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“奋斗者”号身上的“黑科技”

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“奋斗者”号身上的“黑科技”



那个在海底下潜10909米的“奋斗者”回来了 。
11月28日，“奋斗者”号载人潜水器深海试验返航仪式在海南三亚举行 。 这位凯旋的“奋斗者”受到了热烈欢迎 。
“奋斗者”号怎么这么牛气，能够“一口气”下潜到海底10000多米？它到底穿着什么样的装备，才能不惧海底高压、高腐蚀的极端环境？在深潜地球最深处时，3位潜航员还向全国观众分享了他们的心情，又是怎样做到的？
下面，我们就来扒一扒“奋斗者”号的那些“高精尖”技术装备 。
它有聪明的大脑和一双灵活的手
说起这位“奋斗者”，就不得不谈它的控制系统，也就是它的“大脑” 。 “奋斗者”号的“大脑”由中国科学院沈阳自动化研究所精心打造 。
深海一片漆黑，地形环境高度复杂，“奋斗者”号的“大脑”必须实现高精度航行控制，不然就可能有“触礁”风险 。
为此，研究人员克服了深渊复杂环境下大惯量载体多自由度航行操控、系统安全可靠运行等技术难题，“奋斗者”号的“指挥中心”实现了在线智能故障诊断、基于在线控制分配的容错控制以及海底自主避碰等功能，提高了潜水器的“智商”和安全性 。
“同时，我们设计的神经网络优化算法，能够让‘奋斗者’号在海底自动匹配地形巡航、定点航行以及悬停定位 。 其中，水平面和垂直面航行控制性能指标，达到国际先进水平 。 ”中国科学院沈阳自动化研究所研究员、“奋斗者”号副总设计师赵洋说 。
同时，研究人员还为“奋斗者”号装上了一双高度灵活有力的“手” 。
“潜水器使用了我们研发的两套主从伺服液压机械手开展万米作业，每套手有7个关节，可实现6自由度运动控制，持重能力超过60公斤，能够覆盖采样篮及前部作业区域，具有强大的作业能力 。 ”中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究室副主任张奇峰说 。
这双手在深渊海底顺利完成了岩石、生物抓取及沉积物取样器操作等精准作业任务，填补了我国应用全海深液压机械手开展万米作业的空白 。
身披战甲“钛”厉害
这位“奋斗者”之所以能够不惧海底高压、高腐蚀的极端环境，是因为它的战甲“钛”厉害 。
载人舱是全海深载人潜水器的核心关键部件，是人类进入万米深海的硬件保障和安全屏障，标志着一个国家载人潜水器的技术水平 。 “奋斗者”号的载人舱球形外壳由中国科学院金属研究所牵头研制 。
研究团队解决了若干钛合金基础科学问题，攻克了载人舱材料、成形、焊接等一系列关键技术瓶颈 。
“我们独创的新型钛合金材料Ti62A成功解决了载人舱材料所面临的强度、韧性和可焊性等难题 。 ”中国科学院金属研究所研究员、全海深载人潜水器载人舱项目负责人杨锐说 。
以往深潜器主要使用Ti64材料，在万米海深的极端压力条件下，按照载人舱的目标尺寸和厚度要求，这种材料在强度、韧性等指标上目前已不能达标 。
为此，“我们首次提出一种新型的合金设计方案，并据此设计实现了一种全新的钛合金显微结构，在此基础上发明了具有良好热加工成形和焊接成形性能的钛合金Ti62A，在韧性和可焊性与Ti64合金相当的前提下大幅度提升了强度，从而成功解决了载人舱球壳的材料难题 。 ”杨锐说 。
事实上，钛合金材料存在固有的尺寸效应，即尺寸和厚度越大，其均匀性和力学性能的稳定性就越难保证 。 但这又是其应用于深海极端高压环境必须跨越的障碍 。

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