中國網(wǎng)2月25日訊（記者 舒珺）海洋覆蓋著地球表面積的三分之二以上，蘊(yùn)含豐富的生物資源和礦產(chǎn)資源。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入了開發(fā)和利用海洋的時(shí)代。在各種海洋技術(shù)中，作為用在一般潛水技術(shù)不可能到達(dá)的深度進(jìn)行綜合考察和研究并能完成多種作業(yè)的水下機(jī)器人，使得海洋開發(fā)進(jìn)入了新時(shí)代。
我國自主研制的6000米無人無纜潛器和4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)，也就是我們所說的“潛龍一號(hào)”和“潛龍二號(hào)”自主水下機(jī)器人（AUV），引領(lǐng)著我國當(dāng)今深海研究的熱門領(lǐng)域。12月16日，“潛龍二號(hào)”參加了由國家海洋局第二海洋研究所、中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所等多家單位的科學(xué)家組成的大洋40航次，“乘坐”“向陽紅10號(hào)”船前往馬達(dá)加斯加以南1000海里的西南印度洋，進(jìn)行海底熱液硫化物的科學(xué)考察，并為“潛龍二號(hào)” “考試”，進(jìn)行其實(shí)用性的考核驗(yàn)收工作。因此，中國網(wǎng)記者專程趕到中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所（沈自所），采訪了“潛龍二號(hào)”的總設(shè)計(jì)師——?jiǎng)⒔ ?/span>
劉健在“潛龍二號(hào)”通過專家組驗(yàn)收后 在“向陽紅10”船接受中國網(wǎng)記者采訪（攝影 林昂）
初入沈自所，低調(diào)的樓房掩著一排排的長廊，透過一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)室、辦公室的門窗，記者看到工作人員都在低頭謹(jǐn)慎地做研究，并未發(fā)現(xiàn)門口的陌生臉。通過長廊，映入眼簾的是另外一個(gè)不符北方恢宏的建筑風(fēng)格的小巧別院，花草盆栽錯(cuò)落有致地?cái)[放。在長廊的盡頭的會(huì)議室，記者見到了我國4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)師，同時(shí)也是6000米無人無纜潛器的課題負(fù)責(zé)人劉健，通過對(duì)話，深入了解了AUV——這一讓世界各國都爭相研發(fā)的自主水下機(jī)器人。
已經(jīng)開始為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)的AUV究竟是什么？
上世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)的中科院沈自所的所長、我國自動(dòng)化領(lǐng)域首席科學(xué)家蔣新松研究員就提出要發(fā)展水下機(jī)器人領(lǐng)域，并在沈自所率先開始了水下機(jī)器人的研制工作，成為了我國第一個(gè)研制水下機(jī)器人的單位。80年代末期，在國家“863”計(jì)劃的支持下，沈自所作為技術(shù)總體單位，聯(lián)合其他單位成功研制出了第一臺(tái)AUV，取名“探索者”，下潛深度1000米。“探索者”的出世，標(biāo)志著我國掌握了研制AUV的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也標(biāo)志著我國的AUV技術(shù)可以向深海發(fā)展。
水下機(jī)器人通?？梢苑譃槿悾狠d人潛器（HOV）、無人遙控潛器（ROV）以及自主水下潛器（AUV）。AUV是水下機(jī)器人重點(diǎn)發(fā)展方向之一，由于它無需考慮人的因素，再加上航行阻力小、作用范圍大、更智能化，因此越來越得到廣泛的應(yīng)用。上世紀(jì)90年代中期，同樣在“863”計(jì)劃的支持下，我國與俄羅斯海洋技術(shù)問題研究所合作，聯(lián)合國內(nèi)其他單位研制出了我國第一臺(tái)6000米級(jí)的AUV，即CR-01，在1998年時(shí)獲得了國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，位列我國十大科技進(jìn)展之一。CR-01的研制成功，標(biāo)志著我國AUV技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)行列。
