潜龙二号

　　研发背景

　　“潜龙二号”是国家“863”计划“深海潜水器技术与装备”重大项目的课题之一，由中国大洋矿产资源研究开发协会组织实施，中科院沈阳自动化所作为技术总体单位

　　，与国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。“潜龙二号”在6000米级auv“潜龙一号”的基础上，针对多金属硫化物矿区需求研制，在机动性、避碰能力、快速三维地形地貌成图、浮力材料国产化方面均有较大提高，为我国海底多金属硫化物调查和勘探提供了高效、精细、综合的先进手段。

　　设计人员

　　刘健“潜龙二号”总设计师、“潜龙一号”课题负责人，中科院沈阳自动化研究所水下机器人研究室总工，曾担任我国早期“CR-02 6000米自治水下机器人”总设计师。

　　发展历程

　　为了最大限度地提高科研效率、节约科研经费，大洋40航次的调研队员正式开始了“昼夜不分、黑白颠倒”的生活，AUV（4500米级深海资源自主勘查系统）组、热液异常探测组、地球物理组、地质组、综合作业组、甲板保障组等调研组长充分考虑了可能出现的一切意外情况，均制定了稳妥的值班表，确保每一个时间段、每一间实验室都有至少一人在值班、巡查。

　　“潜龙二号”虽然名字里带“龙”，但造型却酷似电影《海底总动员》里的小丑鱼NEMO。相关负责人表示，把潜器设计成鱼的样子主要是为了适应洋中脊复杂地形的要求，让潜器自如翻山越岭，便于水面回收，减少垂直面的阻力，增强水面航行能力。

　　为应对水下复杂的地形地貌，“潜龙二号”在国内首次采用前视声呐作为避碰控制设备。这是一种成像声呐，即把数据采集进来后，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策略。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。

　　2015年12月16日，执行我国第四十航次科考任务的“向阳红10号”起航，两台4500米级深海水下机器人“潜龙一号”和“潜龙二号”随船出发，首次投入实质性远洋科考。

　　在经过3个潜次的试验调试后， 2016年1月20日零时30分,我国自主研发的4500米级深海资源自主勘查系统(AUV)——“潜龙二号”在西南印度洋完成了第5次大洋下潜勘探，全部探测功能测试取得成功。“潜龙二号”总设计师刘健介绍说，在第5次下潜中，“潜龙二号”进行了全部探测功能测试，拍摄了300余张海底高清照片，获得甲烷、浊度、温度、磁力等海底环境参数数据，以及近底50米微地形地貌有效数据，达到预期目的。

　　2016年2月15日，西南印度洋，科考船“向阳红10号”携带的起重机挂钩成功钩住了鲜黄、鱼形的深海潜水器“潜龙二号”，并将之缓缓送上后甲板。藉此，我国首台自主研发的面向神秘的大洋热液区探测的4500米级自主水下机器人的首次试验性应用任务成功完成，意味着其已开始为我国勘探西南印度洋海底资源，调查极为复杂的海底地形地貌做出贡献。

　　勘探过程

　　经过9日一天的布阵、测阵及2016年1月10日天一大早的准备工作，“潜龙二号”的处女航已经全部准备就绪，以往没有安装的磁力仪也已安装完毕，呈现出它最完整的优雅姿态，阳光下的“潜龙二号”显得典雅又美丽。

　　当地时间2016年1月12日早上8点，在止荡绳的牵引下，“潜龙二号”缓缓由“向阳红10”船的后甲板没入水中，入水后的“潜龙二号”开始有了自主“行动力”，只见一条黄色的“胖鱼”迅速向下“游”去，很快，“胖鱼”变成了一个黄色的小点，消失在视野范围之内。

　　“潜龙二号”的副总设计师赵宏宇说，2016年1月9日的准备阶段，就是在为“潜龙二号”设置“卫星导航”的阶段。由科研人员下放四个应答器，由超短基线对四个应答器进行位置标定，谓之“测阵”。每个应答器之间距离大约为3公里，被辐射到的区域皆将成为“潜龙二号”的导航区域，AUV可以向应答器发射信号，通过接收到的讯息来判定自己所在的具体位置，从而进行梳形搜索。此外，随“潜龙二号”下水的还有一台声波通讯机，声通讯机与AUV之间达成“沟通”，再由声通讯机将“沟通结果”发送给船上的科研人员，以此达到实时监控的作用。“潜龙二号”的探测任务包括了海底地形地貌探测、热液异常探测、磁力探测等内容。

