中國網(wǎng)2月25日訊（記者 葛蕾 舒珺）“4500米級深海資源自主勘查系統(tǒng)（潛龍二號）”是我國首型針對深海多金屬硫化物資源調(diào)查為目標的自主水下機器人，今年12月16日，搭乘“向陽紅10”號船赴我國西南印度洋多金屬硫化物礦區(qū)執(zhí)行大洋第40航次任務(wù)，同時開展第二、三階段海上試驗，以驗證其深海多金屬硫化物的勘查能力，為今后開展深海資源自主勘查奠定技術(shù)基礎(chǔ)。近日，中國網(wǎng)記者走進“潛龍二號”技術(shù)總負責(zé)單位——中科院沈陽自動化研究所，就潛器控制系統(tǒng)的技術(shù)特點、成熟程度、可靠性等情況專訪了控制系統(tǒng)負責(zé)人許以軍。
許以軍接受中國網(wǎng)記者訪問（攝影 姜一平）
控制系統(tǒng)分五大單元 游戲手柄設(shè)計實現(xiàn)信號實時傳輸
初見許以軍發(fā)現(xiàn)他秉承著技術(shù)男特有的性格，嚴謹、內(nèi)斂又富有極強的專業(yè)知識，在與他的溝通中，能透過他邏輯清晰的介紹，全面了解到“潛龍二號”的控制系統(tǒng)情況。
作為該系統(tǒng)負責(zé)人，許以軍告訴記者，控制系統(tǒng)硬件是4500米AUV的一個重要組成部分，它是控制系統(tǒng)完成潛水器航行控制的一個基礎(chǔ)，是使命任務(wù)的執(zhí)行、各傳感器信號的采集、數(shù)字信號處理與識別、航行控制、記錄與通訊、故障診斷與應(yīng)急安全等功能實現(xiàn)的一個硬件平臺。
所有的信號、功能包括水下任務(wù)的執(zhí)行都是通過這個硬件設(shè)備搭建而成，許以軍告訴記者，“潛龍二號”控制系統(tǒng)共分為五大單元：水面顯控單元，包括水面控制單元、水面遙控裝置、水面定位單元；控制單元包括航行控制單元、水面定位通訊與應(yīng)急單元、避碰與探測控制單元、航行控制傳感器單元；推進單元包括推進器和舵機；能源單元包括電池組檢測模塊、主電池組能源、應(yīng)急電池組能源；導(dǎo)航單元包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、長基線定位單元和DVL測速儀與避碰設(shè)備等。
接著，許以軍細致的講解水面控制單元的功能特質(zhì)：“水面控制單元簡單來說就是水面操作臺，對潛器的水面操作檢查和使命任務(wù)下載，使用結(jié)束后進行數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)分析功能?！?/span>
“水面遙控裝置是由人來完成的嗎？”被問到這個問題時，許以軍打了個形象的比喻：“水面遙控裝置相當(dāng)于游戲手柄，一開始設(shè)計的時候把它作為一個游戲的想法融入到里邊，人來遙控藍牙手柄對AUV系統(tǒng)進行遙控，使它執(zhí)行水面航行任務(wù)。”
“那么，您剛提到的遙控裝置，人可以在水面進行遙控，那么AUV在水下進行作業(yè)時，我們?nèi)耸欠衲軐崟r了解潛器的航行狀態(tài)？”
許以軍說：“經(jīng)過多年的探索和技術(shù)突破，我們通過水聲定位通訊技術(shù)實現(xiàn)對潛水器的定位與監(jiān)控，實時掌握潛器的運行狀態(tài)?！?/span>
據(jù)介紹，“潛龍二號”控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備集成密封在電子密封耐壓艙內(nèi)，通過水密電纜或油路進行連接，融合了雙總線混合組網(wǎng)技術(shù)，分布式系統(tǒng)模塊化設(shè)計技術(shù)等先進技術(shù)的應(yīng)用。水面支持設(shè)備考慮到用戶的使用，本著便攜性、簡單實用的策略進行的便攜、高集成化技術(shù)設(shè)計。
大洋40航次中進行硬件檢查的許以軍（攝影舒珺）
“潛龍二號”遵從“六性”設(shè)計已達到較高的技術(shù)水準
許以軍告訴記者，“潛龍二號”的控制系統(tǒng)在設(shè)計方面注重“六性”及標準化設(shè)計，即可靠性性、維修性、保障性、測試性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性和標準化。
緊接著他“掰開揉碎”的向記者一一講解該系統(tǒng)：“比如可靠性設(shè)計，在潛器設(shè)計上，包括每一個組部件都進行了可靠性預(yù)計，根據(jù)元器件的壽命和各方面指標進行計算，預(yù)估整個系統(tǒng)組成后可靠性可達到的指標和量級?！?/span>
許以軍所帶領(lǐng)的團隊將產(chǎn)品的安全性視為重中之重，經(jīng)過多年的努力和探索，可以說在水上、水下定位監(jiān)控已達到了先進水平，包括衛(wèi)星的應(yīng)用、無線通訊技術(shù)、水下聲學(xué)定位、超短基線的跟蹤等等，取得了長足的進步。
