2月7日，“潜龙二号”安全回收至“大洋一号”船，顺利完成了大洋58航次科考首次下潜任务。本次下潜，“潜龙二号”近海底工作超过43个小时、航程约113公里、最大潜深3109米，获取了多金属硫化物区高精度地形地貌、水体探测、磁力等数据，完成了深海自主采水，将为我国多金属硫化物区勘探、深海科学研究提供技术支撑。
擅长大范围探测
深海蕴藏着丰富的资源，是人类未来发展的蓝色空间，是国家和民族长远发展的战略新疆域。以前，受技术装备与手段限制，我国深海科学成果产出周期较长、数量较少，取得突破性进展的难度较大。
我国水下机器人研究始于20世纪70年代末，中国科学院沈阳自动化研究所在国内率先开展“智能机器在海洋中的应用”的可行性研究，我国第一台水下机器人“海人一号”于1986年在南海试验成功，从而揭开了我国水下机器人发展的序幕。
当前，水下机器人主要分为3类：载人潜水器（HOV）、无人有缆潜水器（ROV）和无人无缆潜水器（AUV）。人们熟知的蛟龙号是载人潜水器，“海龙”号是无人有缆深海潜水器，这两类潜水器都擅长局部作业、定点精细探测。相较“蛟龙”“海龙”，“潜龙”号则擅长大范围精细探测，属于无人无缆自治潜水器。“三龙”系列潜水器优势互补，已经成为我国深海探测装备的主力军。
“潜龙兄弟”不断壮大
长3.5米、高1.5米、重1.5吨，形似一条橘黄色小丑鱼，这是“潜龙三号”给人们的直观印象。这条“小丑鱼”以深海复杂地形条件下资源环境勘查为主要应用方向，具备海底微地形地貌成图、温盐深探测、甲烷探测等功能，可进行浊度探测、氧化还原电位探测、海底照相、磁力探测等探测作业。
据介绍，“小丑鱼”的嘴、眼睛、鳍、肚子、尾巴等，都有特殊功能。4个“鳍”是4个可旋转舵推进器，“掌管”前进后退、上浮下沉；“尾巴”安装了磁力探测仪；“嘴巴”则是前视声呐，可将潜水器采集的声学数据转化为图像，用以识别障碍物和周边环境。
在外人看来，“潜龙二号”和“潜龙三号”就是一对“双胞胎”，外形、体重等都很相似。“潜龙二号”集成了热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术，其作业深度、续航能力、作业精度等在同类装备中处于国际先进水平，为我国海底多金属硫化物调查和勘探提供了高效、精细、综合的先进手段。
“潜龙一号”外形为橘红色圆柱体，长4.6米、直径0.8米、重1500公斤、最大工作水深6000米、巡航速度2节、最大续航能力24小时，配有浅地层剖面仪等探测设备，可完成海底微地形地貌精细探测、海底水文参数测量、海底多金属结核丰度测定等任务。相较于两个“弟弟”在海底翻山越岭的“功夫”，“潜龙一号”更适宜在地势较为平坦的深海中作业。
增添多项“新本领”
据悉，本次下潜作业是“潜龙二号”继大洋第40航次、第43航次、第49航次后，第4次挺进西南印度洋，也是“潜龙二号”在完成技术升级后的首次航次应用。近年来，“潜龙二号”采用边应用边升级的方式，逐步完善新功能，增添了多项“新本领”。
“4500 米自主潜水器（潜龙二号）技术升级及科学应用”项目属于“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项。该项目由中国大洋矿产资源研究开发协会办公室牵头，中国科学院沈阳自动化研究所为技术总体责任单位，联合自然资源部第二海洋研究所、国家深海基地管理中心等共同研制。
研制团队通过聚焦典型热液区羽状流扩散机制及物质通量估算、基于近底磁力分布特征的典型热液区深部结构、中大比例尺评价区硫化物资源潜力等前沿科学问题，对“潜龙二号”的热液异常综合识别、AUV自主采水、探测传感器模块化搭载、续航能力、超短基线定位导航模式、自动检测技术、无船值守作业等进行技术升级，有效提升系统作业能力和效率。
如今，“潜龙二号”成功完成大洋第58科考航次首潜，为执行后续多区域、大范围探测任务奠定了坚实基础。经过维护保养，它将迎接下一个勘探潜次的挑战。
