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人类驾帆船横渡大西洋都困难 无人帆船能行吗?

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(原标题:Can an autonomous sailboat cross the Atlantic?)

网易科技讯 11月17日消息,据BBC报道,即使对于经验丰富的水手来说,驾船横渡大西洋都是个很有挑战性的任务。由电脑控制的无人船能做到吗?自从2010年跨大西洋机器人航海挑战赛(Microtransat Challenge)开始以来,从来没有任何一艘无人船能够完成这个壮举,只是有少数团队尝试过,但最终都以失败告终,原因包括无人船被渔网网住、被渔船捡走,或者在海上迷失方向等。


最接近目标的尝试出现在2017年夏天,当时Offshore Sensing公司推出名为Sailbuoy的无人船驶出了1500多公里(超过半数里程),但最终依然失败。跨大西洋机器人航海挑战赛的获胜规则要求,最快穿越大西洋的无人船成为赢家。组织方还制定了相关规则,比如无人船的最大长度(2.4米),必须安装障碍物/防碰撞系统等。

参赛团队可以在7月到12月份之间的任何时候发射他们的无人船,而且不管它们前往哪个方向,可以从纽芬兰驶往爱尔兰,反之亦可。参赛队伍包括一些大学俱乐部,也有独立的无人驾驶船舶公司,比如Offshore Sensing(制造帆动力无人驾驶研究船只),甚至还有美国海军学院。


图2:这些无人船只将挑战对人类水手也充满困难的任务

Offshore Sensing首席执行官大卫·佩迪(David Peddie)说:“这是一个非常具有挑战性的环境,你必须应对海水向你砸来的任何东西。”在这方面,Sailbuoy有点儿优势。Offshore Sensing是一家商业公司,专门制造海洋和气象研究所用船只。参加跨大西洋机器人航海挑战赛之前,Sailbuoy已经在北海完成了几个月的自主航行,没有出现任何问题。

从顶部观察,Sailbuoy看起来有点像冲浪板,中间有个太阳能板,前面有个很短的梯形帆。除了船帆,它的吃水线很低,使用锥形的船头和船尾分割海水的阻力。Sailbuoy可以在汹涌的大海里生存,即使是海水当头拍下也不会损坏,它似乎能奇迹般地保持着稳定的航向。

其他人也在关注这个挑战赛,以及在寻找解决这个问题的新想法。在加州大学应用科学学院(Aland University of Applied Sciences),由工程师组成的小团队自2013年起就始终在建造机器人帆船,并参加比赛。今年,他们从瑞典飞机制造商那里购买了2.8米长的刚性“翼”型帆,你可能在世界杯帆船赛上看到过那种对称翼,并安装在他们2.4米长的无人帆船ASPire上。

ASP代表自动化航行平台,它就像白色的Sailbuoy,但是有更深更窄的船身和高高的矩形翼帆,两侧还有两个较小的翼帆。上面的两个平台不是为了参加比赛而建造的,而是作为研究工具,携带水传感器来测量pH、温度、电导率和盐度。尽管主要用于研究目的,但Aland Sailing Robots依然冒着使用未经证实的翼帆以及未经测试的系统的风险,参加了9月份在挪威举行的世界机器人帆船锦标赛,并获得了胜利。

世界机器人帆船锦标赛是跨大西洋机器人航海挑战赛的衍生赛事,来自相关领域的大学或公司的团队在为期四天的比赛中,需要完成不同的任务,包括速度竞赛、区域扫描比赛、避碰比赛以及位置保持比赛(船只必须保持在特定位置上五分钟)等。

在挪威奥斯陆峡湾入口(Oslofjord)处,第一天的比赛只有微风。在这场令人惊奇的比赛开始后不久,可以看到ASPire紧随在一艘挪威船只后面。当这些船只驶进Horten的内港时,ASPire慢慢地赶上前面的对手,然后超过了领头的船。Aland Sailing Robots航行机器人项目经理安娜·弗莱比(Anna Friebe)说:“这太棒了!我真的没想到我们能参与竞争,而且最终还成功了。”


图3:有些无人船最终将依靠自己的力量穿越大西洋

虽然Aland Sailing Robots团队的优势在于软件工程和情景分析上,但他们仍然需要足够熟练的机械工程技能才能使船在充满挑战的海洋中行驶。ASPire是在帆船基础上改造的,除了翼帆外,团队还给它安装了研究传感器,并建造了平台来将这些传感器下到水中。参加世界机器人帆船锦标赛的船只大小和形状各不相同,比如很有未来范儿的ASPire和传统小型单桅双帆船,后者看起来就像孩子在池塘上操控的遥控帆船。

在比赛第二天,奥斯陆峡湾下起了雨,参赛船只需要利用风、帆的角度以及船舵,保持在当前位置上不动。像所有的竞赛一样,机载计算机和预先编程必须能够识别风的条件,了解它自己的位置,并根据情况操纵帆和舵。排名第二位的是挪威东南大学团队,美国海军学院团队排名第三。

第三天是区域扫描竞赛,船只有30分钟的时间来覆盖尽可能多的指定区域。大多数团队使用传统的拖行机动方式来追踪路径,并用绳索来打开帆,或者让它改变角度。ASPire的翼帆绕着中心桅杆旋转,弗莱比说这简化了操作。从头顶上看,ASPire的路线看起来就像割草机那样,而其他船只则像意大利面。因此,Aland Sailing Robots占据优势。

由于风力不够,第四天的防撞比赛被取消了。Aland Sailing Robots是为了参加跨大西洋机器人航海挑战赛组建的,但是迫于资金压力(他们的大部分资金来自欧洲区域发展基金,并致力于海洋研究平台),这意味着他们没有足够的资源来尝试穿越大西洋。对许多参与者来说,竞争的乐趣和跨越大西洋的长期任务都是商业或研究项目的副产品。

据跨大西洋机器人航海挑战赛组织者科林·索兹(Colin Sauze)说,比赛的目的是为海洋监测平台做出贡献,同时也提供一个学习的机会。


图4:挪威峡湾的平静水域与大西洋上的波涛汹涌截然不同

Aland Sailing Robots和Offshore Sensing都主要关注于水族研究。在获取海洋数据的其他方法上,无人船具有几大优势。其他的选择更不容易移动或更昂贵,比如漂浮的浮标或载人船只。传统的研究船可能每天要花费20000美元,佩迪说这笔资金可以运行无人帆船好几个月,包括造船的成本。此外,小型船只(2米长、重60公斤)可以去到载人船只无法到达的地方,比如飓风路径,或火山或冰山区等。

自动化航运已经蓬勃发展,标准跨大西洋机器人航海挑战赛竞争者必须满足的避碰要求与国际海事组织相同,而Aland Sailing Robots用来发送和接收其他船只路线和速度的自动识别系统也与商业船只相同。佩迪说:“对我们来说,作为一家公司,这并不是真正的大交易。但我已经关注这些人好几年了,我认为这是个有趣的概念。这也是一种具有历史意义的东西,就像当年林德伯格(Lindbergh)飞跃美洲与欧洲一样。”

尽管如此,佩迪计划在明年再次尝试,Sailbuoy被渔船打捞上来后,它会被归还并修复。他说:“我们只是想成为第一个这样做的人,并设法跨越大洋的这个部分。明年,预计我们将能够完成4800公里行程。”(小小)

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