十二五期間，中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)為了更好地履行《國際海底多金屬硫化物礦區(qū)勘探合同》，委托沈自所聯(lián)合中科院聲學(xué)所、哈爾濱工程大學(xué)等共同研制了我國第一臺(tái)實(shí)用型6000米無人無纜潛器——“潛龍一號(hào)”，從2011年開始研制，經(jīng)歷了數(shù)次湖上、海上試驗(yàn)之后，兩次到訪東太平洋進(jìn)行結(jié)核區(qū)勘探作業(yè)。此后，沈自所又在大洋協(xié)會(huì)的牽頭下，聯(lián)合海洋二所一同研制了4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)——“潛龍二號(hào)”，針對(duì)多金屬硫化物（海底“黑煙囪”）進(jìn)行調(diào)查。
劉健告訴記者，CR-01屬于原理性樣機(jī)，突破了6000米級(jí)AUV的關(guān)鍵技術(shù)，從科學(xué)角度來講很有意義。但隨著陸上能源的枯竭，世界各國都把目光移向深海，開展了一場(chǎng)轟轟烈烈的“藍(lán)色圈地運(yùn)動(dòng)”，因此迫切的需要一種實(shí)用型的深海AUV，在智能化、實(shí)用性、可靠性與安全性方面有很大的提高， 成為我國探測(cè)和發(fā)現(xiàn)國際深海資源調(diào)查的重要設(shè)備，直接為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。
現(xiàn)在的“潛龍一號(hào)”就是一臺(tái)實(shí)用的深海AUV，曾兩次參與大洋航次，通過對(duì)近百平方公里的探測(cè)，獲得了大量的海底地形地貌、高清晰照片、海底環(huán)境參數(shù)等資料，對(duì)評(píng)估資源分布密度和將來的開采具有重要的意義。
而高分通過南?！昂Ｔ嚒?、并順利通過大洋40航次應(yīng)用性試驗(yàn)航次的專家評(píng)審的“潛龍二號(hào)”，已經(jīng)投入了40航次第二航段——試驗(yàn)性應(yīng)用階段，驗(yàn)證了在西南印度洋其實(shí)地地形地貌、海底光學(xué)、磁力、海洋環(huán)境等多方面探測(cè)，并對(duì)申請(qǐng)的多金屬硫化物礦區(qū)進(jìn)行了大面積探測(cè)。
深海AUV是我國進(jìn)行國際海域資源調(diào)查的重要設(shè)備，以其調(diào)查數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，我國曾成功申請(qǐng)了太平洋海底15萬平方公里的結(jié)核礦區(qū)，并對(duì)7.5萬平方公里的礦區(qū)擁有永久開采權(quán)?？梢灶A(yù)見深海AUV必將在未來的國際海域資源調(diào)查中發(fā)揮更大的作用。
劉健在“潛龍二號(hào)”大洋中脊處女航布放時(shí)專注工作（攝影 舒珺）
人類科技成果竟與大自然“殊途同歸”——“潛龍二號(hào)”長相呆萌像條胖魚
“潛龍一號(hào)”曾數(shù)次下潛到近6000米深的海底進(jìn)行深海資源探測(cè)，“走的路”較為平坦，因此航行穩(wěn)定，而西南印度洋遠(yuǎn)離大陸、島嶼和所有航線，水深從2000米到4500米不等，印度洋中脊“山路崎嶇”，不適合“潛龍一號(hào)”進(jìn)行近底深海作業(yè)，于是，帶有高精度避碰設(shè)計(jì)的4500米級(jí)AUV即“潛龍二號(hào)”將下潛到地形地貌復(fù)雜多變的海底環(huán)境中，分辨障礙、控制自己“跨過山脈”，避免碰撞，帶回神秘的海底“黑煙囪”的相關(guān)數(shù)據(jù)。
洋中脊的復(fù)雜地形要求“潛龍二號(hào)”具有強(qiáng)大的垂直面機(jī)動(dòng)能力以盡可能減小垂直面阻力，再加上回收時(shí)對(duì)水面航行的需求，“潛龍二號(hào)”被設(shè)計(jì)成了立扁形潛器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，就像一條黃色的“呆萌”熱帶魚，帶著四只“翅膀”，控制“這條魚”前行的推進(jìn)器就裝在這四只“翅膀”上；可旋轉(zhuǎn)舵提供更強(qiáng)的機(jī)動(dòng)能力和控制能力，可以保證“潛龍二號(hào)”安全地在復(fù)雜地形航行；首次使用的前視聲納作為避碰傳感器保證了在復(fù)雜地形的有效避碰、測(cè)深側(cè)掃聲納水下實(shí)時(shí)信號(hào)處理技術(shù)保證了快速精確成圖的能力；有效的磁屏蔽方法和磁校正技術(shù)可以完成高精度的磁力探測(cè)，“潛龍二號(hào)”的以上五個(gè)特點(diǎn)，可以保證在印度洋中脊的深?？辈樽鳂I(yè)的順利完成。
