潛龍二號(hào)

　　研發(fā)背景

　　“潛龍二號(hào)”是國(guó)家“863”計(jì)劃“深海潛水器技術(shù)與裝備”重大項(xiàng)目的課題之一，由中國(guó)大洋礦產(chǎn)資源研究開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì)組織實(shí)施，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所作為技術(shù)總體單位

　　，與國(guó)家海洋局第二海洋研究所等單位共同研制。“潛龍二號(hào)”在6000米級(jí)auv“潛龍一號(hào)”的基礎(chǔ)上，針對(duì)多金屬硫化物礦區(qū)需求研制，在機(jī)動(dòng)性、避碰能力、快速三維地形地貌成圖、浮力材料國(guó)產(chǎn)化方面均有較大提高，為我國(guó)海底多金屬硫化物調(diào)查和勘探提供了高效、精細(xì)、綜合的先進(jìn)手段。

　　設(shè)計(jì)人員

　　劉健“潛龍二號(hào)”總設(shè)計(jì)師、“潛龍一號(hào)”課題負(fù)責(zé)人，中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所水下機(jī)器人研究室總工，曾擔(dān)任我國(guó)早期“CR-02 6000米自治水下機(jī)器人”總設(shè)計(jì)師。

　　發(fā)展歷程

　　為了最大限度地提高科研效率、節(jié)約科研經(jīng)費(fèi)，大洋40航次的調(diào)研隊(duì)員正式開(kāi)始了“晝夜不分、黑白顛倒”的生活，AUV（4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)）組、熱液異常探測(cè)組、地球物理組、地質(zhì)組、綜合作業(yè)組、甲板保障組等調(diào)研組長(zhǎng)充分考慮了可能出現(xiàn)的一切意外情況，均制定了穩(wěn)妥的值班表，確保每一個(gè)時(shí)間段、每一間實(shí)驗(yàn)室都有至少一人在值班、巡查。

　　“潛龍二號(hào)”雖然名字里帶“龍”，但造型卻酷似電影《海底總動(dòng)員》里的小丑魚(yú)NEMO。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，把潛器設(shè)計(jì)成魚(yú)的樣子主要是為了適應(yīng)洋中脊復(fù)雜地形的要求，讓潛器自如翻山越嶺，便于水面回收，減少垂直面的阻力，增強(qiáng)水面航行能力。

　　為應(yīng)對(duì)水下復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號(hào)”在國(guó)內(nèi)首次采用前視聲吶作為避碰控制設(shè)備。這是一種成像聲吶，即把數(shù)據(jù)采集進(jìn)來(lái)后，通過(guò)圖像處理方式來(lái)識(shí)別障礙和周圍環(huán)境，結(jié)合避碰策略，下達(dá)緊急轉(zhuǎn)向、緊急變深或變高以及跟蹤策略。在解除危機(jī)后，會(huì)通過(guò)在線路徑規(guī)劃引導(dǎo)潛器回到正確的軌跡上，使其繼續(xù)正常地執(zhí)行任務(wù)。

　　2015年12月16日，執(zhí)行我國(guó)第四十航次科考任務(wù)的“向陽(yáng)紅10號(hào)”起航，兩臺(tái)4500米級(jí)深海水下機(jī)器人“潛龍一號(hào)”和“潛龍二號(hào)”隨船出發(fā)，首次投入實(shí)質(zhì)性遠(yuǎn)洋科考。

　　在經(jīng)過(guò)3個(gè)潛次的試驗(yàn)調(diào)試后， 2016年1月20日零時(shí)30分,我國(guó)自主研發(fā)的4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)(AUV)——“潛龍二號(hào)”在西南印度洋完成了第5次大洋下潛勘探，全部探測(cè)功能測(cè)試取得成功。“潛龍二號(hào)”總設(shè)計(jì)師劉健介紹說(shuō)，在第5次下潛中，“潛龍二號(hào)”進(jìn)行了全部探測(cè)功能測(cè)試，拍攝了300余張海底高清照片，獲得甲烷、濁度、溫度、磁力等海底環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，以及近底50米微地形地貌有效數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)期目的。

　　2016年2月15日，西南印度洋，科考船“向陽(yáng)紅10號(hào)”攜帶的起重機(jī)掛鉤成功鉤住了鮮黃、魚(yú)形的深海潛水器“潛龍二號(hào)”，并將之緩緩送上后甲板。藉此，我國(guó)首臺(tái)自主研發(fā)的面向神秘的大洋熱液區(qū)探測(cè)的4500米級(jí)自主水下機(jī)器人的首次試驗(yàn)性應(yīng)用任務(wù)成功完成，意味著其已開(kāi)始為我國(guó)勘探西南印度洋海底資源，調(diào)查極為復(fù)雜的海底地形地貌做出貢獻(xiàn)。