来源: 自然资源部网站
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潜龙三号相较于潜龙二号有哪些升级？
近日，4500米级“潜龙三号”潜水器将首次亮相，这是我国目前最先进的自主无人潜水器，以深海复杂地形条件下资源环境勘查为主要应用方向，它将成为我国大洋海底多金属硫化物资源调查的“利器”。
在“潜龙二号”基础上优化升级
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”。
虽是“孪生兄弟”，但刘健说，“潜龙三号”在“潜龙二号”技术基础上进行了优化升级。其中最主要的变化是最大续航能力增加，噪声有所降低。
长3.5米，高1.5米，体重1.5吨，立扁形身体，还有4只“鳍”——从外形看，“潜龙三号”延续了“潜龙二号”的“胖鱼”基因。
这对“孪生兄弟”的总设计师是同一个人——中科院沈阳自动化所研究员刘健。刘健说，这种非回转体立扁鱼形设计，有利于减少垂直面的阻力，便于潜水器在复杂海底地形中垂直爬升，也可以增强水面航行能力。
潜龙二号有何过人之处？
正在执行中国大洋49航次业务化调查任务的“向阳红10号”带上了一件探海利器——潜龙二号。它是我国自主研发的4500米级深海资源自主勘查系统，也是目前国内最先进的自主水下机器人。
潜龙二号长啥样？它有何过人之处？未来又将如何应用？
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
见过潜龙二号的人，都对它印象深刻。
与很多潜水器不同，潜龙二号看起来就像一条鱼：长3.5米，高1.5米，体重1.5吨，立扁形身体通体鲜黄，还有4只“鳍”——科学家亲切地称之为“黄胖鱼”。
潜龙二号奇特的模样在国内独树一帜。“这是国际上首次应用非回转体立扁鱼形设计，有利于减少垂直面的阻力，便于它在复杂海底地形中垂直爬升，也可以增强水面航行能力。” 潜龙二号总设计师、中科院沈阳自动化研究所研究员刘健说，“我们设计的初衷并非为了仿照鱼形，外形设计依据的是水动力优化计算的结果，没想到最后和鱼的外形类似。”
科研人员在潜龙二号上倾注了大量心血，盼望它担负起深海探测的重任。
潜龙二号是在国家863计划支持下，由我国科研人员自行设计、历时5年艰苦攻关研制的。作为一套集成热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术的实用化深海探测系统，它主要用于多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。
浩瀚海洋中蕴藏着丰富的资源，根据国际海底管理局的相关规章，哪个国家最先探测到海底资源，并提供相应数据和资料，就能获得优先开采权。仅靠人类的潜水技术，不能到达深海的绝大部分区域，水下机器人就有了用武之地。
水下机器人通常分为三类：载人潜水器(HOV)、遥控水下机器人(ROV)和自主水下机器人(AUV)。其中，大名鼎鼎的蛟龙号是载人潜水器，海龙号是无人遥控潜水器，二者均擅长局部作业、定点精细探测，却不擅长大范围精细探测。潜龙号则不同，它是无人无缆自主潜水器，可以自由行动，在较大的区域范围内进行精细探测，可以自主导航、自主作业以及自我保护。
我国第一台实用型6000米水下机器人潜龙一号诞生于“十二五”期间，应用于海底较平坦的多金属结核区。
早就有潜龙一号了，还要“黄胖鱼”做什么？
“洋中脊多金属硫化物区的海底地形异常复杂，上下起伏达1000多米，探测难度很大。”大洋49航次第二航段首席科学家、国家海洋局第二海洋研究所研究员陶春辉说，有些任务潜龙一号胜任不了，需要升级版的潜龙二号。
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：除了探测多金属硫化物，它还能探测多金属结壳资源，获得同时间同位置的声学微地貌、温盐深、浊度、甲烷、氧化还原电位、磁力等多种数据，进而圈定矿化区。
