“移动海上实验室”到底有多“能”
张宣 杨易臻 摄
张宣 杨易臻 摄
□ 本报记者 张宣 杨频萍 杨易臻
风高浪急的连云港港湾内，1500吨的中尺度试验船静静停泊。走近一看，一根高达10米、直径达1.8米的圆筒在风中急速转动。这是由中国船舶科学研究中心和深海技术科学太湖实验室共同研制的“创智”号试验船，作为国内首艘集成多种船用节能技术的试验船，自6月16日抵达连云港以来，已在连云港附近海域开展了近4个月的科研试验。
“创智”号不仅是一艘试验船，更是一个集创新节能技术、智能航行系统、远程驾控技术于一体的高科技平台。未来，越来越多的科研成果将从这艘小船驶向辽阔大海。近日，记者登上“创智”号近距离感受，探秘这座“移动海上实验室”的科技亮点。
节能——
能“乘风”可“踏浪”，
首创绿色节能新技术
“创智”号总长55米，型宽10米，型深5米，排水量约1500吨，由中国船舶科学研究中心和太湖实验室共同投入建设，蓬莱中柏京鲁船业有限公司建造，可用于船舶创新节能技术的应用验证、船舶基础水动力性能的研究。
登上船身，首先映入眼帘的是一根大圆筒在“乘风”转动。“这个大圆筒其实是风力助推转子，它的工作原理类似于帆船，通过电机驱动转筒旋转，利用逆风侧气压增大和顺风侧气压降低产生的升力，为船舶提供推进力。”中国船舶科学研究中心研究员陈京普介绍说，这个转子利用海上的风能为船舶航行提供一定助推力，面对中国船舶工业节能降碳，更加有市场竞争力。
而能够“踏浪”节能的，是船底的气层减阻技术。“利用空气与水在密度和枯性上的巨大差异，通过一套特殊设计的气层减阻系统，向船底喷入适当气体，在船底形成并保持薄气层，将船底与水有效分离，减少船舶航行中的湿表面积，显著降低船底摩擦阻力。”陈京普补充道，经过多次测试统计，在三级风况时，借助风力助推转子和气层减阻技术，可以为船舶节省7%的能量，并提升约0.3节的平均航速，“这就是绿色航运所需要的新技术”。据悉，新技术装备已在“长航洋山2”轮和“凯辉”轮上运行，将逐步推广。
此外，船在动力输出部分还使用了消涡鳍。陈京普拿出“创智”号制造时拍到的螺旋桨照片告诉记者，通过在螺旋桨后方安装带有鳍叶的新型桨帽，能够有效降低螺旋桨毂涡能量损失，结构简单、重量轻、安装方便、安全实用。无论在新船还是旧船上安装，均可收获2%—5%的节能效果。
与传统动力形式船不同，“创智”号试验船还配置3台200千瓦发电机组。在工作时，这3台发电机组可以驱动1台450千瓦的双绕组推进电机，采用一体化高效全电力推进系统，并借助风力助推转子、气层减阻等多种创新节能装置驱动船舶高效航行。
智能——
粒子测速智能航行，
引领智能化发展新趋势
海试的这几个月，“创智”号先后完成了实船流场PIV测量、自主航行功能测试验证、创新节能组合应用等多项科研试验，其中实船流场PIV测量、转子与气层组合应用实船试验均为国内首次。
什么是PIV测量？陈京普解释，PIV测量是一种智能粒子图像测速技术，这在国内实船试验中是首次应用，为船舶基础水动力性能研究提供了一个全新的基础平台。
在尾部舵机舱，记者看到了船内部设置了PIV测量试验观察舱。“通过水下拍摄设施，把水流流动方向变成可视化的线，精准描绘水流流向。”陈京普说，这一精心设计的科研空间可用于船舶基础水动力性能的研究，涵盖实船流场精细测量、气层流态观测等前沿领域。而试验获取的数据为船舶水动力节能装置设计、尺度效应影响研究、创新节能装置集成应用等提供了宝贵的数据支撑，将促进绿色智能技术实船试验考核标准的制定。
此外，“创智”号的尾部特别设计了大型玻璃窗。“开这个玻璃窗，难度非常大！”陈京普回忆，因为安全原因，每开一个窗子，都要通过船级社的考察评估和许可。经过多次改进，这个透明的玻璃窗，为水动力性能研究提供了一个直观的窗口，它使得研究人员能够直接观测尾部流场，包括流场空泡等现象，有助于科研人员深入研究船型设计、提升船舶快速性能。
