一望无际的海洋约占地球表面积71%,然而迄今为止,人类仍对沉默的深海世界知之甚少。作为拥有漫长海岸线和丰富海岸带资源的海洋大国,我国坚持“海洋强国”战略,努力“把装备制造牢牢抓在自己手里”,推动海洋科技实现高水平自立自强。

在上海,也有一群兢兢业业的科研攻关人员,焚膏继晷研发满足我国深海资源开发所需的关键装备。近日,因挑战深海作业前沿领域,开拓了专业深海重型机器人作业技术和装备方向,上海中车艾森迪海洋装备有限公司总工程师张定华荣获首次“上海杰出工程师”评选荣誉。


从追赶到领跑

从牵引供电、电力变换到深海机器人领域,张定华都取得了不俗成绩。他从事的研究方向是“电力变换与品质控制技术”,听起来似乎离普通人生活很遥远。“其实小到手机充电,大到高压输配电,几乎只要有用电节能的地方,就会有这类技术的身影。”张定华解释,他的工作主要是结合电力电子技术,将电能的使用、传输和存储变得可控,达到绿色、高效使用电能的目标。

电力变换水平与功率半导体的发展相辅相成。“一代器件决定一代装置,一代装置决定一代应用”,这是业内公认的规律。张定华介绍,我国的电力变换技术水平发展大致经历三个阶段:大约2005年之前,主要学习西方技术;2005-2010年,将先进技术与国内的应用需求相结合并推广应用,整流逆变技术已经成熟;2010-2015年,大规模推广至输电、用电、配电和储能环节,诞生了多类型电力变换及电能质量治理装置,例如功率融通、无功补偿、谐波治理、同相供电等等。

“我认为2015年以后,中国在电力变换与品质控制方向已经实现领跑,目前该领域内全球最优秀的人才以华人为主,主要的产品研制也以中国为主。”张定华说,正是在2015年,时为株洲中车时代电气股份有限公司高级工程师的他,将工作方向从陆地转向深海。因为当时陆地变流技术已成熟,电力变换技术需要寻找新的空间,找到新的应用场景。

为了学习前沿技术,张定华不远万里前往英国,进入世界最顶尖的机器人公司,了解深海作业领域的需求,论证了将电力变换及电控技术应用在深海作业装备上的可行性。2018年,张定华学成归国,加盟上海中车艾迪森海洋装备有限公司,一头扎进了深海作业机器人研发领域,并晋升为总工程师。

几年来,他解决了该领域多个卡脖子技术和产品开发,及时突破欧美对我国深海装备禁运的困境,并获得我国近年深海作业公开市场几乎所有订单,得到客户和同行的认可。其公司也荣获多项荣誉,成长为国内深海重型机器人领域独角兽。


揭开深海面纱

通常,1000米以下水深的海域就被定义为深海,越深水下压强越大。300米是饱和潜水员和大多数潜艇能到达的极限深度。海平面一千米以下,高压、黑暗、寒冷、强腐、地形复杂,几乎所有水下作业都需要深海机器人大显身手。深海机器人作为进行深海开发的必要利器,参与打捞抢险、海底矿产开发、布设和维护海底跨洋光缆等工作,帮助人类揭开深海神秘的面纱。

应用于深海机器人的电力变换装置,需要承受随水深不断变化的高压强环境,移动应用小型化、高功率密度程度是影响性能和系统成本的关键。“这个领域没有专业器件,也没有深海用制造标准,普通器件不能直接承受高压强,用钛合金、铝合金等承压舱,又会增加过多重量,这对移动作业的机器来说是致命的。”张定华起初想到用树脂作为填充剂,但实际操作中发现树脂很难注满,产品容易产生裂纹,试验十几次都无法令人满意。

“既然选择这个领域,就应该挑战自我、勇往直前。”张定华激励自我,鼓励团队,他们翻阅浩如烟海的资料,结合公司在变流行业的积累,发现一种90年代铁路行业研制的油冷变流器这个老技术也许能解决新问题:给电力变换装置加一层普通外壳腔体,腔体内注满液体油,通过器件封装壳体面打孔形成自由油路,再完全浸没在绝缘油中,结合压力补偿器的工作使得油跟随深水压力变化自由进出,平衡腔体内油和外部环境的压强。同时油的自沸流动能带走热量,还能提供很好的耐压绝缘。

经过不断试验,电力变换装置终于能成功在6000米的深度使用,并应用在水下推进器的驱动、灯控器、水下直流组网等场合,使得机器人的用能效率提高20%。


有辛苦有幸福

科研攻关离不开个人的奇思妙想,更离不开团队的精诚协作。短短四年,张定华带领的工程团队已经从数人发展到五十多人。他的团队成员以90后为主,他们刚从象牙塔步入社会,张定华在其中更像一个系统设计师,挖掘每一个年轻人的特长爱好,给他们安排细化任务方向。他说:“我相信工程创意不是源于压力,是源于内心的热爱。”

出生于湖南的张定华,2016年以前读书、工作都未曾离开湖南。2019年作为引进人才扎根临港后,他发现临港“高速发展、活力满满,政府高效亲民,支持政策层出不穷,有利于新兴产业发展。”而且环境优美、空气新鲜,很适合科研人员居住。

张定华戏言,自己的工作“比较耗头发”,有反复试验的艰难、枯燥,有出海工作的寂寞、辛苦,但也有通过技术解决应用难题的满满成就感,更有解决用户痛点后的自豪感。“其实每个城市、在每个细分领域,都有一群默默奉献的工程师,他们围绕客户的痛点、既有装备的短板和缺失,结合科学家们的先进理论,研制出一代代新型的装备,助推国家进步和人民生活改善,我希望全社会能提高对工程师这个职业的认可程度。”

展望未来,张定华希望政府为不同行业的工程师搭建更多跨界交流平台,颁布更多实用政策来引导快捷联合立项,激励跨行业企业在特种细分领域引起共鸣,快速补齐短板,为海洋强国建设进入“开发阶段”把好装备可控关。他也表示,公司大龄单身青年较多,盼望联谊活动早进企业。