“潛龍三號”服務大洋科考紀實

作者:記者 劉瀟然  來源:中國海洋報   發布時間:2019-11-25 09:59:05   [打印本頁] [關閉窗口]

  近年來,在中國大洋科考航次中,“潛龍三號”取得了一系列科考成果,讓人印象深刻。

  通常,水下機器人可以分為3類:載人潛水器(HOV)、遙控水下機器人(ROV)和自主水下機器人(AUV)。人們所熟悉的蛟龍號是載人潛水器,“海龍”號是無人遙控潛水器,這兩類潛水器都擅長局部作業、定點精細探測。相較而言,“潛龍三號”擅長大范圍精細探測。“三龍”系列潛水器形成優勢互補,成為我國目前深海探測裝備的主力軍。

  “潛龍三號”由中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室立項,中國科學院沈陽自動化研究所作為技術總體單位,聯合自然資源部第二海洋研究所等單位共同研制,是我國具有先進技術水平的無人無纜潛水器。

  自去年5月以來,“潛龍三號”完成現場海試驗收項目,各項技術指標得到全面測試。今年7月,我國大洋52航次科考任務圓滿結束,“潛龍三號”在集成深海熱液異常探測、高精度微地形地貌探測、高精度近底磁力探測、近底光學探測等功能方面取得了多項成果,獲得了一系列寶貴數據,為潛水器本體技術及后續調查應用提供數據支持和應用參考。

  作業取得新突破

  時間回溯到今年5月19日。“載體密封正確、GPS工作正常、水面控制計算機工作正常……”隨著一個個通報口令的對接,經過1個多小時準備,“潛龍三號”開始布放作業。

  這是“潛龍三號”跟隨“大洋一號”船執行中國大洋科考52航次第四航段科考任務現場,正在西南印度洋進行深海科考作業。

  “潛龍三號”外形酷似小丑魚,“潛龍三號”副總設計師許以軍說:“小丑魚”的嘴、眼睛、腦門、鰭、肚子、尾巴等等,都有其特殊功能,去到深海后發揮不同的作用。

  據了解,在此次深海作業中,“潛龍三號”在復雜地形條件下進行資源環境勘查,具備微地貌成圖、溫鹽深探測、甲烷探測、濁度探測、氧化還原電位探測等功能,刷新了我國在西南印度洋使用無人無纜潛水器,以協同、自主、全天候方式探索深海的新記錄。

  在大洋科考52航次第二航段中,“潛龍三號”在南大西洋開展了首次科學調查。南大西洋中脊是慢速擴張洋中脊,海底環境復雜,主要包括中央裂谷壁區(主要特征是斷崖、陡坡較多,碎石較多)、拆離斷層及大洋核雜巖石區、新生火山區等多個構造單元。

  “潛龍三號”分別完成8個區域的聲學測線探測作業任務。其中AUV01、AUV02、AUV05等潛次的區域主要以新生火山區為主,包括穹隆狀巖漿構造、線形火山脊等;AUV03、AUV04、AUV08等潛次的區域為拆離斷層及大洋核雜巖石區;AUV06、AUV07等潛次的區域以中央裂谷壁區為主,包括點狀或串珠狀火山口。在如此復雜環境區域下順利完成探測作業任務,進一步證明了“潛龍三號”的良好機動性能和環境適應性。

  記錄海底世界

  “潛龍三號”布放后,科考隊員們回到深拖實驗室緊盯監控屏幕,期待著“小丑魚”在這片海域有所收獲。經過幾個小時的等待,“潛龍三號”順利到達海底,在深海開啟了新的探索之旅。

  此次科考任務中,“潛龍三號”初次在洋中脊海底開展光學探測作業模式并取得新突破。“潛龍三號”在復雜洋中脊海底完成單潛次不同作業高度、不同作業使命的綜合探測任務。在完成100米定高聲學探測與水體異常探測后,潛水器轉入5米定高的光學探測階段,并初次成功在洋中脊海底進行近底拍照,獲取大量光學探測資料。突破了以往分步實施聲學和光學探測的限制,在沒有精細地形地貌數據支撐的情況下,潛水器可以開展近底拍照,進一步拓展了潛水器的適用范圍,提高了作業效率。

  首次利用“潛龍三號”搭載自然電位儀完成探測試驗。前期改進完善的自然電位傳感器,首次外掛搭載在“潛龍三號”潛水器本體上,一同下潛到洋中脊海底進行自然電位數據采集及異常探測,獲取了有效探測數據,提取出搭載在潛水器本體不同位置上的基礎數據和擾動情況,為進一步優化自然電位電極布設和下一步資源調查應用奠定了基礎。

