潛龍二號

　　研發(fā)背景

　　“潛龍二號”是國家“863”計劃“深海潛水器技術(shù)與裝備”重大項目的課題之一，由中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會組織實施，中科院沈陽自動化所作為技術(shù)總體單位

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

　　設(shè)計人員

　　劉健“潛龍二號”總設(shè)計師、“潛龍一號”課題負(fù)責(zé)人，中科院沈陽自動化研究所水下機器人研究室總工，曾擔(dān)任我國早期“CR-02 6000米自治水下機器人”總設(shè)計師。

　　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，大洋40航次的調(diào)研隊員正式開始了“晝夜不分、黑白顛倒”的生活，AUV（4500米級深海資源自主勘查系統(tǒng)）組、熱液異常探測組、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，確保每一個時間段、每一間實驗室都有至少一人在值班、巡查。

　　“潛龍二號”雖然名字里帶“龍”，但造型卻酷似電影《海底總動員》里的小丑魚NEMO。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，把潛器設(shè)計成魚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，增強水面航行能力。

　　為應(yīng)對水下復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號”在國內(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(dá)緊急轉(zhuǎn)向、緊急變深或變高以及跟蹤策略。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)。

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

　　在經(jīng)過3個潛次的試驗調(diào)試后， 2016年1月20日零時30分,我國自主研發(fā)的4500米級深海資源自主勘查系統(tǒng)(AUV)——“潛龍二號”在西南印度洋完成了第5次大洋下潛勘探，全部探測功能測試取得成功。“潛龍二號”總設(shè)計師劉健介紹說，在第5次下潛中，“潛龍二號”進行了全部探測功能測試，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“向陽紅10號”攜帶的起重機掛鉤成功鉤住了鮮黃、魚形的深海潛水器“潛龍二號”，并將之緩緩送上后甲板。藉此，我國首臺自主研發(fā)的面向神秘的大洋熱液區(qū)探測的4500米級自主水下機器人的首次試驗性應(yīng)用任務(wù)成功完成，意味著其已開始為我國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)。

　　勘探過程

　　經(jīng)過9日一天的布陣、測陣及2016年1月10日天一大早的準(zhǔn)備工作，“潛龍二號”的處女航已經(jīng)全部準(zhǔn)備就緒，以往沒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)，陽光下的“潛龍二號”顯得典雅又美麗。

　　當(dāng)?shù)貢r間2016年1月12日早上8點，在止蕩繩的牽引下，“潛龍二號”緩緩由“向陽紅10”船的后甲板沒入水中，入水后的“潛龍二號”開始有了自主“行動力”，只見一條黃色的“胖魚”迅速向下“游”去，很快，“胖魚”變成了一個黃色的小點，消失在視野范圍之內(nèi)。

　　“潛龍二號”的副總設(shè)計師趙宏宇說，2016年1月9日的準(zhǔn)備階段，就是在為“潛龍二號”設(shè)置“衛(wèi)星導(dǎo)航”的階段。由科研人員下放四個應(yīng)答器，由超短基線對四個應(yīng)答器進行位置標(biāo)定，謂之“測陣”。每個應(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”的導(dǎo)航區(qū)域，AUV可以向應(yīng)答器發(fā)射信號，通過接收到的訊息來判定自己所在的具體位置，從而進行梳形搜索。此外，隨“潛龍二號”下水的還有一臺聲波通訊機，聲通訊機與AUV之間達(dá)成“溝通”，再由聲通訊機將“溝通結(jié)果”發(fā)送給船上的科研人員，以此達(dá)到實時監(jiān)控的作用。“潛龍二號”的探測任務(wù)包括了海底地形地貌探測、熱液異常探測、磁力探測等內(nèi)容。

