海洋機器人(水下機器人)

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海洋機器人,又稱水下機器人,分為有人機器人和無人機器人兩大類:有人潛水器機動靈活,便於處理複雜的問題,擔任的生命可能會有危險,而且價格昂貴。無人潛水器就是人們所說的水下機器人,通常被稱為“無人潛航器”UUV,用於探雷掃雷,也可用於偵察、情報蒐集及海洋探測方面。它適於長時間、大範圍的考察任務。

分類,特點,用途,發展趨勢,

分類

按照無人潛水器與水面支持設備(母船或平台)間聯繫方式的不同,海洋機器人可以分為兩大類:一種是有纜水下機器人,習慣上把它稱做遙控潛水器,簡稱ROV;另一種是無纜水下機器人,通常被稱為“無人潛航器”UUV,習慣上把它稱做自治潛水器,簡稱AUV。有纜水下機器人都是遙控式的,按其運動方式分為拖曳式、(海底)移動式和浮游(自航)式三種。無纜水下機器人只能是自治式的。
無人潛航器UUV要比遙控潛水器ROV複雜得多,它需要高能量密度的電源,複雜的控制系統,它要求能精確地自主導航,並能將探測到的數據儲存起來格式化後傳送給艦隊。
被稱為“無人潛航器”的海洋機器人是現代信息化海戰中的重要武器,它數量正呈幾何級數增長,並已悄無聲息地走向世界海洋的每一個角落。在美國耗資2300億美元的“未來作戰系統”計畫中,就包括海洋機器人。美國新型海洋機器人是美海軍新的水下作戰思想的載體,與美海軍“網路中心戰”思想的發展密切相關。
2005年1月,美海軍制定出新的UUV發展規劃,明確要重點開發水下機器人的水下偵察能力、搜尋測量能力、通信導航能力和對目標跟蹤及引導攻擊能力。美國海軍在海洋機器人方面已經開始全面研製和套用階段。
法國最新研製的無人潛水器,主要用於掃雷。目前法國研製的PAP-104系列水下潛航器是世界上套用最為廣泛的遙控滅雷水下機器人。此外,法國研製的半潛型水下潛航器——“劍魚”機器人,能以12節的航速連續航行400海里。它可與全球定位系統聯動,將收集到的聲吶影像數據通過無線通信傳送給母艦。
日本在20世紀90年代初,成功地建造了萬米級無人遙控潛水器。該潛水器可較長時間進行深海調查,潛水深度達到11000米,是目前世界最高紀錄。目前,日本正在開發一種更先進無人遙控潛水器,該潛水器系統在遙控作業、聲學影像、水下遙測全向推力器、海水傳動系統、陶瓷套用技術、水下航行定位和控制等方面都將有更大的開拓與突破。因此,在用於作戰的海洋機器人研製方面,日本早已躋身於世界先進行列。

特點

海洋機器人具有以下特點:
(1)無人化。例如美海軍“布法羅”號核潛艇所發射的無人水下潛航器,能夠測量不同水深處的鹽度和溫度,還可以根據所得的鹽度和溫度數據計算出不同水深處的聲音傳播速度,為充分發揮聲吶性能和提高潛艇指揮員的戰術決策水平提供幫助。同時,還能實現信息收集、獲取、互通與共享,當之無愧地成為美海軍海底戰場觸入“網路中心戰”的至關重要的環節。
(2)智慧型化。自主式無人潛艇在執行任務時無需對其遙控,從承載平台發射後,它能遠離母艦,由任務管理軟體自行控制,確定航向、航速、潛深、規避機動。如美海軍正在試驗的一種智慧型型“海底滑行者”海洋機器人,可自主地在深度1000米左右範圍內潛航6個月,行程5000公里左右,能擔負探測水雷和水面目標的任務。如更換模組,該機器人可成為水下通信網路的一個移動式自主中繼的節點,是美海軍最期望儘快入役的“海底偵察兵”。
(3)模組通用化。美海軍計畫到2009年研製出一種“任務重組無人潛航器”,該種潛航器直徑為0.5米,試圖通過一種模組化設計,使其能攜帶不同感測器,以執行諸如監視、導航和通信中繼等不同的任務。這樣海洋機器人發展的關鍵在於通過模組化來實現其通用化。海洋機器人在自持、動力和推進方面的技術,感測器和感測過程技術,通信和導航技術等都嚴格限制在一定的功能模組內完成,換模組就等於更改了機器人的用途、性能,而模組中的標準化又使得海洋機器人在研製方面變得規範,改變其作戰用途也變得相對簡易。

用途

海洋機器人裝有掃雷設備,是排雷高手。海洋機器人使用時通過有線遙控接近水雷,引爆水雷,或給水雷定位由其他方式排雷,達到掃雷目的。還有的無人潛艇體積較大,因此可以搭載搜尋魚水雷用的各種感測器,這種潛航器還可以伸出機械臂,在離所發現魚雷最近的地方放置爆破用炸藥。
海洋機器人也可用於情報偵察。潛射型水下無人潛航器還可以用於水中和水上情報收集。例如,美國的魚雷偵察系統,呈魚雷狀,從母艦上用光纜進行控制,能夠比原有水下聲吶基陣偵察系統更快、更大範圍地進行數據採集,並且能夠近乎實時地把採集的信息傳遞給母艦,達到情報偵察的目的。
海洋機器人還能進行中繼通信。目前,一些國家還在開發一種半浮半潛型無人潛航器,即雖然航行體本身在水下,但是發動機的進氣和排氣口以及通信天線等仍露在水面上。這種半潛型無人潛航器通過通信天線從母艦上進行無線遙控操作,可以利用全球定位系統,按照事前設定的路線獨立航行。當這種無人潛航器在水中航行時不但自身裝有感測器,而且還攜帶了有感測器的小型潛水器,用來搜尋海底附近的潛艇、魚水雷等水下信息,這些蒐集來的信息再通過半潛型無人潛航器傳送給母艦,達成中繼的通信功能。?

發展趨勢

海洋機器人發展趨勢
一是大深度水下機器人將得到進一步發展,尤其是發展潛航深度在6000米以上的海洋機器人越來越受到世界各國的關注;
二是操縱控制系統中的計算機容量將不斷增大,海洋機器人的數據處理能力和智慧型化程度將得到進一步提高;
三是潛航器上的模組化設計將有更高的要求;四是推進器的數量與功率將進一步增多增大,水下機動能力和水下作業的能力將得到進一步提高。
(施鶴群)

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