作者:彭科峰 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/5 11:33:50
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中科院沈阳自动化所:“海斗”何以履深渊如平地

 

10767米,这是“海斗”号全海深自主遥控水下机器人(以下简称“海斗”号)创造的国产水下机器人最深下潜记录。

52天,4名现场科考队员,朝气蓬勃的研发团队,来自中科院沈阳自动化所的科研人员群策群力,创造了这样的奇迹。

日前,《中国科学报》采访了中科院沈阳自动化所“海斗”号、“海翼”号相关研发人员,解读“海斗”履深渊如平地的秘密。

艰难的海上之旅

6月22日,在由唐元贵、王健、陆洋、刘鑫宇4人组成的技术保障团队保驾护航下, “海斗”号搭乘“探索一号”船,开展我国首次万米深渊科考工作。

8月12日,科研人员顺利返航。也就是说,本次海上科考历时52天,作业时间达37天。

“52天的海上之旅,几乎天天都在忙碌。在完成日常科考作业之外,我们才能完善操作规程,分析数据,维护设备,测试模拟,即使躺在床上睡着前,脑海中也在不断闪现上次作业的画面和下次要做的下潜场景预演,一样没法休息”,年轻的唐元贵已经是中科院沈阳自动化所的副研究员,回忆本次航程,他满怀感慨。

普通人都觉得能够“看海”很浪漫,但太平洋可不是表面那样温柔。航行途中,每每遇到狂风大作,海浪涛天,他们却依然需要坚持工作。在进行最后一次“海斗”号下潜马里亚纳海沟挑战者深渊时,他们衣衫尽湿,已经没有了换洗工作服,身上全是海水的味道。

鲜为人知的是,在最初制定科考计划时,团队并没有制订“海斗”号下潜万米的目标。“按照原计划,‘海斗’号只计划完成3000米级的海试验证。为了稳妥期间,我们准备了足够6次下潜的备用材料。没想到最后一共下潜了7次,下潜深度两次超过万米”,唐元贵说。

7月1日,航渡期间,课题组在对“海斗”号进行技术状态确认和海试策划准备的基础上,“海斗”号以携带光纤的遥控模式进行试验性性下潜,最终成功下潜至3959米,胜利完成了“海斗”号光纤模式下的下潜深度目标。“海斗”号安全回收到甲板后,4人团队在心里已经有了下一步的计划,恰逢此时,也得到船上的支持和鼓励。

“除了船上的要求和鼓励,我们4人深知,机会来之不易,不能白白浪费在马里亚纳海沟的1个月时间”,唐元贵四人小组立即在科考船上展开技术攻关,启动“海斗”号的自主作业模式,并在多次甲板模拟测试基础上,冒着海上作业现场临时设计并改变技术状态的风险,“海斗”号以自主模式进行了首次50米下潜试验,并取得成功,验证了“海斗”号在自主模式下载体平台的安全性和数据记录的有效性。

7月12日,“海斗”号向深渊发起挑战。团队经连夜的技术分析与讨论,将下潜深度由最初上报的7000米直接提升至8000米以深,最终海斗号成功下潜8201米。当那个橘红色的椭圆形球体浮上水面时,所有人都松了一口气。

此后,“海斗”号一发不可收,相继于7月18日、23日、27日和28日,分别下潜9740米、9827米、10310米和10767米,并胜利完成科考探测任务。

“如果下潜所需的必备消耗品准备再充足些,如果航次时间再长久些,我想‘海斗’号还有更多的挑战机会”,唐元贵说。

源于自筹经费的探索

十年磨一剑。“海斗”号的成功,离不开中科院沈阳自动化所在水下机器人领域的长久积累。

中科院沈阳自动化所所长助理、水下机器人研究室主任李硕师承封锡盛院士,在该领域深耕多年。他带领的这支“海斗”号研发团队,曾研制用于北极海冰探测的“北极ARV”水下机器人,创造了国内水下机器人领域多个第一。

“没有持之以恒的研究和一以贯之的积淀,就没有今天的海斗”,李硕坦言。

2003年,中科院沈阳自动化所在国内率先提出自主遥控水下机器人的理念。2年后,他们研发出首台样机,将光纤通讯与水下机器人结合,并完成了湖试。这一阶段的经费,全部来自研究所自筹。

2007年,他们终于获得了国家863计划的支持,基于自主遥控水下机器人的设计理念研发了面向北极科考的水下机器人,先后三次参加北极科考。

2014年4月,在中科院海斗深渊先导专项的支持下,“海斗”号研制工作启动。短短的两年时间,团队完成了多项关键技术攻关,开展了大量的压力测试和试验模拟,先后进行了两次海试验证。有了前期的积累,才有了这次突破万米深渊的辉煌。

“自主遥控水下机器人是针对水下机器人现有的智能水平,针对极地和深渊等极端环境还缺乏有效导航定位以及作业等技术手段的情况下,而研制的一类混合型水下机器人。从当初的概念到目前的科考应用,确实是不断创新的结果。如今来看,我们的水下机器人已经能够在北极冰下探测,也能在马里亚纳海沟内纵横驰骋。当然,这类水下机器人终将被全自主作业型水下机器人所替代,这也将是未来新的目标”,李硕说。

向深海进军意义重大

在这次的深渊科考中,中科院沈阳自动化所研制的“海翼”号7000米水下滑翔机也大发神威,下潜深度两次突破5000米,最大下潜深度达到5751米,成为国内首台下潜深度超过五千米的水下滑翔机,创造了国内水下滑翔机的最大下潜深度记录。同时,“海翼”号获得了8个有效周期的CTD数据以及水下滑翔机本体的状态数据,为我国大深度的水下滑翔机的研发积累了宝贵的经验。

此外,中科院沈阳自动化所参与研制的“天涯”号和“海角”号深渊着陆器也有突出表现,累计完成12次深潜,获取深渊系列深度等级的大生物样品、沉积物和水样。

“尽管国家提出了建设海洋强国的战略目标,向海洋进军,向深海进军,但大众长期以来对于海洋的关注度不够,对我们发展深海技术装备也存在一些质疑。但事实上,深海技术装备的研制具有重大意义”,李硕介绍,“与‘海斗’号类似深海技术装备的发展,是建设海洋强国的标志性技术,为我们探索未知的深渊世界,提供了先进的技术手段,这样的深海科考利器,对于保障国家安全、带动经济社会发展非常重要。

海洋里蕴藏着宝贵的资源,是未来世界各国开发的重点,我们绝不能落后于人,这就需要更多的深海高技术装备。比如,深海有很多矿藏和油气资源有待勘探开发,有很多独特的生物资源和地质结构变化需要了解,也可能在深渊环境探索生命的起源——毕竟,人类是来自于海洋”。

“深海有很多微生物菌种或远古大生物,对它们进行深入研究,也有助于人类认识生物合成机理和新型抗性药物的研发,或许能帮助解决人类抗癌、抗顽固疾病的难题”,唐元贵补充说,大众应当对海洋科考的意义有深入的认识。

“就水下机器人的研发而言,中科院沈阳自动所按照谱系化的方向发展,并十分注重技术与科学的结合。我们的某些技术水平与国外先进水平处于并跑状态。我们希望利用我国自主研发水下机器人能在未来深海科考和海洋开发中发挥更大的作用”,李硕最后表示。

 
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