沈阳造极地科考水下机器人大揭秘

由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“探索4500”和三位科考人员。辽沈晚报记者 王迪 摄

近日，由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“探索4500”自主水下机器人，在我国第12次北极科考中成功完成北极高纬度海冰覆盖区科学考察任务。

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据悉，这是我国首次利用自主水下机器人在北极高纬度地区开展近海底科考应用，其成功下潜为我国不断深化对北极洋中脊多圈层物质能量交换及地质过程的探索和认知提供了重要数据资料，将为我国深度参与北极环境保护提供重要的科学支撑。

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在此之前，中科院沈阳自动化所研制的4种类型6台套水下机器人参加了8次极地科考，为我国水下机器人在极地应用作出了重要贡献。

“探索4500”

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首次完成北极海底科考

据了解，针对此次北极科考工作区高密集度海冰覆盖的特点，科研团队创新性地研发了声学遥控和自动导引相融合的冰下回收技术，克服了海冰快速移动和回收海域面积狭小给水下机器人回收带来的挑战，确保水下机器人在密集海冰覆盖区的北极高纬度海域连续下潜成功，并全部安全回收。在科考应用中，“探索4500”成功获取了近底高分辨多波束、水文及磁力数据，为超慢速扩张的加克洋中脊地形地貌、岩浆与热液活动等北极深海前沿科学研究提供了一种最为先进的探测技术手段。

中科院沈阳自动化所水下机器人研究室邵刚副研究员介绍，这次参加北极科考航次的是“探索4500”自主水下机器人（AUV），在科考中首次实现了我国自主水下机器人在北极高纬度地区的科考应用。“针对这次科考应用，我们采用了高纬度惯导技术，避免科考任务中出现航向漂移的情况。针对北极冰情影响，改进了‘探索4500’装备的传感器，优化了回收方法，并逐渐向母船靠拢，实现了安全回收。”

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为了参加此次北极科考，科研团队对“探索4500”进行了环境适应性、高纬度导航、海底探测、故障应急处理等技术升级与改造，并开展了湖海验证工作，全面提高了系统的可靠性。

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克服高纬度作业

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对科考作业带来的困难

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该研究室的助理研究员何宁介绍，他在本次科考中负责“探索4500”的硬件系统部分，“为适应高纬度地区工作，升级了导航系统，还增加了声学引导信标，用于潜水器在使命结束阶段确定母船位置并自动或遥控航行靠近母船，便于在已破冰区域或冰间湖进行回收；我们还增加了应急信标，用于潜器上浮后卡在冰层下时或肉眼无法确定位置时进行较为准确的方向定位。”该研究室中级实验师任宝祥称，他在本次科考中负责潜水器结构安全部分，解决潜水器在极地地区的布放和安全回收，保障元器件始终拥有良好的密封性，使机器人安全返回母船。

在这次历时79天、航程1.4万海里的科考之旅中，来自沈阳自动化所的4名科考队员中3人为“80后”，1人为“90后”，他们都是第一次参加北极科考。据科考队员们回忆，在北极高纬度海冰覆盖区开展科学考察，科考队员们在克服低温、甲板湿滑等困难的同时，需要时刻保持高度的注意力，关注潜水器的工作状态。据邵刚回忆，在一次作业前，原定下潜区域气温骤降，海面结冰，不得不利用母船开展破冰作业，创造了一个可以布放水下机器人的水域环境。邵刚介绍，这种范围较小的布放环境，对水下机器人自身能力是一个较大的挑战，最终完成布放与安全回收，证明了“探索4500”具备了在极地恶劣环境下开展科考应用的能力。

有6台套水下机器人

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先后参加8次极地科考

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“探索4500”在科考中的成功应用，充分验证了其在北极冰区良好的低温环境适应能力、高纬度高精度导航性能、密集冰区故障应急处理能力和洋中脊近海底精细探测能力，开创了我国自主水下机器人在北极科考应用的先例。而参与极地科考的水下机器人并不仅仅是“探索4500”，据沈阳自动化所网站此前发布的信息，2010年8月该所自主研发的“北极ARV”水下机器人参加我国第四次北极科学考察；2014年8月，“北极ARV”水下机器人再次参加我国第六次北极科学考察；2020年初，自主研发的“探索1000”AUV参加我国第36次南极科考等。近年来，面向国家重大需求，中科院沈阳自动化研究所始终致力于推动水下机器人的谱系化发展，极地科考一直是水下机器人发展的重要方向，先后有4种类型6台套水下机器人参加了8次极地科考，为我国水下机器人在极地应用作出了重要贡献。

辽沈晚报记者 胡月梅

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编辑：韩宇