空中漫步 透视地球

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  河南省桐柏县位于大别山成矿带,是金属和多金属矿产有利成矿区。但当地的地形复杂,山体上植被茂盛,地面勘查十分困难。2011年底,某大学的师生四人来这里开展地面勘查工作,每隔150米设置一个探测点,结果两天才探测了4个点,总共不到0.6公里。而对我国研制成功的第一套直升机时间域航空电磁勘查系统来说,如果天气条件允许,完成同样的任务一天就能探测300公里,极大地提高了找矿速度。
  航空电磁 直追国际先进技术
  2012年初,国家高技术研究计划(863计划)重大课题的“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统开发集成”课题(课题编号:2006AA06A205)研制的具有我国自主知识产权的直升机时间域航空电磁勘查系统在河南省桐柏县首次试飞成功,它是我国第一套吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统,具有探测深度大、高灵敏度、分辨率高等优点,不仅填补了国内空白,而且达到国际同类先进勘查系统的技术水平。
  相对于频率域航空电磁系统而言,时间域航空电磁系统要“长时间”向地下发射电磁场,并在瞬间关断,“长时间”接收来自地下地质体针对发射电磁场的变化而形成的电磁响应,达到探测地下地质体的目的。自主研制的直升机时间域航空电磁系统技术指标先进,电磁发射线圈直径12m;自主研发的发射输出电流峰值达500A,发射磁矩峰值达250000Am2,信号最高采样率达200KHz(24位精度),采用多通道数字收录、多频发射技术等,探测深度可达300~500m,大大优于频率域系统100~150m的探测深度,系统主要技术指标达到当前国际同类产品的先进水平。
  利用直升机作为航空电磁勘查系统的平台,充分实现了航空地球物理勘探的快速高效、机动灵活的特点。研制的系统探测深度大、精度高,能够满足我国复杂地形条件下深部找矿的需求,具有广阔的应用前景。该系统的研制成功打破了欧美等国家的技术垄断,对于我国寻找深部高品位、大规模矿床,降低重要矿种的对外依存度具有重要的意义。
  艰难起步 书写科技报国篇章
  本世纪初,国外直升机时间域航空电磁勘查系统发展迅速,一些国外公司的系统已较为成熟。在加拿大、澳大利亚、南美、非洲等地已经使用该方法发现了大量的大中型多金属矿,特别是VMS矿床。
  在这一领域,西方国家占据着领先地位,在技术上采取封锁的策略并拒绝将设备出售给我国。随着我国矿产资源的勘查开发程度不断提高,在地表和浅地面发现新矿床的难度不断增大,需要尽快装备探测深度大、分辨率高、找矿效果好的新型快速勘探系统。国家的需要就是我国科技人员的使命和立志报国的不懈追求。
  为了更好地了解国外航空物探新方法、新技术进展,确定我国航空物探发展的方向和战略,2004年中国地质调查局科技外事部在“物探技术在新领域的应用研究”研究课题中下达了一项任务,即调研国外航空物探技术,提出发展我国航空物探的战略。
  课题科研人员针对我国的勘查技术现状和需求,收集了大量国外相关单位和公司的航空物探资料和信息,为后来国家863计划重大课题“航空地球物理勘探技术系统”的设立奠定了坚实的技术基础。研究人员对国外已投入商业使用的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统进行了比较,提出了以国内强强联合为主,争取与国外合作为辅,开发先进实用的吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统的发展战略,努力实现我国在该勘查技术系统上零的突破。
  2006年,经过中国国土资源航空物探遥感中心和吉林大学联合申请,2007年,科技部同意在国家高技术研究发展计划(863计划)中设立“吊舱式时间域直升机航空电磁勘查系统开发集成”课题,并于2008年正式启动。
  为加强对课题的管理,确保课题总体目标的实现,在课题进入实施阶段后,课题组设置了相应的管理机制。按照科技部和国土资源部的相关规定,从事课题研究工作的各个单位接受科技部、国土资源部、中国地质调查局的领导。课题由中国国土资源航空物探遥感中心负责并全面组织实施。对课题任务(子课题)进行了分工,明确各子课题的职责。课题经过“十一五”期间的研究,联合了国内在直升机时间域航空电磁勘查研究领域的中坚力量,优势互补、攻坚克难,形成了我国第一个集理论研究、技术创新、工程实践、野外生产应用等能力于一身的直升机时间域航空电磁勘查系统科研及试验应用的开发创新团队。团队中既有博学的老教授,也有锐意进取的青年骨干,既有理论造诣极深的博士,也有实践经验丰富的工程师。
