不一樣的大洋鉆探船

智慧大腦讓“夢(mèng)想”號(hào)更智能

深海鉆探船被稱(chēng)為海洋科技“航母”。2017年底，“夢(mèng)想”號(hào)建設(shè)項(xiàng)目獲批，中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心承擔(dān)綜合信息系統(tǒng)及智能船舶系統(tǒng)的研制工作。該中心有“戰(zhàn)艦搖籃”之稱(chēng)，24年來(lái)已牽頭設(shè)計(jì)了“大洋一號(hào)”等10多艘科考船。即便如此，面對(duì)“夢(mèng)想”號(hào)這個(gè)大塊頭，團(tuán)隊(duì)仍要迎戰(zhàn)一個(gè)個(gè)技術(shù)上的無(wú)人區(qū)。

在“夢(mèng)想”號(hào)項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師王興眾的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)成員走訪參與科學(xué)鉆探和地質(zhì)調(diào)查的科學(xué)家，整理分析科研鉆探船的作業(yè)系統(tǒng)……經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，可行性研究報(bào)告得到各方認(rèn)可。就在大家準(zhǔn)備大干一場(chǎng)時(shí)，意想不到的事情發(fā)生了：某國(guó)外廠商突然提出拒絕合作。

“關(guān)鍵核心技術(shù)討不來(lái)，必須靠自己。”團(tuán)隊(duì)全體成員下定決心：不蒸饅頭爭(zhēng)口氣，中國(guó)的“夢(mèng)想”號(hào)，中國(guó)人自己建。時(shí)間緊、難度大，團(tuán)隊(duì)成員不分晝夜地工作。經(jīng)過(guò)一年多艱苦攻關(guān)，他們編制完成了綜合信息系統(tǒng)的256份技術(shù)圖紙，多項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)科考船中屬首次應(yīng)用，打破了外國(guó)的技術(shù)封鎖。

此后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)協(xié)助建造方，把藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，讓“夢(mèng)想”號(hào)擁有全球規(guī)模最大、最先進(jìn)的科考船綜合信息系統(tǒng)。這個(gè)綜合信息系統(tǒng)有13個(gè)子系統(tǒng)、1 000多個(gè)終端，覆蓋全船20 000多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)采、監(jiān)測(cè)、管理等高度智能化和自動(dòng)化。

“深海巖心從鉆探到傳輸實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)，科學(xué)家能更便捷地開(kāi)展研究。”團(tuán)隊(duì)成員陳曦介紹，“這就好比魚(yú)蝦從海里捕撈上來(lái)后，一部分直接加工處理，剩下的放冰柜里儲(chǔ)藏保鮮，這一過(guò)程全部由系統(tǒng)操控完成。”

為了確保船員和設(shè)備安全，“夢(mèng)想”號(hào)配備了智能安全管控系統(tǒng)，整船布置了167個(gè)攝像頭，密切監(jiān)控著每一個(gè)角落。船上還配備了智能穿戴設(shè)備與體檢儀器，能夠?qū)崟r(shí)了解船員動(dòng)態(tài)位置，并獲取人體相關(guān)健康信息。如果出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，船員可以立即采取措施，避免更嚴(yán)重的情況發(fā)生。此外，綜合調(diào)度系統(tǒng)還將指揮和通信結(jié)合，讓船員之間的溝通更高效，確保作業(yè)的順利進(jìn)行。

三級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)讓“夢(mèng)想”號(hào)更平穩(wěn)

“夢(mèng)想”號(hào)可以在6級(jí)海況下正常作業(yè)、16級(jí)臺(tái)風(fēng)下安全生存。“夢(mèng)想”號(hào)能如此平穩(wěn)，主要是基于該船配備的三級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)（DP-3）。

動(dòng)力定位系統(tǒng)因其不依賴(lài)拋錨或系纜、部署和撤離迅速、對(duì)水深不敏感等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在深海油氣開(kāi)發(fā)、潛水作業(yè)、海底管道和電纜敷設(shè)及科學(xué)考察等方面。它的工作原理是，計(jì)算機(jī)通過(guò)控制推進(jìn)器的推力大小和方向，以對(duì)抗由風(fēng)、浪、流等造成的外部作用力，從而使船體位置和船頭朝向保持不變，保證船體穩(wěn)穩(wěn)地保持在同一個(gè)定位。

在“夢(mèng)想”p5hvfkMfoMslcqN7PN+FHfU8HhJx2WBhMVTJhZUeTMs=號(hào)上，動(dòng)力定位控制系統(tǒng)中的傳感器、位置參考系統(tǒng)和控制器均采用冗余設(shè)計(jì)，動(dòng)力和輔助系統(tǒng)分布在3個(gè)防火分隔區(qū)域。“這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是，任何單個(gè)艙室的動(dòng)力系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，其他艙室的依然能發(fā)揮作用，這就是三級(jí)動(dòng)力定位系統(tǒng)。”廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局盛利介紹說(shuō)。

精確的位置測(cè)量是動(dòng)力定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)。“夢(mèng)想”號(hào)安裝了6套位置參考系統(tǒng)，分別基于衛(wèi)星和聲吶等兩類(lèi)不同的工作原理，包括3套差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、1套北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)、2套超短基線聲吶定位系統(tǒng)。所有系統(tǒng)的位置測(cè)量精度都達(dá)到分米級(jí)別，并不受作業(yè)區(qū)域的影響，任何一套位置參考系統(tǒng)都能滿(mǎn)足定位要求，大大提升了動(dòng)力定位系統(tǒng)的可靠性。

動(dòng)力定位系統(tǒng)用的電從哪里來(lái)？盛利說(shuō)，“夢(mèng)想”號(hào)安裝了7臺(tái)推進(jìn)器，采用全電力驅(qū)動(dòng)，為動(dòng)力定位系統(tǒng)提供動(dòng)力。為了保障電力供給的穩(wěn)定，“夢(mèng)想”號(hào)采用了閉環(huán)電網(wǎng)技術(shù)，即將多個(gè)中壓配電板首尾互聯(lián)，形成一個(gè)環(huán)形的供電網(wǎng)絡(luò)。

與傳統(tǒng)的分段電網(wǎng)相比，閉環(huán)電網(wǎng)可減少運(yùn)行發(fā)電機(jī)的數(shù)量，提高發(fā)電機(jī)效率，還能縮短發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低維護(hù)成本。此外，閉環(huán)電網(wǎng)還具有容量大、抗沖擊能力強(qiáng)、可靠性高、使用靈活的特點(diǎn)。然而，閉環(huán)電網(wǎng)中可能會(huì)出現(xiàn)的短路、接地和發(fā)電機(jī)故障等問(wèn)題，將影響其他配電板和發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。為了避免上述情況發(fā)生，“夢(mèng)想”號(hào)閉環(huán)電網(wǎng)采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)和高級(jí)發(fā)電機(jī)保護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)故障點(diǎn)的精準(zhǔn)判斷和快速切除。

專(zhuān)家表示，目前，閉環(huán)電網(wǎng)技術(shù)在船舶的應(yīng)用并不多，主要應(yīng)用于深水鉆井平臺(tái)或者鉆井船等發(fā)電機(jī)裝機(jī)數(shù)量較多的工程船舶。“夢(mèng)想”號(hào)的閉環(huán)電網(wǎng)也已完成實(shí)船接地和短路實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)中國(guó)船級(jí)社和挪威船級(jí)社的驗(yàn)收，在我國(guó)鉆探船中尚屬首例。