中国无人深潜器,再揭万米深海神秘面纱
- 分类:探秘海底
- 作者:园塔科普
- 来源:科普中国
- 发布时间:2022-01-19 10:44
- 访问量:0
【概要描述】深海环境非常恶劣,黑暗、水压高、温度低等条件给科研工作带来了很大困难。但是,就在几天前,中国的科学家们在这一科学领域实现了新的突破。
中国无人深潜器,再揭万米深海神秘面纱
【概要描述】深海环境非常恶劣,黑暗、水压高、温度低等条件给科研工作带来了很大困难。但是,就在几天前,中国的科学家们在这一科学领域实现了新的突破。
- 分类:探秘海底
- 作者:园塔科普
- 来源:科普中国
- 发布时间:2022-01-19 10:44
- 访问量:0
马里亚纳海沟(Mariana Trench,Marianas Trench)位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底部。海沟的“挑战者深渊”部分约有11000米深,是已知的世界海洋最深处。就算把世界上最高的山峰珠穆朗玛峰扔进“挑战者深渊”,都会被全部淹没。
深海环境非常恶劣,黑暗、水压高、温度低等条件给科研工作带来了很大困难。但是,就在几天前,中国的科学家们在这一科学领域实现了新的突破。
在10月份刚刚结束的马里亚纳海沟深渊科学考察中,中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器,在国际上首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测。
“海斗一号”是什么?
深海潜水器是研究海斗深渊(Hadal Trench,水深范围从6000米到11000米左右的海域)不可或缺的装备。
深海潜水器主要分为载人潜水器(HOV)和无人潜水器(UUV)。其中,无人潜水器我们也可以叫它“水下机器人”,分为三类:一类是遥控潜水器(ROV),一类是自主潜水器(AUV),最后一类是混合式潜水器。
咱们的“海斗一号”,就是一种先进的混合式潜水器。
作为一个全海深自主遥控潜水器(ARV),既可以作为自主潜水器(AUV)使用,进行较大范围的水下调查;也可以作为遥控潜水器(ROV)使用,进行局部区域的精确调查和水下轻作业。
遥控潜水器(ROV)身后拖着一条长长的尾巴,这是一根长电缆,既是电源线又是连接线,能源和信号都通过这根电缆传送。操作者通过这根电缆对潜水器进行遥控操作。
自主潜水器AUV没有“尾巴”,它的电池直接安装在潜水器体内,其任务执行过程是由计算机控制的,潜水器按照程序自主地完成任务。
海斗一号是全海深自主遥控潜水器(ARV),它兼顾了遥控潜水器和自主潜水器二者的优点。
与自主潜水器(AUV)相比,海斗一号不仅实现了实时数据交互,还可以完成水下轻作业,提升机器人的作业能力。与遥控潜水器(ROV)相比,海斗一号可携带长距离光纤微缆,不仅扩大了水下作业范围,降低了对支持母船的要求,也减少了水面支持系统的体积和重量。
潜水器的发展历程
对人类而言海洋是神秘未知的领域,世界各国对它的探索从未停止过。潜水器发展的历史有60余年,经历了从载人到无人,从遥控到自主的主要阶段。
加拿大国际潜水器工程公司(ISE)总裁麦克·法兰将水下机器人的发展历史分为四个阶段,并将前三个阶段称为三次革命:
第一次革命在20世纪60年代,以载人潜水器为标志;
第二次革命为70年代,以遥控潜水器ROV的迅速发展成为一个成熟的产业为特征;
第三次革命在20世纪90年代,以自主潜水器AUV的发展和走向成熟为标志。现在则是混合型水下机器人的时代。
1957年,美国华盛顿大学应用物理实验室开发了第一台自主无人潜水器,但由于技术原因,自主无人潜水器在60~90年代进展缓慢。
90年代,人工智能和致密能源等高新技术更新,推动深海自主无人潜水器进入快速发展时期。美国、英国、日本、加拿大、俄罗斯、法国等海洋强国不断加快研究,自主无人潜水器的探测深度从百米级发展到千米级再到万米级。除了军用潜水器外,商业化深海自主无人潜水器不断涌现。
远程遥控潜水器是最早得到开发和应用的潜水器种类。
1953年,美国设计了最早的一款远程遥控潜水器;1961年,美国军方研制成610米级的潜水器,属于第一艘具有实质性突破的远程遥控潜水器系统,因1966年在西班牙外海打捞起一枚坠海氢弹而轰动世界。
20世纪70~80年代,远程遥控潜水器开始被投入商业应用,其技术日臻成熟。在海洋研究、近海油气开发、矿物资源调查取样、水下打捞以及探雷、猎雷、灭雷等方面都获得了广泛的应用。
1995年,日本一公司研制成功世界上第一台全海深远程遥控潜水器KAIKO11000。
在深海远程遥控潜水器装备和技术领域,美国、加拿大、英国、法国、德国和日本等国家处于领先地位,均有6000米级深海远程遥控潜水器用于海洋科学研究;而在商用远程遥控潜水器方面,美国和欧洲国家占据了绝大部分市场。
混合式水下机器人是近十几年来发展起来新型潜水器,由于结合了遥控潜水器和自主潜水器的优势,其潜在的应用前景更加广泛。
国外最具代表性的混合式水下机器人是美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)研制的“海神”号(Nereus HROV)。其最大工作水深为11000米,主要用于地球、生命等科学探索。
2009年5月31日,“海神”号成功下潜至马里亚纳海沟10902米水深处,是史上第一个抵达深海最深处的自动工具。然而,2014年5月10日,“海神”号在新西兰东北的克马德克海沟9990米深度处丢失。
“海斗一号”到底有多厉害?
