【澳门永利】科技日报:“大洋一号”再出发,又一探海利器“潜龙三号”迎来海试

近日,国家重点研发计划“4500米级自主潜水器技术升级及科学应用”项目顺利完成湖上试验。
此次湖上试验历时17天,“潜龙二号”下潜23个潜次。项目组严格按照湖试大纲和湖试实施方案要求,完成了大纲中规定的各单项和综合性能测试以及部分考核指标验证,达到了预期目标。在监理见证下,“潜龙二号”完成相关考核指标测试和验证,最大航行速度达到3.2节,最大续航时间50.7小时,同时验证了无船值守、智能采水、模块化搭载探测载荷、潜水器快速自动检测、声学数据实时处理及高速传输等功能。
在湖试总结会上,与会专家现场观摩了技术升级后的“潜龙二号”全流程湖上综合演示,听取了项目组湖试总结汇报,审查了相关资料。专家组一致认为项目组规定完成了湖试,湖试内容全面,测试验证充分,为下一步的海试奠定了坚实的技术基础。
该项目属于“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项。由中国大洋矿产资源研究开发协会办公室牵头,中国科学院沈阳自动化研究所为技术总体责任单位。项目旨在围绕典型热液区羽状流扩散机制及物质通量估算、基于近底磁力分布特征的典型热液区深部结构、中大比例尺评价区硫化物资源潜力三个科学问题的研究,对“潜龙二号”进行技术升级和改造,提升系统作业能力和效率,为上述科学问题的研究提供勘测、探测和取样数据,为我国多金属硫化物资源勘查提供理论和数据支撑。

近日,“4500米级自主潜水器技术升级及科学应用”项目详细设计评审会在杭州召开,项目顺利通过评审。

近日,由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控水下机器人(以下简称“海斗一号”),顺利完成湖上试验后安全返沈。

“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。

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与会专家听取了项目组的详细设计汇报,审阅了设计资料和图样。评审专家认为潜水器升级改造设计依据比较明确,改造详细设计结果满足任务书和科学应用的预期要求,可以作为下一步订货、制造和调试的依据,专家组一致同意通过详细设计评审。

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仅靠“潜龙二号”难以满足需要

“4500米自主潜水器技术升级及科学应用”项目属于“十三五”期间国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项。该项目由中国大洋矿产资源研究开发协会办公室牵头,中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体责任单位承担潜水器技术升级。

“海斗一号”水中巡航

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”。

该项目围绕典型热液区羽状流扩散机制及物质通量估算、基于近底磁力分布特征的典型热液区深部结构、中大比例尺评价区硫化物资源潜力评估三个科学问题研究的需求,对“潜龙二号”开展了热液异常综合识别技术、AUV自主采水、探测传感器模块化搭载、续航能力提升、声学微地貌系统升级、超短基线定位导航模式、自动检测技术、无船值守作业等技术升级工作,为上述科学问题的研究提供勘测、探测和取样数据,为我国多金属硫化物资源勘查提供理论和数据支撑。

在为期近一个月的湖上试验中,“海斗一号”项目组严格按照湖试大纲和湖试实施细则要求,保质保量按期完成了湖试大纲中规定的内容。“海斗一号”执行了30余次下潜任务,完成了各单项功能和综合性能测试以及部分考核指标验证,达到了预期试验目标。经湖上现场测试,“海斗一号”探测作业一体化综合能力和高效自主遥控混合控制性能得到充分验证。

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。

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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:载人潜水器和自主水下机器人。

会议现场

“海斗一号”湖底作业

“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。

在现场召开的湖试总结会中,与会专家现场观摩了“海斗一号”的湖上全流程综合演示,听取了湖试总结汇报,审查了相关资料。专家组一致认为,“海斗一号”湖上试验内容全面,测试验证充分,可以为下一步的技术升级和海试奠定重要技术基础。

“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。

在国家重点研发计划“全海深自主遥控潜水器研制与海试”项目支持下,沈阳自动化所牵头,联合国内十余家科研单位共同研制的“海斗一号”是一款具有完全自主知识产权、集探测与作业一体化设计和多种操控模式相结合的全海深装备,旨在为我国深渊科学研究提供一种先进的全新技术手段。

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。

澳门永利,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,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。

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