探究深海大洋 科学奥秘的“小丑鱼”i自然全媒体2019-11-25 08:52i自然全媒体2019-11-25 08:52 - 深海探测声学设备

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近年来，在中国大洋科考航次中，“潜龙三号”取得了一系列科考成果，让人印象深刻。

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通常，水下机器人可以分为3类：载人潜水器（HOV）、遥控水下机器人（ROV）和自主水下机器人（AUV）。人们所熟悉的蛟龙号是载人潜水器，“海龙”号是无人遥控潜水器，这两类潜水器都擅长局部作业、定点精细探测。相较而言，“潜龙三号”擅长大范围精细探测。“三龙”系列潜水器形成优势互补，成为我国目前深海探测装备的主力军。

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“潜龙三号”由中国大洋矿产资源研究开发协会办公室立项，中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体单位，联合自然资源部第二海洋研究所等单位共同研制，是我国具有先进技术水平的无人无缆潜水器。

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自去年5月以来，“潜龙三号”完成现场海试验收项目，各项技术指标得到全面测试。今年7月，我国大洋52航次科考任务圆满结束，“潜龙三号”在集成深海热液异常探测、高精度微地形地貌探测、高精度近底磁力探测、近底光学探测等功能方面取得了多项成果，获得了一系列宝贵数据，为潜水器本体技术及后续调查应用提供数据支持和应用参考。

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作业取得新突破

时间回溯到今年5月19日。“载体密封正确、GPS工作正常、水面控制计算机工作正常……”随着一个个通报口令的对接，经过1个多小时准备，“潜龙三号”开始布放作业。

这是“潜龙三号”跟随“大洋一号”船执行中国大洋科考52航次第四航段科考任务现场，正在西南印度洋进行深海科考作业。

“潜龙三号”外形酷似小丑鱼，“潜龙三号”副总设计师许以军说：“小丑鱼”的嘴、眼睛、脑门、鳍、肚子、尾巴等等，都有其特殊功能，去到深海后发挥不同的作用。

据了解，在此次深海作业中，“潜龙三号”在复杂地形条件下进行资源环境勘查，具备微地貌成图、温盐深探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测等功能，刷新了我国在西南印度洋使用无人无缆潜水器，以协同、自主、全天候方式探索深海的新记录。

在大洋科考52航次第二航段中，“潜龙三号”在南大西洋开展了首次科学调查。南大西洋中脊是慢速扩张洋中脊，海底环境复杂，主要包括中央裂谷壁区（主要特征是断崖、陡坡较多，碎石较多）、拆离断层及大洋核杂岩石区、新生火山区等多个构造单元。

“潜龙三号”分别完成8个区域的声学测线探测作业任务。其中AUV01、AUV02、AUV05等潜次的区域主要以新生火山区为主，包括穹隆状岩浆构造、线形火山脊等；AUV03、AUV04、AUV08等潜次的区域为拆离断层及大洋核杂岩石区；AUV06、AUV07等潜次的区域以中央裂谷壁区为主，包括点状或串珠状火山口。在如此复杂环境区域下顺利完成探测作业任务，进一步证明了“潜龙三号”的良好机动性能和环境适应性。

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记录海底世界

“潜龙三号”布放后，科考队员们回到深拖实验室紧盯监控屏幕，期待着“小丑鱼”在这片海域有所收获。经过几个小时的等待，“潜龙三号”顺利到达海底，在深海开启了新的探索之旅。

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此次科考任务中，“潜龙三号”初次在洋中脊海底开展光学探测作业模式并取得新突破。“潜龙三号”在复杂洋中脊海底完成单潜次不同作业高度、不同作业使命的综合探测任务。在完成100米定高声学探测与水体异常探测后，潜水器转入5米定高的光学探测阶段，并初次成功在洋中脊海底进行近底拍照，获取大量光学探测资料。突破了以往分步实施声学和光学探测的限制，在没有精细地形地貌数据支撑的情况下，潜水器可以开展近底拍照，进一步拓展了潜水器的适用范围，提高了作业效率。

首次利用“潜龙三号”搭载自然电位仪完成探测试验。前期改进完善的自然电位传感器，首次外挂搭载在“潜龙三号”潜水器本体上，一同下潜到洋中脊海底进行自然电位数据采集及异常探测，获取了有效探测数据，提取出搭载在潜水器本体不同位置上的基础数据和扰动情况，为进一步优化自然电位电极布设和下一步资源调查应用奠定了基础。

