蔡華偉制圖

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(chuàng)下多項紀(jì)錄

“黃胖魚”有何過人之處(關(guān)注)

本報記者 劉詩瑤

正在執(zhí)行中國大洋49航次業(yè)務(wù)化調(diào)查任務(wù)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(fā)的4500米級深海資源自主勘查系統(tǒng)，也是目前國內(nèi)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(yīng)用？

相比潛龍一號，潛龍二號更像一輛越野車，能更好地在復(fù)雜地形中作業(yè)

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(xué)家親切地稱之為“黃胖魚”。

潛龍二號奇特的模樣在國內(nèi)獨樹一幟。“這是國際上首次應(yīng)用非回轉(zhuǎn)體立扁魚形設(shè)計，有利于減少垂直面的阻力，便于它在復(fù)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(shè)計師、中科院沈陽自動化研究所研究員劉健說，“我們設(shè)計的初衷并非為了仿照魚形，外形設(shè)計依據(jù)的是水動力優(yōu)化計算的結(jié)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(dān)負(fù)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(shè)計、歷時5年艱苦攻關(guān)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(shù)的實用化深海探測系統(tǒng)，它主要用于多金屬硫化物等深海礦產(chǎn)資源的勘探作業(yè)。

浩瀚海洋中蘊藏著豐富的資源，根據(jù)國際海底管理局的相關(guān)規(guī)章，哪個國家最先探測到海底資源，并提供相應(yīng)數(shù)據(jù)和資料，就能獲得優(yōu)先開采權(quán)。僅靠人類的潛水技術(shù)，不能到達深海的絕大部分區(qū)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?zhí)柺禽d人潛水器，海龍?zhí)柺菬o人遙控潛水器，二者均擅長局部作業(yè)、定點精細(xì)探測，卻不擅長大范圍精細(xì)探測。潛龍?zhí)杽t不同，它是無人無纜自主潛水器，可以自由行動，在較大的區(qū)域范圍內(nèi)進行精細(xì)探測，可以自主導(dǎo)航、自主作業(yè)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(yīng)用于海底較平坦的多金屬結(jié)核區(qū)。

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(qū)的海底地形異常復(fù)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(xué)家、國家海洋局第二海洋研究所研究員陶春輝說，有些任務(wù)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(fù)雜地形中作業(yè)：除了探測多金屬硫化物，它還能探測多金屬結(jié)殼資源，獲得同時間同位置的聲學(xué)微地貌、溫鹽深、濁度、甲烷、氧化還原電位、磁力等多種數(shù)據(jù)，進而圈定礦化區(qū)。

“黃胖魚”構(gòu)造精、“智商”高，探測成績創(chuàng)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?yún)?shù)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(lián)系，“黃胖魚”就能夠下潛到指定區(qū)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(yù)定深度后，它自動拋掉下沉壓載鐵，然后開始作業(yè)。完成作業(yè)后，它會自動拋掉上浮壓載鐵，實現(xiàn)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(yè)區(qū)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(shè)備，可以將潛水器采集的聲學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像，用以識別障礙物和周邊環(huán)境，隨后通過自主轉(zhuǎn)動和躲避，保障機體安全和任務(wù)正常。據(jù)介紹，這項技術(shù)也是在國內(nèi)首次采用。兩側(cè)的測深側(cè)掃聲吶，會一刻不停地搜集地形地貌數(shù)據(jù)，進行實時信號處理，沿著規(guī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(xué)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(qū)已經(jīng)不活動，傳統(tǒng)的羽狀流探測系統(tǒng)難以探測。而國內(nèi)首次采用、自主研發(fā)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(xiàn)在精良的構(gòu)造，更在于它高“智商”，自動性好。比如，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)自己“身體”出現(xiàn)故障，如果不影響作業(yè)，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(jié)束作業(yè)上浮回來。

“黃胖魚”初出茅廬，就表現(xiàn)不俗。2016年2月至3月，它在西南印度洋執(zhí)行了中國大洋40航次第二航段試驗性應(yīng)用任務(wù)，這也是它的首次試驗性應(yīng)用。該任務(wù)總共進行了8個潛次，其中7個潛次為長航程探測任務(wù)，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(shù)據(jù)均完整有效。

在這次試驗性應(yīng)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(xù)4個長航程成功探測成績也創(chuàng)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(yù)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(yuǎn)是孩子的平安。每次潛龍二號下水，劉健都會“兒行千里母擔(dān)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(shù)水平和性能還需進一步提高。”劉健告訴記者，當(dāng)從水面將潛龍二號順利回收后，科學(xué)家會下載其探測的各項數(shù)據(jù)。“今后要通過技術(shù)創(chuàng)新縮短數(shù)據(jù)回傳和下載的時間，更及時地處理數(shù)據(jù)。”

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

除了潛水器本體和探測技術(shù)的改進，專家認(rèn)為還要改進管理、強化應(yīng)用。

據(jù)了解，“黃胖魚”的“弟弟”潛龍三號預(yù)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(chǔ)上進行優(yōu)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(biāo)是對深海資源進行大范圍精細(xì)探測，更好為大洋資源勘查和深海科學(xué)調(diào)查服務(wù)。因此未來潛龍家族潛水器數(shù)量還會繼續(xù)增加，開展集群作業(yè)、協(xié)同作業(yè)。

此外，服務(wù)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。