參試團(tuán)隊(duì)與潛龍二號(hào)合影
潛龍二號(hào)母船向陽紅10號(hào)
上周的一個(gè)下午，西南印度洋蔚藍(lán)色的海水在陽光下顯得格外寧靜與美麗。隨著“噗”的一聲脆響，一條黃色的大“魚”冒出海面。不遠(yuǎn)處的“向陽紅10”科考船甲板上，苦等了30個(gè)小時(shí)的我國科學(xué)家歡呼雀躍。隨后，人們小心翼翼地把它拉回船上。
這不是一條普通的魚，它的全名叫4500米級(jí)深海資源自主勘查系統(tǒng)“潛龍二號(hào)”，這是我國首臺(tái)自主研發(fā)的4500米級(jí)自主水下機(jī)器人。這些天，在國際海底管理局與我國簽訂的多金屬硫化物勘探合同區(qū)——西南印度洋一片熱液區(qū)的海底，它按照預(yù)先設(shè)計(jì)的路線，首次堅(jiān)持了整整30個(gè)小時(shí)的全航程探測(cè)，首次探測(cè)了海底山脈（即洋中脊）熱液區(qū)，并獲得了精細(xì)的三維地形地貌數(shù)據(jù)和300多張高分辨率連續(xù)照片……實(shí)現(xiàn)了中國深海科考的多個(gè)“首次”。
別看它名字帶著“龍”，長(zhǎng)得卻酷似美國動(dòng)畫電影《海底總動(dòng)員》里萌萌的小丑魚尼莫（NEMO）。那么，它為啥長(zhǎng)成這樣？身懷哪些絕技？在海底又如何工作呢？
長(zhǎng)像很萌，全身寶貝
全身金黃，有鰭有尾巴，全長(zhǎng)4.5米左右，活像一條放大版的熱帶魚。很多人一看到“潛龍二號(hào)”的模樣，都會(huì)情不自禁地說：“好萌呀！”
“這真是殊途同歸。”作為總設(shè)計(jì)師的劉健總是笑著解釋，這樣的設(shè)計(jì)主要是出于作業(yè)需求，但隨著設(shè)計(jì)的不斷改善與精細(xì)化，潛器造型也越來越像魚，讓人不得不感嘆大自然的神奇，進(jìn)化后的生物所擁有的功能與人類科學(xué)家經(jīng)過反復(fù)論證和計(jì)算后的結(jié)果是如此相似。
一般來說，為了減少阻力，自主式潛水器大多設(shè)計(jì)成回轉(zhuǎn)體式，像魚雷艇一樣。“潛龍二號(hào)”的“大哥”“潛龍一號(hào)”就是這樣。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(fēng)浪能力，即使在風(fēng)大浪高的海面上，它也可以像不倒翁一樣“站立”，不會(huì)“翻肚皮”；而且，通過科學(xué)家們用遙控器遙控，它還能在海面上簡(jiǎn)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(hào)”可謂全副武裝，渾身寶貝。
首先，前后各配1對(duì)“魚鰭”，這是它的推進(jìn)器。這兩對(duì)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(gè)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(jìn)器，讓潛器左右水平移動(dòng)，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(dāng)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入處理，以得到精細(xì)的圖像。
再次，1米長(zhǎng)的“尾巴”上安裝了海底探測(cè)磁力儀。我國科學(xué)家打破國外技術(shù)封鎖，自主研制出這個(gè)“寶貝”。用它就能知道掃過的地區(qū)有沒有不活動(dòng)的熱液硫化物礦，有多少，三維結(jié)構(gòu)如何等。更獨(dú)特的是，它的探測(cè)數(shù)據(jù)不受“潛龍二號(hào)”配備的下沉壓載鐵、上浮壓載鐵、電池艙和電子艙等磁性物質(zhì)的磁干擾，還可以搭載在“蛟龍?zhí)枴钡绕渌麧撈魃稀?nbsp;
到海底“游歷”一趟，怎么著也得拍點(diǎn)照片。“潛龍二號(hào)”配有一臺(tái)像素分辨率達(dá) 3648×2736 的照相機(jī)。由于海底伸手不見五指，相機(jī)還配備了閃光燈，可以每隔7秒鐘拍攝一張照片。“潛龍二號(hào)”副總設(shè)計(jì)師趙宏宇介紹說，每張照片都會(huì)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(hào)”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(shí)用的牽引環(huán)、起吊鉤，與母船聯(lián)絡(luò)的聲通訊機(jī)、確定海底位置的長(zhǎng)基線信標(biāo)和頻閃燈、天線等。
無動(dòng)力潛浮，全自動(dòng)航行
一般來說，一個(gè)潛器的工作流程分為布放—探測(cè)—回收。作為我國首臺(tái)自主研發(fā)的4500米級(jí)自主水下機(jī)器人，“潛龍二號(hào)”的智能化水平非常高，這讓它的“海底遨游之旅”變得更自由。
第一步是入水。當(dāng)然，這需要人力來完成。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(dá)每分鐘40米，極大節(jié)約了能源。