在“潛龍二號”自身方面設(shè)計了完善的安全性措施，如安全航行、自主避碰、故障診斷與應(yīng)急處理、水上、水下示位與定位等，在潛水器的自救能力方面下足了功夫。“潛器的安全性設(shè)計考慮到空天及水下全方位的通訊與監(jiān)控，自身安全控制策略、故障診斷處理和拋載上浮能力、應(yīng)急處理等”許以軍告訴記者。
此外，“潛龍二號”各分系統(tǒng)在設(shè)計過程中留有必要的測試點，可通過通用檢測設(shè)備或?qū)Ｓ脵z測設(shè)備對產(chǎn)品的狀態(tài)進行檢查和故障定位。對于必須通過專用檢測設(shè)備才能進行狀態(tài)檢查和故障定位的則提供專用檢測設(shè)備，這也是控制系統(tǒng)設(shè)計貫徹的可測試性。
在故障定位到段或功能置換模塊的條件下，潛水器的平均故障修復(fù)時間不超過3小時，這一點上充分體現(xiàn)出許以軍帶領(lǐng)團隊對系統(tǒng)的可維修性的設(shè)計。
“那么潛器如何實現(xiàn)自救？會遇到哪些危險？”面對這個問題，許以軍信心滿滿回答：“AUV作為自主水下機器人，我們通常會事先在系統(tǒng)里設(shè)定某些條件，它會根據(jù)預(yù)設(shè)條件判斷能否航行，如果通行不了或出現(xiàn)故障，就會根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境條件來判斷故障的狀態(tài)并進行分級，根據(jù)級別不同采取相應(yīng)的措施，比如潛器里某個設(shè)備出現(xiàn)故障影響到試驗任務(wù)完成時，就會進入故障診斷程序，進行拋載處理也就是潛器上浮。”
拋載后的潛器順利上浮，這時水面安全系統(tǒng)也就是水上定位發(fā)揮作用，把潛器當(dāng)前的位置信息和狀態(tài)實時反饋給母船，許以軍告訴記者：“海洋環(huán)境不像陸地可以感知或者人為預(yù)判，在海洋中只能模擬一些故障環(huán)境，比如漏水、巨型障礙物等等，根據(jù)這些假定的條件，潛器自主的進行判斷處理并應(yīng)對。”
通過許以軍的描述，“潛龍二號”采用可旋轉(zhuǎn)的推進裝置，可實現(xiàn)正負90度范圍大角度的轉(zhuǎn)動，增大潛器自身的操縱性，就好像魚可以自由的在水里暢游一樣，上升下潛，左右調(diào)節(jié)及水中懸停等。
跟故障“死磕” 細致排查一個月拆卸千余個零件
在同事的眼里，許以軍沉默內(nèi)斂，標準的工科男裝扮，來到中科院沈陽自動化研究所十年來刻苦鉆研，目前已成長為團隊的骨干。為了攻克技術(shù)難關(guān)常常加班加點，有一股“死磕到底”的執(zhí)著精神，最開始研究時，自動駕駛單元作為潛器控制系統(tǒng)的核心硬件可靠性不高，經(jīng)常會突然重啟。為了排查這個問題，許以軍帶領(lǐng)團隊廢寢忘食一個月，不斷地拆裝元部件進行研究，反復(fù)測試，他們先后檢查了上千個零件，沒有任何抱怨，最后終于找到故障的“元兇”。
對于即將到來的大洋40航次科考，許以軍告訴記者，此次出航我們的任務(wù)目標非常重，一方面是“潛龍二號”去那么大面積的海底探測是一種挑戰(zhàn)，另一方面時間安排緊湊，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，解決問題會浪費時間，從而使整個任務(wù)執(zhí)行時間拖延，他說：“其實最擔(dān)心的就是設(shè)備出現(xiàn)故障，有的故障可以現(xiàn)場解決，有的故障則難以解決，這對我們來說是極大的考驗?！?/span>
出海時間長對人的體力、心理承受能力也是一種考驗，面對茫茫大海難免會有孤獨寂寞的情緒，對如何克服這些情緒時，許以軍笑了笑說：“在之前的海試的時候?qū)Ｐ挠谠囼灥倪^程，潛器是否安全，所想的事情都跟試驗有關(guān)，其他情緒就在工作狀態(tài)時無暇顧及了。”
據(jù)介紹，“潛龍二號”是十二五”國家863計劃“深海潛水器裝備與技術(shù)”重大項目的課題之一。課題總體目標為自主研制出一套4500米級的AUV系統(tǒng)，以此為平臺，集成熱液異常探測、微地形地貌探測、海底照相和磁力探測等技術(shù)，形成一套實用化的深海探測系統(tǒng)，并培養(yǎng)一支裝備操作維護隊伍，用于多金屬硫化物等深海礦產(chǎn)資源勘探作業(yè)，該課題由中國大洋協(xié)會辦公室總體負責(zé)，中科院沈陽自動化所為技術(shù)抓總單位，聯(lián)合國家海洋局第二海洋研究所等單位共同研制。
“潛龍二號”的成功研制，為我國開展深海資源大范圍精細探測提供了重要技術(shù)裝備，標志著我國深海資源勘查裝備已達到實用化水平，使我國自主水下機器人技術(shù)及產(chǎn)品跨入了國際領(lǐng)先行列。