  首次完成深海水聲環境監測。“潛龍三號”通過搭載自容式水聽器的方式,首次對“潛龍三號”全工況水聲環境進行監測,提取出包括螺旋槳、電機、聲通訊設備、超短基線信標、甲烷探測傳感器等聲信號的頻段、幅值,為后續潛水器搭載聲學探測設備研究提供數據支撐,同時也為羽流和熱液活動聲場探測打下了基礎。

  大洋科考第52航次第四航段作業是“潛龍三號”在該航次的收官作業。期間,“潛龍三號”在海況變化交替間隙,在西南印度洋51、39和40號區塊內成功開展了2個潛次調查,水下工作時間約78個小時,水下探測作業時間約73個小時,總航程201公里,最大下潛深度3309.8米;聲學探測測線長度182公里,全覆蓋探測總面積約72平方米;光學探測測線長約0.8公里,拍攝高清照片585張。通過對探測數據的分析,在預先規劃的一部分區塊發現明顯的熱液活動,初步判斷是一處新的礦化異常區,這為后續工作奠定了基礎。另外,“潛龍三號”外掛搭載了2個水聽器設備、1套自然電位傳感器,獲得了寶貴科考數據,為潛水器本體技術及后續調查應用提供數據依據和應用參考。

  實現無人值守作業

  以往潛水器下水作業時需要母船在附近監控潛水器的航行狀態,以便操控潛水器,進行決策,保障潛水器安全。

  在該航段作業過程中,科考隊將“潛龍三號”布放入水進入近底巡航作業狀態后,水面支持母船便到另一個區域進行其他作業,不再對“潛龍三號”進行長期監控。待潛水器結束使命后,由母船返回潛水器上浮點回收潛器。

  2月23日13時許,西南印度洋上風浪漸小,“大洋一號”船后甲板上,一派繁忙景象。“潛龍三號”經歷了40多個小時的深海巡游后,開始回收。

  在“大洋一號”船后甲板兩側,有4個人拉起止蕩繩,在甲板中央末端下放區域,2名隊員戴好安全帽、穿上救生衣、系好安全纜繩,一人一個“套馬桿”,瞄準“潛龍三號”,進行回收作業。

  由于風浪開始變化,船體搖擺不定,兩名隊員手中的“套馬桿”始終無法對準潛水器掛鉤,時間在一分一秒地流逝,隊員體力不斷下降,眼看“套馬桿”就要舉不動了。突然,一名隊員喊道:“快拉!我套上了。”隨后,在隊員們的共同努力下,“潛龍三號”被成功收回至甲板。此次“潛龍三號”帶回了精細化地形地貌等寶貴數據,并首次實現了無人值守探測作業新模式。

  據了解,此次潛水器作業期間完全解放了母船,實現母船船時的最大化利用,這也是我國自主無人潛水器技術上的一次重大跨越。通過這種突破性作業模式,通過潛器和船載設備可在不同區域同步獲取綜合調查資料,使科考作業效率得到成倍提高。本次無人值守作業長達40多小時。AUV06潛次過程中有16.8小時是處于無人值守作業狀態。AUV08潛次分別有12小時和10小時處于無人值守作業狀態,其余時間為協同作業模式。

  與此同時,在整個航次任務中,“潛龍三號”還實現了“點、線、面”協同作業。

  在執行52航段科考任務過程中,“潛龍三號”開展了近底巡航作業,潛水器作業期間,利用母船光纜絞車同步下放深海攝像或深海電法設備進行測線調查,或下放電視抓斗進行取樣調查。“潛龍三號”副總設計師、本項目執行負責人許以軍介紹,通過這種作業模式,可在調查區一次性獲取包括近海底水體化學異常、海底巖石電磁異常、高精度地形地貌以及海底取樣等綜合調查資料,為尋找新的熱液活動區提供聲學、光學、電磁、水體化學、海底樣品等綜合信息,實現“潛龍三號”與船載裝備“點、線、面”協同作業新模式,大大提高作業效率。

  “潛龍三號”在此航次多個潛次試驗過程中都與深海攝像、深海電法或電視抓斗采用了協同作業模式進行測線作業,探測了大量有效、精細數據,并實現“點、線、面”協同作業,無人值守探測作業新模式,得益于“潛龍三號”水下巡航作業期間穩定、可靠的出色表現,也證明了我國自主勘查技術邁上新臺階。我國自主無人潛水器技術躋身于國際先進水平,為我國開展深海進入、深海探測、深海開發提供了穩定、有效的裝備保障。