　　“潛龍二號”在水中探測了9個小時左右時間，2016年1月12日下午6時左右，它自動拋載上浮于“向10”船的南面，距離船體還有一定距離。在“向10”及4500米級AUV緩緩靠近的過程中，首先映入眼簾的是幾只信天翁，它們新奇地“盯著”這臺巨大的黃“魚”，不停地用嘴啄。“嘭”的一聲巨響，“潛龍二號”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”的牽引環(huán)套上止蕩繩，緩緩用A架將“潛龍二號”吊起，重新固定在后甲板上。

　　在“潛龍二號”下放及回收過程中，“向10”船邊一直有數(shù)十只海鳥盤旋在側(cè)，好奇地觀看。記者猜想，“潛龍二號”此后的探秘之旅一定不會孤獨，因為它有海鳥這般“朋友”、有科研隊員這般“父母”、有863計劃這般任重道遠(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”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

　　哪些類型的水下機器人能進入深海研究？

　　一種是載人潛器（HOV），它更適用于科學(xué)研究及定點精細(xì)作業(yè)，但本身有局限性。因為人要下去，系統(tǒng)要做得很復(fù)雜，體積重量要大，水下活動范圍較小。做試驗時，母船保障的費用也更高些。國際上20世紀(jì)60年代研究很興盛，但后來逐漸減少。我國最近做了蛟龍?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，讓人在船上操作機械手或其他設(shè)備進行作業(yè)。它的局限性是有個電纜，水下容易纏繞，操作的整個過程人都要嚴(yán)密監(jiān)視，所以不能進行太大范圍的作業(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？這就造就了全自主潛器。上世紀(jì)80年代導(dǎo)航、計算機、通訊技術(shù)的大力發(fā)展給制造AUV提供了條件，國際上普遍開始研制，我國也在那時候起步。

　　我們的AUV可以近距離把海底大范圍的微地形做出來，同時能探測熱液異常。但目前因技術(shù)局限，它很難實現(xiàn)對周圍環(huán)境的自動識別，也難以實現(xiàn)精細(xì)作業(yè)。

　　新京報：這幾種水下機器人的成本和效益如何？

　　劉健：載人潛器最貴，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。

　　收益得看站在哪個角度。首先，科學(xué)研究的價值難以衡量。我們現(xiàn)在做的海底資源調(diào)查，將來具備開采價值，真正開采了，獲得了實際資源，這個收益就無法比擬了。

　　如何判斷一個深海自主潛器是否實用？

　　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間，更重要的是減少人為錯誤?，F(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，有時候甚至超過技術(shù)水平。好比你買了個彩電，如果老出問題，檔次再高大家也不愛用。我們連續(xù)四個長航程都沒有問題，就說明可靠性過關(guān)了，這意味著使用起來，不用老是去排查故障。第三，實用性?？此闷饋硎欠穹奖恪，F(xiàn)在的AUV使用還是很方便的，也就是釋放、回收過程需要人來做，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，留得青山在不怕沒柴燒。對潛器來說，只要你安全回來，即使出現(xiàn)一些問題，也有機會去改正、排查。我們設(shè)計了上百個對潛器健康判斷和狀態(tài)評估的系統(tǒng)，如果潛器發(fā)現(xiàn)自身出現(xiàn)無法完成探測任務(wù)的故障，能夠主動拋載上浮，保證安全。

　　“潛龍二號”在國際上的位置如何？

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

　　對中國目前深海裝備發(fā)展有何建議？

　　首先要克服過分追求技術(shù)上的先進性而忽視實際的應(yīng)用。上世紀(jì)90年代，我們分別研制了CR01和CR02兩臺6000米級AUV，前者還在1998年被評為我國十大科技成果之一，獲得科學(xué)技術(shù)進步一等獎。它的貢獻(xiàn)無疑是巨大的，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。這期間，我們跟國外在技術(shù)上沒有太大差距，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，我國對深海AUV的應(yīng)用加強了投入，因此跟國外的差距又縮短了些。一個工程設(shè)備，從突破技術(shù)難關(guān)到真正使用，有很長的路要走，而實際應(yīng)用更應(yīng)該被重視，因為只有使用它，才能對海底資源調(diào)查作出更大貢獻(xiàn)。