觀水天一線 行致研之路
——記哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青年教師張磊

□ 宋 潔

張磊

何為國(guó)家強(qiáng)盛之基？唯有科技。何為民族進(jìn)步之魂？也只有創(chuàng)新才稱得上。2017年在慶祝祖國(guó)生日之際，“創(chuàng)科博覽2017”—中華文明與科技創(chuàng)新展在香港舉行，從驚艷亮相的可測(cè)量天體坐標(biāo)、演示天象的渾天儀，到世界首臺(tái)運(yùn)算速度超過(guò)十億億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”，再到中國(guó)首艘航母遼寧艦……這些無(wú)一不是科技飛速發(fā)展的象征，民族創(chuàng)新智慧的體現(xiàn)。

展會(huì)上，還有一件科技創(chuàng)新展品吸引了眾多參會(huì)者的目光，那就是由哈爾濱工程大學(xué)承研的原國(guó)家“863”項(xiàng)目“天行一號(hào)”水面無(wú)人艇模型。而當(dāng)我們?cè)诟袊@“天行一號(hào)”在海洋局、海事局、海警巡邏等多個(gè)領(lǐng)域里的巨大作用時(shí)，其實(shí)更應(yīng)該感謝在它背后默默付出的幕后英雄們。

哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院副教授、水下機(jī)器人技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室水面無(wú)人艇研發(fā)中心主任張磊正是其中一位，2011年從哈爾濱工程大學(xué)博士畢業(yè)到加入水面無(wú)人艇研究團(tuán)隊(duì)以來(lái)，他一直從事海洋無(wú)人航行器設(shè)計(jì)、仿真和控制技術(shù)的研究，承擔(dān)了多個(gè)有關(guān)海洋無(wú)人航行器項(xiàng)目的研究，并帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為推動(dòng)我國(guó)水面無(wú)人航行器的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

傾心海洋 致力“天行”

張磊與海洋無(wú)人航行器的淵源由來(lái)已久。

早在攻讀博士和從事博士后工作期間，他就作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人參與到“某水下機(jī)器人的自主智能控制技術(shù)”和“水面某技術(shù)”項(xiàng)目的研究中，并在原國(guó)防“973”項(xiàng)目“水面某平臺(tái)基礎(chǔ)研究”中，負(fù)責(zé)水面無(wú)人平臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、自主控制和系統(tǒng)仿真等研究。

在原國(guó)防“973”計(jì)劃項(xiàng)目中，張磊以自主控制技術(shù)為切入點(diǎn)，先后經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的外場(chǎng)試驗(yàn)，最終突破了顛簸環(huán)境中無(wú)人滑行艇難以精確控制的問(wèn)題。在海裝“十二五”預(yù)研項(xiàng)目中，他再次沖鋒在前，帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年技術(shù)攻關(guān)，于2013年完成了遙控集成技術(shù)的驗(yàn)收。

2014年，張磊迎來(lái)了與“天行一號(hào)”親密接觸的機(jī)會(huì)，為了這艘目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的水面無(wú)人艇的研制，張磊勇敢擔(dān)起重?fù)?dān)，帶領(lǐng)哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)，與原“973”技術(shù)首席專家蘇玉民教授共同承擔(dān)海洋技術(shù)領(lǐng)域原“863”計(jì)劃課題“遠(yuǎn)程快速無(wú)人艇自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，開(kāi)啟了我國(guó)無(wú)人艇自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制之旅。

為了盡快研制成功具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)人艇自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，張磊與課題組成員集中“火力”，重點(diǎn)攻堅(jiān)，相繼突破了“復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中的自主控制技術(shù)”、“強(qiáng)干擾條件下自主環(huán)境認(rèn)知技術(shù)”和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模塊化集成技術(shù)”等一系列技術(shù)難點(diǎn)。在完成構(gòu)建控制分系統(tǒng)、環(huán)境感知分系統(tǒng)和自主決策分系統(tǒng)后，又完成了“天行一號(hào)”無(wú)人系統(tǒng)部分的集成和調(diào)試工作。

但一路走來(lái)，張磊的攻關(guān)之路并不容易，在進(jìn)行技術(shù)集成時(shí)他就遇到了難題。當(dāng)時(shí)，由于采購(gòu)的進(jìn)口主機(jī)控制接口遭到技術(shù)封鎖，研究狀況一度陷入僵局。但課題組并沒(méi)有坐以待斃，他們一面廣泛搜集資料，努力鉆研，反復(fù)試驗(yàn)；一面又輾轉(zhuǎn)深圳、珠海、廣州、上海、北京等多地，努力與主機(jī)代理商、零部件供應(yīng)商進(jìn)行溝通。在經(jīng)歷了極其煎熬的兩個(gè)月后，這一問(wèn)題終于得到成功解決，實(shí)現(xiàn)了“天行一號(hào)”的自主駕控功能。

