”大洋一号”再出发,又一探海利器“潜龙三号”迎来海试

    |     2018年4月15日   |   科学探索   |     0 条评论   |    419

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经历3天的物资补给和人员轮换,4月15日,“大洋一号”再次起航,离开厦门现代码头,奔赴南海执行综合海试B航段任务。与A航段不同的是,在此航段中,又一件探海利器——我国自主研发的4500米级深海资源自主勘查系统“潜龙三号”将迎来首次海试。

“潜龙”家族为何再添新成员?与家族其他成员相比,“潜龙三号”有何过人之处?此次海试对未来“三龙聚首”有何意义?记者就此采访了专家。

仅靠“潜龙二号”难以满足需要

长3.5米,高1.5米,体重1.5吨,立扁形身体,还有4只“鳍”——从外形看,“潜龙三号”延续了“潜龙二号”的“黄胖鱼”“基因”。 这并不奇怪,因为这对“孪生兄弟”的总设计师是同一个人——中科院沈阳自动化所研究员刘健。刘健说,这种非回转体立扁鱼形设计,有利于减少垂直面的阻力,便于潜水器在复杂海底地形中垂直爬升,也可以增强水面航行能力。

浩瀚的海洋中蕴藏着丰富的资源,但仅靠人类的潜水技术难以到达深海的绝大部分区域,水下机器人因此有了用武之地。水下机器人通常被分为三类:载人潜水器(HOV)、遥控水下机器人(ROV)和自主水下机器人(AUV)。

“潜龙”系列属于自主水下机器人,可以自由行动,在较大的区域范围内进行精细探测,自主导航、自主作业以及自我保护。

“十二五”期间,在中国大洋协会支持下,中科院沈阳自动化所联合中科院声学所、哈尔滨工程大学等单位,研制了我国首台6000米AUV——“潜龙一号”,主要作业海域瞄准了海底较平坦的多金属结核区。

与此同时,在国家863计划支持下,历时5年艰苦攻关,中科院沈阳自动化所研制出4500米级深海资源自主勘查系统——“潜龙二号”,瞄准的是多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。

多金属硫化物区的海底地形异常复杂,上下起伏达1000多米。相比“潜龙一号”,“潜龙二号”更像一辆越野车,能更好地在复杂地形中作业。   “由于我国在西南印度洋的多金属硫化物合同区有约一万平方公里,探测任务繁重,仅靠一台‘潜龙二号’,难以满足大洋深海资源探测的需要”刘健说。

在技术成熟的“潜龙二号”基础上,2016年9 月,中国大洋协会与中科院沈阳自动化所签订建造合同,目标是再研制一套具备微地貌成图、温盐深剖面探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测、海底照相以及磁力探测等热液异常探测功能的4500米级自主潜水器(简称“潜龙三号”),以提高对多金属硫化物资源探测的效率,为大洋海底多金属硫化物资源的调查评估提供服务。其中中科院沈阳自动化所为“潜龙三号”的技术总体责任单位,国家海洋局第二海洋研究所负责探测载荷分系统研制,中科院声学所负责微地貌测量系统设备研制。

在“潜龙二号”基础上优化升级

刘健介绍,下潜前,科研人员会在“潜龙三号”的“大脑”中植入参数和使命配置,然后用吊车将其放到水中,之后解除吊车和潜水器之间的联系。

“潜龙三号”身上安装了下沉压载铁和上浮压载铁。下潜到预定深度后,它自动抛掉下沉压载铁开始作业。完成作业后,它会自动抛掉上浮压载铁,实现自动上浮,工作人员再通过遥控挂钩或抛绳等方式将它回收到母船。

为应对水下复杂的地形地貌,“潜龙三号”同样采用前视声呐作为避碰传感器。这种成像声呐,也被认为是潜水器的“眼睛”,控制计算机把数据采集进来后,通过图像处理方式来识别障碍和周围环境,结合避碰策略,下达紧急转向、紧急变深或变高以及跟踪指令。在解除危机后,会通过在线路径规划引导潜器回到正确的轨迹上,使其继续正常地执行任务。 

4个可旋转舵推进器相当于潜水器的“鳍”。依靠操控推进器和舵的运动,潜水器可以灵活地前进、后退、旋转,在海底“翻山越岭”。

在我国大洋40航次、43航次、49航次中,“潜龙二号”完成了近500平方公里的热液区海底精细地形地貌探测、发现多处热液异常点,获得大量高清晰近底照片,为我国海底多金属硫化物矿区资源评估奠定了科学基础。 虽然是“孪生兄弟”,但刘健说,“潜龙三号”在“潜龙二号”技术基础上进行了优化升级。其中最主要的变化是最大续航能力的增加,噪声有所降低。

“‘潜龙三号’的技术指标仍然是30小时,我们通过降低电子设备功耗,提高推进效率等措施,使最大续航能力有了明显的提高。”刘健说。

为“三龙”聚首打下基础

2017年年底,“潜龙三号”完成千岛湖湖上试验。此次湖上试验历时29天,共进行了43个潜次,主要验证了“潜龙三号”主要技术指标和功能满足合同要求,在最大速度、推进效率、全系统声噪声、最大续航能力上均有较大突破。

“由于海试存在风险,在此之前需要进行湖试。通常湖上试验主要验证各种技术指标和功能,而海试则验证湖试无法验证的指标,如最大深度指标等,偏重于功能性试验。”刘健说,此次是“潜龙三号”首次海试,其技术状态有待验证,此外也存在出现技术故障、遭遇恶劣海况等风险。此次海试中除了对“潜龙三号”的主要技术指标和功能进行验证,此外还将根据需求,在天然气水合物试采区和多金属结核试采区进行试验性应用。按照计划,海试通过后,“潜龙三号”将在我国大洋多金属硫化物资源调查航次中被实际应用,不断提升技术水平和性能。

值得一提的是,此次海试的依托母船,是我国海洋调查功勋船“大洋一号”。这是其2016年大修改装后首次执行综合海试任务。

在综合海试A航段中,我国自主研发的“海龙Ⅲ”潜水器完成了400米级、2000米级、4500米级三个深度级别的海试,“海龙11000”潜水器完成400米级和2000米级海试。综合海试A航段首席科学家初凤友表示:“海龙Ⅲ”与“海龙11000”潜水器在我国潜水器“龙家族”中初出茅庐,为今后各种潜水器密切配合乃至“三龙”聚首打下了更加坚实的基础。

记者同时了解到,服务于深海探测的新科考母船有望于2019年下水。届时,它将可以同时搭载“蛟龙”“海龙”和“潜龙”,“三龙”联手组成我国探秘深海大洋的国之重器。

来源:科技日报

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