　　勘探過(guò)程

　　經(jīng)過(guò)9日一天的布陣、測(cè)陣及2016年1月10日天一大早的準(zhǔn)備工作，“潛龍二號(hào)”的處女航已經(jīng)全部準(zhǔn)備就緒，以往沒(méi)有安裝的磁力儀也已安裝完畢，呈現(xiàn)出它最完整的優(yōu)雅姿態(tài)，陽(yáng)光下的“潛龍二號(hào)”顯得典雅又美麗。

　　當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年1月12日早上8點(diǎn)，在止蕩繩的牽引下，“潛龍二號(hào)”緩緩由“向陽(yáng)紅10”船的后甲板沒(méi)入水中，入水后的“潛龍二號(hào)”開(kāi)始有了自主“行動(dòng)力”，只見(jiàn)一條黃色的“胖魚(yú)”迅速向下“游”去，很快，“胖魚(yú)”變成了一個(gè)黃色的小點(diǎn)，消失在視野范圍之內(nèi)。

　　“潛龍二號(hào)”的副總設(shè)計(jì)師趙宏宇說(shuō)，2016年1月9日的準(zhǔn)備階段，就是在為“潛龍二號(hào)”設(shè)置“衛(wèi)星導(dǎo)航”的階段。由科研人員下放四個(gè)應(yīng)答器，由超短基線對(duì)四個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行位置標(biāo)定，謂之“測(cè)陣”。每個(gè)應(yīng)答器之間距離大約為3公里，被輻射到的區(qū)域皆將成為“潛龍二號(hào)”的導(dǎo)航區(qū)域，AUV可以向應(yīng)答器發(fā)射信號(hào)，通過(guò)接收到的訊息來(lái)判定自己所在的具體位置，從而進(jìn)行梳形搜索。此外，隨“潛龍二號(hào)”下水的還有一臺(tái)聲波通訊機(jī)，聲通訊機(jī)與AUV之間達(dá)成“溝通”，再由聲通訊機(jī)將“溝通結(jié)果”發(fā)送給船上的科研人員，以此達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用。“潛龍二號(hào)”的探測(cè)任務(wù)包括了海底地形地貌探測(cè)、熱液異常探測(cè)、磁力探測(cè)等內(nèi)容。

　　“潛龍二號(hào)”在水中探測(cè)了9個(gè)小時(shí)左右時(shí)間，2016年1月12日下午6時(shí)左右，它自動(dòng)拋載上浮于“向10”船的南面，距離船體還有一定距離。在“向10”及4500米級(jí)AUV緩緩靠近的過(guò)程中，首先映入眼簾的是幾只信天翁，它們新奇地“盯著”這臺(tái)巨大的黃“魚(yú)”，不停地用嘴啄。“嘭”的一聲巨響，“潛龍二號(hào)”拋出一條橘紅色牽引繩，再由科研人員發(fā)射一條打撈繩，兩根繩系好“水手結(jié)”，慢慢讓AUV浮至船尾，至此，回收工作的第一步告一段落。緊接著，科研人員用鉤子分別給“潛龍二號(hào)”的牽引環(huán)套上止蕩繩，緩緩用A架將“潛龍二號(hào)”吊起，重新固定在后甲板上。

　　在“潛龍二號(hào)”下放及回收過(guò)程中，“向10”船邊一直有數(shù)十只海鳥(niǎo)盤旋在側(cè)，好奇地觀看。記者猜想，“潛龍二號(hào)”此后的探秘之旅一定不會(huì)孤獨(dú)，因?yàn)樗泻ｘB(niǎo)這般“朋友”、有科研隊(duì)員這般“父母”、有863計(jì)劃這般任重道遠(yuǎn)的“燈塔”、還有殷切希望它出色完成作業(yè)任務(wù)的我們。將“潛龍二號(hào)”回收完畢的瞬間，天邊出現(xiàn)了一道完整的彩虹，在海天一色的遠(yuǎn)方顯得尤為美麗。

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　　研制成本

　　潛器本身約兩三千萬(wàn)

　　哪些類型的水下機(jī)器人能進(jìn)入深海研究？

　　一種是載人潛器（HOV），它更適用于科學(xué)研究及定點(diǎn)精細(xì)作業(yè)，但本身有局限性。因?yàn)槿艘氯?，系統(tǒng)要做得很復(fù)雜，體積重量要大，水下活動(dòng)范圍較小。做試驗(yàn)時(shí)，母船保障的費(fèi)用也更高些。國(guó)際上20世紀(jì)60年代研究很興盛，但后來(lái)逐漸減少。我國(guó)最近做了蛟龍?zhí)栞d人潛器。

　　第二種是遙控潛水器（ROV）。載人潛器人在下面，對(duì)安全性要求很高，所以科學(xué)家們就思考，讓人在船上操作機(jī)械手或其他設(shè)備進(jìn)行作業(yè)。它的局限性是有個(gè)電纜，水下容易纏繞，操作的整個(gè)過(guò)程人都要嚴(yán)密監(jiān)視，所以不能進(jìn)行太大范圍的作業(yè)。

