中國科學院 高峰

妙趣橫生的海底機器人

中國科學院 高峰

“潛龍二號”是我國首臺自主研發(fā)的4500米級自主水下機器人，實現(xiàn)了中國深?？瓶嫉亩鄠€“首次”。

“潛龍二號”全身金黃，有鰭有尾巴，全長4.5米左右，活像一條放大版的熱帶魚。一般來說，為了減少阻力，自主式潛水器大多設(shè)計成回轉(zhuǎn)體式，像魚雷艇一樣。不過，這種造型主要適用于平坦的海底，如果遇到凹凸不平的地形，就需要把潛器的外表做得扁扁的，以減少它垂直面的阻力，讓潛器更容易回收。這種造型還能讓潛器具有很高的抗風浪能力，即使在風大浪高的海面上，它也可以像不倒翁一樣“站立”，不會“翻肚皮”。

作為一條科技含量頗高的人造“魚”，“潛龍二號”可謂全副武裝，渾身寶貝。

首先，它前后各配1對“魚鰭”，這是它的推進器。這兩對水平舵就像魚的鰭一樣，確保潛器平衡，垂直的舵則像魚的背鰭，讓它在水中更自由地航行。

其次，“魚嘴”處安裝了一個前視聲吶，這讓潛器能看到前方的物體。左右的物體怎么看呢？用裝在“魚眼”部位的水平槽道推進器，讓潛器左右水平移動，再用“魚嘴”處的前視聲吶看。它的這種“看”主要是獲得海底地形地貌的連續(xù)數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)還原成圖像。當然，要真正讀懂這些數(shù)據(jù)，需要回到母船后，由技術(shù)人員對這些數(shù)據(jù)進行深入處理，以得到精細的圖像。

再次，1米長的“尾巴”上安裝了海底探測磁力儀。用它就能知道掃過的地區(qū)有沒有不活動的熱液硫化物礦，有多少，三維結(jié)構(gòu)如何等。

“潛龍二號”配有一臺像素分辨率達3648×2736的照相機。相機還配備了閃光燈，可以每隔7秒鐘拍攝一張照片。每張照片都會與前后照片有20%的重合，以保證拍攝的“無縫”銜接，最終經(jīng)過處理，可以形成一張完整清晰的海底圖片。

“潛龍二號”身上的各種環(huán)境傳感器是它的“耳朵”，一系列智能算法是它的“大腦”。此外，它還“帶”了一些小物件。比如布放回收時用的牽引環(huán)、起吊鉤，與母船聯(lián)絡(luò)的聲通訊機、確定海底位置的長基線信標和頻閃燈、天線等。

一個潛器的工作流程分為布放—探測—回收?！皾擙埗枴钡闹悄芑椒浅８摺?/p>

第一步是入水。操作人員通過吊車把它放到水中，解除吊車和潛器之間的聯(lián)系后，它就開始自己往指定區(qū)域下潛。如何下潛呢？一方面，潛器自身有重力；另一方面，它配有一塊重約25千克的下沉壓載鐵。依靠它，潛器下潛的速度可達每分鐘40米。

第二步是“遨游”。這要依靠它的“魚鰭”和“魚眼”處的推進器?！皾擙埗枴迸溆锌蛇\行30小時左右的一次性電池組和運行10小時的可充電式電池組。

在遨游過程中，“潛龍二號”會用測深聲吶、海底照相機、熱液異常探測系統(tǒng)等寶貝，對著事先規(guī)劃好的區(qū)域進行拍攝或掃描。

如果遇到復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號”會主動避險。這靠的是它“魚嘴”處的前視聲吶。這是一種成像聲吶，就是把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像，以此來識別障礙和周圍環(huán)境，采取避碰策略。解除危機后，“潛龍二號”會自動回到原先規(guī)劃的線路繼續(xù)航行。

“潛龍二號”還會自己“看病”——通過集成的大量傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，對損壞程度進行自我檢測，并根據(jù)故障的等級采取不同的應(yīng)對方案。如果壞的地方影響任務(wù)，潛器就會自動結(jié)束作業(yè)上浮回來；如果故障輕微，不妨礙作業(yè)，則可暫時帶“病”工作。

第三步是上浮。任務(wù)完成后，“潛龍二號”會自動拋掉一塊重約23千克的上浮壓載鐵，讓潛器重量小于海水浮力，以每分鐘40米的速度上浮。

第四步是回收。當“潛龍二號”上浮至海面后，它搭載的定位系統(tǒng)會自動將位置發(fā)送給母船。操作人員可以用遙控器控制推進器，讓它慢慢“游”到母船周圍，再通過掛鉤或拋繩回收到母船上。至此，“潛龍二號”的一次“海底遨游之旅”就算是完成了。