“发现”号ROV:4500米水下的“移动实验室”

2017-11-23 21:45来源:青岛日报/青岛观/青报网作者:文/王娉 视频/刘栋

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  深海探渊,离不开“国之重器”。中科院海洋研究所的综合科考船“科学”号上搭载的探海神器——“发现”号ROV(缆控水下机器人),累计170次下潜,无论是西太平洋的热液区,还是南海冷泉区,这个4.5吨重的大家伙灵活移动、捕捉、取样,相当于把陆地上的实验室搬到了大洋海底。

  11月20日,记者走进位于西海岸的海洋所新园区,在测试楼里,工程技术部的工程师吴岳正和同事们一起仔细地给“发现”号做“体检”。作为“发现”号的专职负责人,吴岳几乎陪伴了它的每一次出海,说起“发现”号的故事,如数家珍。

  “七功能”机械手灵活取样

  在有些嘈杂的机器轰鸣中,吴岳指挥着一名技术人员查看刚刚检修完“关节”的“发现”号T4机械臂。技术人员手上抱着一台键盘大小的操控板,握着操控板上的手柄,做出向前、向后、左右移动等动作,T4机械臂也相应地伸展、弯曲、转动“手腕”、活动“手指”,像人的手臂一样灵活。

  吴岳告诉记者,“发现”号多数取样工作都依靠它的机械臂来完成。它身上一共有两条机械臂,一条是记者看到的正在检测的T4机械臂,另一条是旁边已经拆卸下来静候检修的阿特拉斯机械臂,它俩都是“七功能”机械臂,即按照人的手臂功能仿真设计了七个关节的机械臂,具有七个自由度。所不同的是,T4是用来干细活的,轻巧地拿着管子吸样、精准地操控水下装置的按钮、轻轻地捕捉各种珍贵的海底小生物……都是由T4来完成;而大力抓取岩石等重活,就由“擎天神”阿特拉斯来完成。在一段由科考队员从海上带回来的水下视频当中记者看到,某次海底生物取样过程中,阿特拉斯负责端着筐子,T4则抓着网兜,将小螃蟹、小贝壳等生物收集起来,倒入阿特拉斯的筐子,看上去就像人类的左右手。

  海洋所还自主研发了一款配套抓斗,T4的手指可以扣住抓斗的上端,操作抓斗去抓取海底的“黑烟囱”。“海底富含硫化物的高温热液区不断喷涌出热液,就像一股黑烟,后来慢慢沉淀下来,就会形成烟囱状的地貌,它很脆,抓取力度掌握不好容易破碎。”吴岳说。T4带着抓斗去抓取“黑烟囱”,可以毫不费劲,又取样完整。

  搭载多种设备的海底实验室

  “发现”号是我国首套4500米级的ROV,为深海远洋科考立下了汗马功劳。“作为一个实验平台,它实际上就是一个搭载体,可以满足科学家远洋的各种实验需求。”吴岳带着记者认识“发现”号的各个组成部分,了解它搭载的那些高端设备。

  最上端的黄色浮体由玻璃维珠材料做成,这是一种目前海洋设备广泛应用的浮体材料,搭配一定数量的铅块配重,可以让“发现”号在水里悬停达到“零浮力”,再借助“发现”号上不同方向的6个推进器,实现在4500米深海范围内的上下腾挪及前进、后退。

  一个框式的取水器可以近距离精准定位进行水样采集,它同时携带4组8个瓶子下潜,下潜时瓶口开放,当“发现”号行走到定位区域,船上的技术人员通过视频确认采集点后,就会遥控液压阀将瓶口关闭,从而提取足够的水样。

  大约1.5米直径的旋转吸样器上还带着几只风干的铠甲虾,显示出它是生物及泥样采集的主要工具。两个粗大的水管分别连接在吸样器的进水口和出水口上,当在海底运行时,它就像一个巨大的吸尘器,所到之处生物、海水、海底泥沙都悉数捕获。一只在海底慢慢游荡的“小飞象”章鱼,一不留神,就被吸引了管道。不过,大家不用担心,吸样器特殊的叶轮泵装置并不会把生物打碎,这些小生物在科学家研究完成后,还被完整地保留成为标本馆里的样品。吴岳告诉记者,海洋所的科学家主要关注点就是热液和冷泉两大特殊区域的生物生态环境,这个吸样器不仅能取得看得见的生物样本,也能取得看不见的微生物样本,是海洋科考的重要实验设备。

  另外,“发现”号上还有一个海洋所自主研发的采样箱,可以靠液压驱动开关箱盖,非常实用。

  实际上,“发现”号可以搭载的实验设备远不止于此,全国各地许多参与“科学”号共享航次的科学家,都曾让“发现”号带着他们的设备下水,实现成功海试。

  两台机器人海底浪漫追拍

  “发现”号每次下水,都会收获惊喜,但留给吴岳最深刻的印象,就是今年7月“发现”号ROV与“探索”号AUV在水下1000米处的一段互拍。ROV是缆控水下机器人,与母船之间用一根缆相连,AUV是自主式水下机器人,没有缆绳,自带动力按既定航道前行。一台缆控水下机器人要在黑暗的海底深处精准地捕捉到另一台根据预编程自主航行的水下机器人,并进行跟踪拍摄,并不容易,这需要“科学”号科考船和“发现”号ROV同时都具有非常精准的动力定位能力。

  然而,科技的浪漫相遇如期而至。当天上午9时许,“发现”号在水下1000处找到了自己的小伙伴——大黄鱼“探索”号,它们亲密地进行了一个多小时的互拍,记录下了彼此的工作状态。“两种不同类型的水下机器人在深海跟踪互拍,在国际上尚属首次。”吴岳说,虽然以前在实验室的水池里也曾见过AUV的运行,但海底毕竟地形环境更加复杂,水流影响也时刻变化,可能会导致水下机器人运行不畅。但是从“发现”号实时上传的视频里看到,“探索”号在遇到一处海底障碍物时极为优雅的转身,他也禁不住赞叹:“太美了!”

责任编辑:刘栋

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