3年攻關(guān)期間，整個(gè)團(tuán)隊(duì)常年離家海試，但沒(méi)有一個(gè)人叫苦喊累，他們不厭其煩不辭辛勞地往返于深圳和大連海域，開(kāi)展了大量的海上試驗(yàn)。2017年9月27日—28日，“遠(yuǎn)程快速無(wú)人艇自主監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”在大連旅順新港附近海域順利完成了總體集成并通過(guò)了測(cè)速、加速、慣性、回轉(zhuǎn)、續(xù)航力以及自主航行、高速自主航行、自主危險(xiǎn)規(guī)避等一系列海上驗(yàn)收測(cè)試。成功的那一刻，張磊和團(tuán)隊(duì)成員才終于舒了一口氣。

他們建成的“天行一號(hào)”無(wú)人艇，全長(zhǎng)12.2米，配有油電混合動(dòng)力系統(tǒng)，具有手操、遙控、半自主、全自主4種工作模式，可自主完成海洋水文氣象信息監(jiān)測(cè)、海底地形地貌掃描測(cè)繪、首末端觀測(cè)等多種任務(wù)。值得一提的是，“天行一號(hào)”帶有的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)航跡的高精度跟蹤；環(huán)境認(rèn)知系統(tǒng)也有“秘密武器”，采用了先進(jìn)的目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別算法與實(shí)時(shí)建模技術(shù)相結(jié)合，可對(duì)雷達(dá)、可見(jiàn)光、紅外等多種傳感器獲取的環(huán)境目標(biāo)信息進(jìn)行快速融合處理，并形成對(duì)周?chē)h(huán)境信息的準(zhǔn)確認(rèn)知。

心向團(tuán)隊(duì) 共同進(jìn)退

海試隊(duì)伍

無(wú)論走多遠(yuǎn)，張磊從未忘記自己為什么出發(fā)，多年來(lái)，他始終都堅(jiān)守著初心，不曾放下對(duì)海洋無(wú)人航行器研究的責(zé)任，而之所以能夠在該研究領(lǐng)域里潛心多年，除了難忘的初心，還離不開(kāi)哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)對(duì)他的支持。

博士一畢業(yè)，張磊就留在哈爾濱工程大學(xué)任教，并加入了水面無(wú)人艇研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展與無(wú)人艇相關(guān)的控制技術(shù)的研究工作。從最初只是協(xié)助蘇玉民教授工作，到如今成為該方向的青年學(xué)術(shù)帶頭人，除了在科研上兢兢業(yè)業(yè)，團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，張磊也不甘示弱。

無(wú)人艇研制成功的背后，是張磊與團(tuán)隊(duì)用不懈的努力與堅(jiān)持換來(lái)的。2011年張磊剛加入研究團(tuán)隊(duì)時(shí)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)只有十幾個(gè)人，他帶領(lǐng)著這支十幾個(gè)人的團(tuán)隊(duì)先后輾轉(zhuǎn)威海、葫蘆島、龍鳳山水庫(kù)、青島、深圳、大連等地開(kāi)展外場(chǎng)試驗(yàn)，其中在2016年和2017年分別開(kāi)展了9個(gè)月和8個(gè)月的海上試驗(yàn)。就這樣，在一次次的鍛煉與磨合下，這支歷經(jīng)多年風(fēng)霜雨雪的團(tuán)隊(duì)，在張磊的帶領(lǐng)下成長(zhǎng)為一支以水面無(wú)人艇關(guān)鍵技術(shù)為核心，在海上大展英姿的優(yōu)秀科研隊(duì)伍。

繁重的科研工作之外，張磊還不忘加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)在無(wú)人艇學(xué)術(shù)方向上的建設(shè)與對(duì)外交流。自“十二五”以來(lái)，他已經(jīng)陸續(xù)協(xié)助海軍機(jī)關(guān)撰寫(xiě)了多項(xiàng)與無(wú)人艇技術(shù)相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展路線圖，并積極參與各類(lèi)研討會(huì)，不僅仔細(xì)梳理了技術(shù)譜系和技術(shù)指標(biāo)體系，還對(duì)水下無(wú)人攻防體系進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)劃。

在張磊與團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，無(wú)人艇團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上的影響力逐步提升。2015年，作為國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)被美國(guó)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)協(xié)會(huì)（AUVSI）邀請(qǐng)的單位，哈爾濱工程大學(xué)水下機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)參加Maritime RobotX Challenge（海事機(jī)器人挑戰(zhàn)賽）國(guó)際比賽，并獲贈(zèng)了一艘價(jià)值7萬(wàn)多美元的參賽小艇。據(jù)悉，張磊已經(jīng)組建好比賽隊(duì)伍且完成了參賽作品的集成，目前正在開(kāi)展初步的湖試，計(jì)劃將于今年12月赴夏威夷參賽。與此同時(shí)，張磊還受邀擔(dān)任中國(guó)電子學(xué)會(huì)舉辦的（中國(guó)）無(wú)人船公開(kāi)賽評(píng)委，參與籌辦中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)舉辦的首屆無(wú)人艇挑戰(zhàn)賽以及相關(guān)的論壇會(huì)議工作。

科研征程道阻且長(zhǎng)，張磊正積極地在推進(jìn)無(wú)人艇技術(shù)進(jìn)步與交流的道路上不斷前行，從未懈怠。