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深海机器人潜龙二号、小黄鱼印度洋实战记

2016-03-09 10:42 中国·青岛蓝色经济网

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3月4日,“潜龙二号”顺利结束第二航段,正被收至甲板。新京报记者 金煜 摄

3月4日,“潜龙二号”被收上甲板。这条“小黄鱼”上传了最后一次下潜的数据,随后被拆解成“鱼骨头”和一块块“鱼肉”,装箱准备回国。

过去的一个多月,是这台年轻的4500米级自主水下机器人,在黑暗的未知深海打的第一场应用实战。

它不仅圆满完成了我国第40航次大洋科考的第二航段任务,打破了我国深海潜器下潜持续时间、勘测面积、稳定性等纪录,也发现了多处热液异常点。更难能可贵的是,它在地形地貌极其复杂的西南印度洋,完成了200多平方公里的勘测,并首次带回“精细”的海底地形地貌图。

“小黄鱼”的总设计师刘健说,此次应用首战圆满告终,但并非句号,而是“未来大洋应用的开始”。

 “靠谱鱼”一次性可下潜30小时

在第二航段,“小黄鱼”8次下潜到地形地貌极其复杂的西南印度洋海底,硕果累累。

它完成了7次长航程探测任务,累计航程近七百公里,共勘测出了200多平方公里的精细海底地形地貌图,超过了我国以往勘探的范围。

“潜龙二号是特别靠谱的国产设备。”此前的第一航段,评审专家之一孙元宏曾这样说道。

“小黄鱼”的总设计师刘健总结说,“潜龙二号”获得了前所未有的大范围近海底精细地形地貌图,也获得了近海底磁力等多种探测数据。

即使自己跟自己比,“小黄鱼”在应用阶段的下潜时间也累计达近200小时,接近第一航段的四倍。且基本每次都实现或接近30小时的最大工作时间,其中最多一次连续完成了4个长航程。

对这点,刘健尤为兴奋。他解释说,每次潜器释放、回收需要时间,而数据上传下载、维护保养、数据分析也需要时间。对“一寸光阴一寸金”的大洋科考来说,能够一次性长时间探测,意味着高效率应用,也意味着我国深海无人潜器在可靠性上达到了新的水平。

“熊孩子”偏离航线差点“走丢”

“潜龙二号”在第二航段中虽说总体相当顺利,但也并非没有曲折。

第五次下潜,因为导航系统出现了点异常,潜器定位与实际位置不吻,导致它偏离了既定航线。

当时空气里都充满了紧张与焦虑,母船上的监控显示屏被持续围观着,刘健在不同实验室间匆匆往返,一言不发,其余成员也来来去去,尝试各种解决方式。

“这可真是个熊孩子,千万别走丢了。”一名其他课题组的人说道。

最终,解决了通讯问题后,母船找到了潜器,发出提前终止任务的指令。

事后工程师们对操作规程等进行了调整。此后潜器再未出现类似问题,全部顺利完成任务。

如今航段几近结束。刘健回顾整个航段认为,总体顺利除归因于潜器本身状态较好、团队精心调试准备外,也与解决航段中暴露的问题有很大关系。

“第一航段中,潜器首次到有着复杂地形地貌的西南印度洋深海,遭遇了一些问题,包括对水流和地形认识不足等人为错误”。他说,正是这些问题,团队吸取教训、采取措施从而将潜器状态恢复到最佳。在第二航段中新问题的暴露也是如此。

“越野车”驶入黑暗的海底世界

本航段的探测任务分别在“龙旂”、“断桥”和“玉皇”三个海域。携带着“小黄鱼”的“向阳红10号”根据天气预报情况在这三个热液区之间反复来回。

作为本航段最优先任务,每当海况变好,一定是“小黄鱼”首先下海。

正因为周边有洋脊、断裂和火山活动,才出现了具有极高科研价值的热液区。但这些地方的海底地形也极为复杂,在此之前,从未有中国的自主水下机器人(AUV)近距离观察它,也因此无法获得较大范围的近海底资料。

科研人员总喜欢打比喻说,主要针对多金属结核区的“潜龙一号”像是普通轿车,而专门针对地形复杂的热液区设计的“潜龙二号”,更像是越野车。

直到这辆“越野车”驶入黑暗的海底世界,科研人员才真正感受到海底地形的复杂。

在“龙旂”作业区,潜器的速度总是在规定的100米离底高度上下变化,倾斜角忽而正十几度,忽而负几度。副总设计师赵宏宇解释,潜器总在自我调整到离底100米高度,高时会朝下降,低时往上升,这也意味着其分别在“下山”和“上山”。

有时潜器速度甚至会变成零。这意味着它进入了“悬停”状态。此外,当探测地形的倾斜角过大,潜器就会时而上升,时而向前,“就像上下楼梯一样”。在龙旂及玉皇热液区,潜器忽上忽下、“打悬停”的动作特别频繁,意味着“山”特别险峻,有悬崖峭壁等复杂地形。

 “矫正镜”海底有了“精细”地图

几乎每天从早到晚,年轻的数据处理技术专家王弘毅都在计算机前处理海底三维图。每次下潜会带回来500GB的数据,随着她面前的四块2TB硬盘慢慢装满,两张有着前所未有的清晰度的地图也拼全了。

“龙旂”热液区的地形最为复杂,“小黄鱼”共在此下潜4次。有时,它沿着山脊横扫出“半边山”,有时,它扫出的是“平原”加“悬崖”,等到4张地图拼起来后,可以很清楚地看出,这儿大部分区域是超1000米的崎岖“山区”。

据介绍,每次下潜规定的探测面积都不少于25平方公里,山区最高点到最低点的起伏高度都达1000到1700米。

“断桥”热液区则相对平缓,它更像是陆地上的丘陵地带,但也由若干高高低低、互不相连的山丘组成,最大相差750米。

在无人潜器探测前,通常用科考船自带的多波束等声学手段扫描大洋深处,精度通常为50米一个点。而潜器距海底在几十米到100米之间,精度能够达到1米甚至半米。相比之下,基于“潜龙二号”带回的大量数据形成的海底图,其清晰程度,如同一位深度近视患者戴上了度数合适的矫正眼镜。

这200多平方公里的三维图,也是我国无人潜器第一次带回如此大范围面积的“精细”海底地形地貌图。

 

关键词: 海洋经济 蓝色经济

编辑:徐琛

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