走向大洋深處的中國探海利器

于海斌

水下機器人作為海洋探索與開發(fā)的重要技術(shù)手段，是海洋技術(shù)裝備皇冠上的明珠，在我國海洋強國建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，隨著海洋強國建設(shè)，“蛟龍”“潛龍”“海斗”“海翼”等我國自主研發(fā)的探海利器，逐漸開始得到應(yīng)用并為社會公眾所熟知。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所是我國最早開展水下機器人研發(fā)的單位，諸多探海利器都是由該所主持研發(fā)的。

中國水下機器人家族不斷壯大

我國水下機器人研究始于20世紀70年代末，當(dāng)時該項技術(shù)在國外正飛速發(fā)展，國內(nèi)卻仍是一片空白。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所（簡稱“沈陽自動化所”）瞄準了這項前沿技術(shù)，在國內(nèi)率先開展“智能機器在海洋中的應(yīng)用”的可行性研究。在國內(nèi)多家單位的協(xié)同下，我國第一臺水下機器人“海人一號”于1986年在南海試驗成功，從而揭開了我國水下機器人事業(yè)發(fā)展的序幕。

四十年來，中國水下機器人研發(fā)蓬勃發(fā)展，水下機器人家族不斷壯大。

面對陸地、近海資源的日益枯竭和新一輪激烈的科技和產(chǎn)業(yè)競爭，在中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會辦公室和國家“863”計劃的支持下，沈陽自動化所聯(lián)合國內(nèi)多家單位成功研制了“潛龍”系列三型自主水下機器人?！皾擙堃惶枴惫ぷ魉顬?000米，可進行海底地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境參數(shù)和光學(xué)等精細調(diào)查，主要應(yīng)用于大洋多金屬結(jié)核資源調(diào)查。“潛龍二號”和“潛龍三號”工作水深都為4500米，兩臺裝備集成了熱液異常探測、磁力探測、地形地貌探測和光學(xué)照相等，主要應(yīng)用于大洋熱液硫化物礦區(qū)調(diào)查。“潛龍”系列AUV的成功研制，填補了我國深海海底資源自主勘查實用技術(shù)的空白。

面向海洋科學(xué)研究的需求，研發(fā)了“探索”系列自主水下機器人（以下簡稱AUV）“海翼”系列水下滑翔機（以下簡稱Glider）和“海星6000”遙控水下機器人（以下簡稱ROV）?！疤剿鳌毕盗蠥UV覆蓋了從100米到4500米海域，其中，“探索100”主要用于淺海水域的海洋環(huán)境和地質(zhì)調(diào)查，“探索1000”主要用于特定海區(qū)海洋要素的長期連續(xù)定點觀測，“探索4500”主要用于深海熱液區(qū)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查；“海翼300/1000”主要基于浮力驅(qū)動原理，充分利用海流，在海洋環(huán)境中開展長期大范圍多參數(shù)調(diào)查；“海星6000”是我國首臺6000米級ROV，主要用于深海海洋要素測量、原位觀察和采樣作業(yè)，創(chuàng)造了我國ROV下潛5611米的最深紀錄，填補了我國6000米級ROV裝備的空白。

面向深淵科考的需求，成功研制了“海斗”號全海深自主遙控水下機器人（以下簡稱ARV）和“海翼7000”Glider等深淵科考裝備?！昂６贰碧柺俏覈着_萬米水下機器人，目前最大下潛深度達到10888米，為我國成功利用水下機器人技術(shù)開展萬米深淵科考奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，躋身國際先進國家行列；“海翼7000”在2017年3月創(chuàng)造了當(dāng)時6329米的最深下潛紀錄，打破了此前由美國保持的水下滑翔機最大下潛深度世界紀錄?！昂６贰碧柡汀昂Ｒ?000”還分別入選2016年和2017年兩院院士評選的中國十大科技進展新聞。

經(jīng)過多年的技術(shù)積累，中國水下機器人的研發(fā)力量不斷增強，不同的研究機構(gòu)也發(fā)展出各自的特色。以沈陽自動化研究所為例，初步開發(fā)了以“潛龍”系列AUV為核心的我國深海資源自主勘探系列裝備、以“探索”AUV和“海翼”Glider為核心的我國海洋科學(xué)研究自主探測技術(shù)體系、以“海星”系列ROV為核心的我國海洋科學(xué)研究作業(yè)技術(shù)體系，以“北極/海斗”ARV為核心的我國極端環(huán)境科考技術(shù)體系等，初步構(gòu)建了全系列水下機器人的裝備譜系。

自主研發(fā)，把核心技術(shù) 牢牢掌握在自己手里

一個國家的科技進步始終以關(guān)鍵技術(shù)的自主創(chuàng)新為基礎(chǔ)，特別是對于深海裝備研制這樣一個關(guān)系到國家安全的領(lǐng)域，核心、關(guān)鍵技術(shù)買不來、要不到，必須靠我們自主創(chuàng)新，把核心、關(guān)鍵技術(shù)牢牢掌握在自己手里。

創(chuàng)新是科技進步的靈魂。沈陽自動化研究所在國內(nèi)率先提出了自主遙控水下機器人（ARV）的概念，充分發(fā)揮了AUV和ROV兩型機器人的技術(shù)特點，在突破了冰下高緯度自主導(dǎo)航與定位、萬米油壓密封、大深度長距離微細光纖綜合管理等一批核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，連續(xù)參加北極科考和馬里亞納深淵科考，獲取了傳統(tǒng)技術(shù)手段無法獲取的科考數(shù)據(jù)。

創(chuàng)新是科技價值的體現(xiàn)。歷經(jīng)五年不懈努力，在“潛龍一號”AUV的基礎(chǔ)上，“潛龍二號”AUV在外形優(yōu)化設(shè)計、操縱性研究、智能控制以及深海自主勘查技術(shù)等方面不斷創(chuàng)新，連續(xù)三年在大洋科考調(diào)查中成功應(yīng)用，獲得成果表明我國自主潛水器在深海資源勘探領(lǐng)域進入國際先進行列?！皾擙埲枴痹凇皾擙埗枴钡幕A(chǔ)上，進一步自主創(chuàng)新，實現(xiàn)了深海導(dǎo)航和定位技術(shù)以及光學(xué)調(diào)查技術(shù)的國產(chǎn)化，充分提高了可靠性、實用性、安全性和探測效率。

深海技術(shù)裝備要與實踐緊密結(jié)合。重點加強應(yīng)用需求與工程技術(shù)的緊密結(jié)合，在深海環(huán)境中不斷提升裝備的可靠性和實用性，始終致力于將總體集成、載體優(yōu)化設(shè)計、智能控制、自主導(dǎo)航、大深度作業(yè)等核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中。

隨著海洋探索和開發(fā)對于裝備性能需求的日益增長，沿著技術(shù)與需求深度融合的思路，我們認為，下一代智能水下機器人應(yīng)更加注重群體的感知能力、決策能力、作業(yè)能力以及跨域協(xié)同能力，向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和體系化的方向發(fā)展。這樣將有助于加速推動水下機器人行業(yè)的發(fā)展，在海洋科技創(chuàng)新的新時代里作出更大的貢獻。