全球第一艘無人自主船成功跨越大西洋 第三集

三、制造全球第一艘無人自主航行船的設(shè)想和設(shè)計(jì)

1620年，當(dāng)時(shí)不僅航海技術(shù)不夠發(fā)達(dá)，“五月花”號又不夠大，還沒有發(fā)明機(jī)械動力推進(jìn)和各種助航設(shè)備，盡管面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)和困難，“五月花”號上的乘客懷著對美好未來的向往，義無反顧從英國的港出發(fā)，開始了一段通往新世界的危險(xiǎn)旅程并取得成功。

2020年將是“五月花”號航行北美大陸400周年。早在2016年，英國非盈利海洋研究機(jī)構(gòu)ProMare聯(lián)合創(chuàng)始人法諾夫（Brett Phaneuf）先生參加了一個(gè)會議，法諾夫還是一家潛水集團(tuán)有限責(zé)任公司的創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官，該公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有人和無人水下航行器。在討論如何紀(jì)念即將到來的“五月花”號越洋航行400周年時(shí)，有人建議建造一艘“五月花”號的復(fù)制品。法努夫認(rèn)為：1957年英國已經(jīng)建造了一艘仿制船，并用了53天時(shí)間航行到美國馬薩諸塞州的普利茅斯，現(xiàn)在仍然停留在那里，因此不支持再建造一艘復(fù)制船。同時(shí)，他建議做一件大膽、勇敢和創(chuàng)新的事情——為21世紀(jì)建造一艘無人駕駛、自動航行的船，即無人自主航行船，沿著當(dāng)初的“五月花”號航線跨越大西洋；該船還可以在航行期間和為未來很長一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重要的海洋科學(xué)研究，以喚起人們對“五月花”號乘客和船員跨越大西洋開拓精神的回憶。無人自主航行船，顧名思義，就是船舶航行既沒有船長和船員操控，也不接受遠(yuǎn)程遙控，一切靠本船感知、決策和行動。無人自主航行船的英文是MAYFLOWER AUTONOMOUS SHIP，簡稱為MAS。為了與老的“五月花”號有區(qū)別和便于表述，新造的“五月花”號船舷上書寫了“MAYFLOWER 400”的船名，所以筆者在本文稱其為“五月花400”號。

如果一艘自主航行的船需要加燃料，她的航行時(shí)間、距離、用處和可到達(dá)水域范圍等就十分有限。因此，這艘未來的船只將利用來自太陽和風(fēng)的能量轉(zhuǎn)動螺旋槳和通過電池存儲能量；晚上，使用電池存儲的能量；船上設(shè)置帆，便能夠利用風(fēng)力；還配有柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急的后備動力。

當(dāng)法諾夫提出建造無人自主航行船概念時(shí)，國際商業(yè)機(jī)器公司（International Business Machines Corporation，簡稱IBM）表示對此愿景很感興趣，愿意擔(dān)任首席技術(shù)和科學(xué)合作伙伴。1969年，IBM助美國國家航空與航天局首次登月，實(shí)現(xiàn)人類登月夢想。IBM是全球最大的信息技術(shù)和業(yè)務(wù)解決方案公司之一，其自動化、人工智能（Artificial Intelligence，縮寫為AI）、最強(qiáng)大的服務(wù)器、云和邊緣計(jì)算技術(shù)可以為該船的“虛擬船長”提供“智慧”，以指導(dǎo)該船在海上安全航行進(jìn)行實(shí)時(shí)決策。這位虛擬的船長，稱其為“AI船長”。IBM氣象公司的氣象數(shù)據(jù)也來幫助AI船長做出導(dǎo)航?jīng)Q策，以避開潛在的危險(xiǎn)風(fēng)暴，在最惡劣的天氣條件下仍能處于最佳航行狀態(tài)。

在IBM公司對外發(fā)布的宣傳圖中，有一句話：自主技術(shù)開創(chuàng)海洋勘探新局面（Autonomous Tech Enables a New of Marine Exploration）。意味著IBM公司可為未來的海洋勘探事業(yè)做更多的事情，而不僅僅是利用其自主航行技術(shù)跨越大西洋。

“五月花400”號首先是一艘研究船，跨越大西洋僅僅是其任務(wù)之一，她還將在氣象學(xué)、海洋學(xué)、氣象學(xué)、生物學(xué)、海洋污染和海洋哺乳動物保護(hù)以及自主導(dǎo)航等領(lǐng)域進(jìn)行持久的、開創(chuàng)性的研究，執(zhí)行收集海洋數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、幫助保護(hù)海洋未來的任務(wù)。

英國費(fèi)舍爾·潘達(dá)（FISCHER PANDA）公司的電力驅(qū)動系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)提供動力。包括英國普利茅斯大學(xué)和伯明翰大學(xué)、自主航行專家MSubs等跨越3大洲的10多個(gè)國家的30多家公司和組織積極參與該項(xiàng)目，并組建了“五月花400”號團(tuán)隊(duì)。普利茅斯大學(xué)處于海洋和海洋研究的前沿，是全球微塑料研究的權(quán)威機(jī)構(gòu)，它將收集和分析“五月花400”號橫渡大西洋時(shí)的水樣，以掌握更多關(guān)于微塑料污染及來源、分布和潛在影響的信息，全球變暖、海洋酸化及進(jìn)程；還包括海洋哺乳動物監(jiān)測、海平面測繪等項(xiàng)目。伯明翰大學(xué)負(fù)責(zé)在“五月花400”號中使用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)。英國VERIPOS公司使用地球同步衛(wèi)星提供高度可靠、厘米級精度的精確定位服務(wù)。還有利物浦大學(xué)、紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)和普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室等高校和研究機(jī)構(gòu)。銥星通信股份有限公司（IRIDIUM COMMUNICATIONS INC）和泰勒斯集團(tuán)（THALES GROUP）為“五月花400”號提供實(shí)時(shí)通信技術(shù)。慣性測量單元（IMU）為“五月花400”號提供關(guān)鍵導(dǎo)航數(shù)據(jù)。在船上安裝了一種可以收集海洋化學(xué)并提供即時(shí)自動分析的電子“舌頭”，采集包括pH值和鐵的濃度，以評估水質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)、鹽度和化學(xué)成分，確定變化的環(huán)境如何影響浮游生物的生長。該船還配備了全息顯微鏡，用于計(jì)算和成像水中的顆粒，它可以作為一種檢測微塑料和浮游生物的手段。安裝的水聽器可以捕捉并記錄鯨魚和海豚的聲音，以衡量它們的種群、數(shù)量和分布。包括勞斯萊斯（ROLLS ROYCE）、霍尼韋爾（HONEYWELL）、ABB集團(tuán)和瓦錫蘭（WARTSILA）等大型企業(yè)給與經(jīng)濟(jì)上的支持。

2016年10月起，“五月花400”號團(tuán)隊(duì)開始設(shè)計(jì)，有多個(gè)版本，下圖是其中的兩個(gè)版本。

擔(dān)心船帆對“五月花400”號雷達(dá)、攝像機(jī)等感知設(shè)備的影響，“五月花400”號團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了提高雷達(dá)、攝像機(jī)等感知設(shè)備的高度和刪除船帆的修改。