　　這兩種都適用于局部調(diào)查和精細(xì)作業(yè)。

　　自主水下潛器（AUV）是怎么出現(xiàn)的？

　　隨著科技發(fā)展，人們又想，船上的科學(xué)家能不能不要那么累，讓潛器智能起來(lái)？這就造就了全自主潛器。上世紀(jì)80年代導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的大力發(fā)展給制造AUV提供了條件，國(guó)際上普遍開(kāi)始研制，我國(guó)也在那時(shí)候起步。

　　我們的AUV可以近距離把海底大范圍的微地形做出來(lái)，同時(shí)能探測(cè)熱液異常。但目前因技術(shù)局限，它很難實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的自動(dòng)識(shí)別，也難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)作業(yè)。

　　新京報(bào)：這幾種水下機(jī)器人的成本和效益如何？

　　劉?。狠d人潛器最貴，研制成本大致上億元。AUV和ROV差不多，潛器本身研制成本大約兩三千萬(wàn)。

　　收益得看站在哪個(gè)角度。首先，科學(xué)研究的價(jià)值難以衡量。我們現(xiàn)在做的海底資源調(diào)查，將來(lái)具備開(kāi)采價(jià)值，真正開(kāi)采了，獲得了實(shí)際資源，這個(gè)收益就無(wú)法比擬了。

　　如何判斷一個(gè)深海自主潛器是否實(shí)用？

　　第一，智能控制水平。AUV如果智能水平高，就可以大大減少編程時(shí)間，更重要的是減少人為錯(cuò)誤。現(xiàn)在AUV的智能控制水平已達(dá)到較高程度，可以基本避免人為干涉，提高使用效率。第二，可靠性。這非常重要，有時(shí)候甚至超過(guò)技術(shù)水平。好比你買了個(gè)彩電，如果老出問(wèn)題，檔次再高大家也不愛(ài)用。我們連續(xù)四個(gè)長(zhǎng)航程都沒(méi)有問(wèn)題，就說(shuō)明可靠性過(guò)關(guān)了，這意味著使用起來(lái)，不用老是去排查故障。第三，實(shí)用性?？此闷饋?lái)是否方便?，F(xiàn)在的AUV使用還是很方便的，也就是釋放、回收過(guò)程需要人來(lái)做，其他的都不用人干預(yù)。第四也是最重要的，就是安全性。俗話說(shuō)，留得青山在不怕沒(méi)柴燒。對(duì)潛器來(lái)說(shuō)，只要你安全回來(lái)，即使出現(xiàn)一些問(wèn)題，也有機(jī)會(huì)去改正、排查。我們?cè)O(shè)計(jì)了上百個(gè)對(duì)潛器健康判斷和狀態(tài)評(píng)估的系統(tǒng)，如果潛器發(fā)現(xiàn)自身出現(xiàn)無(wú)法完成探測(cè)任務(wù)的故障，能夠主動(dòng)拋載上浮，保證安全。

　　“潛龍二號(hào)”在國(guó)際上的位置如何？

　　劉?。荷詈UV目前基本是發(fā)達(dá)國(guó)家在做，包括美國(guó)、日本、加拿大、英國(guó)等，廣大發(fā)展中國(guó)家還不具備條件。從技術(shù)上說(shuō)，我們跟發(fā)達(dá)國(guó)家相當(dāng)。但“潛龍二號(hào)”畢竟剛進(jìn)入試驗(yàn)性應(yīng)用階段，應(yīng)用程度和國(guó)外還不能比，所以說(shuō)成熟度、經(jīng)驗(yàn)方面和國(guó)外先進(jìn)深海AUV還有差距。

　　對(duì)中國(guó)目前深海裝備發(fā)展有何建議？

　　首先要克服過(guò)分追求技術(shù)上的先進(jìn)性而忽視實(shí)際的應(yīng)用。上世紀(jì)90年代，我們分別研制了CR01和CR02兩臺(tái)6000米級(jí)AUV，前者還在1998年被評(píng)為我國(guó)十大科技成果之一，獲得科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。它的貢獻(xiàn)無(wú)疑是巨大的，但之后由于缺乏持續(xù)的投入，十年左右未得到持續(xù)改進(jìn)。這期間，我們跟國(guó)外在技術(shù)上沒(méi)有太大差距，但他們應(yīng)用得更多，更成熟，我們應(yīng)用得太少了。最近幾年，我國(guó)對(duì)深海AUV的應(yīng)用加強(qiáng)了投入，因此跟國(guó)外的差距又縮短了些。一個(gè)工程設(shè)備，從突破技術(shù)難關(guān)到真正使用，有很長(zhǎng)的路要走，而實(shí)際應(yīng)用更應(yīng)該被重視，因?yàn)橹挥惺褂盟?，才能?duì)海底資源調(diào)查作出更大貢獻(xiàn)。