蔡華偉制圖

正在執行中國大洋49航次業(yè)務(wù)化調查任務(wù)的“向陽(yáng)紅10號”帶上了一件探海利器——潛龍二號。它是我國自主研發(fā)的4500米級深海資源自主勘查系統，也是目前國內最先進(jìn)的自主水下機器人。

潛龍二號長(cháng)啥樣？它有何過(guò)人之處？未來(lái)又將如何應用？　　

相比潛龍一號，潛龍二號更像一輛越野車(chē)，能更好地在復雜地形中作業(yè)

見(jiàn)過(guò)潛龍二號的人，都對它印象深刻。

與很多潛水器不同，潛龍二號看起來(lái)就像一條魚(yú)：長(cháng)3.5米，高1.5米，體重1.5噸，立扁形身體通體鮮黃，還有4只“鰭”——科學(xué)家親切地稱(chēng)之為“黃胖魚(yú)”。

潛龍二號奇特的模樣在國內獨樹(shù)一幟。“這是國際上首次應用非回轉體立扁魚(yú)形設計，有利于減少垂直面的阻力，便于它在復雜海底地形中垂直爬升，也可以增強水面航行能力。” 潛龍二號總設計師、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究員劉健說(shuō)，“我們設計的初衷并非為了仿照魚(yú)形，外形設計依據的是水動(dòng)力優(yōu)化計算的結果，沒(méi)想到最后和魚(yú)的外形類(lèi)似。”

科研人員在潛龍二號上傾注了大量心血，盼望它擔負起深海探測的重任。

潛龍二號是在國家863計劃支持下，由我國科研人員自行設計、歷時(shí)5年艱苦攻關(guān)研制的。作為一套集成熱液異常探測、微地形地貌探測、海底照相和磁力探測等技術(shù)的實(shí)用化深海探測系統，它主要用于多金屬硫化物等深海礦產(chǎn)資源的勘探作業(yè)。

浩瀚海洋中蘊藏著(zhù)豐富的資源，根據國際海底管理局的相關(guān)規章，哪個(gè)國家最先探測到海底資源，并提供相應數據和資料，就能獲得優(yōu)先開(kāi)采權。僅靠人類(lèi)的潛水技術(shù)，不能到達深海的絕大部分區域，水下機器人就有了用武之地。

水下機器人通常分為三類(lèi)：載人潛水器（HOV）、遙控水下機器人（ROV）和自主水下機器人（AUV）。其中，大名鼎鼎的蛟龍號是載人潛水器，海龍號是無(wú)人遙控潛水器，二者均擅長(cháng)局部作業(yè)、定點(diǎn)精細探測，卻不擅長(cháng)大范圍精細探測。潛龍號則不同，它是無(wú)人無(wú)纜自主潛水器，可以自由行動(dòng)，在較大的區域范圍內進(jìn)行精細探測，可以自主導航、自主作業(yè)以及自我保護。

我國第一臺實(shí)用型6000米水下機器人潛龍一號誕生于“十二五”期間，應用于海底較平坦的多金屬結核區。

早就有潛龍一號了，還要“黃胖魚(yú)”做什么？

“洋中脊多金屬硫化物區的海底地形異常復雜，上下起伏達1000多米，探測難度很大。”大洋49航次第二航段首席科學(xué)家、國家海洋局第二海洋研究所研究員陶春輝說(shuō)，有些任務(wù)潛龍一號勝任不了，需要升級版的潛龍二號。

相比潛龍一號，潛龍二號更像一輛越野車(chē)，能更好地在復雜地形中作業(yè)：除了探測多金屬硫化物，它還能探測多金屬結殼資源，獲得同時(shí)間同位置的聲學(xué)微地貌、溫鹽深、濁度、甲烷、氧化還原電位、磁力等多種數據，進(jìn)而圈定礦化區。

“黃胖魚(yú)”構造精、“智商”高，探測成績(jì)創(chuàng )下我國深海自主水下機器人之最

“黃胖魚(yú)”怎么工作？

下潛前，科研人員會(huì )在“黃胖魚(yú)”的“大腦”中植入參數和使命配置，然后用吊車(chē)將其放到水中；之后解除吊車(chē)和潛水器之間的聯(lián)系，“黃胖魚(yú)”就能夠下潛到指定區域。

“它身上安裝了下沉壓載鐵和上浮壓載鐵。下水后它依靠自身重力下潛。下潛到預定深度后，它自動(dòng)拋掉下沉壓載鐵，然后開(kāi)始作業(yè)。完成作業(yè)后，它會(huì )自動(dòng)拋掉上浮壓載鐵，實(shí)現自動(dòng)上浮，工作人員再通過(guò)遙控掛鉤或拋繩等方式將它回收到母船。”劉健說(shuō)。