“黄胖鱼”构造精、“智商”高，探测成绩创下我国深海自主水下机器人之最
“黄胖鱼”怎么工作？
下潜前，科研人员会在“黄胖鱼”的“大脑”中植入参数和使命配置，然后用吊车将其放到水中；之后解除吊车和潜水器之间的联系，“黄胖鱼”就能够下潜到指定区域。
“它身上安装了下沉压载铁和上浮压载铁。下水后它依靠自身重力下潜。下潜到预定深度后，它自动抛掉下沉压载铁，然后开始作业。完成作业后，它会自动抛掉上浮压载铁，实现自动上浮，工作人员再通过遥控挂钩或抛绳等方式将它回收到母船。”刘健说。
到达作业区的“黄胖鱼”非常忙碌。在“大脑”控制下，它的“眼睛”格外敏锐，背着一架“相机”灵活穿梭，“尾巴”也在同步工作。
“眼睛”是指潜龙二号的声呐。其中，前视声呐是一台避碰控制设备，可以将潜水器采集的声学数据转化为图像，用以识别障碍物和周边环境，随后通过自主转动和躲避，保障机体安全和任务正常。据介绍，这项技术也是在国内首次采用。两侧的测深侧扫声呐，会一刻不停地搜集地形地貌数据，进行实时信号处理，沿着规划好的线路在海底来回横扫。
在电池支撑下，潜龙二号最长可工作30多个小时。“黄胖鱼”的4只“鳍”，其实就是4个可旋转舵推进器。靠操控推进器和舵进行运动，潜龙二号才能灵活地前进、后退、旋转，在海底“翻山越岭”。
“相机”，就是海底照相机，每隔7秒钟就能在伸手不见五指的海底拍摄一张照片，最终形成一张完整清晰的海底照片，供科学家分析研究。
“尾巴”是安装在潜龙二号末端的磁力探测仪。“有些多金属硫化物区已经不活动，传统的羽状流探测系统难以探测。而国内首次采用、自主研发的磁力仪却能探测出它的磁异常。”陶春辉说。
“黄胖鱼”的先进不仅体现在精良的构造，更在于它高“智商”，自动性好。比如，当它发现自己“身体”出现故障，如果不影响作业，它就会坚持到底；如果感到“大事不妙”，不能再在水下了，它就会自动结束作业上浮回来。
“黄胖鱼”初出茅庐，就表现不俗。2016年2月至3月，它在西南印度洋执行了中国大洋40航次第二航段试验性应用任务，这也是它的首次试验性应用。该任务总共进行了8个潜次，其中7个潜次为长航程探测任务，水下时间231.3小时，累计航程661.7公里，探测面积达到218平方公里，探测数据均完整有效。
在这次试验性应用中，潜龙二号的探测面积超过我国以往任何深海自主水下机器人的探测面积，连续4个长航程成功探测成绩也创下了我国深海自主水下机器人之最。
“黄胖鱼”的“弟弟”潜龙三号预计今年3月进行首次海试
在刘健眼里，“黄胖鱼”就像他的孩子。做父母的，最牵挂的永远是孩子的平安。每次潜龙二号下水，刘健都会“儿行千里母担忧”。
刘健盼着这个孩子成长更快。“潜龙二号是我国目前最先进的深海自主水下机器人，已达到国际先进水平。但它的技术水平和性能还需进一步提高。”刘健告诉记者，当从水面将潜龙二号顺利回收后，科学家会下载其探测的各项数据。“今后要通过技术创新缩短数据回传和下载的时间，更及时地处理数据。”
“潜龙二号是机器人的一种类型，随着人工智能技术的不断进步，也许未来在充分论证的基础上，有可能将一些最新的智能技术应用到潜水器的升级换代上。”大洋矿产资源研究开发协会办公室副主任李波说。
除了潜水器本体和探测技术的改进，专家认为还要改进管理、强化应用。
据了解，“黄胖鱼”的“弟弟”潜龙三号预计今年3月进行首次海试。“它和潜龙二号是孪生兄弟，是在其基础上进行优化升级的同类潜水器。”李波说，海洋浩瀚无际，深海探测需求日益增长，“潜龙”家族的主要目标是对深海资源进行大范围精细探测，更好为大洋资源勘查和深海科学调查服务。因此未来潜龙家族潜水器数量还会继续增加，开展集群作业、协同作业。
此外，服务于深海探测的新科考母船有望在2019年底下水。届时，它将同时搭载“蛟龙”“海龙”和“潜龙”，“三龙”将有机会携手探海。
过人之处有很多。
