作为一名核地质工作者,核工业航测遥感中心设备保障部主任刘士凯却有着“飞机上的建筑师”的美誉。30多年来,他一直在航空地球物理勘探一线从事研发和保障工作,在核工业航测遥感中心仪器研发升级改造、国外先进仪器的使用和消化吸收中掌握了关键技术,自主研制了一批具有国际先进水平的航空物探设备,为国家核地质事业及核工业航测遥感中心航空物探技术的发展做出了突出的贡献。
从烧制“一砖一瓦”做起
航空物探是地球物理勘探技术与航空技术相结合的一门高新技术,使用一种在飞机上装备专用的探测仪器,在飞行过程中探测各种地球物理场的变化,研究和寻找地下矿产。在航空物探传统作业中,主要使用固定翼飞机和直升飞机作为飞行平台。近年来,通用无人机技术逐渐发展成熟,迅速广泛地应用到地勘行业当中。但实现从有人机平台向无人机平台的转换,首先要实现仪器的小型化,必须研制体积小、重量轻,适合于无人机搭载的专用仪器。
作为“建筑师”,必须从烧制“一砖一瓦”做起。自2013年起,刘士凯开始研制基于无人机的航空物探测量系统及其改装技术,在很短时间内就研制出国内外首套适用于无人机的航空物探测量设备。
因为是开发和研制专用设备,许多零部件国内都没有生产。这些部件的加工大多需要手工来完成。刘士凯的工具箱就像一个古董店,他的抽屉里装满了和他同一个年代的老式工具。在工作中,他通过打磨、钻孔、抛光等手段来完成对重要零件的细微调整,一点一点地完成了用于高精尖设备的精细活儿。
作为一种重要的航空物探仪器,航空伽玛能谱仪在工作过程中很容易受到温度变化的影响,需要采取严格的保温措施,同时,作为一种电子仪器,它也需要良好的散热环境,这似乎是一个两难的问题。为解决这个难题,刘士凯跑遍了河北的保温材料市场,通过对比分析和请教该领域工程技术人员,设计了内外兼顾的保温方案,并多次在冬天零下二十摄氏度和夏天五六十度的高温下开展了环境试验,最终圆满解决了航空伽玛能谱仪的保温和散热问题。
仪器研制出以后,还必须通过标准模型的测试。为了尽快完成仪器参数测试,在没有飞机的情况下,刘士凯在大郭村机场航放标准模型上,用木板搭建平台模拟飞机高度,采用“蚂蚁搬家”的策略,一点一点地挪动设备测试。为获得更多的数据,在机场的烈日下,他边调试程序,边测试仪器,一晒就是一整天,最终取得了合格的数据。
除此之外,刘士凯还要完成仪器和无人机的系统集成。与有人驾驶飞机不同,无人机载荷空间小,搭载能力较弱,无法在机舱内安装所有设备。他创造性地提出了利用无人机的外挂点按纵向排列的方式安装航空伽玛能谱仪的晶体箱,大幅缩小了系统占用的空间,保证了仪器在无人机上的顺利安装。
辗转野外经受考验
2013年,在无人机航空物探野外试验中,刘士凯辗转于东北边疆、西北戈壁沙漠,从零下二十摄氏度的数九寒天,到接近六十摄氏度的高温环境,他带领新同事吃住在试验一线,充分发扬了核工业人善打硬战、善啃硬骨头的优良作风和精神。他凭借着扎实的工作技能,耐心细致的工作态度,带领团队解决了无人机改装与系统集成、无人机磁干扰补偿校正等关键技术难题,改装研制出一套适于搭载航磁航放设备的中型无人机航空物探系统,研制了具备远程测控能力的航空伽玛能谱仪、航放测控软件,集成了一套长航时、超低空、全自主飞行、可全天候作业、远程监控能力强的无人机航空物探(磁、放)综合站。这一成果获得了2013年“地质调查十大进展”等奖项。
说起新疆戈壁滩,人们都会想到千古荒漠、死亡之海,而2014年和2015年的无人机试验飞行就在此处进行。其间,为了保证每天不间断作业,与民航航班形成错峰飞行,刘士凯从每天22点到次日8点开展连续飞行作业,在野外无人区通宵工作。他克服了昼夜温差大、风沙天气干燥、饮食不规律、野外人员安全风险大以及作息时间无保障等不利因素,每天怀揣理想,迎着傍晚的红霞向测区进发,又迎着清晨的启明星回到驻地,经受住了高难度、高强度的飞行任务考验,确保了试验飞行顺利进行。
如今,无人机航空物探测量系统已在国内开展了三年的工作,实现了国内外的首次生产作业飞行,取得了丰硕的成果,目前,正在朝着实用化、标准化方向发展,马上就要代表中国到非洲大陆进行援助作业。(李江坤)