到達作業(yè)區的“黃胖魚(yú)”非常忙碌。在“大腦”控制下，它的“眼睛”格外敏銳，背著(zhù)一架“相機”靈活穿梭，“尾巴”也在同步工作。

“眼睛”是指潛龍二號的聲吶。其中，前視聲吶是一臺避碰控制設備，可以將潛水器采集的聲學(xué)數據轉化為圖像，用以識別障礙物和周邊環(huán)境，隨后通過(guò)自主轉動(dòng)和躲避，保障機體安全和任務(wù)正常。據介紹，這項技術(shù)也是在國內首次采用。兩側的測深側掃聲吶，會(huì )一刻不停地搜集地形地貌數據，進(jìn)行實(shí)時(shí)信號處理，沿著(zhù)規劃好的線(xiàn)路在海底來(lái)回橫掃。

在電池支撐下，潛龍二號最長(cháng)可工作30多個(gè)小時(shí)。“黃胖魚(yú)”的4只“鰭”，其實(shí)就是4個(gè)可旋轉舵推進(jìn)器。靠操控推進(jìn)器和舵進(jìn)行運動(dòng)，潛龍二號才能靈活地前進(jìn)、后退、旋轉，在海底“翻山越嶺”。

“相機”，就是海底照相機，每隔7秒鐘就能在伸手不見(jiàn)五指的海底拍攝一張照片，最終形成一張完整清晰的海底照片，供科學(xué)家分析研究。

“尾巴”是安裝在潛龍二號末端的磁力探測儀。“有些多金屬硫化物區已經(jīng)不活動(dòng)，傳統的羽狀流探測系統難以探測。而國內首次采用、自主研發(fā)的磁力儀卻能探測出它的磁異常。”陶春輝說(shuō)。

“黃胖魚(yú)”的先進(jìn)不僅體現在精良的構造，更在于它高“智商”，自動(dòng)性好。比如，當它發(fā)現自己“身體”出現故障，如果不影響作業(yè)，它就會(huì )堅持到底；如果感到“大事不妙”，不能再在水下了，它就會(huì )自動(dòng)結束作業(yè)上浮回來(lái)。

“黃胖魚(yú)”初出茅廬，就表現不俗。2016年2月至3月，它在西南印度洋執行了中國大洋40航次第二航段試驗性應用任務(wù)，這也是它的首次試驗性應用。該任務(wù)總共進(jìn)行了8個(gè)潛次，其中7個(gè)潛次為長(cháng)航程探測任務(wù)，水下時(shí)間231.3小時(shí)，累計航程661.7公里，探測面積達到218平方公里，探測數據均完整有效。

在這次試驗性應用中，潛龍二號的探測面積超過(guò)我國以往任何深海自主水下機器人的探測面積，連續4個(gè)長(cháng)航程成功探測成績(jì)也創(chuàng )下了我國深海自主水下機器人之最。

“黃胖魚(yú)”的“弟弟”潛龍三號預計今年3月進(jìn)行首次海試

在劉健眼里，“黃胖魚(yú)”就像他的孩子。做父母的，最牽掛的永遠是孩子的平安。每次潛龍二號下水，劉健都會(huì )“兒行千里母擔憂(yōu)”。

劉健盼著(zhù)這個(gè)孩子成長(cháng)更快。“潛龍二號是我國目前最先進(jìn)的深海自主水下機器人，已達到國際先進(jìn)水平。但它的技術(shù)水平和性能還需進(jìn)一步提高。”劉健告訴記者，當從水面將潛龍二號順利回收后，科學(xué)家會(huì )下載其探測的各項數據。“今后要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新縮短數據回傳和下載的時(shí)間，更及時(shí)地處理數據。”

“潛龍二號是機器人的一種類(lèi)型，隨著(zhù)人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，也許未來(lái)在充分論證的基礎上，有可能將一些最新的智能技術(shù)應用到潛水器的升級換代上。”大洋礦產(chǎn)資源研究開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì )辦公室副主任李波說(shuō)。

除了潛水器本體和探測技術(shù)的改進(jìn)，專(zhuān)家認為還要改進(jìn)管理、強化應用。

據了解，“黃胖魚(yú)”的“弟弟”潛龍三號預計今年3月進(jìn)行首次海試。“它和潛龍二號是孿生兄弟，是在其基礎上進(jìn)行優(yōu)化升級的同類(lèi)潛水器。”李波說(shuō)，海洋浩瀚無(wú)際，深海探測需求日益增長(cháng)，“潛龍”家族的主要目標是對深海資源進(jìn)行大范圍精細探測，更好為大洋資源勘查和深海科學(xué)調查服務(wù)。因此未來(lái)潛龍家族潛水器數量還會(huì )繼續增加，開(kāi)展集群作業(yè)、協(xié)同作業(yè)。

此外，服務(wù)于深海探測的新科考母船有望在2019年底下水。屆時(shí)，它將同時(shí)搭載“蛟龍”“海龍”和“潛龍”，“三龍”將有機會(huì )攜手探海。