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海底黑烟囱,遨游深海全凭一身绝技

发布时间:2019-07-07 10:27编辑:生命科学浏览(138)

    探秘“潜龙二号”:遨游深海全凭一身绝技

    近日,由中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体单位研制的“潜龙二号”AUV完成了中国大洋第40航次试验性应用任务。在本次海上作业中,通过测深侧扫声呐水下实时信号处理技术,“潜龙二号”实现了深海近海底高精细地形地貌快速成图;通过热液活动区热液异常探测和近底光学探测,“潜龙二号”成功发现多处热液异常点,并获得了洋中脊进海底高分辨率照片300多张,取得我国大洋热液探测的重大突破,为我国硫化物矿区的评估、进一步探测及科学研究提供了重要依据。“潜龙二号”西南印度洋试验性应用的成功,填补了我国深海硫化物热液区自主探测技术装备的空白。

    “潜龙二号”海试成功验证多项关键技术

    新华社沈阳3月25日电记者25日从中科院沈阳自动化研究所获悉,中国自主研发的水下机器人“潜龙二号”日前成功地对西南印度洋脊上的热液活动区开展了试验性应用探测。在这种被称为“海底黑烟囱”的复杂地带,“潜龙二号”获得了热液区的地形地貌数据、发现多处热液异常点,拍摄到硫化物、玄武岩和海洋生物等大量照片,取得大洋热液探测的突破。

    ■本报记者 彭科峰

    本次海上作业分为验收试验和试验性应用两个阶段。在第一航段的验收试验中,潜水器共8次下潜,完成了验收试验规定的所有考核项目,同时取得了多项突破性成绩:首次使用我国自主知识产权的AUV进行洋中脊热液区大洋探测任务,获得了断桥、龙旂热液区的近海底精细三维地形地貌数据和磁力数据,同时发现断桥、龙旂热液区多处热液异常点,获得洋中脊近海底高分辨率照片,取得我国大洋热液探测的重大突破。1月29日,863现场验收专家一致同意通过现场验收,这标志着“潜龙二号”最后通过了一项重要的现场考核节点,为后续的试验性应用工作奠定了坚实的技术基础。

    科技日报沈阳3月22日电 “在整个航次中,‘潜龙二号’表现出良好的近海底复杂地形条件下的稳定航行能力和出色的避碰控制性能。仅在龙旂热液区一次下潜探测中,‘潜龙二号’就先后有效地完成了30多次规避障碍的控制。”提起海试过程,“潜龙二号”总设计师、中科院沈阳自动化研究所研究员刘健难掩兴奋之情。

    “潜龙二号”是“十二五”国家863计划“深海潜水器技术与装备”重大项目的课题之一,课题由中国大洋协会办公室负责,中科院沈阳自动化研究所作为技术总体单位,联合国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制,为4500米级自主水下机器人。

    日前,中科院沈阳自动化所作为技术总体单位研制的“潜龙二号”自主水下机器人圆满完成了中国大洋第40航次试验性应用任务。

    在第二航段的试验性应用阶段,“潜龙二号”再接再厉,在共8个潜次的任务中,完成了7个长航程探测任务,累计航程近七百公里,探测面积达218平方公里,测深侧扫数据、磁力探测数据、各种水文环境参数数据均完整有效,同时发现多处热液异常点。其中,单次下潜最大探测时间达到32小时13分钟,最大航行深度超过3200米。本航段“潜龙二号”连续4个长航程成功探测成绩也创下了我国深海AUV之最。

    “‘潜龙二号’西南印度洋的试验性应用,成功验证了‘潜龙二号’的多项关键技术,填补了我国深海硫化物热液区自主探测技术装备的空白。”刘健说。

    “潜龙二号”主体长3.5米,高1.3米,宽0.7米,外部为鲜黄色,头尾部还各有两个红色“鱼鳍”形推进器,看上去就像一条扁扁的热带鱼。“别看它体重有1.5吨,但身形矫健,可以在深海里以2节的时速,完成各项探测任务。”“潜龙二号”总设计师、沈阳自动化所研究员刘健告诉记者,此次对西南印度洋脊上的热液活动区进行探测,机器人经受了巨大考验。

    在本次海上作业中,“潜龙二号”团队实现了多个重要突破。如实现了深海近海底高精细地形地貌快速成图,发现多处热液异常点,获得洋中脊进海底高分辨率照片300多张,取得我国大洋热液探测的重大突破。可以说,“潜龙二号”西南印度洋试验性应用的成功,填补了我国深海硫化物热液区自主探测技术装备的空白。

