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为“国之重器”上天入海提供“核心密码”

上海交大为海上作业供现场数据监测

中国科学报·科学网报道 “上天入海”既是令全球瞩目的“重大工程”,也是该行业领域的“关键突破”。

近日,随着一股浓烟直冲云霄,长征十一号运载火箭从2.5万吨的“泰瑞号”驳船上腾空而起,以“一箭五星”的方式成功将五颗卫星送入预定轨道;而长302米,重达3万多吨的亚洲最大导管架“海基一号”在陆丰油田海域滑移下水,创造了深水导管架下水的亚洲新纪录。

在海上火箭发射和导管架安装工程最为惊心动魄的环节,上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程团队为这些上天入海的“国之重器”,提供了海上作业现场数据监测,助力我国掌握海上火箭发射船海上作业和深水导管架下水过程的“核心密码”。

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团队成员工作中          交大海洋工程团队供图

助力“一箭五星”发射成功

4月30日11时30分,在我国海域,随着一股浓烟直冲云霄,长征十一号运载火箭从2.5万吨级的“泰瑞号”发射船上腾空而起,以“一箭五星”的方式成功地将五颗卫星送入预定轨道。

交大海洋工程团队在本次海上发射任务中,完成了含阵风9级恶劣海况下的全过程的发射现场数据监测工作。与陆基发射相比,在海洋环境作用下,海上发射平台始终处于随机摇动状态。如何降低平台运动对火箭起飞的影响,选择合适的发射窗口,是海上火箭发射需要解决的重要难题之一。交大海洋工程团队作为山东省重点研发计划项目海上火箭发射与回收项目的参研单位,开展发射与回收船运动响应极短期预报理论与方法、发射现场监测与模型试验等方面的研究,为海上发射过程监控,科学决策提供了强有力的数据支撑。

在此之前,我国分别于2019年6月和2020年9月,通过长征十一号火箭完成了国内首次海上发射及首次商业发射任务,交大海洋工程团队均参与发射过程,基于多次海上实测积累的宝贵数据,团队还将负责研发发射平台运动实时快速预报系统,进一步提高海上火箭发射稳定性。

首获超深导管架下水轨迹实测数据

“海基一号”超深水导管架由中海油深圳分公司建造,对推动我国海上油气增储上产、保障国家能源安全具有重要战略意义。这个“大家伙”长302米,重达3万多吨,水上部分伸出驳船舷外80多米,入水时长不到1分钟。要想在这么短的时间内,完成滑移下水的全部数据监测和回收,难度不小。

从今年1月初接到“海基一号”导管架下水动态过程监测任务起,交大海洋工程团队的实测成员就开始忙碌起来。为了获取最精确的数据,他们不仅要监测巨大的导管架本身,还需要同时对下水驳船的位置、姿态等进行监测,还原实际滑移下水全部过程。

“我们开发了自容式运动采集仓和结构应力滑移监测系统,实现了对导管架和驳船姿态、导管架关键结构动态载荷的完整测量。”项目负责人李欣研究员介绍说,“为保障高精度卫星定位信号对整个下水过程信息的完整监控,监测系统需要贯穿整个302米长的导管架。我们解决了长距离GPS监测信号传输难题,同时保证了整个系统具备高可靠性,保证了数据监测的精度。”

面对复杂的海上作业环境,团队设计了多源信息校验和互备份的综合监测方案,确保监测方案的可靠性和监测结果的可信度,还开发了无人化、远程化的监测技术,实现了岸上远程调试-海上设备快速启动的联动模式。随着所有监测设备的成功收回,实测任务获得圆满成功。这是我国首次获得300米级超深导管架下水轨迹的实测数据,标志着我国掌握了深水导管架下水过程数值分析的“核心密码”。

随着我国深水开发进程的不断推进,更深更大的导管架已经开建。宝贵的实测数据也将为更深水导管架平台的创新设计、安全运维和设计软件验证提供坚实的数据支撑。

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海上作业          交大海洋工程团队供图

给海上“巨无霸”装上“眼睛”

无论是重量超2万吨、高60多米的世界最大、亚洲首个海上柔性直流换流站的安装,还是把精准的海上作业引导系统安装到总长超200米、载重量5万吨的半潜船上,交大海洋工程团队的每次任务都是和复杂多变的海洋环境打交道,拿到一手实测数据,给海上“巨无霸”装上一双“眼睛”。

从2012年交大海洋工程团队第一次着手研究海上安装作业监测技术,并成功完成当时我国最大海上气田“荔湾3-1”的导管架下水和浮托安装工程,迄今刚好十年时间。团队成员也不断更迭成长,很多当时的稚嫩的面孔已经变成今日团队的中坚力量。

这支队伍不仅得到国内同行认可,还多次走出国门,在国际舞台上大展身手。2017年,交大海洋工程团队与中远海运特运等单位合作,在马来西亚海域连续完成两个动力定位浮托安装实测项目,将长达216米、宽达43米的五万吨级半潜船准确驶入两侧间隙只有几厘米的导管架,难度堪比“天宫号”对接。2018年,团队再次与中远海运特运合作在中东波斯湾和德国北海海域连续完成了六个海上浮托安装工程,其中德国海域的安装的BorWin3项目是世界上最大的海上风场换流站,获得了国内外同行的高度评价。

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