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2021年7月25日至8月3日，教育部集成攻關(guān)大平臺(tái)上海交通大學(xué)海洋工程團(tuán)隊(duì)研制的深海重載作業(yè)采礦車“開拓一號(hào)”，搭載于“向陽紅03”號(hào)科考船，在我國(guó)南海西沙海域成功完成了1300米深海試驗(yàn)。不需要任何人工操控，“開拓一號(hào)”能根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的程序，在海底一會(huì)兒走出“S”形，一會(huì)兒走出“J”形。除了在海底自主行走的能力，它的業(yè)務(wù)能力也非同一般：能自主感知周邊的采礦環(huán)境。

圖1 布放過程中的深海采礦車

深海采礦不需人工操控也能自主行走

本次海試，“開拓一號(hào)”深海采礦車在不同海區(qū)分別布放至108米、246米、968米和1305米等多個(gè)水深的海底，成功完成重載裝備海上布放回收、海底路徑規(guī)劃與自主行走、海底礦石采集與沉積物取樣等試驗(yàn)，突破了深水大功率液壓、高壓電力能源供給、信號(hào)傳輸與智能控制、水下布放回收姿態(tài)自動(dòng)控制、海底行走與礦石采集等深海重載作業(yè)裝備研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。

采用創(chuàng)新研發(fā)的海底智能自主行走技術(shù)，“開拓一號(hào)”采礦車首次在1305米的深海復(fù)雜地質(zhì)條件下，實(shí)現(xiàn)智能自主行走，通過水下精確定位信息感知和閉環(huán)反饋控制，由智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)、自動(dòng)控制采礦車行走，實(shí)現(xiàn)在無人操控條件下，采礦車按照預(yù)先規(guī)劃的任意大曲率曲線路徑，在海底自主行走和作業(yè)。

圖2 深海采礦車海底著陸

圖3 深海采礦車在海底自主行走

此次海試，采礦車在西沙海域海底多次成功完成“SJ”字樣行走路線，進(jìn)行了復(fù)雜地形條件下的大曲率曲線路徑行走、小半徑原地掉頭等機(jī)動(dòng)，顯示采礦車具有出色的智能控制水平，和突出的海底作業(yè)能力。

圖4 超短基線測(cè)量得到的采礦車海底“SJ”字樣行走路徑

交大智慧突破重載裝備海上布放回收難題

針對(duì)重載裝備海上安全布放和回收難題，項(xiàng)目組創(chuàng)新研發(fā)采礦車水中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)自動(dòng)控制技術(shù)，通過推進(jìn)器推力的實(shí)時(shí)分配，穩(wěn)定保持采礦車在深水長(zhǎng)時(shí)間布放回收過程中的艏向角，有效減小光電復(fù)合纜扭轉(zhuǎn)載荷，在試驗(yàn)海域遭遇2米波高、7級(jí)陣風(fēng)高海況條件的不利情況下，成功實(shí)現(xiàn)重載裝備的安全布放與回收。

圖5 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在海試現(xiàn)場(chǎng)

“開拓一號(hào)”深海采礦車以海底多金屬結(jié)核為開發(fā)作業(yè)對(duì)象，長(zhǎng)5.6米，寬2.5米，高2.0米，空氣中重量9.0噸，具有海底作業(yè)環(huán)境感知、智能自主控制、高效水力集礦等作業(yè)能力。此次海試成功，標(biāo)志著深海重載作業(yè)采礦車研發(fā)向工程化、智能化邁出了重要的一步。

來源：海洋工程團(tuán)隊(duì)