如今，汽车已进入智能驾驶时代，船舶也不例外。在智能航行系统方面，“创智”号同样展现出卓越的性能。“‘创智’号全身上下有成百上千个监测传感器，相关的数据都汇总到了驾驶室当中。”陈京普说，这些传感器，充当船员的眼睛和耳朵，感知周边环境的变化。智能航行系统还能够根据实际海况自适应调整转筒的转速和旋转方向，实现船舶的智能控制。同时，“创智”号还配备了先进的感知避碰系统，确保在复杂海况下的航行安全。
“我们还构建了智能远程控制驾驶实验室，实现远程控制这条船，可以开动螺旋桨，开动大舵，可以在航线上航行，这些远程航线的试验都正在进行中。”陈京普说。“创智”号的无人驾驶技术支撑包括雷达、视觉感知系统和自动识别系统（AIS）等多种信息的融合，这些技术的结合使得船舶能够对周边障碍物进行准确感知和识别，从而实现自主航线规划和目的地到达。目前，船舶智能驾驶的研究正在推进，未来能在复杂的水域和恶劣的海况实现自主航行、自主感知。
全能——
彰显国产船舶自主创新，
为科研提供实验平台
除了节能和智能，“创智”号试验船还很全能，船上的动力系统，包括发电机、推进电机等核心部件，均采用了国产化设备。这些设备的应用彰显了我国在船舶制造领域的自主创新能力，为国产化设备提供了宝贵的实践检验机会。
“创智”号不仅为全船国产化设备的集成联调、算法应用提供综合验证平台，也为高校及科研机构提供了难得的实验平台。陈京普介绍，目前高校很多先进的理念和技术研究还停留在实验室层面，在真实的环境下进行实际测试和验证能更快地推动研究成果的迅速转化，“比方说高校一些智能算法过去都在仿真系统里进行调试，如今他们的一些先进算法能够迅速移植到实船平台上，在真实的海洋环境下进行实船检验。”
在具体的智能算法实验中，“创智”号主要提供全数字化的数据底座，可通过集成船上的各种设备，如雷达、电子海图、自动识别系统（AIS）以及气象水文设备等，打破传统船舶中的数据孤岛现象。这种集成化的系统设计，使得船上的信息流和控制流畅通无阻，像中央“大脑”一样为船舶的操作控制提供智能支持，从而更好地辅助实验。
海上“移动实验室”的技术支撑，是位于无锡市滨湖区的中国船舶科学研究中心和太湖实验室。陈京普介绍，太湖实验室与太湖实验室连云港中心以系列试验平台为创新载体，打造从连云港出发的高能级海上移动试验设施群，为海洋装备领域的基础研究与应用研究提供强大技术支撑，持续通过原始创新和应用创新推动船舶配套等传统产业焕发新质生产力，推动深海装备等未来产业加快形成新质生产力。目前，“创智”号已与知名高校开展合作，共同推动智能船舶技术的发展。
“创智”号试验船的科研试验也是中国迈向海洋强国战略的重要一步。“未来，连云港中心将加快建成深远海绿色智能技术试验船，完成‘创智’号系列科研试验，启动海边试验与保障基地规划建设等，集中力量推进省重大科技基础设施预研，同时争取承担更多国家重大科研任务，加大科技创新和成果转移转化，扎实推动科技创新和产业创新深度融合，因地制宜发展海洋新质生产力。”太湖实验室连云港中心相关负责人表示。
“创智”号为船舶的智慧航行、远程驾驶和节能行驶提供了试验和验证平台，而更大更先进的深远海绿色智能技术试验船正在酝酿中。陈京普透露，深远海绿色智能技术试验船相比“创智”号船舶吨位更大、功能更广、试验能力更强，该船设计充分考虑舱室空间、甲板面积、设备接口的冗余和模块化设计，可实现船舶绿色智能设备的便捷加/换装和动态测试功能，充分考核装备在实际海洋环境、实船应用工况下的性能、功能、效能及可靠性。该船已于5月10日出坞下水，正在开展码头舾装，计划2025年初交付。