潛龍二號

“潛龍二號”是國家“863”計劃“深海潛水器技術與裝備”重大項目的課題之一，由中國大洋礦產資源研究開發協會組織實施，中科院瀋陽自動化所作為技術總體單位，與國家海洋局第二海洋研究所等單位共同研製。“潛龍二號”在6000米級auv“潛龍一號”的基礎上，針對多金屬硫化物礦區需求研製，在機動性、避碰能力、快速三維地形地貌成圖、浮力材料國產化方面均有較大提高，為我國海底多金屬硫化物調查和勘探提供了高效、精細、綜合的先進手段。

劉健“潛龍二號”總設計師、“潛龍一號”課題負責人，中科院瀋陽自動化研究所水下機器人研究室總工，曾擔任我國早期“CR-02 6000米自治水下機器人”總設計師。

為了最大限度地提高科研效率、節約科研經費，大洋40航次的調研隊員正式開始了“晝夜不分、黑白顛倒”的生活，AUV（4500米級深海資源自主勘查系統）組、熱液異常探測組、地球物理組、地質組、綜合作業組、甲板保障組等調研組長充分考慮了可能出現的一切意外情況，均制定了穩妥的值班表，確保每一個時間段、每一間實驗室都有至少一人在值班、巡查。

“潛龍二號”雖然名字裡帶“龍”，但造型卻酷似電影《海底總動員》里的小丑魚NEMO。相關負責人表示，把潛器設計成魚的樣子主要是為了適應洋中脊複雜地形的要求，讓潛器自如翻山越嶺，便於水面回收，減少垂直面的阻力，增強水面航行能力。

為應對水下複雜的地形地貌，“潛龍二號”在國內首次採用前視聲吶作為避碰控制設備。這是一種成像聲吶，即把數據採集進來后，通過圖像處理方式來識別障礙和周圍環境，結合避碰策略，下達緊急轉向、緊急變深或變高以及跟蹤策略。在解除危機后，會通過在線路徑規劃引導潛器回到正確的軌跡上，使其繼續正常地執行任務。

2015年12月16日，執行我國第四十航次科考任務的“向陽紅10號”起航，兩台4500米級深海水下機器人“潛龍一號”和“潛龍二號”隨船出發，首次投入實質性遠洋科考。

在經過3個潛次的試驗調試后， 2016年1月20日零時30分，我國自主研發的4500米級深海資源自主勘查系統(AUV)——“潛龍二號”在西南印度洋完成了第5次大洋下潛勘探，全部探測功能測試取得成功。“潛龍二號”總設計師劉健介紹說，在第5次下潛中，“潛龍二號”進行了全部探測功能測試，拍攝了300餘張海底高清照片，獲得甲烷、濁度、溫度、磁力等海底環境參數數據，以及近底50米微地形地貌有效數據，達到預期目的。

2016年2月15日，西南印度洋，科考船“向陽紅10號”攜帶的起重機掛鉤成功鉤住了鮮黃、魚形的深海潛水器“潛龍二號”，並將之緩緩送上后甲板。藉此，我國首台自主研發的面向神秘的大洋熱液區探測的4500米級自主水下機器人的首次試驗性應用任務成功完成，意味著其已開始為我國勘探西南印度洋海底資源，調查極為複雜的海底地形地貌做出貢獻。

經過9日一天的布陣、測陣及2016年1月10日天一大早的準備工作，“潛龍二號”的處女航已經全部準備就緒，以往沒有安裝的磁力儀也已安裝完畢，呈現出它最完整的優雅姿態，陽光下的“潛龍二號”顯得典雅又美麗。

當地時間2016年1月12日早上8點，在止盪繩的牽引下，“潛龍二號”緩緩由“向陽紅10”船的后甲板沒入水中，入水后的“潛龍二號”開始有了自主“行動力”，只見一條黃色的“胖魚”迅速向下“游”去，很快，“胖魚”變成了一個黃色的小點，消失在視野範圍之內。

“潛龍二號”的副總設計師趙宏宇說，2016年1月9日的準備階段，就是在為“潛龍二號”設置“衛星導航”的階段。由科研人員下放四個應答器，由超短基線對四個應答器進行位置標定，謂之“測陣”。每個應答器之間距離大約為3公里，被輻射到的區域皆將成為“潛龍二號”的導航區域，AUV可以嚮應答器發射信號，通過接收到的訊息來判定自己所在的具體位置，從而進行梳形搜索。此外，隨“潛龍二號”下水的還有一台聲波通訊機，聲通訊機與AUV之間達成“溝通”，再由聲通訊機將“溝通結果”發送給船上的科研人員，以此達到實時監控的作用。“潛龍二號”的探測任務包括了海底地形地貌探測、熱液異常探測、磁力探測等內容。

“潛龍二號”在水中探測了9個小時左右時間，2016年1月12日下午6時左右，它自動拋載上浮於“向10”船的南面，距離船體還有一定距離。在“向10”及4500米級AUV緩緩靠近的過程中，首先映入眼帘的是幾隻信天翁，它們新奇地“盯著”這台巨大的黃“魚”，不停地用嘴啄。“嘭”的一聲巨響，“潛龍二號”拋出一條橘紅色牽引繩，再由科研人員發射一條打撈繩，兩根繩系好“水手結”，慢慢讓AUV浮至船尾，至此，回收工作的第一步告一段落。緊接著，科研人員用鉤子分別給“潛龍二號”的牽引環套上止盪繩，緩緩用A架將“潛龍二號”吊起，重新固定在後甲板上。

