自主水下載具

title: 发展历史.
content: 第一台自主水下载具是由华盛顿大学应用物理研究所于1957年所开发,其开发目的是为了下水下扩散效应、声学传递等军事研究。随着技术发展,先进的制造能力与高效率的续航力使得现今的自主水下载具不只应用在军事任务上,另外也在海洋研究、油气探勘、海图绘制等不同的领域发挥功用。
title: 用途.
title: 科学研究.
content: 水下自主载具在科学研究上有很多广泛的应用,可帮助科学家调查湖、海、海床等大型水域及水下地形。根据不同调查环境与目的,机体可搭载多种传感器以便量测水中元素、化合物之浓度、光的反射、吸收与微生物生态。另外也可作为运送定置型仪器之底拖载具。
title: 深海探索.
content: 水下自主载具作为深海科学研究的开端可追溯至美国木洞海洋研究所(WHOI)所研发的自动海底探险家号开始。自动海底探险家号于1995年由美国木洞海洋研究所开发,为了解决载人潜水艇往复于同一位置观测海底变化之不便,自动海底探险家号一开始的开发目的是为了可以长期停留在海底,定时启动并拍照,方便地质学家或生物学家观测海底状况随时间的变化而存在。然而经过了工程师设计修改,自动海底探险家号拥有了在海底移动的推进能力,并靠着声纳定位以便在深海里航行。机身靠着支架将三个鱼雷型外壳组合起来构成其三角形主体,其设计可使自动海底探险家号在水里稳定,不易侧翻或前后晃动。其中位于上方的两个浮筒含有玻璃球改变浮力控制升降,使得自动海底探险家号不同于以往的水下自主载具只能前后移动,更可如直升机般上下升降,而主要观测仪器则置于下方白色机身内。1977年,人类首次发现了热液喷泉,但是靠着传统的研究方法难以辨认,且所费不赀。1999年,在与拉蒙特-多尔蒂地球观测中心的合作航次中,自动海底探险家号加入了在东太平洋隆起的调查。靠着声纳测绘海底地形、相机与闪光灯在深海拍摄相片加上其他各式感应器量测温度与化学成分等资讯,自动海底探险家号在浓浓的黑烟中分析数据帮科学家找出了几个原先较难以发现的热液喷泉并且自动拍照记录,并描绘了该区的海底地形。自动海底探险家号的发现与效率被船上的科学家称作海洋地质与地球物理领域的一个里程碑。也因此,自主水下载具这项机器人科技在海洋科学界被广泛的使用。
title: 空难调查.
content: 自主水下载具也可作为空难调查时之协助工具,如AUV ABYSS即曾被用来找寻法国航空447号班机之遗失残骸。
title: 其它.
content: 自主水下载具另于军事战略与油气探勘上有广泛应用,但也有作为非法运毒之工具。
title: 机体设计与结构.
content: 过去50年来有超过上百种不同机体与大小的自主水下载具被设计与制造,但仅有少数几家公司在大量贩售。其中包含与。机体大小从便携式轻型机身到超过10米的大型机身都有。大型机体因拥有高续航力且可搭载大量传感器,故适用于长时间作业且大量数据收集之任务;小型机体则多使用于后勤任务,其较高的灵活性,可运用于水下仪器的触发与修复。自主水下载具的商业市场主要分为三大块:科学研究、油气探勘、军事应用。根据不同应用有不同设计,但仍有其共通点。大部分的设计为求灵活与方便通常有较小的机身,并由一台母船搭载用于施放与回收,施放后机体会依照原先制订好的程序在规划好的路线上以1-4节之速度进行任务。大部分机体设计考量机体大小、可利用空间、流体动力与操纵便利性等,通常采用传统鱼雷式外型;也有一些机体为利于使用者依据任务条件更换不同组件,将机体设计成组合式。考量到商业性质,设计条件也由纯功能性导向渐渐混和经济导向,设计上偏向经济实惠、可快速操作以利于缩短以往仅有母船时漫长的任务时间来减缓母船在航期的经费支出与缩短航期。虽然自主水下载具在水里能完全不靠人为操作自动完成任务,但为保险起见,操作人员仍会将机体控制在声波定位系统涵盖之区域进行任务。
title: 传感器.
content: 基本配备包含指南针、深度计、侧扫声纳与其他声纳系统、磁力仪、热敏电阻与导电度计。其它视任务需求与机体设计可加装其它传感器。
title: 水下航行与定位.
content: 卫星发射的无线电波没有办法渗透至水下太深,所以当机身潜如水中一定深度时,机体即无法以全球定位系统定位。因此,标准的自主水下载具在水下航行时的定位方法靠的是航位推算,并由水下声波定位系统加以修正。在深水航行时使用长基线声波定位系统;当母船的全球定位系统讯号可做为参考时,则使用超短基线或短基线声波定位系统。水下声波定位系统原理皆是利用声波由已知定位之发射器发射特定声波讯号给自主水下载具,载具收到声波讯号开始计算其在水下与发射器之相对距离与方位并回传资讯以推算水下位置。
title: 动力形式.
content: 其动力设计通常分两种形式,第一种是将马达、变速器与螺旋桨内嵌至机体内,使之一体成形,螺旋桨可额外以喷嘴包覆;第二种为将动力系统独立制成推进器,使之组件化,一样可视需求于推进器外加装喷嘴。喷嘴主要功能为保护螺旋桨在水下不受碰撞破坏以及降低噪音。水下滑翔机也是自主无人载具的一种,但机体本身并没有自主动力来源,他靠的是控制机体内浮球大小影响浮力,使机体于水中升降,并由机翼将此升降能量转换成前进的动力。由于此种动力前进方式的低速与低耗能特点,使得水下滑翔机的能源消耗远比一般自主水下载具来的低,相当适合任务时间耗时数月或距离横跨大洋的连续资料收集任务。
title: 能源.
content: 大部分自主水下载具使用充电电池作为能源供应。

