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潛龍二號是我國目前最先進的自主水下機器人,初出茅廬就創下多項紀錄
“黃胖魚”有何過人之處(關注)

蔡華偉制圖

正在執行中國大洋49航次業務化調查任務的“向陽紅10號”帶上了一件探海利器——潛龍二號。它是我國自主研發的4500米級深海資源自主勘查系統,也是目前國內最先進的自主水下機器人。

潛龍二號長啥樣?它有何過人之處?未來又將如何應用?

相比潛龍一號,潛龍二號更像一輛越野車,能更好地在復雜地形中作業

見過潛龍二號的人,都對它印象深刻。

與很多潛水器不同,潛龍二號看起來就像一條魚:長3.5米,高1.5米,體重1.5噸,立扁形身體通體鮮黃,還有4只“鰭”——科學家親切地稱之為“黃胖魚”。

潛龍二號奇特的模樣在國內獨樹一幟。“這是國際上首次應用非回轉體立扁魚形設計,有利于減少垂直面的阻力,便于它在復雜海底地形中垂直爬升,也可以增強水面航行能力。” 潛龍二號總設計師、中科院沈陽自動化研究所研究員劉健說,“我們設計的初衷并非為了仿照魚形,外形設計依據的是水動力優化計算的結果,沒想到最后和魚的外形類似。”

科研人員在潛龍二號上傾注了大量心血,盼望它擔負起深海探測的重任。

潛龍二號是在國家863計劃支持下,由我國科研人員自行設計、歷時5年艱苦攻關研制的。作為一套集成熱液異常探測、微地形地貌探測、海底照相和磁力探測等技術的實用化深海探測系統,它主要用于多金屬硫化物等深海礦產資源的勘探作業。

浩瀚海洋中蘊藏著豐富的資源,根據國際海底管理局的相關規章,哪個國家最先探測到海底資源,并提供相應數據和資料,就能獲得優先開采權。僅靠人類的潛水技術,不能到達深海的絕大部分區域,水下機器人就有了用武之地。

水下機器人通常分為三類:載人潛水器(HOV)、遙控水下機器人(ROV)和自主水下機器人(AUV)。其中,大名鼎鼎的蛟龍號是載人潛水器,海龍號是無人遙控潛水器,二者均擅長局部作業、定點精細探測,卻不擅長大范圍精細探測。潛龍號則不同,它是無人無纜自主潛水器,可以自由行動,在較大的區域范圍內進行精細探測,可以自主導航、自主作業以及自我保護。

我國第一臺實用型6000米水下機器人潛龍一號誕生于“十二五”期間,應用于海底較平坦的多金屬結核區。

早就有潛龍一號了,還要“黃胖魚”做什么?

“洋中脊多金屬硫化物區的海底地形異常復雜,上下起伏達1000多米,探測難度很大。”大洋49航次第二航段首席科學家、國家海洋局第二海洋研究所研究員陶春輝說,有些任務潛龍一號勝任不了,需要升級版的潛龍二號。

相比潛龍一號,潛龍二號更像一輛越野車,能更好地在復雜地形中作業:除了探測多金屬硫化物,它還能探測多金屬結殼資源,獲得同時間同位置的聲學微地貌、溫鹽深、濁度、甲烷、氧化還原電位、磁力等多種數據,進而圈定礦化區。

“黃胖魚”構造精、“智商”高,探測成績創下我國深海自主水下機器人之最

“黃胖魚”怎么工作?