第二步是“遨游”。這要依靠它的“魚鰭”和“魚眼”處的推進(jìn)器。依靠它們，“潛龍二號(hào)”可以垂直升降，前進(jìn)、后退，還能旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，推進(jìn)器的動(dòng)力來源要靠電池。專家介紹說，“潛龍二號(hào)”配有可運(yùn)行30小時(shí)左右的一次性電池組和運(yùn)行10小時(shí)的可充電式電池組。此次西南印度洋海底探寶，它首次整整用完了30小時(shí)的電池。
在遨游過程中，“潛龍二號(hào)”會(huì)用它身上帶的測(cè)深聲吶、海底照相機(jī)、熱液異常探測(cè)系統(tǒng)等寶貝，對(duì)著事先規(guī)劃好的區(qū)域進(jìn)行拍攝或掃描。
當(dāng)然，旅程中不可能一帆風(fēng)順。如果遇到復(fù)雜的地形地貌，“潛龍二號(hào)”會(huì)主動(dòng)避險(xiǎn)。這靠的是它“魚嘴”處的前視聲吶。控制軟件負(fù)責(zé)人徐春暉說，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(shí)別障礙和周圍環(huán)境，采取避碰策略。解除危機(jī)后，“潛龍二號(hào)”會(huì)自動(dòng)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(gè)地方碰壞了怎么辦呢？“潛龍二號(hào)”還會(huì)自己“看病”——通過集成的大量傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)損壞程度進(jìn)行自我檢測(cè)，并根據(jù)故障的等級(jí)采取不同的應(yīng)對(duì)方案。如果壞的地方影響任務(wù)，潛器就會(huì)自動(dòng)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(shí)帶“病”工作。
第三步是上浮。任務(wù)完成后，“潛龍二號(hào)”會(huì)自動(dòng)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(dāng)“潛龍二號(hào)”上浮至海面后，它搭載的定位系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將位置發(fā)送給母船。操作人員可以用遙控器控制推進(jìn)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(hào)”的一次“海底遨游之旅”就算是完成了。
對(duì)海底“黑煙囪”最感興趣
那么，“潛龍二號(hào)”勘探的寶貝到底是什么呢？簡(jiǎn)單來說，主要是海底一種被稱為“黑煙囪”的多金屬硫化物。
海底“黑煙囪”是一種形象的說法，它其實(shí)是指海底富含硫化物的高溫?zé)嵋夯顒?dòng)區(qū)，因?yàn)闊嵋簢姵鰰r(shí)像一股股“黑煙”而得名。研究表明，這些“黑煙囪”是新大洋地殼形成時(shí)產(chǎn)生的，是板塊運(yùn)動(dòng)和海底擴(kuò)張的結(jié)果。這些硫化物富含銅、鋅、鉛、金和銀等金屬元素，是一種具有廣闊開發(fā)前景的海底礦產(chǎn)。此外，在熱液循環(huán)過程中，地球深部的大量信息被帶到海底，這也為人類認(rèn)識(shí)地球結(jié)構(gòu)和演化、海洋環(huán)境變化、生命起源等提供了一個(gè)全新的窗口。據(jù)估算，全球海底多金屬硫化物總含量達(dá)到10億噸，銅和鋅含量約3億噸。
自2007年中國大洋第19航次我國在西南印度洋發(fā)現(xiàn)第一個(gè)熱液區(qū)——龍旗熱液區(qū)以來，我國陸續(xù)在印度洋、大西洋和東太平洋發(fā)現(xiàn)了30多個(gè)熱液區(qū)，并獲取了一系列地質(zhì)、生物樣品。
2011年，國際海底管理局相繼核準(zhǔn)了中國關(guān)于西南印度洋脊的硫化物礦區(qū)申請(qǐng)，這是一個(gè)相當(dāng)于天津市大小的1萬平方公里區(qū)域，在“潛龍二號(hào)”之前，已經(jīng)有我國首艘現(xiàn)代化的綜合性遠(yuǎn)洋科學(xué)考察船“大洋一號(hào)”、載人水下機(jī)器人“蛟龍?zhí)枴钡裙忸欉^。其中，“蛟龍?zhí)枴痹邶埰鞜嵋簠^(qū)采集到大量熱液區(qū)生物，包括貽貝、螺、茗荷和多個(gè)多毛類動(dòng)物。
“潛龍二號(hào)”的此次航行收獲頗豐，不僅獲得了該區(qū)域內(nèi)海底斷橋、龍旗熱液區(qū)的近海底精細(xì)三維地形地貌數(shù)據(jù)和磁力數(shù)據(jù)，同時(shí)獲得和發(fā)現(xiàn)了多處熱液異常點(diǎn)。它還拍了300 多張這個(gè)地區(qū)海底山脈（洋中脊）近海底高分辨率照片，包含硫化物、玄武巖、貝殼及魚蝦生物等，這是我國無人無纜潛水器（AUV）的第一次。
接下來，“潛龍二號(hào)”將踏上大洋第40航次的旅程，開展第二、三階段的海試。可以相信，隨著“潛龍二號(hào)”探測(cè)技術(shù)的不斷完善，它必將走出印度洋，向更廣闊的大洋邁進(jìn)，為我們探測(cè)出更多的寶藏。
