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在台风“白海豚”影响期间,海上风力最大达11级,连续多天有9~10级风,浪高达6~7米。然而,从“梦想”号的舷窗向外看,虽然海面白浪翻涌、暴雨如注,但船体晃动却明显小于预期,水瓶、碗盘等小物件稳稳立在桌面上,验证了“梦想”号在恶劣海况下的可靠性和长期作业能力。
“梦想”号夜间作业 张发涛/摄
自动“对冲”风浪的力量
台风外围影响下的海面,狂风掀起涌浪,雨幕横飞,能见度骤降。对于普通科考船,这种海况足以让船体大幅摇晃,甚至需要调整航向避风。然而,在“梦想”号驾驶台却感受不到紧张气氛。
“不是不怕风浪,而是有底气。只要保证船体顶风顶浪、动力充足就问题不大。”船长罗立科说。这份底气,来自“梦想”号的DP-3动力定位系统——目前国际海事组织规定的最高等级动力定位系统。
“梦想”号的DP-3动力定位系统配备6个全回转推进器和1个侧向推进器,这些推进器可360度灵活旋转,产生任意方向的推力,通过自动调节达到动态平衡来抵抗风浪,让船不依赖抛锚也可以稳定在指定位置。当海上产生涌浪,这个动力定位系统就像一位不知疲倦的“平衡大师”,通过实时感知风、浪、流对船体的作用力,指挥推进器产生反向推力,将船“推”回原位。
船舶系统由传感器、控制器和推进器三大部分组成。风速风向仪、运动参考单元等传感器持续采集船体位置、艏向和运动状态;控制器根据数据快速计算所需反向推力;推进器随即执行指令,将船体稳定在设定位置。当一阵强风把船头推向左侧,系统会立即指挥推进器产生向右的推力,抵消风浪影响。这种“自动计算、反向抵消”的过程每秒重复多次,精度以米级甚至亚米级计。
按照国际海事组织规范,DP-3级船舶在出现任何单点故障——包括舱室进水、推进器失效、控制系统故障——的情况下,都能保持船位和作业能力。因此,“梦想”号的动力定位系统在设计和布置上具有高度冗余,有多个独立的舱室、电路和控制通道,确保极端情况下有充足备用。
“稳”,就是不同方向作用力相互抵消后的平衡状态。“这种海况,在别的科考船上会有很多人晕船了,但‘梦想’号的晃动还比较轻微。”船员向记者介绍。
深海钻探的“定海神针”
不过,动力定位对“梦想”号的意义,远不止稳定这么简单。
对于一艘大洋钻探船而言,真正的挑战在于“定住”。深海钻探对位置的精确性要求极高,钻杆从船体向下延伸数千米,直抵海底钻孔,不考虑其他因素,如果上面偏移1度,5000米的钻杆就将偏移80米。同时,一旦超出允许范围,钻杆将承受巨大的弯曲应力,轻则影响取心质量,重则导致钻杆断裂、钻孔报废。此外,深海钻探往往需要连续数天甚至数周保持同一位置作业,长时间暴露在风浪中,对船舶持续稳定能力是严峻考验。
连接钻杆 张发涛/摄
DP-3动力定位系统不仅能够保持船体稳定,而且可以通过智能计算,释放出适当的反推力,并灵活改变方向,克服风、浪、流等外界环境力,使船上的钻杆如“定海神针”一样保持稳定钻探。
除此之外,“梦想”号还配备了“空海一体”的多重位置参考系统,包括空中的GNSS定位系统和海中的超短基线声学定位系统,通过水下机器人在点位附近布设一圈信号源,可以精确确定船舶的定位坐标。
10级大风骤起,“梦想”号瞬间被风推出5米,驾驶台上的多重定位系统立即预警,并调整坐标。在DP-3动力定位系统的配合下,“梦想”号一点点回到目标钻探点位。这就是在恶劣海况下开展深海钻探的装备保障。
传统船舶面对风浪更多靠船体结构和重量抵御外力。而“梦想”号则是“主动稳船”,用智能控制和动力系统消解风浪影响。这种能力的背后,是我国在船舶动力定位、智能电网、深海钻探装备等领域关键核心技术的突破。
对“梦想”号而言,这场风浪是一场不请自来的考试,而它用一瓶没倒的水、一根稳定的钻杆,给出了答案。
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