蔡華偉制圖

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(jìn)的自主水下機(jī)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(dú)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(jì)，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(qiáng)水面航行能力。” 潛龍二號總設(shè)計(jì)師、中科院沈陽自動化研究所研究員劉健說，“我們設(shè)計(jì)的初衷并非為了仿照魚形，外形設(shè)計(jì)依據(jù)的是水動力優(yōu)化計(jì)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(jì)劃支持下，由我國科研人員自行設(shè)計(jì)、歷時(shí)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(shí)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(yùn)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(dá)深海的絕大部分區(qū)域，水下機(jī)器人就有了用武之地。

水下機(jī)器人通常分為三類：載人潛水器（HOV）、遙控水下機(jī)器人（ROV）和自主水下機(jī)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(diǎn)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(jìn)行精細(xì)探測，可以自主導(dǎo)航、自主作業(yè)以及自我保護(hù)。

我國第一臺實(shí)用型6000米水下機(jī)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(dá)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(shí)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(jìn)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(jī)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(shí)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(dá)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(jī)”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(jī)體安全和任務(wù)正常。據(jù)介紹，這項(xiàng)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)。“黃胖魚”的4只“鰭”，其實(shí)就是4個可旋轉(zhuǎn)舵推進(jìn)器。靠操控推進(jìn)器和舵進(jìn)行運(yùn)動，潛龍二號才能靈活地前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)，在海底“翻山越嶺”。

“相機(jī)”，就是海底照相機(jī)，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(jìn)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(jiān)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(yàn)性應(yīng)用任務(wù)，這也是它的首次試驗(yàn)性應(yīng)用。該任務(wù)總共進(jìn)行了8個潛次，其中7個潛次為長航程探測任務(wù)，水下時(shí)間231.3小時(shí)，累計(jì)航程661.7公里，探測面積達(dá)到218平方公里，探測數(shù)據(jù)均完整有效。

在這次試驗(yàn)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(jī)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(jī)器人之最。

“黃胖魚”的“弟弟”潛龍三號預(yù)計(jì)今年3月進(jìn)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(jìn)的深海自主水下機(jī)器人，已達(dá)到國際先進(jìn)水平。但它的技術(shù)水平和性能還需進(jìn)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(xiàng)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(shí)間，更及時(shí)地處理數(shù)據(jù)。”

“潛龍二號是機(jī)器人的一種類型，隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)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(jìn)，專家認(rèn)為還要改進(jìn)管理、強(qiáng)化應(yīng)用。

據(jù)了解，“黃胖魚”的“弟弟”潛龍三號預(yù)計(jì)今年3月進(jìn)行首次海試。“它和潛龍二號是孿生兄弟，是在其基礎(chǔ)上進(jìn)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(jìn)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(shí)，它將同時(shí)搭載“蛟龍”“海龍”和“潛龍”，“三龍”將有機(jī)會攜手探海。