劉健告訴記者，“潛龍二號(hào)”與“潛龍一號(hào)”并不存在替代的關(guān)系，本著“因地制宜”的原則，相比適合平坦海底地形作業(yè)的“潛龍一號(hào)”而言，“潛龍二號(hào)”更加適合在復(fù)雜的海底地形中進(jìn)行作業(yè)。這是因?yàn)椤皾擙埗?hào)”的立扁形設(shè)計(jì)及推進(jìn)方式具備更強(qiáng)的垂直面機(jī)動(dòng)能力，使避碰更可靠、探測(cè)更有效，回收更方便?！?/span>
“我們對(duì)它的外形不斷進(jìn)行優(yōu)化，以便讓它攜帶更多能源、適合垂直面的機(jī)動(dòng)航行，并且最大程度上減小它的阻力，優(yōu)化的結(jié)果讓‘潛龍二號(hào)’看起來像一條立扁的魚一樣”，劉健說，“人類的科技成果及優(yōu)化同海底生物的進(jìn)化竟然‘殊途同歸’”。
說“潛龍二號(hào)”可以去“感知”海底世界并不是比喻，人類通過眼睛來觀察世界，“潛龍二號(hào)”則通過前視聲納和測(cè)深側(cè)掃聲納探測(cè)周圍的地形地貌；人類通過耳朵來傾聽世界，“潛龍二號(hào)”則通過各種環(huán)境傳感器來感知未知環(huán)境；人們通過大腦來思考世界，“潛龍二號(hào)”通過一系列智能算法來航行作業(yè)并跨過障礙；人類通過雙腿來丈量世界，“潛龍二號(hào)”通過導(dǎo)航傳感器來定位并執(zhí)行前行命令。這么說來，“潛龍二號(hào)”是個(gè)有思想的“人”，無怪乎人們將深海資源自主勘查系統(tǒng)稱之為“自主水下機(jī)器人”。
在談及4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)的研制情況時(shí)，劉健用他帶著科學(xué)家特有的冷靜與沉著的嗓音，向記者娓娓道來：
“潛龍二號(hào)”是由大洋協(xié)會(huì)牽頭，在國家“863計(jì)劃深海潛水器技術(shù)與裝備”重大研究項(xiàng)目的支持下，沈自所與海洋二所共同研制的?！皾擙埗?hào)”的研制道路并不平坦。最開始的“潛龍二號(hào)”設(shè)計(jì)并沒有前面雙翅，到相關(guān)單位進(jìn)行水動(dòng)力試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)無法保持穩(wěn)定控制，因此需要重新改進(jìn)設(shè)計(jì)?？傃b聯(lián)調(diào)階段前后持續(xù)了近八個(gè)月，除了發(fā)現(xiàn)許多加工設(shè)計(jì)方面的問題，還不斷修改控制方法、外形設(shè)計(jì)、集成設(shè)計(jì)等，這八個(gè)月對(duì)于整個(gè)研制團(tuán)隊(duì)而言可謂是“黑色八個(gè)月”，劉健用六個(gè)字形容了這個(gè)時(shí)期研發(fā)人員的工作狀態(tài)，“白加黑，五加二”。
在經(jīng)過了晝夜不分沒有周末的半年多的艱苦奮戰(zhàn)，終于在此后的南海海試中表現(xiàn)不俗，獲得現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收專家的一致好評(píng)并高分通過驗(yàn)收。下一步，“潛龍二號(hào)”的任務(wù)就是在西南印度洋進(jìn)行實(shí)地探測(cè)。這對(duì)于研發(fā)團(tuán)隊(duì)來說是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，但同時(shí)，大家也滿懷信心準(zhǔn)備迎接新的考驗(yàn)。
“水下機(jī)器人研制的5年經(jīng)歷就像養(yǎng)活一個(gè)從出生到五歲的孩子”，劉健動(dòng)情道，“我也希望隨著科技的發(fā)展，它可以逐漸逼近人類的智慧”。
深海AUV的未來還將把更高精尖設(shè)備融為一體 或?qū)⒕邆洳蓸幽芰?/span>
1983～1988年期間，美國國家海洋大氣局制訂了一個(gè)5年計(jì)劃，把處在美國200海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)的胡安德富卡海脊作為海底熱液礦床的重點(diǎn)研究和開發(fā)對(duì)象；日本政府也曾投資75億日元，建造了能下潛2000米的“深海2000”號(hào)深潛器，專門用于海底熱液礦物的調(diào)查，海洋開發(fā)中心用7年時(shí)間，投資220億～230億日元，建造能下潛6000米的深潛器——“6500”號(hào)，用于海底熱液礦床的調(diào)查；1985年初，加拿大多倫多大學(xué)的斯科特教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)調(diào)查隊(duì)乘“潘德拉2”號(hào)潛艇，對(duì)溫哥華島以西約200千米的海脊進(jìn)行了調(diào)查。反觀我國，目前的“潛龍一號(hào)”和“潛龍二號(hào)”已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，而國外AUV的應(yīng)用次數(shù)更多、技術(shù)更成熟，仍值得我國學(xué)習(xí)。在未來，我國的深海AUV將向更深、更遠(yuǎn)、更智能的領(lǐng)域發(fā)展。