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首次完成深海水声环境监测。“潜龙三号”通过搭载自容式水听器的方式，首次对“潜龙三号”全工况水声环境进行监测，提取出包括螺旋桨、电机、声通讯设备、超短基线信标、甲烷探测传感器等声信号的频段、幅值，为后续潜水器搭载声学探测设备研究提供数据支撑，同时也为羽流和热液活动声场探测打下了基础。

大洋科考第52航次第四航段作业是“潜龙三号”在该航次的收官作业。期间，“潜龙三号”在海况变化交替间隙，在西南印度洋51、39和40号区块内成功开展了2个潜次调查，水下工作时间约78个小时，水下探测作业时间约73个小时，总航程201公里，最大下潜深度3309.8米；声学探测测线长度182公里，全覆盖探测总面积约72平方米；光学探测测线长约0.8公里，拍摄高清照片585张。通过对探测数据的分析，在预先规划的一部分区块发现明显的热液活动，初步判断是一处新的矿化异常区，这为后续工作奠定了基础。另外，“潜龙三号”外挂搭载了2个水听器设备、1套自然电位传感器，获得了宝贵科考数据，为潜水器本体技术及后续调查应用提供数据依据和应用参考。

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实现无人值守作业

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以往潜水器下水作业时需要母船在附近监控潜水器的航行状态，以便操控潜水器，进行决策，保障潜水器安全。

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在该航段作业过程中，科考队将“潜龙三号”布放入水进入近底巡航作业状态后，水面支持母船便到另一个区域进行其他作业，不再对“潜龙三号”进行长期监控。待潜水器结束使命后，由母船返回潜水器上浮点回收潜器。

2月23日13时许，西南印度洋上风浪渐小，“大洋一号”船后甲板上，一派繁忙景象。“潜龙三号”经历了40多个小时的深海巡游后，开始回收。

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在“大洋一号”船后甲板两侧，有4个人拉起止荡绳，在甲板中央末端下放区域，2名队员戴好安全帽、穿上救生衣、系好安全缆绳，一人一个“套马杆”，瞄准“潜龙三号”，进行回收作业。

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由于风浪开始变化，船体摇摆不定，两名队员手中的“套马杆”始终无法对准潜水器挂钩，时间在一分一秒地流逝，队员体力不断下降，眼看“套马杆”就要举不动了。突然，一名队员喊道：“快拉！我套上了。”随后，在队员们的共同努力下，“潜龙三号”被成功收回至甲板。此次“潜龙三号”带回了精细化地形地貌等宝贵数据，并首次实现了无人值守探测作业新模式。

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据了解，此次潜水器作业期间完全解放了母船，实现母船船时的最大化利用，这也是我国自主无人潜水器技术上的一次重大跨越。通过这种突破性作业模式，通过潜器和船载设备可在不同区域同步获取综合调查资料，使科考作业效率得到成倍提高。本次无人值守作业长达40多小时。AUV06潜次过程中有16.8小时是处于无人值守作业状态。AUV08潜次分别有12小时和10小时处于无人值守作业状态，其余时间为协同作业模式。

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与此同时，在整个航次任务中，“潜龙三号”还实现了“点、线、面”协同作业。

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在执行52航段科考任务过程中，“潜龙三号”开展了近底巡航作业，潜水器作业期间，利用母船光缆绞车同步下放深海摄像或深海电法设备进行测线调查，或下放电视抓斗进行取样调查。“潜龙三号”副总设计师、本项目执行负责人许以军介绍，通过这种作业模式，可在调查区一次性获取包括近海底水体化学异常、海底岩石电磁异常、高精度地形地貌以及海底取样等综合调查资料，为寻找新的热液活动区提供声学、光学、电磁、水体化学、海底样品等综合信息，实现“潜龙三号”与船载装备“点、线、面”协同作业新模式，大大提高作业效率。

“潜龙三号”在此航次多个潜次试验过程中都与深海摄像、深海电法或电视抓斗采用了协同作业模式进行测线作业，探测了大量有效、精细数据，并实现“点、线、面”协同作业，无人值守探测作业新模式，得益于“潜龙三号”水下巡航作业期间稳定、可靠的出色表现，也证明了我国自主勘查技术迈上新台阶。我国自主无人潜水器技术跻身于国际先进水平，为我国开展深海进入、深海探测、深海开发提供了稳定、有效的装备保障。

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来源：中国海洋报

记者： 刘潇然

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编辑：吴琼

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