每個任務打上“時間標簽”——通過時間搜索，就能定位到每個任務關聯的設備數據信息。
目前，動態測試系統可實現全船數據的采集、存儲、計算、管理和應用，以及船岸數據的互聯互通，可以對多種智能設備與系統進行測試驗證與分析評估。
“下一步，‘未來’號將繼續開展智能中速機、智能操舵裝置、導航雷達等被測設備系統的中試，并為相關產品迭代升級提供數據支撐，助力船舶行業智能化升級和綠色化發展。”張海華說。
