这些水下机器人带我们探秘万米深渊

A13_A13_1958

刚刚上映的电影《海王》展示了一个缤纷又奇特的海底世界,电影中各种水下生物,无论是龙虾、螃蟹、鲨鱼、海马和水母都让人耳目一新。真实的海底世界到底是怎样的?12月10日,“大洋一号”科考船从位于青岛的自然资源部北海分局科考基地码头起航,前往印度洋、大西洋执行中国大洋52航次科考任务,探秘深海大洋。
海底11000米深处
无人类踪迹

我们地球的表面70.8%被海水覆盖,而国际上1000米就被定义为深海了。其中超过2000米深海区占海洋面积的84%。由于99%的光线都难以穿过150米以上海水,所以深海几乎就是漆黑一团,世界上最大的哺乳动物抹香鲸也只能下潜到水下1000米左右。
在极端高压、低温、无光照及相对封闭的生态特征之下,就构成了一个封闭而神秘的领域,会生存着大量特有物种,充满了未知。
但这也让海洋探索尤其是深海科考面临着巨大困难:去深海碰到的第一个问题就是要承受海水巨大压力,每下潜100米就会增加10个大气压,如果是在10000米的海底,所要承受压力将达1000个大气压,相当于一个手指甲盖大小的面积上,就得承受大概一辆小轿车重量。
深海环境条件除了高压、黑暗、低温、缺氧,海水腐蚀性和破坏性也都不容小视。人体和普通设备都很难在这种条件下完成工作。于是科学家把海洋探索的重任托付在水下机器人身上。虽然深海科考困难重重,但深海中蕴藏着无穷的秘密,也吸引无数人不断探索。
迄今为止,有400多人进入过太空,但仅有3人成功下潜到马里亚纳海沟的最深处。1960年,美国的海军中尉唐·沃尔什和瑞士工程师雅克·皮卡德驾驶“的里亚斯特”号,实现人类首次下潜至马里亚纳海沟10916米处,不过,他们是去进行探险的,就没干成什么事,停留不到20分钟就上来了。另一次是在2012年,好莱坞著名导演卡梅隆驾驶其“深海挑战者”号,成功下潜到马里亚纳海沟10908米处。
此后,海底11000米深处再无人类踪迹。
我国水下机器人
最深下潜到10767米

水下机器人通常被分为三类:载人潜水器(HOV)、遥控水下机器人(ROV)和自主水下机器人(AUV)。
我国首台下潜深度超过万米,并完成科考应用的水下机器人是“海斗”号,最大潜深达到10767米。在2016年创造了我国水下机器人的最大下潜及作业深度纪录。
海斗号属于自主遥控混合式水下机器人。与传统的两大类水下机器人——遥控水下机器人(ROV)、自主水下机器人(AUV)相比,通过自带能源和长距离光纤微缆,ARV兼具AUV和ROV功能,既可以像AUV大范围自主探测,又可以像ROV小范围遥控精细测量。
与海斗号这种不用载人的自主水下机器人相比,载人潜水器要复杂得多,它除了电力、推进、结构、舾装等系统外,还要设计一套更为精密的生命保障系统。
目前全世界投入使用的下潜深度超过1000米的载人潜水器仅有12艘。拥有下探6000米以上、能够真正下到海底进行作业的深度载人潜水器的国家只有5个:中国、美国、日本、法国和俄罗斯。
其中,美国的Alvin号,虽然下潜深度在这里面是最浅的4500米,但是它是所有载人潜水器当中取得成就最大、下潜次数最多、发表论文最多、科学发现最多的,所以它是公认最成功的一个;法国的鹦鹉螺号、俄罗斯的和平号下潜深度是6000米,日本的下潜深度是6500米,而中国的“蛟龙号”下潜深度达到了7000米,算得上是“第一梯队”中的佼佼者。
有了蛟龙号,科学家和工程技术人员就能够直接进入深海,在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底进行机动、悬停、正确就位和定点坐坡,有效执行海洋地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋地球环境和海洋生物等科学考察。
“潜龙三号”能自主
识别障碍和周围环境

“大洋一号”搭载的“潜龙”系列,则属于自主水下机器人,可以自由行动,在较大的区域范围内进行精细探测,自主导航、自主作业以及自我保护。其中,我国首台6000米AUV——“潜龙一号”,主要作业海域瞄准了海底较平坦的多金属结核区。“潜龙二号”,瞄准的是多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。多金属硫化物区的海底地形异常复杂,上下起伏达1000多米。相比“潜龙一号”,“潜龙二号”更像一辆越野车,能更好地在复杂地形中作业。
由于我国在西南印度洋的多金属硫化物合同区有约一万平方公里,探测任务繁重,仅靠一台“潜龙二号”,难以满足大洋深海资源探测的需要。
为此,在技术成熟的“潜龙二号”基础上,2016年9月,中国大洋协会与中科院沈阳自动化所签订建造合同,目标是再研制一套具备微地貌成图、温盐深剖面探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测、海底照相以及磁力探测等热液异常探测功能的4500米级自主潜水器(简称“潜龙三号”),以提高对多金属硫化物资源探测的效率,为大洋海底多金属硫化物资源的调查评估提供服务。
今年4月,在“大洋一号”船大洋48航次科考中,“潜龙三号”潜水器首次亮相,作为我国目前最先进的自主无人潜水器,它以深海复杂地形条件下资源环境勘查为主要应用方向,是我国大洋海底多金属硫化物资源调查的“利器”。
据科技股票 报道,为应对水下复杂的地形地貌,“潜龙三号”同样采用前视声呐作为避碰传感器。这种成像声呐也被认为是潜水器的“眼睛”。控制“潜龙三号”的计算机在采集数据后,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指令。
4个可旋转舵推进器相当于潜水器的“鳍”,借助它,潜水器可以灵活地前进、后退、旋转,在海底“翻山越岭”。
首次亮相的“海龙Ⅲ”号也不负众望,在试验性应用中“海龙11000”完成了6000米级水下作业试验,创造了国产有缆水下机器人中国第一支股票最大潜深5630米的纪录,在海山区取得了丰富的资源环境样品和数据资料,圆满完成了第一航段任务。