2015年及以前

中国科学报(2013.11.21):多年积累走向应用,多项技术实现国产,多种研究水平先进 “潜龙”的力量

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2013-11-21
■本报记者 周熙檀
  11月14日,“潜龙一号”从广州回到中科院沈阳自动化所的“家”。当地时间10月1日至12日,“潜龙一号”根据中国大洋协会和国际海底管理局关于国际海底多金属结核矿区勘探合同需要,对东太平洋我国多金属结核矿区进行了试验性应用探测。
  抛绳、捞绳、回收、获取地形图……这些是在12天应用性试验中,“潜龙一号”所执行的一些规定动作。在看似简单的动作背后,隐含着大量复杂、技术含量高的工作,而这些工作的圆满完成则是技术协同、数据融合的结果。
一个最精简团队
  “潜龙一号”是中国国际海域资源调查与开发“十二五”规划重点项目之一,是中国自主研发、研制的服务于深海资源勘察的实用化深海装备。
  从2011年年底立项以来,“潜龙一号”在研制完成后已经历过实验室测试、湖试、海试。在开展大洋应用性试验前,“潜龙一号”总设计师、中科院沈阳自动化所副研究员徐会希已胸有成竹,而副总设计师、中科院声学所副研究员张方生也对自己所负责的声学探测设备和系统充满信心。
  当地时间10月1日,“潜龙一号”从美国夏威夷出港,海况很差。在此后的两天里,项目组成员“躺在床上什么都干不了,站起来就吐”。
  然而,到了工作区和工作时间段,他们就必须进入工作状态。徐会希说:“痛苦的时候我们就硬挺着,干一会儿歇一会儿。”
  项目组共9人,其中6人来自沈阳自动化所,2人来自声学所,还有1位来自哈尔滨工程大学。“这是最精简的团队,以往作业大都是20人左右。”徐会希说,面对海况恶劣、时间人员有限、作业量大等困难,项目组每个人都全身心投入。
  在应用性试验的12天里,“潜龙一号”在太平洋下潜7次,在我国5000多米多金属结核详细勘探区近海底潜行作业近30小时,完成声学微地形地貌调查测线92.1公里。
一组高难度动作
  我国6000米AUV(无人无缆潜器)最早研发者之一、中科院沈阳自动化所研究员刘健介绍说,和“蛟龙”号载人潜水器及“海龙”号无人遥控潜水器相比,“潜龙一号”智能化水平更高,可以真正实现自主导航、自主作业以及自我保护。
  也就是说,“蛟龙”号载人潜水器适合于定点或小区域作业,而“潜龙一号”等AUV由于无人下水自主工作,工作范围更大。
  “潜龙一号”采用了很多新技术,例如布放回收、自主导航等。徐会希特别介绍了无人下艇回收技术,“潜器的回收是十分重要的环节,以往我们回收需要蛙人下水,或者划橡皮艇对AUV进行钩挂,有一定的危险性”。
  10月2日6时,“潜龙一号”大洋深潜首秀。
  几个小时后,水面监控系统向潜水器抛绳器发出无线电指令。一条细细的牵引绳从潜水器艏部抛出,落在水面上。与此同时,前端装有捞绳器的绳索从船上抛向海面,稳稳地勾住牵引绳,顺利回收潜器。
  抛绳—捞绳—回收,一系列简单的动作,承载着一代科研人员的梦。“我们一直在尝试解决,但这是复杂工程,每一步细节都需要多方验证。”徐会希说,这是组合动作,整个回收过程要100%可靠。
  从5月份海试到本次应用性试验,“潜龙一号”14次布放回收都获得了成功。无人下艇回收潜器,不分昼夜,在不大于四级海况下均可实现。
  除了布放回收的成功外,“潜龙一号”自主运动控制、高精度水下定位以及探测功能均正常,说明“潜龙一号”在总体集成、深海导航及定位监控、高智能控制、深海探测、多声学设备协调等技术难点上实现了突破。
一张高质量地图
  “潜龙一号”已经获得了约33平方公里的海底微地形地貌数据以及相应的温、盐等物理海洋数据。
  用户拿到手的只是一张地形图,但为了获得这张图,需要全系统正常工作和复杂的数据融合。
  “声呐只能获得相对声呐阵面的海底位置信息,如果载体偏转或受到环境影响,就会产生误差,后期须对这些误差进行修正。”中科院声学所副研究员刘晓东说,这需要高测量精度传感器和优良的声呐信号处理算法的配合,还要求潜器定位准确度高、载体航迹与航姿平滑稳定。
  “高效获得高质量地形图一直是我们的攻关方向。”刘晓东说,此次该声呐系统属首次获得基于AUV平台长距离梳形航迹的探测资料,这部分资料将促进国产AUV版本声呐地形快速处理软件包的开发与完善工作。
  “‘潜龙一号’有能力完成对全球97%海域的探测,未来还将承担更多的探测任务,将在我国未来海洋开发应用中发挥更大作用。”刘健说。
  《中国科学报》 (2013-11-21 第1版 要闻)