潜龙二号

“潜龙二号”是我国自主研发的4500米级自主水下机器人。2016年1月10日18时14分，“潜龙二号”在西南印度洋成功下潜至1600米指定位置，实现了在洋中脊海底的首次勘探。这次海底勘探中，“潜龙二号”首次获得了这个区域的精细海底地貌图。2016年2月14日，“潜龙二号”在西南印度洋成功完成首次试验性应用任务。

1、概况简介

“潜龙二号”是我国863计划深海技术与装备重大项目的研究课题之一，由中国大洋协会牵头，中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体单位，联合国家海洋局第二海洋研究所等参研单位，共同研制的4500米级深海资源自主勘查系统。

2、设计思路

“潜龙二号”看起来像是一条嫩黄色的热带鱼。此前，还有人把它形容成动画片角色“尼莫”。强大的“设计感”为沉重的作业环境带来一丝可人的气息。

“潜龙二号”准备入水

对此，该潜水器的总设计师刘健也不否认。但对于是否有从鱼身上得到设计启发，刘健解释说，自己设计初衷并非为仿生，而是为了满足热液区探测的需求而设计，最终“大自然、生物界进化的结果，跟我们科技研究逐渐优化的结果，两者最后殊途同归。”

据刘健介绍，通常的潜器设计为回转体，横向和纵向的阻力比较平衡，但对于热液区这样具有非常复杂地形的地方，潜器需要不断垂直进行调整，“可以说是翻山越岭，爬山下山”。为此，他们将“潜龙二号”设计成现在的“立扁形”，大大增强了潜器垂直面的灵活性和机动能力。而且，立扁形的设计使之具有很高的抗风浪能力，即使在浪大的海面上，也可以如不倒翁一样保持不被翻身。

此外，“潜龙二号”在海面上还具有一定的航行能力，可以通过母船的遥控器进行简单的操控。这个还处于“幼年期”的水下机器人还随身携带可以测量盐度、温度、深度、浊度、甲烷、侧扫声呐、磁力仪、照相机等多个传感器，可以采集各类信息。

3、远洋科考

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。“潜龙二号”此番的探测任务包括海底地形地貌探测、热液异常探测、磁力探测等内容。

首次下潜

2016年1月10日下潜当天，中国大洋第40航次科考所在的西南印度洋作业区阳光明媚，风平浪静。凌晨5时30分，由19名队员组成的AUV（4500米级深海资源自主勘查系统）项目组全员出动，聚集在后甲板，开始为下潜做准备工作。

当地时间早上8时，在止荡绳的牵引下，明黄色的“潜龙二号”像一条大鱼，缓缓由“向阳红10”船的后甲板没入水中。入水后，“潜龙二号”很快向下游动起来，正式开始了其首次深海探索之旅。这次探测任务包括了海底地形地貌探测、热液异常探测、磁力探测等丰富内容。

科考队员与潜龙二号合影

随后，声通讯机入水，在船上的监控电脑上同一时间接收到了“潜龙二号”在水中的状态信息。9时27分，“潜龙二号”下潜了1600多米，到达指定位置，抛载下沉压铁，在距离海底100米的位置悬浮。16时44分，在完成全部作业后，“潜龙二号”抛载上浮压铁，开始回归。17时13分，“潜龙二号”在距离母船1000多米处浮出水面。18时14分，“潜龙二号”被顺利回收至“向阳红10”船的后甲板上。

经过处理，科考队获得了精细的海底地形地貌，这是我国第一次获得西南印度洋多金属硫化物勘探合同区断桥热液区的精细海底地形地貌图。

“潜龙二号”总设计师刘健表示，此次“潜龙二号”顺利完成第一次热液区域探测，完成了全部预定使命，无动力上下潜和自主航行稳定，采集到的地形地貌数据和近海底环境参数有效，达到预期目的，为本航次海试和试验性应用奠定了基础。

试验应用

当地时间2016年2月14日，1.5吨重的“潜龙二号”在西南印度洋下水开始进行勘测。此次的勘探目标是西南印度洋一块30多平方公里热液区的海底，机器人沿着线路在海底来回横扫，其携带的各种传感器将采集各类信息。2月15日晚，完成任务浮出水面的“潜龙二号”被回收。从初步数据分析情况看，探测数据都被导出且基本有效。这意味着我国首台自主研发的面向大洋热液区探测的4500米级自主水下机器人的首次试验性应用任务成功完成。

在此前的西南印度洋验收试验中，出于考察各种性能的目的，“潜龙二号”每次下水只进行不到10个小时左右的任务，本次坚持了整整30个小时的全航程探测，这是它在热液区的第一次。

根据事先输入的指令，有三种情况会使得机器人终止任务，浮上水面。一是电力耗尽，二是任务完成，三是出现重大故障。此外，编程者也设计了一条30个小时的最大工作时限以确保机器人的安全。

只有被安全回收，任务才能算是成功的，回收也是整个过程中关键环节。当地时间2月15日晚，科考船“向阳红10号”携带的吊架挂钩成功钩住了鲜黄、鱼形的“潜龙二号”，并将之缓缓送上后甲板。

当这个满载着各种数据的湿漉漉的“机器鱼”被小心翼翼地拖上来时，科学家和工程师们立刻对“潜龙二号”进行全身检查。“鱼肚子”被打开，连上一根长长的网线，开始下载数据，“鱼背”也会被打开，以便更换电池。

“目前看，这个潜次是成功的。”航段首席科学家倪建宇说。潜水器的总设计师刘健也表示，潜水器下到了数千米以下地形极为复杂的海底，第一次持续工作到30个小时的最大时限，回收也基本顺利，潜水器在执行探测任务时能够按规划路径航行，而初步数据分析情况看，探测数据都被导出且基本有效，这意味着“潜龙二号”的首次试验性应用任务成功了。

媒体报道

2016年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。（新京报）

4、未来方向

据了解，“潜龙二号”立足国际前沿技术、面向国家重大应用需求，将为我国海底多金属硫化物调查和勘探提供高效、精细、综合的国际先进手段。

5、水下机器人

不需要呼吸氧气，也不需要休息，能实时传回水底信息……这都是水下机器人的神奇之处。近年来，在水下搜救、海底勘探、水面应急处理等方面，水下机器人正在发挥着越来越重要的作用。

一般而言，水下机器人包括有缆遥控水下机器人（ROV）和自主水下机器人（AUV）两大类。ROV的优点是水面操作人员可实时观察到水下环境并遥控操作，对机器智能要求不高，缺点是由于电缆连接，其活动范围有限；AUV的优点是由于没有电缆连接，其活动范围较大，不受母船制约，不足是对机器智能要求较高，目前仅限于简单的水下探测作业。目前已发展出ROV和AUV混合型水下机器人，其活动范围较ROV大大增加，且操作者可以通过光纤实时监测和操控水下机器人，因此也称之为半自主水下机器人。

水下机器人不仅需要“视力好”，能够进行高速、高精度光学自动定位，还需要耐腐蚀、动作灵活，其发展与材料、能源、传感器、控制、通信、人工智能等密切相关。

6、第四十次下潜成功

记者从国家海洋局获悉：当地时间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。