　　“潜龙二号”在水中探测了9个小时左右时间，2016年1月12日下午6时左右，它自动抛载上浮于“向10”船的南面，距离船体还有一定距离。在“向10”及4500米级AUV缓缓靠近的过程中，首先映入眼帘的是几只信天翁，它们新奇地“盯着”这台巨大的黄“鱼”，不停地用嘴啄。“嘭”的一声巨响，“潜龙二号”抛出一条橘红色牵引绳，再由科研人员发射一条打捞绳，两根绳系好“水手结”，慢慢让AUV浮至船尾，至此，回收工作的第一步告一段落。紧接着，科研人员用钩子分别给“潜龙二号”的牵引环套上止荡绳，缓缓用A架将“潜龙二号”吊起，重新固定在后甲板上。

　　在“潜龙二号”下放及回收过程中，“向10”船边一直有数十只海鸟盘旋在侧，好奇地观看。记者猜想，“潜龙二号”此后的探秘之旅一定不会孤独，因为它有海鸟这般“朋友”、有科研队员这般“父母”、有863计划这般任重道远的“灯塔”、还有殷切希望它出色完成作业任务的我们。将“潜龙二号”回收完毕的瞬间，天边出现了一道完整的彩虹，在海天一色的远方显得尤为美丽。

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　　研制成本

　　潜器本身约两三千万

　　哪些类型的水下机器人能进入深海研究？

　　一种是载人潜器（HOV），它更适用于科学研究及定点精细作业，但本身有局限性。因为人要下去，系统要做得很复杂，体积重量要大，水下活动范围较小。做试验时，母船保障的费用也更高些。国际上20世纪60年代研究很兴盛，但后来逐渐减少。我国最近做了蛟龙号载人潜器。

　　第二种是遥控潜水器（ROV）。载人潜器人在下面，对安全性要求很高，所以科学家们就思考，让人在船上操作机械手或其他设备进行作业。它的局限性是有个电缆，水下容易缠绕，操作的整个过程人都要严密监视，所以不能进行太大范围的作业。

　　这两种都适用于局部调查和精细作业。

　　自主水下潜器（AUV）是怎么出现的？

　　随着科技发展，人们又想，船上的科学家能不能不要那么累，让潜器智能起来？这就造就了全自主潜器。上世纪80年代导航、计算机、通讯技术的大力发展给制造AUV提供了条件，国际上普遍开始研制，我国也在那时候起步。

　　我们的AUV可以近距离把海底大范围的微地形做出来，同时能探测热液异常。但目前因技术局限，它很难实现对周围环境的自动识别，也难以实现精细作业。

　　新京报：这几种水下机器人的成本和效益如何？

　　刘健：载人潜器最贵，研制成本大致上亿元。AUV和ROV差不多，潜器本身研制成本大约两三千万。

　　收益得看站在哪个角度。首先，科学研究的价值难以衡量。我们现在做的海底资源调查，将来具备开采价值，真正开采了，获得了实际资源，这个收益就无法比拟了。

　　如何判断一个深海自主潜器是否实用？

　　第一，智能控制水平。AUV如果智能水平高，就可以大大减少编程时间，更重要的是减少人为错误。现在AUV的智能控制水平已达到较高程度，可以基本避免人为干涉，提高使用效率。第二，可靠性。这非常重要，有时候甚至超过技术水平。好比你买了个彩电，如果老出问题，档次再高大家也不爱用。我们连续四个长航程都没有问题，就说明可靠性过关了，这意味着使用起来，不用老是去排查故障。第三，实用性。看它用起来是否方便。现在的AUV使用还是很方便的，也就是释放、回收过程需要人来做，其他的都不用人干预。第四也是最重要的，就是安全性。俗话说，留得青山在不怕没柴烧。对潜器来说，只要你安全回来，即使出现一些问题，也有机会去改正、排查。我们设计了上百个对潜器健康判断和状态评估的系统，如果潜器发现自身出现无法完成探测任务的故障，能够主动抛载上浮，保证安全。

　　“潜龙二号”在国际上的位置如何？

　　刘健：深海AUV目前基本是发达国家在做，包括美国、日本、加拿大、英国等，广大发展中国家还不具备条件。从技术上说，我们跟发达国家相当。但“潜龙二号”毕竟刚进入试验性应用阶段，应用程度和国外还不能比，所以说成熟度、经验方面和国外先进深海AUV还有差距。

　　对中国目前深海装备发展有何建议？

　　首先要克服过分追求技术上的先进性而忽视实际的应用。上世纪90年代，我们分别研制了CR01和CR02两台6000米级AUV，前者还在1998年被评为我国十大科技成果之一，获得科学技术进步一等奖。它的贡献无疑是巨大的，但之后由于缺乏持续的投入，十年左右未得到持续改进。这期间，我们跟国外在技术上没有太大差距，但他们应用得更多，更成熟，我们应用得太少了。最近几年，我国对深海AUV的应用加强了投入，因此跟国外的差距又缩短了些。一个工程设备，从突破技术难关到真正使用，有很长的路要走，而实际应用更应该被重视，因为只有使用它，才能对海底资源调查作出更大贡献。