    西南印度洋海上试验再次验证了“潜龙二号”的多项关键技术:首次采用全新非回转体立扁形设计和推进器布局,增强了潜水器的机动性能,实现了复杂海底地形下的稳定航行和路径跟踪能力;首次采用基于前视声纳的避碰控制方法,大大提高了障碍物的有效识别能力,实现了复杂海底地形条件下的有效避碰控制;国内首次在AUV上安装了磁力探测传感器,解决了对磁辐射设备的屏蔽和磁探测数据的校正及处理难题,实现了近海底高精度磁力探测;采用测深侧扫声纳水下实时信号处理技术,实现了深海近海底高精细地形地貌快速成图。

    本次海试分为验收试验和试验性应用两个阶段。在第一航段的验收试验中,潜水器共8次下潜,首次使用我国自主知识产权的AUV进行洋中脊热液区大洋探测任务,获得了断桥、龙旂热液区的近海底精细三维地形地貌数据和磁力数据,同时发现断桥、龙旂热液区多处热液异常点,获得洋中脊近海底高分辨率照片,取得我国大洋热液探测的重大突破。

    “机器人就像在石林中穿行。”“潜龙二号”软件负责人徐春晖说,“西南印度洋中脊海底环境复杂,面积30平方公里内地形起伏可达到上千米,‘潜龙二号’需要‘翻山越岭’,作业难度极大。”

    那么,“潜龙二号”圆满返航的背后,有哪些不为人知的秘密呢?在为期三个多月的海上科研中,发生了哪些故事?日前,《中国科学报》记者到中科院沈阳自动化所,对“潜龙二号”团队成员进行了采访。

    研制深远海自主水下机器人,对提升我国深远海资源开发的国际竞争能力,提高我国深远海资源开发利用规模与水平,具有国家战略意义。“潜龙二号”西南印度洋的试验性应用成功,填补了我国深海硫化物热液区自主探测技术装备的空白,必将为我国大洋深海资源调查做出更大的贡献。

    在第二航段的试验性应用阶段,“潜龙二号”探测面积达218平方公里。“其中,单次下潜最大探测时间达到32小时13分钟,最大航行深度超过3200米,连续4个长航程的成功探测成绩也创下了我国深海AUV之最。”刘健说。

    为此,“潜龙二号”在设计上首次采用基于前视声呐的避碰控制方法,大大提高了避碰障碍物能力。仅在一次下潜探测中,就触发了90次避碰,都有效规避了障碍,整个试验过程,没有发生触碰事故。

    从淡水到深海

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    此次海试中,完成近海底精细地形地貌探测和热液活动区的近底光学探测也是“潜龙二号”的一项重要功能。“潜龙二号”采用了测深侧扫声纳水下实时信号处理技术,实现了深海近海底高精细地形地貌快速成图;热液活动区的近底光学探测则是通过拍摄的照片,确认热液喷口及矿产资源。

    从去年12月16日出发,到今年3月4日完成潜器验收试验和试验性应用。“潜龙二号”共完成16次下潜,顺利通过了现场验收专家的验收,探测面积达218平方公里,单次下潜最长时间超过32小时,最大深度超过3200米。

    “潜龙二号”,是我国自主研发的“4500米级深海资源自主勘查系统”的代称。它是“十二五”国家“863”计划——深海潜水器装备与技术重大项目的课题之一。

    “潜龙二号”AUV在海试中

    更多阅读潜龙二号总设计师:深海装备方面的应用太少潜龙二号勘测面积破纪录 发现多处热液异常点

    大洋深处的海底常有高温热液活动,俗称“海底黑烟囱”。多金属硫化物就是这“黑烟囱”的重要产物,其中富含铜、锌、铅、金与银、钴、锰等金属元素。随着陆地金属矿床的日益枯竭,海底热液硫化物矿床开发潜力越来越受到重视。

    中科院沈阳自动化所研究员、水下机器人研究室总工刘健告诉《中国科学报》记者,该课题总体目标为自主研制一套4500米级AUV系统,并以此为平台,集成热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术,形成一套实用化的深海探测系统,并培养一支装备操作维护队伍,进行多金属硫化物等深海矿产资源勘探作业。

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    刘健说,自主水下机器人对提升深远海洋资源开发的国际竞争力,具有战略价值。“潜龙二号”在西南印度洋获得了试验性应用成功,填补了中国深海硫化物热液区自主探测技术装备的空白。

    “这项工作由中国大洋矿产资源研究开发协会作为用户单位组织实施,我们所与国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。”刘健介绍,2012年初科研人员开始进行研制。2014年10月,“潜龙二号”完成了总装联调和检测工作。“之前‘潜龙一号’也是由我们来完成。多年技术的积淀,使我们的研发任务能够迅速推进。”