2018年2月9日，“向陽紅10”船抵達西南印度洋工作區，11時50分，“潛龍二號”順利布放入水進行探測作業。這是“潛龍二號”大洋49航次的首次下潛，也是“潛龍二號”的第四十次下潛。此次下潛，“潛龍二號”在近海底工作30小時，航程約70千米，最大潛深2920米，在地形起伏1800多米的區域內，獲得了大量的精細地形地貌數據和多種感測器探測數據，表明“潛龍二號”具有高智能自主避障能力和穩定航行控制能力。本航次應用是“潛龍二號”連續第三年應用，說明其在技術上完全具備了在洋中脊複雜地形中航行探測的能力，我國自主研發的水下自主機器人在技術上達到了國際先進水平。

2018年4月6日，在西南印度洋執行中國大洋49航次科考任務的“潛龍二號”無人潛水器成功完成第50次下潛，並將在本航次科考任務結束后正式進行技術升級。

研製成本

潛器本身約兩三千萬

哪些類型的水下機器人能進入深海研究？

一種是載人潛器（HOV），它更適用於科學研究及定點精細作業，但本身有局限性。因為人要下去，系統要做得很複雜，體積重量要大，水下活動範圍較小。做試驗時，母船保障的費用也更高些。國際上20世紀60年代研究很興盛，但後來逐漸減少。我國最近做了蛟龍號載人潛器。

第二種是遙控潛水器（ROV）。載人潛器人在下面，對安全性要求很高，所以科學家們就思考，讓人在船上操作機械手或其他設備進行作業。它的局限性是有個電纜，水下容易纏繞，操作的整個過程人都要嚴密監視，所以不能進行太大範圍的作業。

這兩種都適用於局部調查和精細作業。

自主水下潛器（AUV）是怎麼出現的？

隨著科技發展，人們又想，船上的科學家能不能不要那麼累，讓潛器智能起來？這就造就了全自主潛器。上世紀80年代導航、計算機、通訊技術的大力發展給製造AUV提供了條件，國際上普遍開始研製，我國也在那時候起步。

我們的AUV可以近距離把海底大範圍的微地形做出來，同時能探測熱液異常。但現階段因技術局限，它很難實現對周圍環境的自動識別，也難以實現精細作業。

新京報：這幾種水下機器人的成本和效益如何？

劉健：載人潛器最貴，研製成本大致上億元。AUV和ROV差不多，潛器本身研製成本大約兩三千萬。

收益得看站在哪個角度。首先，科學研究的價值難以衡量。我們現在做的海底資源調查，將來具備開採價值，真正開採了，獲得了實際資源，這個收益就無法比擬了。

如何判斷一個深海自主潛器是否實用？

第一，智能控制水平。AUV如果智能水平高，就可以大大減少編程時間，更重要的是減少人為錯誤。當前AUV的智能控制水平已達到較高程度，可以基本避免人為干涉，提高使用效率。第二，可靠性。這非常重要，有時候甚至超過技術水平。好比你買了個彩電，如果老出問題，檔次再高大家也不愛用。我們連續四個長航程都沒有問題，就說明可靠性過關了，這意味著使用起來，不用老是去排查故障。第三，實用性。看它用起來是否方便。現在的AUV使用還是很方便的，也就是釋放、回收過程需要人來做，其他的都不用人干預。第四也是最重要的，就是安全性。俗話說，留得青山在不怕沒柴燒。對潛器來說，只要你安全回來，即使出現一些問題，也有機會去改正、排查。我們設計了上百個對潛器健康判斷和狀態評估的系統，如果潛器發現自身出現無法完成探測任務的故障，能夠主動拋載上浮，保證安全。

“潛龍二號”在國際上的位置如何？

劉健：深海AUV目前基本是發達國家在做，包括美國、日本、加拿大、英國等，廣大發展中國家還不具備條件。從技術上說，我們跟發達國家相當。但“潛龍二號”畢竟剛進入試驗性應用階段，應用程度和國外還不能比，所以說成熟度、經驗方面和國外先進深海AUV還有差距。

對中國目前深海裝備發展有何建議？

首先要克服過分追求技術上的先進性而忽視實際的應用。上世紀90年代，我們分別研製了CR01和CR02兩台6000米級AUV，前者還在1998年被評為我國十大科技成果之一，獲得科學技術進步一等獎。它的貢獻無疑是巨大的，但之後由於缺乏持續的投入，十年左右未得到持續改進。這期間，我們跟國外在技術上沒有太大差距，但他們應用得更多，更成熟，我們應用得太少了。最近幾年，我國對深海AUV的應用加強了投入，因此跟國外的差距又縮短了些。一個工程設備，從突破技術難關到真正使用，有很長的路要走，而實際應用更應該被重視，因為只有使用它，才能對海底資源調查作出更大貢獻。