下潛前,科研人員會在“黃胖魚”的“大腦”中植入參數和使命配置,然后用吊車將其放到水中;之后解除吊車和潛水器之間的聯系,“黃胖魚”就能夠下潛到指定區域。

“它身上安裝了下沉壓載鐵和上浮壓載鐵。下水后它依靠自身重力下潛。下潛到預定深度后,它自動拋掉下沉壓載鐵,然后開始作業。完成作業后,它會自動拋掉上浮壓載鐵,實現自動上浮,工作人員再通過遙控掛鉤或拋繩等方式將它回收到母船。”劉健說。

到達作業區的“黃胖魚”非常忙碌。在“大腦”控制下,它的“眼睛”格外敏銳,背著一架“相機”靈活穿梭,“尾巴”也在同步工作。

“眼睛”是指潛龍二號的聲吶。其中,前視聲吶是一臺避碰控制設備,可以將潛水器采集的聲學數據轉化為圖像,用以識別障礙物和周邊環境,隨后通過自主轉動和躲避,保障機體安全和任務正常。據介紹,這項技術也是在國內首次采用。兩側的測深側掃聲吶,會一刻不停地搜集地形地貌數據,進行實時信號處理,沿著規劃好的線路在海底來回橫掃。

在電池支撐下,潛龍二號最長可工作30多個小時。“黃胖魚”的4只“鰭”,其實就是4個可旋轉舵推進器。靠操控推進器和舵進行運動,潛龍二號才能靈活地前進、后退、旋轉,在海底“翻山越嶺”。

“相機”,就是海底照相機,每隔7秒鐘就能在伸手不見五指的海底拍攝一張照片,最終形成一張完整清晰的海底照片,供科學家分析研究。

“尾巴”是安裝在潛龍二號末端的磁力探測儀。“有些多金屬硫化物區已經不活動,傳統的羽狀流探測系統難以探測。而國內首次采用、自主研發的磁力儀卻能探測出它的磁異常。”陶春輝說。

“黃胖魚”的先進不僅體現在精良的構造,更在于它高“智商”,自動性好。比如,當它發現自己“身體”出現故障,如果不影響作業,它就會堅持到底;如果感到“大事不妙”,不能再在水下了,它就會自動結束作業上浮回來。

“黃胖魚”初出茅廬,就表現不俗。2016年2月至3月,它在西南印度洋執行了中國大洋40航次第二航段試驗性應用任務,這也是它的首次試驗性應用。該任務總共進行了8個潛次,其中7個潛次為長航程探測任務,水下時間231.3小時,累計航程661.7公里,探測面積達到218平方公里,探測數據均完整有效。

在這次試驗性應用中,潛龍二號的探測面積超過我國以往任何深海自主水下機器人的探測面積,連續4個長航程成功探測成績也創下了我國深海自主水下機器人之最。

“黃胖魚”的“弟弟”潛龍三號預計今年3月進行首次海試

在劉健眼里,“黃胖魚”就像他的孩子。做父母的,最牽掛的永遠是孩子的平安。每次潛龍二號下水,劉健都會“兒行千里母擔憂”。

劉健盼著這個孩子成長更快。“潛龍二號是我國目前最先進的深海自主水下機器人,已達到國際先進水平。但它的技術水平和性能還需進一步提高。”劉健告訴記者,當從水面將潛龍二號順利回收后,科學家會下載其探測的各項數據。“今后要通過技術創新縮短數據回傳和下載的時間,更及時地處理數據。”

“潛龍二號是機器人的一種類型,隨著人工智能技術的不斷進步,也許未來在充分論證的基礎上,有可能將一些最新的智能技術應用到潛水器的升級換代上。”大洋礦產資源研究開發協會辦公室副主任李波說。

除了潛水器本體和探測技術的改進,專家認為還要改進管理、強化應用。

據了解,“黃胖魚”的“弟弟”潛龍三號預計今年3月進行首次海試。“它和潛龍二號是孿生兄弟,是在其基礎上進行優化升級的同類潛水器。”李波說,海洋浩瀚無際,深海探測需求日益增長,“潛龍”家族的主要目標是對深海資源進行大范圍精細探測,更好為大洋資源勘查和深海科學調查服務。因此未來潛龍家族潛水器數量還會繼續增加,開展集群作業、協同作業。

此外,服務于深海探測的新科考母船有望在2019年底下水。屆時,它將同時搭載“蛟龍”“海龍”和“潛龍”,“三龍”將有機會攜手探海。

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責任編輯: 范琪

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