    热液区海底硫化物

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    2014年11月,“潜龙二号”在浙江千岛湖先后开展了两次湖上试验,累计下水147潜次。

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    2015年夏季,“潜龙二号”从淡水试验走向南海海试,国家“863”组织6名专家全程跟随,对其性能、指标进行全面考核,最终以高分过关。

    热液区海底硫化物

    2015年12月中旬,“潜龙二号”团队从三亚起航前往西南印度洋,参加中国大洋第40航次试验性应用任务。在这项为期近3个月的航程中,“潜龙二号”团队完成了两个阶段的作业。

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    “一个是验收试验,另外一个是试验性应用。在第一航段的验收试验中,潜水器共8次下潜,完成了验收试验规定的所有考核项目,高分过关。”刘健说,“一般而言,科研人员的任务就到此为止了,但我们马上又让水下机器人直接进入应用阶段,这在众多‘863’任务中还是首次。”

    热液区海底贝壳

    多项突破性进展

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    验收试验阶段和试验性应用阶段有什么区别呢?中科院沈阳自动化所副研究员赵宏宇告诉《中国科学报》记者,在第一阶段的西南印度洋中脊热液区大洋探测中,“潜龙二号”获得的断桥、龙旂热液区的近海底精细三维地形地貌数据等,和以往数据相对比都很吻合,这证明了“潜龙二号”的可靠性。

    热液区海底玄武岩

    而在第二阶段的8次下潜中,“探索的完全是未知海域,人类在此之前完全没有涉足过,地形复杂,难度极大”。尽管如此,“潜龙二号”团队依然取得了多项重大突破。

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    在第一阶段,“潜龙二号”首次使用我国自主知识产权的AUV进行洋中脊热液区大洋探测任务,发现断桥、龙旂热液区多处热液异常点,获得300多张洋中脊近海底高分辨率照片,取得我国大洋热液探测的重大突破。

    热液区海底生物

    在第二阶段,“潜龙二号”完成了7个长航程探测任务,累计航程近700公里,探测面积达218平方公里,同时发现多处热液异常点。其中,单次下潜最大探测时间达到32小时13分钟,最大航行深度超过3200米。本航段“潜龙二号”连续4个长航程成功探测成绩也创下了我国深海AUV之最。

    “这次海上应用中,我们实现了很多技术上的首次。”刘健介绍。如“潜龙二号”首次采用全新非回转体立扁形设计和推进器布局,增强了潜水器的机动性能;首次采用基于前视声呐的避碰控制方法,大大提高了障碍物的有效识别能力,实现了复杂海底地形条件下的有效避碰控制;国内首次在AUV上安装了磁力探测传感器,实现了近海底高精度磁力探测等等。

    “‘潜龙二号’为我国开展深海资源大范围精细探测提供了重要技术装备,标志着我国深海资源勘查装备已达到实用化水平,使我国自主水下机器人技术及产品跨入了国际先进行列。”刘健说。

    难忘的深海之旅

    “潜龙二号”西南印度洋试验队共有17人,核心研发人员约10人,其他以应用人员为主。从2015年12月到2016年3月10日,“潜龙二号”团队在茫茫大海上度过了近三个月难忘的时光。

    这是一支年轻的队伍,平均年龄在35岁以下。除了刘健在多年以前有过类似的深海航行,其他队员在此次航行之前并没有在大洋上待过这么久。

    科研人员的海上之旅,绝大部分时间都处于忙碌状态。在“潜龙二号”没有下水作业的时候,大家要负责进行设备维护和数据分析工作;“潜龙二号”在水中作业期间,大家轮流值班,通过显示屏监测水下机器人的举动;“潜龙二号”上船后,大家下载其获得的数据并及时分析,同时进行机器人的电池更换等工作。

    三个月的时光,对于年轻人来说,其实最难的是通讯不畅。“这些‘80后’的小伙子,基本都是独生子女,上有老下有小。一走这么长时间,家里很多事情都没法管,其实挺不容易的。”赵宏宇说,为了完成“潜龙二号”的海试,大家都牺牲了很多。

    “长期以来,我们对于海洋权益的关注度不够,开发也落后于他国。”刘健说,随着经济的发展,海洋权益、海底矿藏对中国的发展将会越来越重要,这也需要我国有与之配套的科研研发实力与深海装备。在向深海进军的道路上,中科院的科研人员将会继续努力。

    《中国科学报》 (2016-03-31 第1版 要闻)

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