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        妙趣橫生的海底機器人

        2016-11-19 20:50:07高峰
        下一代英才 2016年4期
        關(guān)鍵詞:潛器潛龍母船

        高峰

        “潛龍二號”,是我國首臺自主研發(fā)的4500米級自主水下機器人。最近,在西南印度洋,它按照預先設(shè)計的路線,首次堅持了整整30個小時的全航程探測,實現(xiàn)了中國深??瓶嫉亩鄠€“首次”。

        全身金黃,有鰭有尾巴,全長4.5米左右,活像一條放大版的熱帶魚。一般來說,為了減少阻力,自主式潛水器大多設(shè)計成回轉(zhuǎn)體式,像魚雷艇一樣。不過,這種造型主要適用于平坦的海底,如果遇到像印度洋海底這種凹凸不平的地形,就需要把潛器的外表做得扁扁的,以減少它垂直面的阻力,讓潛器更容易回收。

        這種造型還能讓潛器具有很高的抗風浪能力,即使在風大浪高的海面上,它也可以像不倒翁一樣“站立”,不會“翻肚皮”;而且,通過科學家們用遙控器遙控,它還能在海面上簡單地“游兩圈”,向母船靠近。

        作為一條科技含量頗高的人造“魚”,“潛龍二號”可謂全副武裝,渾身寶貝。

        首先,前后各配1對“魚鰭”,這是它的推進器。這兩對水平舵板就像魚的鰭一樣,確保潛器平衡,垂直的舵則像魚的背鰭,這是為了讓它在水中更自由地航行。

        其次,“魚嘴”處安裝了一個前視聲吶,這讓潛器能看到前方的物體。左右的物體怎么看呢?用裝在“魚眼”部位的水平槽道推進器,讓潛器左右水平移動,再用“魚嘴”處的前視聲吶看。它的這種“看”主要是獲得海底地形地貌的連續(xù)數(shù)據(jù),再把數(shù)據(jù)還原成圖像。當然,要真正讀懂這些數(shù)據(jù),需要回到母船后,由技術(shù)人員對這些數(shù)據(jù)進行深入處理,以得到精細的圖像。

        再次,1米長的“尾巴”上安裝了海底探測磁力儀。用它就能知道掃過的地區(qū)有沒有不活動的熱液硫化物礦,有多少,三維結(jié)構(gòu)如何等。

        “潛龍二號”配有一臺像素分辨率達3648×2736 的照相機。由于海底伸手不見五指,相機還配備了閃光燈,可以每隔7秒鐘拍攝一張照片。每張照片都會與前后照片有20%的重合,以保證拍攝的“無縫”銜接,最終經(jīng)過處理,可以形成一張完整清晰的海底圖片。

        “潛龍二號”身上的各種環(huán)境傳感器是它的“耳朵”,一系列智能算法是它的“大腦”。此外,它還“帶”了一些小物件。比如布放回收時用的牽引環(huán)、起吊鉤,與母船聯(lián)絡(luò)的聲通訊機、確定海底位置的長基線信標和頻閃燈、天線等。

        一個潛器的工作流程分為布放—探測—回收。作為我國首臺自主研發(fā)的4500米級自主水下機器人,“潛龍二號”的智能化水平非常高。

        第一步是入水。需要人力來完成。操作人員通過吊車把它放到水中,解除吊車和潛器之間的聯(lián)系后,它就開始自己往指定區(qū)域下潛。如何下潛呢?一方面,潛器自身有重力;另一方面,它配有一塊重約25公斤的下沉壓載鐵。依靠它,潛器下潛的速度可達每分鐘40米。

        第二步是“遨游”。這要依靠它的“魚鰭”和“魚眼”處的推進器。依靠它們“潛龍二號”可以垂直升降,前進、后退,還能旋轉(zhuǎn)。當然,推進器的動力來源要靠電池。“潛龍二號”配有可運行30小時左右的一次性電池組和運行10小時的可充電式電池組。

        在遨游過程中,“潛龍二號”會用它身上帶的測深聲吶、海底照相機、熱液異常探測系統(tǒng)等寶貝,對著事先規(guī)劃好的區(qū)域進行拍攝或掃描。

        當然,旅程中不可能一帆風順。如果遇到復雜的地形地貌,“潛龍二號”會主動避險。這靠的是它“魚嘴”處的前視聲吶。這是一種成像聲吶,就是把采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像,以此來識別障礙和周圍環(huán)境,采取避碰策略。解除危機后,“潛龍二號”會自動回到原先規(guī)劃的線路繼續(xù)航行。

        那么,途中遇到一些磕磕碰碰,某個地方碰壞了怎么辦呢?“潛龍二號”還會自己“看病”——通過集成的大量傳感器和執(zhí)行機構(gòu),對損壞程度進行自我檢測,并根據(jù)故障的等級采取不同的應對方案。如果壞的地方影響任務(wù),潛器就會自動結(jié)束作業(yè)上浮回來;如果故障輕微,不妨礙作業(yè),則可暫時帶“病”工作。

        第三步是上浮。任務(wù)完成后,“潛龍二號”會自動拋掉一塊重約23公斤的上浮壓載鐵,讓潛器重量小于海水浮力,以每分鐘40米的速度上浮。

        第四步是回收。當“潛龍二號”上浮至海面后,它搭載的定位系統(tǒng)會自動將位置發(fā)送給母船。操作人員可以用遙控器控制推進器,讓它慢慢“游”到母船周圍,再通過掛鉤或拋繩回收到母船上。至此,“潛龍二號”的一次“海底遨游之旅”就算是完成了。

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