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    中國無人深潛器,再揭萬米深海神秘面紗

    中國無人深潛器,再揭萬米深海神秘面紗

    yangyuting 2025-03-18 衛(wèi)生健康 1 次瀏覽 0個評論

      馬里亞納海溝(Mariana Trench,Marianas Trench)位于菲律賓東北、馬里亞納群島附近的太平洋底部。海溝的“挑戰(zhàn)者深淵”部分約有11000米深,是目前已知的世界海洋最深處。就算把世界上最高的山峰珠穆朗瑪峰扔進(jìn)“挑戰(zhàn)者深淵”,都會被全部淹沒。

      深海環(huán)境非常惡劣,黑暗、水壓高、溫度低等條件給科研工作帶來了很大困難。但是,就在幾天前,中國的科學(xué)家們在這一科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的突破

      在10月份剛剛結(jié)束的馬里亞納海溝深淵科學(xué)考察中,中國科學(xué)院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器,在國際上首次實(shí)現(xiàn)了對“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測。

      海斗一號”是什么?

      深海潛水器是研究海斗深淵(Hadal Trench,水深范圍從6000米到11000米左右的海域)不可或缺的裝備。 

      深海潛水器主要分為載人潛水器(HOV)和無人潛水器(UUV)。無人潛水器也叫“水下機(jī)器人”,主要有三類:遙控潛水器(ROV),自主潛水器(AUV),最后一類是混合式潛水器。 

      咱們的“海斗一號”,就是一種先進(jìn)的混合式潛水器。 

      作為一個全海深自主遙控潛水器(ARV),“海斗一號”既可以作為自主潛水器(AUV)使用,進(jìn)行較大范圍的水下調(diào)查;也可以作為遙控潛水器(ROV)使用,進(jìn)行局部區(qū)域的精確調(diào)查和水下輕作業(yè)?!?/p>

      遙控潛水器(ROV)身后拖著一條長長的尾巴,這是一根長電纜,既是電源線又是連接線,能源和信號都通過這根電纜傳送。操作者通過這根電纜對潛水器進(jìn)行遙控操作。 

      自主潛水器AUV沒有“尾巴”,它的電池直接安裝在潛水器體內(nèi),其任務(wù)執(zhí)行過程是由計算機(jī)控制的,潛水器按照程序自主地完成任務(wù)。

      海斗一號是全海深自主遙控潛水器(ARV),它兼有遙控潛水器和自主潛水器二者的優(yōu)點(diǎn)。 

      與自主潛水器(AUV)相比,海斗一號不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)交互,還可以完成水下輕作業(yè),提升機(jī)器人的作業(yè)能力。與遙控潛水器(ROV)相比,海斗一號可攜帶長距離光纖微纜,不僅擴(kuò)大了水下作業(yè)范圍,降低了對支持母船的要求,也減少了水面支持系統(tǒng)的體積和重量。

      潛水器的發(fā)展歷程 

      對人類而言,海洋是神秘未知的領(lǐng)域,世界各國對它的探索從未停止過。潛水器發(fā)展的歷史有60余年,經(jīng)歷了從載人到無人,從遙控到自主的主要階段。

      加拿大國際潛水器工程公司(ISE)總裁麥克·法蘭將水下機(jī)器人的發(fā)展歷史分為四個階段,并將前三個階段稱為三次革命:

      第一次革命在20世紀(jì)60年代,以載人潛水器為標(biāo)志;

      第二次革命為70年代,以遙控潛水器ROV的迅速發(fā)展成為一個成熟的產(chǎn)業(yè)為特征;

      第三次革命在20世紀(jì)90年代,以自主潛水器AUV的發(fā)展和走向成熟為標(biāo)志。現(xiàn)在則是混合型水下機(jī)器人的時代?! ?br />   1957年,美國華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗室開發(fā)了第一臺自主無人潛水器,但由于技術(shù)原因,自主無人潛水器在60~90年代進(jìn)展緩慢。

      90年代,人工智能和致密能源等高新技術(shù)更新,推動深海自主無人潛水器進(jìn)入快速發(fā)展時期。美國、英國、日本、加拿大、俄羅斯、法國等海洋強(qiáng)國不斷加快研究,自主無人潛水器的探測深度從百米級發(fā)展到千米級再到萬米級。除了軍用潛水器外,商業(yè)化深海自主無人潛水器不斷涌現(xiàn)。

      遠(yuǎn)程遙控潛水器是最早得到開發(fā)和應(yīng)用的潛水器種類。 

      1953年,美國設(shè)計了最早的一款遠(yuǎn)程遙控潛水器;1961年,美國軍方研制成610米級的潛水器,屬于第一艘具有實(shí)質(zhì)性突破的遠(yuǎn)程遙控潛水器系統(tǒng),因1966年在西班牙外海打撈起一枚墜海氫彈而轟動世界。