  科研工作是辛苦而繁重的,每一个小小进步的背后都是科研人员无尽的汗水与辛劳。由于课题在国内属首次开展研究,基础薄弱,可供参考的背景资料少之又少,为了尽快推进课题的研究进度,课题组人员群策群力,积极提出各种建议。课题研发的系统直径10多米,占地大、对电磁干扰敏感,为保证试验的顺利进行,研发之初,课题组集体到某市郊区进行封闭式开发。由于位置偏远、生活设施不完善,课题组自己带去了锅碗瓢盆等基本生活用品,在那里开始了“研究生活”。远离城市的日子是清静而单调的,课题组的所有人员相互支持,相互鼓励,在辛苦的科研生活之外寻找简单地乐趣。白天大家集中在一起时而热烈地讨论、时而冷静地沉思,晚上在清澈的月光下,大家放下一天的辛劳轻松地聊天。在那里,你既能看到眼镜后面紧锁的眉头,也能听到微风之下爽朗的笑声;既能看到研究人员查找问题时认真严肃的面孔,也能看到他们偶尔挥舞着大勺炒菜的身影。工作之余,研究人员也积极丰富自己的生活,厨师在郊区的空地上种上了蔬菜,大家一起施肥浇水,在网络紧张的日子里大家开始了货真价实的“偷菜”生活。厨师还从家带来一条小黄狗给大家看门,大家亲切地称它为“威特姆”,而这正是大家对共同努力研发系统最初的称呼。
  一举高飞 四年辛劳成果丰硕
  试验飞行是整个课题成败的关键,也是课题组所有人多年研究成果真正接受考验的时刻。当直升机旋翼开始转动,当亲手做出的系统在遥远的天际消失,所有人的心中都满含着激动。科研人员在简易的帐篷中反复检查各个参数的设定,反复推敲着每一个细节,课题负责人在帐篷外貌似平静地看着远方,所有人的心中都在挂念着,像父母挂念远行的儿女。飞机回来一落地,所有人都冲上去检查系统、校验数据,当看到一切正常时,大家都轻松地舒了一口气,露出了久违的笑容。   由于系统结构复杂、功能众多,仅是仪器系统正常工作还远不能满足要求。大家都知道,能够真正找到矿产、真正能够“透视地球”才是这些年工作的最终目的。首飞的结果是成功的,但是科研人员并不满足,在对数据进行地毯式的检查与分析之后重新调整系统的各项参数,使之达到更好的效果。经过一次次改进,一次次调整,所研发的系统也像一个幼苗一样逐步成长,达到了最初的设计指标。
  直升机时间域航空电磁系统的飞行是一个非常复杂的过程,尤其是所研发的系统吊舱要采用软绳索悬挂在距离飞机45米远的下方,起飞降落都是特别大的难题。为此课题组聘请了经验丰富的飞行员驾驶飞机。为了确保安全,每次的起飞与降落都安排了专门的技术人员在地面进行实时的观察指挥,技术人员根据飞机上升、悬停、下降等操作设计了专门的手势,保证飞行员能根据地面观察的结果快速调整飞行状态。
  经过试验、改进,再试验、再改进,我国自主研发的直升机时间域航空电磁勘查系统终于获得了成功,系统工作稳定、异常反应明显,科研人员的努力最终变成了脸上满意的微笑。
  经过课题组人员4年的不懈努力,课题组完成了规定的勘查系统研制开发任务,获得多项技术专利、多项技术创新成果,解决了许多关键技术难题,实现了课题预期的任务目标。在科技部和国土资源部组织的课题成果验收时,专家组给予“填补国内空白,总体接近国际先进技术水平”的高度评价。
  再接再厉 而今迈步从头越
  课题研究成果已在河南桐柏县获得试验应用,并取得良好的探测效果,经过对比试验研究,其结果与相同类型国外最先进系统的探测结果基本一致。
  大比例尺、大探测深度、高分辨率直升机时间域航空电磁勘查系统在我国具有广阔的应用前景,课题研究成果将在我国矿产勘查、地下水勘查、海侵勘查、环境评价等方面发挥重要作用。它能极大地加快勘查速度,成百倍地提高效率,节省大量人力资源,而且还能够提升行业的技术创新能力,产生更多的社会和经济效益;在一些地面无法开展大深度电磁探测的地区能够不受限制地完成勘查工作。它将成为我国地质找矿的又一个有力的方法和手段,必将在国家找矿战略突破行动中发挥重要作用。
  已有的辛劳随风而去,已有的成绩都成往事,科技创新永无止境,没有顶点。“雄关漫道真如铁,而今迈步从头越”,勘查系统刚刚研制出来,还有许多研究工作等待着课题组去做。课题将在“十二五”期间不断改进和提高,特别是在提高系统稳定性、降低系统噪声等方面不断研究探索,使勘查系统更加成熟、更加先进,实现系统的实用化、产品化,使之成为世界上最好的直升机时间域航空电磁勘查系统。
  正如课题组组长陈斌教授级高工、副组长林君教授所说,他们有一个梦想,那就是:终有一天我国的直升机时间域航空电磁勘查系统能够到勘查技术发达的国家提供勘查服务,它不仅在国内为我国的经济建设服务,而且能够扬眉吐气地走出国门、走向世界。
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