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潜龙二号

“潜龙二号”全名:“潜龙二号”自主水下机器人。是“十二五”国家863计划深海潜水器装备与技术重大项目课题之一,中国大洋矿产资源研究开发协会组织实施,中国科学院沈阳自动化研究所为技术总体单位,与国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。这是一套集成热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术的实用化深海探测系统,主要用于多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。
2018年4月6日,执行中国大洋49航次科考任务的“潜龙二号”无人潜水器成功完成第50次下潜。  
中文名
潜龙二号
研发国家
中国
首次勘探
2016年1月10日
研发单位
中国科学院沈阳自动化研究所
重    量
1.5吨
装    备
氧化还原电位计、甲烷传感器
类    型
水下自主机器人

目录

  1. 1 研发背景
  2. 2 设计人员
  3. 3 发展历程
  4. 4 勘探过程
  5. 5 相关新闻

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。
2018年2月9日,“向阳红10”船抵达西南印度洋工作区,11时50分,“潜龙二号”顺利布放入水进行探测作业。这是“潜龙二号”大洋49航次的首次下潜,也是“潜龙二号”的第四十次下潜。此次下潜,“潜龙二号”在近海底工作30小时,航程约70千米,最大潜深2920米,在地形起伏1800多米的区域内,获得了大量的精细地形地貌数据和多种传感器探测数据,表明“潜龙二号”具有高智能自主避障能力和稳定航行控制能力。本航次应用是“潜龙二号”连续第三年应用,说明其在技术上完全具备了在洋中脊复杂地形中航行探测的能力,我国自主研发的水下自主机器人在技术上达到了国际先进水平。  
2018年4月6日,在西南印度洋执行中国大洋49航次科考任务的“潜龙二号”无人潜水器成功完成第50次下潜,并将在本航次科考任务结束后正式进行技术升级。  

相关新闻


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。但现阶段因技术局限,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。当前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。

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