中国的潜水器研究起步较晚。1983年我国研制的第一台200米级远程遥控潜水器原理样机“海人一号”,实现了零的突破。20世纪90年代,我国研制成功600米级远程遥控潜水器和第一台1000米级探索者自主无人潜水器。
最近十年,我国深海潜水器技术取得长足进步,先后研制成功“海星”系列、“海龙”系列、“潜龙”系列和“探索”系列等深海潜水器。
目前国内多家机构致力于研究先进的自主/遥控深海潜水器,包括中科院沈阳自动化所、中国船舶科学研究中心和上海交通大学等单位。
在过去的十年中,我国深海潜水器多次在深渊、极地开展试验应用,在人类难以到达的区域进行调查及作业,帮助科学家探索海洋深处地球生命的起源、北极海冰变化及其影响等重大科学问题。
“海斗一号”的前身“海斗”号ARV是针对深渊科考需求研制的全海深(11000米)ARV关键技术验证平台。2016年~2018年的3年中,“海斗”号ARV三次赴马里亚纳海沟挑战者深渊执行航次科考应用任务,共计完成11次万米下潜。
在2018年深渊航次中,“海斗”号成功实现了万米海底着底,在深渊海底累计工作近6小时,对挑战者深渊局部区域地形与深度进行了精确测量。
在“海斗”号研制和应用的基础上,我国成功研制首台作业型全海深自主遥控水下机器人“海斗一号”。
2020年5月,“海斗一号”在马里亚纳海沟完成首次万米海试与试验性应用,其携带的机械手完成了触发采水、沉积物取样、布放标志物等作业,实现了ARV全海深探测与作业。
在刚刚结束的2021年10月应用中,“海斗一号”在马里亚纳海沟超10800米深度的深渊海区,成功实现多次万米下潜及科考应用,取得了全海深无人潜水器连续、稳定、可靠科考应用的重大突破。
在AUV模式下,“海斗一号”打破了多项无人潜水器的世界纪录,包括:最大下潜深度达到了10908米;海底连续作业时间超过8小时;近海底航行距离超过了14公里;首次实现了AUV潜水器万米坐底并连续拍摄高清视频影像。
在ARV模式下,“海斗一号”在万米海底连续工作超过10小时,达到了国际先进水平,创造了我国潜水器万米海底最长工作时间的纪录,并实现了万米海底定点实时高清精细观测。
“海斗一号”的成功应用,表明我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考应用的新阶段,填补了国际空白,未来,我们拭目以待!
参考文献:
1.李一平,李硕,张艾群.自主/遥控水下机器人研究现状[J].工程研究-跨学科视野中的工程,2016,8(02):217-222.
2.徐伟哲,张庆勇.全海深潜水器的技术现状和发展综述[J].中国造船,2016,57(02):206-221.
3.曹俊,胡震,刘涛,苏晓云,马利斌,侯德永.深海潜水器装备体系现状及发展分析[J].中国造船,2020,61(01):204-218.
4.崔维成,姜哲,王芳,李维,宋长会,宋婷婷,沙金余.2020年深海潜水器热点回眸[J].科技导报,2021,39(01):126-136.
5.李一平.自主/遥控水下机器人研究与应用[J].现代物理知识,2021,33(01):19-23.
扫二维码用手机看
Copyright© 2021 - 2025 | 海洋欢乐谷 中国海洋大学出版社有限公司 | 鲁ICP备07502856号 | 中企动力 青岛 | 海洋欢乐谷.中国 | 海洋欢乐谷.cn | 海洋欢乐谷.net | 海洋欢乐谷. com