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  • 【探索】中國水下機器人到底有多牛?






     
      “發現”號遙控無人潛水器在海山拍攝到的“海兔”(上圖)和“海底花園”(下圖) 。新華社發
     













     
      原標題為:中國水下機器人有多牛?

           柯博
     
      新聞背景
     
      近日,一些中國水下機器人在深海拍攝的畫面吸引了很多人的眼球:“科學”號科考船上搭載的“發現”號遙控無人潛水器拍攝了“海底花園”,還采集到兩只頭部粉紅色、身體發白的蝸牛狀軟體動物深水海兔;“深海勇士”號載人潛水器在2000米深海作業的高清視頻也首次曝光,為我們展示了一片神奇的海底世界……
     
      事實上,包括“發現”號和“深海勇士”號在內,我們國家研發的水下機器人已經形成了一個“家族”,這里我們就來介紹其中有代表性的一些成員。
     
      “海人一號”

      我國首臺水下機器人
     
      海洋占地球表面的絕大部分,孕育著無盡的資源和豐富的寶藏,開發利用海洋資源成為各個國家競相發展的戰略。水下機器人是探索海洋的重要手段。水下機器人,通常來說可以分為三大類:有纜水下機器人(簡稱ROV),無纜自治水下機器人(簡稱AUV)和載人潛水器(簡稱HOV)。
     
      根據國內市場需求,1979年,以中國工程院院士蔣新松為首的團隊在國內最早提出了海洋機器人研究計劃。1982年,中國科學院正式立項,開展“智能機械在海洋中的應用研究”。
     
      我們國家的第一臺水下機器人誕生于1985年,它叫“海人一號”(HR-01),是一臺有纜水下機器人。
     
      由沈陽自動化所負責研制的“海人一號”樣機于1985年12月在大連首航成功,1986年,改進后的“海人一號”完成了海上試驗。
     
      “海人一號”總功率20馬力、最大作業水深200米,是我國科研人員完全依靠自主技術和立足于國內的配套條件開展的研究工作,是我國水下機器人發展史上的一個重要里程碑。

      “探索者”號

      我國首臺無纜自治水下機器人
     
      1994年,沈陽自動化所成功研制了“探索者”號自主無纜水下機器人。它的工作深度達到了1000米,并且甩掉了與母船之間聯系的電纜,實現了從有纜向無纜的飛躍。
     
      當年10月, “探索者”號在中國南海進行了5個航次的海上試驗,并在西沙群島附近成功下潛1000米水深,成為我國到達深海的先驅者。
     
      CR-01  我國首臺面向6000米的無纜自治水下機器人
     
      1992年,沈陽自動化所與俄羅斯海洋技術問題研究所、國內中船總702所、中科院聲學所等單位合作,著手研制6000米級自主水下機器人——CR-01。
     
      它分別在1995年、1997年兩次赴太平洋開展調查工作,獲得了大量海底多金屬結核錄像、照片及聲圖資料,為開辟區資源勘察提供了重要的依據。它的成功,使中國成為了當時世界上少數幾個擁有6000米級水下機器人的國家之一。
     
      它研制成功的意義還在于,我國具有了對除海溝以外海域進行詳細探測的能力。1991年,中國大洋礦產資源研究開發協會被聯合國批準為第五個深海采礦的先驅投資者,承擔30萬平方公里洋底的探測任務,并最終擁有對礦產資源最豐富的7.5萬平方公里海域的優先開采權。CR-01為此提供了強有力的技術手段。
     
      1997年,CR-01被評為中國十大科技進展之一,同年獲得中科院科技進步特等獎和綜合重大成果獎。

      北極ARV  水下機器人走向極地科考
     
      ROV,AUV,HOV我們都知道了,那么ARV又是個啥?2002年,沈陽自動化所在國內首次提出了ARV概念——ARV是一種集AUV和ROV技術特點于一身的新概念水下機器人。
     
      2008年7月,第一代北極ARV搭乘“雪龍”號科考船,隨隊出征我國第三次北極科考。2010年7月再次參加我國第四次北極科考任務。在北緯86度50分首次從冰洞下放,開展冰下調查工作并取得成功,刷新了我國水下機器人在高緯度的作業紀錄。
     
      北極ARV對于北極科考來說,可以說是一種有效、連續、自主、實時的觀測手段。看似不大的北極ARV攜帶了溫鹽儀、光通量測量儀和水下攝像機等測量設備,具有多種科學觀測能力。可獲得冰下光透射輻照度、冰底形態、海冰厚度、溫度、鹽度、深度和海洋環境參數等多種科學觀測數據,極大地補充了現有的北極冰下監測手段。

      “蛟龍”號控制系統  龍腦誕生記
     
      2012年7月,“蛟龍”號載人潛水器(HOV)圓滿完成7000米級海上試驗,最大下潛深度達到7062米。沈陽自動化所作為蛟龍號主要研制單位之一,承擔了控制系統的研制和技術保障任務。
     
      載人潛水器控制系統,是載人潛水器的“大腦和神經”,它采集載人潛水器上操作面板的操作指令及各種傳感器的信息,通過“大腦”的分析和判斷,輸出指令控制各種執行機構,使潛水器完成各種動作,同時又將采集到的信息進行存儲并顯示,方便潛航員和指揮員作業。
     
      “潛龍一號”  海下資源勘察裝備中的深海衛星
     
      “潛龍一號”是我國首臺6000米AUV深海實用性裝備,具有全部自主知識產權。該課題是中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室制定的國際海域資源調查與開發“十二五”項目,由中科院沈陽自動化所作為技術總體單位,聯合中國科學院聲學研究所、哈爾濱工程大學等單位共同研制。它可以覆蓋98.8%的海洋面積,被稱為海下資源勘察裝備中的深海衛星。具體來講,它主要是服務于我國深海多金屬結核礦區的勘探。
     
      2015年,由中國科學院沈陽自動化研究所承擔的“6000米水下無人無纜潛器(AUV)實用化改造”課題,以優秀成績通過了由中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室組織的課題驗收。“潛龍一號”的研制成功,為我國開展深海資源大范圍精細探測提供了重要技術裝備,標志著我國深海資源勘察裝備已達到實用化水平,使我國AUV技術及產品跨入了國際先進行列。

      “潛龍二號”  呆萌可愛的黃胖魚
     
      “潛龍”家族“二弟”——“潛龍二號”想必大家都不陌生。與“大哥”——“潛龍一號”相比,一方面,它的設計工作深度是4500米;另一方面,它主要服務于我國深海熱液區硫化物的勘探。
     
      “潛龍二號”是“十二五”國家“863”計劃海洋技術領域主題項目“深海潛水器技術與裝備”的課題,由中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室組織實施,沈陽自動化所作為技術總體單位,與國家海洋局第二海洋研究所等單位共同研制。2016年6月,課題通過驗收。
     
      項目研制過程中突破了全新非回轉體立扁魚形設計、復雜海底地形下避碰控制方法、高精度磁力探測、熱液異常綜合探測及數據快速處理等關鍵技術,并在西南印度洋海上試驗性應用中獲得了一批熱液區水體異常、磁力、地形探測等有效數據。“潛龍二號”成為我國首臺獲得中國船級社(ccs)入級證書的無人潛水器。
     
      今年4月6日,在西南印度洋執行中國大洋49航次科考任務的“潛龍二號”無人潛水器,成功完成第50次下潛,創下我國深海自主水下機器人下潛次數的新紀錄。
     
      (特約“中國科普博覽”微信公眾號供稿)
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