陈良实验幼儿园关工委“走向深蓝”了不起的中国深海探测知识宣传篇（二）

上善若水

潜龙一号 中国研发的深海装备“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。该项目于2011年11月正式启动，2013年3月完成湖上试验及湖试验收，5月搭乘“海洋六号”船在南海进行首次海上试验。中文名：潜龙一号研制国家：中国研制时间：2011年验收时间：2013年研发历史： 中国的AUV研制工作起步较晚。上世纪90年代到20世纪初，中国曾与俄罗斯合作，开发了CR01和CR02两套AUV设备，但最终未投入实际应用。 2011年11月，受中国大洋协会委托，中国科学院沈阳自动化所联合中国科学院声学所、哈工程大学正式启动6000米AUV项目，开始研制中国自己的、可以深入水下6000米的无人无缆潜器。 2012年12月，中国首个自主研制的AUV“潜龙一号”完成了出所验收。 2013年3月和5月，“潜龙一号”先后通过了湖上试验和南海海上试验。累计完成7次下潜，最大下潜深度4159米，获得了海底地形地貌等一批探测数据，设备布放与回收成功率达100%。 2013年10月6日，“潜龙一号”执行了首次应用任务。7时30分开始布放，7时55分布放成功。1个多小时后，潜器无动力下潜至5080米的深度，开始在距海底50米的高度沿规划路线作业。17时19分，“潜龙一号”在水下作业8小时5分钟后，向水面监控系统发出了上浮信息，并于19时30分成功被回收至甲板。 下潜试验： 当地时间2013年10月6日18时30分，在东太平洋5000多米深的水下工作近10个小时后，我国自主研制的首个6000米水下无人无缆潜器“潜龙一号”浮出水面。至此，“潜龙一号”成功迈出了试验性应用的第一步，取得了初步成功，也创下了我国自主研制水下无人无缆潜器深海作业的新纪录。 无人深潜器潜龙一号6000米水下无人无缆潜器的试验性应用是中国大洋29航次科考第三航段的重头戏。当地时间2013年9月30日，“海洋六号”抵达东太平洋作业区，工作人员为“潜龙一号”的试验性应用做好了各项准备，并在2013年10月2日~3日两次实施潜器下水，对潜器的各项功能进行了综合性验证。 2013年10月6日，“潜龙一号”第三次下水，首次执行应用任务。早晨6时，工作人员开始进行潜器下水前的技术检查和使命程序下载，7时30分开始布放，7时55分布放成功。1个多小时后，潜器无动力下潜至5080米的深度，开始在距海底50米的高度沿规划路线作业。17时19分，“潜龙一号”在水下作业8小时5分钟后，向水面监控系统发出了上浮信息，并于19时30分成功被回收至甲板。在作业期间，工作人员通过潜器传回的数据信息，实时监测潜器工作状态。数据显示，潜器水下航行姿态稳定，准确按规划线路航行作业。 在大洋29航次科考第三航段，6000米水下无人无缆潜器试验性应用的工作时间为10天。接下来，“潜龙一号”还将继续潜入大洋深处，在预定的中国大洋协会多金属结核合同区内进行调查。同时，研制人员也将通过这次试验性应用，为“潜龙一号”的进一步完善提供技术依据。 研发意义： 中国6000米无人无缆潜器(AUV)实用化改造项目“潜龙一号”完成在南海进行的首次海上试验，总体达到海试目的，下一步将开展海上试验性应用。此举标志着中国深海资源勘查装备实用化改造领域实现重要进步，将为深海资源勘查提供保障。 潜龙二号 “潜龙二号”自主水下机器人“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 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，中国科学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。 潜龙二号设计人员： 刘健“潜龙二号”总设计师、“潜龙一号”课题负责人，中国科学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 “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。 潜龙二号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。 研制成本：潜器本身约两三千万 “潜龙二号”在国际上的位置如何？ 刘健：深海AUV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。 潜龙三号 潜龙三号中国研制的潜水器“潜龙三号”是中国的自主研制的潜水器，于2018年4月20日凌晨在南海进行首次海试，下潜深度预计为海平面以下3900米。 2018年4月24日，“潜龙三号”海试通过现场专家组验收。2019年11月30日，被评为第二届优秀海洋工程。 中文名：潜龙三号 研发国家：中国 首次勘探：2018年4月20日 研发背景： 为满足大洋矿产资源勘查和大洋科学考察需求，2016年9月中国大洋协会与中国科学院沈阳自动化研究所、国家海洋局第二海洋研究所签订了“潜龙三号”4500米级自主潜水器建造合同，进行研制。 发展历程： 2018年4月19日，“大洋一号”船综合海试B航段科考队员对“潜龙三号”进行安装调试，做好潜水器下潜前相关准备工作。 2018年4月20日凌晨，“潜龙三号”在南海进行首次海试，4时46分进入海面，以每分钟约50米的速度下潜，下潜深度预计为海平面以下3900米。此次综合海试将对“潜龙三号”主要技术指标和功能进行验证，并在多金属结核试采区等海域进行试验性应用。 2018年4月22日21时23分从南海深处回到“大洋一号”母船甲板上的“潜龙三号”，创下我国自主潜水器深海航程最远纪录——从4月21日零时24分抵达3850米深海开始航行，到22日19时12分结束航行，航行42小时48分钟、航程156.82公里。这是“潜龙三号”海试中的第二潜，主要是最大续航力海上试验。海试验收大纲要求潜水器续航力达到每小时2节的速度巡航30小时。 2018年4月24日，“潜龙三号”进行了两个海试潜次。海试现场验收专家组全程参与海试过程，在对“潜龙三号”最大工作深度、航速、无动力下潜和上浮、续航力、卫星通信、导航等50项试验考评项目进行评判后，通过了现场验收。 2018年4月26日12时44分，“潜龙三号”在南海多金属结核试采区入海，13时10分开始航行，至28日3时10分结束作业，在环境参照区上浮，半小时后浮出水面，4时28分到达船尾。4时38分，“潜龙三号”回到“大洋一号”母船甲板，顺利完成其试验性应用第二潜。航行38小时、航程121.3公里。 主要功能： “潜龙三号”在“潜龙二号”基础上进行了优化升级，是我国最先进的无人无缆潜水器。在深海复杂地形进行资源环境勘查时，“潜龙三号”具备微地貌成图、温盐深探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测等功能。 所获荣誉： 2019年11月30日，被评为第二届优秀海洋工程。 新突破： “潜龙三号”在整个航段中展现了出色的稳定性和可靠性，在各项技术指标测试验证中有新突破：最大续航力创深海AUV单潜次航程新纪录，总航程156.82公里，航行时间42.8小时，满足续航力30小时技术指标要求，大大提高了单潜次试验探测面积；最大速度达到3节，满足最大速度2.5节技术指标要求，进一步提高了潜水器抗流能力；潜水器试验全程工作稳定、可靠，4个潜次试验成功率达100%，提高了试验探测效率。 “潜龙三号”在试验性应用阶段对作业模式有了新突破，创建了单潜次从多金属结核试采区长途跋涉几十公里到环境参照区的跨区域作业模式，节省了船时，提高了探测效率；由于“潜龙三号”良好的稳定性，在水下工作期间创造了“大洋一号”母船船载地质取样装备同时作业的新模式，有效节省了船时，提高了作业效率。 潜龙四号