劉健的扁方鏡片下閃爍著深邃又興奮的光芒，跟記者分享著未來我國AUV的發(fā)展方向。他告訴記者，6000米的深度已經(jīng)覆蓋到了全球98%的海域，但也有個(gè)別極深的海域具有科學(xué)探測(cè)的價(jià)值，比如馬里亞納海溝，最深可以達(dá)到11000米?！翱萍疾恳苍谧鲋嚓P(guān)規(guī)劃，希望下一次可以做到11000米級(jí)的深度，確保整個(gè)海洋我們都可以探測(cè)到。深海AUV到達(dá)更深的領(lǐng)域以后，除了密封，還有一個(gè)弱通訊的難題亟須解決。所以攻克這項(xiàng)技術(shù)難題也將是未來深海AUV的發(fā)展方向。”
另外，續(xù)航能力的提升可以有效提高作業(yè)效率，CR-01的續(xù)航能力不小于10小時(shí)，“潛龍1號(hào)”和“潛龍2號(hào)”的續(xù)航能力達(dá)到30小時(shí)。劉健說，在未來，深海AUV的發(fā)展也一定會(huì)朝著更遠(yuǎn)的目標(biāo)邁進(jìn)。
此外，具備更強(qiáng)的周圍感知能力和智能控制也是未來深海AUV發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。如何將聲學(xué)的多波束、測(cè)深側(cè)掃聲納、高精度數(shù)碼照相機(jī)、近底水文環(huán)境參數(shù)或地球物理參數(shù)測(cè)量等高精度傳感器融為一體，更準(zhǔn)確全面的感知復(fù)雜的海洋環(huán)境，讓深海AUV變得更加智能也是未來的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
海上的時(shí)光
采訪進(jìn)行到后期，不可避免的談到了劉健對(duì)前幾次大洋航次的記憶。劉健告訴記者，在海上試驗(yàn)的時(shí)候，人要克服暈船的時(shí)候又有技術(shù)難題需要攻克，再加上時(shí)間緊湊，研發(fā)人員需要在有限的時(shí)間內(nèi)加班加點(diǎn)，24小時(shí)不睡覺都屬于正常情況。
山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村，“每當(dāng)最后一個(gè)潛次順利結(jié)束，當(dāng)我意識(shí)到海試大綱規(guī)定的內(nèi)容已全部完成，馬上便可以勝利返航的時(shí)候，突然海上的世界變得那么美好。天是那么蔚藍(lán)，云是那么潔白，空氣那么清新，大海那么遼闊，朝霞那么絢麗，隊(duì)員那么敬業(yè)，而我身在其中”，說到這里，記者似乎看到這位德高望重的科學(xué)家鏡片背后閃爍的欣慰和希翼的光芒。
延伸閱讀：
與“潛龍二號(hào)”一樣，“潛龍一號(hào)”也是由沈自所聯(lián)合中科院聲學(xué)所、哈爾濱工程大學(xué)共同研發(fā)的。劉健作為“潛龍一號(hào)”的課題負(fù)責(zé)人，對(duì)其也充滿了感情。他告訴記者，2013年底，“潛龍一號(hào)”就隨同大洋29航次進(jìn)行了它的“人生第一次考試”，前往東太平洋的多金屬結(jié)核區(qū)進(jìn)行5200-5300米深海底地形地貌探測(cè)；2014年參加了大洋32航次調(diào)查任務(wù)，那時(shí)的“潛龍一號(hào)”“成長”得更為成熟，作為一個(gè)實(shí)用型設(shè)備多次下水，最大探測(cè)時(shí)長超過30個(gè)小時(shí)。 “潛龍一號(hào)”的探測(cè)讓我國對(duì)于東太平洋區(qū)域結(jié)核分布情況掌握的更加充分，至此，“潛龍一號(hào)”交上了一份完美的答卷，并在今年的正式驗(yàn)收中以“優(yōu)秀”的成績通過“考核”。
深海AUV未來也會(huì)經(jīng)歷升級(jí)改造的過程。為了更好地服務(wù)于我國的海洋事業(yè)，深海AUV仍有許多關(guān)鍵技術(shù)需要克服，首當(dāng)其沖的是對(duì)于探測(cè)目標(biāo)的識(shí)別，其次就是對(duì)于目標(biāo)進(jìn)行精細(xì)作業(yè)，這些都要求深海AUV的智能比現(xiàn)在更高一步。
深海AUV的設(shè)計(jì)初衷是滿足大洋資源調(diào)查需求，但這并不影響AUV技術(shù)向其他實(shí)用方向推廣。石油管道的檢查、南海海域的探測(cè)、以及爭議地區(qū)的探測(cè)等。劉健誠懇地告訴記者，他希望AUV技術(shù)可以推廣到更多領(lǐng)域去為海洋事業(yè)服務(wù)。