Summary: 自主水下载具(Autonomous Underwater Vehicle,缩写AUV)是无人水下载具的一种,外型可像一小型潜艇或鱼雷,它没有以电缆连接到母船或外部的操作者,而依据控制器编程以自动执行其任务。因为所有的工作都是自动的,自主水下载具适合长期性、例行性、或具危险性的工作,例如探索油田、海图、海洋学研究、排除水雷等。其属于无人水下载具系统的一个分支,此系统另外还包含遥控潜水器。

Robot sous-marin autonome: Un robot autonome sous-marin (en anglais "Autonomous Underwater Vehicle" ou AUV), est un robot qui se déplace dans l'eau de manière autonome, contrairement à un véhicule sous-marin téléopéré ("Remotely Operated Vehicle" ou "ROV"). Dans le domaine militaire, il y est fait référence sous l'appellation (UUV). En général, les AUV ont une forme de torpille afin de minimiser leur traînée hydrodynamique, ce qui permet de limiter la consommation énergétique et donc d'augmenter leur portée. Les plus petits sont transportables à la main par une personne seule, tandis que les plus gros peuvent mesurer plusieurs mètres de longueur (exemple: AUVs AsterX et IdefX d'Ifremer). L'autonomie varie de quelques heures à quelques dizaines d'heures. On programme en surface une trajectoire prédéfinie puis le robot accomplit celle-ci de façon autonome sous la mer. Au terme de la mission, il revient en surface et est récupéré. Les communications avec le robot sont très limitées durant la mission en raison des très faibles débits des modems acoustiques. Ainsi, les données collectées ne sont accessibles que lorsque le robot revient en surface (soit par récupération du robot, soit par communication radio). Les AUV sont alimentés par des batteries. Ils sont propulsés par un ou plusieurs moteurs à hélice, complétés parfois par des gouvernes. Certains robots autonomes sous-marins se déplacent en planant, grâce à un ballast permettant de faire varier leur flottabilité. Ce type de robot porte le nom de glider et dispose d'une autonomie énergétique très supérieure (de l'ordre du mois), en raison de leur déplacement très lent (0.5 nœud).