      20世紀(jì)70~80年代,遠(yuǎn)程遙控潛水器開始被投入商業(yè)應(yīng)用,其技術(shù)日臻成熟。在海洋研究、近海油氣開發(fā)、礦物資源調(diào)查取樣、水下打撈以及探雷、獵雷、滅雷等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

      1995年,日本一公司研制成功世界上第一臺全海深遠(yuǎn)程遙控潛水器KAIKO11000。

      在深海遠(yuǎn)程遙控潛水器裝備和技術(shù)領(lǐng)域,美國、加拿大、英國、法國、德國和日本等國家處于領(lǐng)先地位,均有6000米級深海遠(yuǎn)程遙控潛水器用于海洋科學(xué)研究;而在商用遠(yuǎn)程遙控潛水器方面,美國和歐洲國家占據(jù)了絕大部分市場。

      混合式水下機(jī)器人是近十幾年來發(fā)展起來新型潛水器,由于結(jié)合了遙控潛水器和自主潛水器的優(yōu)勢,其潛在的應(yīng)用前景更加廣泛

      國外最具代表性的混合式水下機(jī)器人是美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)研制的“海神”號(Nereus HROV)。其最大工作水深為11000米,主要用于地球、生命等科學(xué)探索。

      2009年5月31日,“海神”號成功下潛至馬里亞納海溝10902米水深處,是史上第一個抵達(dá)深海最深處的自動工具。然而,2014年5月10日,“海神”號在新西蘭東北的克馬德克海溝9990米深度處丟失。 

      “海斗一號”到底有多厲害?

      中國的潛水器研究起步較晚。1983年我國研制的第一臺200米級遠(yuǎn)程遙控潛水器原理樣機(jī)“海人一號”,實(shí)現(xiàn)了零的突破。20世紀(jì)90年代,我國研制成功600米級遠(yuǎn)程遙控潛水器和第一臺1000米級探索者自主無人潛水器。

      最近十年,我國深海潛水器技術(shù)取得長足進(jìn)步,先后研制成功“海星”系列、“海龍”系列、“潛龍”系列和“探索”系列等深海潛水器。

      目前國內(nèi)多家機(jī)構(gòu)致力于研究先進(jìn)的自主/遙控深海潛水器,包括中科院沈陽自動化所、中國船舶科學(xué)研究中心和上海交通大學(xué)等單位。

      在過去的十年中,我國深海潛水器多次在深淵、極地開展試驗應(yīng)用,在人類難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查及作業(yè),幫助科學(xué)家探索海洋深處地球生命的起源、北極海冰變化及其影響等重大科學(xué)問題。

      “海斗一號”的前身“海斗”號ARV是針對深淵科考需求研制的全海深(11000米)ARV關(guān)鍵技術(shù)驗證平臺。2016年~2018年的3年中,“海斗”號ARV三次赴馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵執(zhí)行航次科考應(yīng)用任務(wù),共計完成11次萬米下潛。

      在2018年深淵航次中,“海斗”號成功實(shí)現(xiàn)了萬米海底著底,在深淵海底累計工作近6小時,對挑戰(zhàn)者深淵局部區(qū)域地形與深度進(jìn)行了精確測量。

      在“海斗”號研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)上,我國成功研制首臺作業(yè)型全海深自主遙控水下機(jī)器人“海斗一號”。

      2020年5月,“海斗一號”在馬里亞納海溝完成首次萬米海試與試驗性應(yīng)用,其攜帶的機(jī)械手完成了觸發(fā)采水、沉積物取樣、布放標(biāo)志物等作業(yè),實(shí)現(xiàn)了ARV全海深探測與作業(yè)。

      在剛剛結(jié)束的2021年10月應(yīng)用中,“海斗一號”在馬里亞納海溝超10800米深度的深淵海區(qū),成功實(shí)現(xiàn)多次萬米下潛及科考應(yīng)用,取得了全海深無人潛水器連續(xù)、穩(wěn)定、可靠科考應(yīng)用的重大突破。

      在AUV模式下,“海斗一號”打破了多項無人潛水器的世界紀(jì)錄,包括:最大下潛深度達(dá)到了10908米;海底連續(xù)作業(yè)時間超過8小時;近海底航行距離超過了14公里;首次實(shí)現(xiàn)了AUV潛水器萬米坐底并連續(xù)拍攝高清視頻影像。

      在ARV模式下,“海斗一號”在萬米海底連續(xù)工作超過10小時,達(dá)到了國際先進(jìn)水平,創(chuàng)造了我國潛水器萬米海底最長工作時間的紀(jì)錄,并實(shí)現(xiàn)了萬米海底定點(diǎn)實(shí)時高清精細(xì)觀測。

      “海斗一號”的成功應(yīng)用,表明我國全海深無人潛水器正式跨入萬米科考應(yīng)用的新階段,填補(bǔ)了國際空白,未來,我們拭目以待! 

     

    來源:“科學(xué)大院”微信公眾號

    中國無人深潛器,再揭萬米深海神秘面紗

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