“潛龍”家族為何再添新成員?與家族其他成員相比,“潛龍三號”有何過人之處?此次海試對未來“三龍聚首”有何意義?記者就此采訪了專家。
僅靠“潛龍二號”難以滿足需要
長3.5米,高1.5米,體重1.5噸,立扁形身體,還有4只“鰭”——從外形看,“潛龍三號”延續(xù)了“潛龍二號”的“黃胖魚”“基因”。
這并不奇怪,因為這對“孿生兄弟”的總設(shè)計師是同一個人——中科院沈陽自動化所研究員劉健。劉健說,這種非回轉(zhuǎn)體立扁魚形設(shè)計,有利于減少垂直面的阻力,便于潛水器在復(fù)雜海底地形中垂直爬升,也可以增強水面航行能力。
浩瀚的海洋中蘊藏著豐富的資源,但僅靠人類的潛水技術(shù)難以到達深海的絕大部分區(qū)域,水下機器人因此有了用武之地。水下機器人通常被分為三類:載人潛水器(HOV)、遙控水下機器人(ROV)和自主水下機器人(AUV)。
“潛龍”系列屬于自主水下機器人,可以自由行動,在較大的區(qū)域范圍內(nèi)進行精細探測,自主導(dǎo)航、自主作業(yè)以及自我保護。
“十二五”期間,在中國大洋協(xié)會支持下,中科院沈陽自動化所聯(lián)合中科院聲學(xué)所、哈爾濱工程大學(xué)等單位,研制了我國首臺6000米AUV——“潛龍一號”,主要作業(yè)海域瞄準了海底較平坦的多金屬結(jié)核區(qū)。
與此同時,在國家863計劃支持下,歷時5年艱苦攻關(guān),中科院沈陽自動化所研制出4500米級深海資源自主勘查系統(tǒng)——“潛龍二號”,瞄準的是多金屬硫化物等深海礦產(chǎn)資源的勘探作業(yè)。
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。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)。
“由于我國在西南印度洋的多金屬硫化物合同區(qū)有約一萬平方公里,探測任務(wù)繁重,僅靠一臺‘潛龍二號’,難以滿足大洋深海資源探測的需要”劉健說。
在技術(shù)成熟的“潛龍二號”基礎(chǔ)上,2016年9 月,中國大洋協(xié)會與中科院沈陽自動化所簽訂建造合同,目標是再研制一套具備微地貌成圖、溫鹽深剖面探測、甲烷探測、濁度探測、氧化還原電位探測、海底照相以及磁力探測等熱液異常探測功能的4500米級自主潛水器(簡稱“潛龍三號”),以提高對多金屬硫化物資源探測的效率,為大洋海底多金屬硫化物資源的調(diào)查評估提供服務(wù)。其中中科院沈陽自動化所為“潛龍三號”的技術(shù)總體責(zé)任單位,國家海洋局第二海洋研究所負責(zé)探測載荷分系統(tǒng)研制,中科院聲學(xué)所負責(zé)微地貌測量系統(tǒng)設(shè)備研制。
在“潛龍二號”基礎(chǔ)上優(yōu)化升級
劉健介紹,下潛前,科研人員會在“潛龍三號”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。
“潛龍三號”身上安裝了下沉壓載鐵和上浮壓載鐵。下潛到預(yù)定深度后,它自動拋掉下沉壓載鐵開始作業(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。
為應(yīng)對水下復(fù)雜的地形地貌,“潛龍三號”同樣采用前視聲吶作為避碰傳感器。這種成像聲吶,也被認為是潛水器的“眼睛”,控制計算機把數(shù)據(jù)采集進來后,通過圖像處理方式來識別障礙和周圍環(huán)境,結(jié)合避碰策略,下達緊急轉(zhuǎn)向、緊急變深或變高以及跟蹤指令。在解除危機后,會通過在線路徑規(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)。
4個可旋轉(zhuǎn)舵推進器相當(dāng)于潛水器的“鰭”。依靠操控推進器和舵的運動,潛水器可以靈活地前進、后退、旋轉(zhuǎn),在海底“翻山越嶺”。
在我國大洋40航次、43航次、49航次中,“潛龍二號”完成了近500平方公里的熱液區(qū)海底精細地形地貌探測、發(fā)現(xiàn)多處熱液異常點,獲得大量高清晰近底照片,為我國海底多金屬硫化物礦區(qū)資源評估奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
雖然是“孿生兄弟”,但劉健說,“潛龍三號”在“潛龍二號”技術(shù)基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化升級。其中最主要的變化是最大續(xù)航能力的增加,噪聲有所降低。
“‘潛龍三號’的技術(shù)指標仍然是30小時,我們通過降低電子設(shè)備功耗,提高推進效率等措施,使最大續(xù)航能力有了明顯的提高。”劉健說。
為“三龍”聚首打下基礎(chǔ)
2017年年底,“潛龍三號”完成千島湖湖上試驗。此次湖上試驗歷時29天,共進行了43個潛次,主要驗證了“潛龍三號”主要技術(shù)指標和功能滿足合同要求,在最大速度、推進效率、全系統(tǒng)聲噪聲、最大續(xù)航能力上均有較大突破。
“由于海試存在風(fēng)險,在此之前需要進行湖試。通常湖上試驗主要驗證各種技術(shù)指標和功能,而海試則驗證湖試無法驗證的指標,如最大深度指標等,偏重于功能性試驗。”劉健說,此次是“潛龍三號”首次海試,其技術(shù)狀態(tài)有待驗證,此外也存在出現(xiàn)技術(shù)故障、遭遇惡劣海況等風(fēng)險。此次海試中除了對“潛龍三號”的主要技術(shù)指標和功能進行驗證,此外還將根據(jù)需求,在天然氣水合物試采區(qū)和多金屬結(jié)核試采區(qū)進行試驗性應(yīng)用。按照計劃,海試通過后,“潛龍三號”將在我國大洋多金屬硫化物資源調(diào)查航次中被實際應(yīng)用,不斷提升技術(shù)水平和性能。
值得一提的是,此次海試的依托母船,是我國海洋調(diào)查功勛船“大洋一號”。這是其2016年大修改裝后首次執(zhí)行綜合海試任務(wù)。
在綜合海試A航段中,我國自主研發(fā)的“海龍Ⅲ”潛水器完成了400米級、2000米級、4500米級三個深度級別的海試,“海龍11000”潛水器完成400米級和2000米級海試。綜合海試A航段首席科學(xué)家初鳳友表示:“海龍Ⅲ”與“海龍11000”潛水器在我國潛水器“龍家族”中初出茅廬,為今后各種潛水器密切配合乃至“三龍”聚首打下了更加堅實的基礎(chǔ)。
記者同時了解到,服務(wù)于深海探測的新科考母船有望于2019年下水。屆時,它將可以同時搭載“蛟龍”“海龍”和“潛龍”,“三龍”聯(lián)手組成我國探秘深海大洋的國之重器。