擁有靈活機器手臂以及好視力的ROV,是用來做什麼的呢?快來「探索海洋—探索內太空的水下無人遙控載具」展覽現場找解答。
保麗龍杯在5,000 公尺深海的大氣壓力下,不是扭曲而是等比例縮小成迷你版的模樣。抗壓力高的玻璃浮球若在深海裡受損傷,則會被高壓擠碎成粉末……,這些現象若非親眼看見,實在很難想像大氣壓力的神奇力量。
國立公共資訊圖書館目前正在展出「探索海洋—探索內太空的水下無人遙控載具」,這是《遇見看不見的In 科學》系列展覽的第五場,由國家實驗研究院(以下簡稱國研院)所屬的台灣海洋科技研究中心(以下簡稱海洋中心)所規劃。互動式的展場以生動的方式介紹水下無人遙控載具(Remotely Operated Vehicle, ROV),讓民眾能站在模擬ROV 操作檯前體驗駕駛的樂趣;另外,現場還展示深海壓力下所採集的物品,以及播放透過ROV 在深海中所拍攝的海洋生物影片。
進入內太空比登上外太空困難
海洋平均深度是3,700 公尺,但水深100 公尺以下就幾乎沒有光線,而且每下降10 公尺水壓會再增加1 個大氣壓,艱辛環境的限制,形成人類探訪深海最大的阻礙,因此海洋有了「內太空」的稱號。
50 年代起,人類開始將探險觸角伸向外太空和內太空。1961 年4 月12 日,世界上第一個載人進入外太空的「東方一號」宇宙飛船實現了人類進入太空的願望。至今,外太空的發展神速,火箭、衛星、太空梭、太空船……熱鬧活躍,也非常多人登陸了地球以外的行星。無人水下載具誕生於50年代初期,至今已有60 年以上的發展歷史,但涉足「萬米深淵」的作業仍顯得困難重重,在黑暗、高壓、低溫、無光的深海環境,要深入內太空進行探索,工程上可以說是比登天還難。
在未發展出機器人探索海洋之前,海底作業全靠潛水人員。隨著科技的進步,這些危險的任務逐漸轉由機器執行,大大減低了人員執行任務時所面臨的風險。
目前科學家已打造許多不同的設備執行深海探測任務,包含自動在深海航行的自主式無人載具(AUV),可載人前往深海的載人載具(HOV),以及最為人所熟知的水下無人遙控載具(ROV)。這些載具各有各的功能。
我們對於「ROV」這個名詞的印象,在於媒體上經常有它立下奇功的報導,關於鐵達尼號,關於美國灰狗式運輸機,關於臺灣幻象戰鬥機、黑鷹直升機,關於華航空難、法航空難、 亞航空難、馬航失蹤……,只要是沉入海底消失無蹤的,最後都是靠著ROV 拍攝回傳的影像精準確認位置與狀態。
事實上,對三頭六臂的ROV 而言,參與打撈工作只是一個小小技能的展現。
操控ROV 大不易
既然ROV 功能強大,要懂得操控也就得有好的技術才行。
目前展出介紹的這套ROV 系統是海洋中心所擁有,首席駕駛穆凌吉表示,即便是摸熟了所有駕駛艙界面,真正的考驗是要懂得因應突發狀況;因此,要能夠成熟操作ROV 至少得要兩年以上的技術養成。
工作母船上的控制室是操作ROV 的核心,由兩位駕駛員進行操作,ROV 的所有動作、攝影機與燈光的控制、機械手臂的操作、各項附屬功能的控制與系統狀態監控也都在駕駛檯進行。ROV所需的電力、傳遞控制命令和即時的水下資訊,全靠著一條內含有銅線和光纖束的3,500 公尺長繫纜與工作母船連繫。如何避免既重又長的繫纜在海底中打結或折斷,如何精準取樣、讓工作母船與ROV 同步移動……,這些都不是翻翻操作手冊就能上手的技術。
國研院在2008 年成立海洋中心,建構海洋科學與技術研究發展平臺、支援海洋科學與技術之學術研究、推動前瞻的海洋科學與技術研發、培育海洋科學與技術人才,是研究中心的四大核心目標,深海遙控無人載具(ROV)研發計畫被列為當中的重點工作項目。
2011 年海洋中心向英國購進Triton XLX56 型ROV,然後再進行改裝,讓這座水下無人探測載具成為科學探測與水下施工能力俱佳、馬力和荷重特性更適用於臺灣海流環境。
Triton XLX56 型ROV 本體配備10 組水下攝影機(其中3 組為HD 高畫質)、2 組機械手臂、慣性導航儀、避障聲納、深海定位聲納及溫鹽深儀等設備;油壓系統可輸出150 匹馬力提供推進螺旋槳與機械手臂使用,與下掛式工具籃整合後,可再放置250 公斤的探測設備或科學樣品,可支援國內深海科學研究以及執行工程探勘等服務。
ROV 必須靠著大型的工作母船才能出海作業。原先購置ROV 是要作為「海研五號」研究船的配備,但在工程人員還在摸索這座功能強、操作複雜的水下無人探測載具時,海研五號卻在2014 年國慶日因颱風而觸礁沉船。
在海研五號以前,臺灣的海洋研究戰力是靠著海研一號、海研二號、海研三號一肩扛起,海研一號自下水以來航跡已走過臺灣海峽、南海、東海、太平洋海域,航行距離相當繞地球42 週。海研二號跟三號噸位較小,主要肩負調查臺灣南北海域的任務。
這3 艘研究船皆為臺灣海洋科學研究帶來了極豐碩的成果,但它們已服役了20 ~ 30 年,設備相當老舊,所以無法擔任配備ROV 的任務。
為了讓水下探測技術不致中斷,科技部及國研院在海研五號沉船後化悲痛為力量,立刻決定外購一艘2,000 噸級研究船「勵進」取代海研五號的功能。今年5 月23 日「勵進」研究船正式啟用,終於和ROV 系統進行整合下海。
大海是資源富饒的天然教室
為了讓小小的展區更加豐富,展示空間特別規劃了影片播放區,輪播介紹勵進研究船以及ROV 的運作,還有透過ROV 所觀測和拍攝到的海底生物。
3,000 公尺深的水壓,等於一支iPhone 6上面站了5 頭大象。為了因應深海環境,海底生物有了奇特的進化,例如在深海甲烷水合物區域常見的二枚貝(殼菜蛤),它的體型就比淺海的親戚大上許多。許多魚類與甲殼類擁有超大眼睛,好在無光海域中追蹤獵物,也有許多魚類配備了發光器吸引獵物,有些生物則放棄眼睛功能,加強其他感官的能力。
「探索海洋—探索內太空的水下無人遙控載具」展覽,除了讓大眾見識5.5 噸重的ROV 能耐,更展現出人類與海底生物克服困難、越挫越勇的精神。
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「探索海洋—探索內太空的水下無人遙控載具」
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時間:2018年7月5日(四)~10月24日(三)
地點:國立公共資訊圖書館總館二樓
數位美術中心(週一休館)
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