上海交通大学深海重载作业采矿车“开拓一号”完成1300米深海试验 —中国教育在线

  2021年7月25日至8月3日,教育部构建攻关大平台上海交通大学海洋工程团队研制的深海牵引作业采矿车“开拓一号”,配备于“向阳红03”号科考船,在我国南海西沙海域顺利完成了1300米深海试验。不需要任何人工操控,“开拓一号”能根据预先设置好的程序,在海底一会儿走出“S”形,一会儿走进“J”形。除了在海底自律行走的能力,它的业务能力也非同一般:能自主感知周边的采矿环境。

  深海矿业不需人工操纵也能自主行走

  本次海试,“拓展一号”深海矿业车在有所不同海区分别布放至108米、246米、968米和1305米等多个水深的海底,顺利完成重载装备海上布放重复使用、海底路径规划与自主行驶、海底矿石收集与沉积物取样等试验,突破了深水大功率液压、高压电力能源供给、信号传输与智能控制、水下布放回收姿态自动控制、海底行走与矿石收集等深海重载作业装备研发的关键技术。

图1 布放过程中的深海采矿车

  采用创意研发的海底智能自律行驶技术,“拓展一号”矿业车首次在1305米的深海复杂地质条件下,构建智能自律行驶,通过水下精确定位信息感官和闭环反馈控制,由智能控制系统实时、自动控制采矿车行驶,实现在无人操控条件下,采矿车按照预先规划的给定大曲率曲线路径,在海底自主行驶和作业。

  此次海试,矿业车在西沙海域海底多次成功已完成“SJ”字样行走路线,展开了简单地形条件下的大曲率曲线路径行走、小半径原地掉头等机动,显示采矿车具有出众的智能控制水平,和引人注目的海底作业能力。

图4 非同基线测量得到的采矿车海底“SJ”字样行驶路径

  交大智慧突破重载装备海上布放回收难题

  针对牵引装备海上安全布放和重复使用难题,项目组创意研发矿业车水中运动姿态自动控制技术,通过推进器发动机的实时分配,平稳保持采矿车在深水长时间布放回收过程中的艏向角,有效地减小光电复合缆挽回载荷,在试验海域遭遇2米波低、7级阵风高海况条件的有利情况下,顺利构建重载装备的安全布放与回收。

图5 项目团队在海试现场

  “开拓一号”深海矿业车以海底多金属结核为研发作业对象,长5.6米,长2.5米,低2.0米,空气中重量9.0吨,具有海底作业环境感知、智能自律控制、高效水力集矿等作业能力。此次海试顺利,标志着深海重载作业采矿车研发向工程化、智能化迈进了重要的一步。

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