自主航行中autonomous的“五月花400”號
全球第一艘無人自主航行船“五月花400”（MAYFLOWER 400）號從英國普利茅斯港啟航，最終抵達(dá)美國馬薩諸塞州autonomous的普利茅斯港外，完成了歷史性的橫跨大西洋的壯舉?！拔逶禄?00”號成為首批自主航行的船舶之一，自主航行船舶長距離航行的研究大門被打開。為什么她完成的是橫跨大西洋的歷史性壯舉呢autonomous？
一、三桅桿木質(zhì)帆船“五月花”號跌宕起伏的航程
1620年，在大西洋航行的“五月花”號
歷史上有蠻長一段時間，在汽車、火車或飛機(jī)出現(xiàn)之前，航海是長途旅行的首選方式，也是古代世界長途運(yùn)輸貨物的唯一方法。按照西方列強(qiáng)早期的強(qiáng)盜、霸權(quán)邏輯，海外新大陸、島嶼等的所有權(quán)是誰先發(fā)現(xiàn)，誰擁有，所以autonomous他們有很多殖民地。1492年8月3日，被稱為偉大航海家的克里斯托弗·哥倫布奉西班牙統(tǒng)治者之命，先后四次橫渡大西洋，到達(dá)巴哈馬群島、古巴、海地、牙買加、波多黎哥諸島及中美、南美洲大陸沿岸地帶，并宣布它們?yōu)槲靼嘌赖蹏念I(lǐng)地等地。十六世紀(jì)末十七世紀(jì)初，為了與法國、西班牙、葡萄牙等國競爭北美，許多海岸地帶經(jīng)由英國船隊率先發(fā)現(xiàn)后成為英國新領(lǐng)土，英國國王將這些新領(lǐng)土授權(quán)給某個公司經(jīng)營管理。1607年，英國就在北美大陸開拓了第一塊殖民地，取名“弗吉尼亞”，負(fù)責(zé)這塊殖民地經(jīng)營管理的是“弗吉尼亞公司”。那個時候的英國，天主教產(chǎn)生了一個分支，即清教徒，他們反對國教，追求的目標(biāo)是清潔和凈化教會。后來清教徒中又分化出一支激進(jìn)派，他們認(rèn)為必須馬上、徹底和大刀闊斧改革教會，因此受到英國國教的殘酷迫害。為了擺脫宗教壓迫、尋求自由和獲得更多財富，英國部分清教徒在1608年8月離開英國到荷蘭。之后，有一部分清教徒與弗吉尼亞公司簽訂移民合同，決定攜妻負(fù)子，遷居北美。
英國帆船“五月花”（MAYFLOWER）號，估計船長27.4～33.5米、船寬約7.6米、吃水約3.35米，排水量約180噸，于1615年下水，歸克里斯托弗·瓊斯(CHRISTOPHER JONES)船長所有?！拔逶禄ā碧栔饕糜诮Ｉ虡I(yè)貿(mào)易，來往于英國和法國，以及挪威、德國、西班牙等歐洲國家之間。
“五月花”號從英國南安普敦出發(fā)
1620年8月5日，“五月花”號從英國南安普敦出發(fā)時，一艘較小的帆船“佳速”（SPEED WELL）號從荷蘭帶了一些清教徒過來準(zhǔn)備結(jié)伴前往北美弗吉尼亞。因?yàn)椤凹阉佟碧柎瑔T聽聞北美的印第安人見人就殺，當(dāng)?shù)剡€瘧疾橫行、餓殍遍野，不愿意前往北美，船員便制造了“佳速”號“漏水”，不得不返回港口。1620年8月21日，“五月花”號再次和“佳速”號一起啟航，“佳速”號又“漏水”，被迫再次返回。最后經(jīng)過商量，從中選出了36名清教徒和66名工匠、漁民和貧苦農(nóng)民等“教外之人”共102名乘客，帶上了不多的個人物品和補(bǔ)給及兩條狗，集中到約有30名船員的“五月花”號上，于9月16日獨(dú)自從英國普利茅斯出發(fā)，前往遙遠(yuǎn)荒蕪的北美新大陸。
“五月花”號客艙和貨艙分布圖
“五月花”號航程的前半段進(jìn)行得比較順利，唯一的主要問題是乘客暈船。船艙內(nèi)非常擁擠，乘客中包括有三名孕婦在內(nèi)的婦女和兒童，每人只有不到一平方米的容身空間autonomous；船艙陰暗，寒冷潮濕，沒有干燥之處；船上沒有廁所，衛(wèi)生條件惡劣，船艙通風(fēng)又很差，空氣混濁，四處彌漫著嘔吐物的氣味。因?yàn)槌丝洼^多和船底滲水，淡水變的緊張。到了10月份，“五月花”號開始遭遇一系列大西洋風(fēng)暴，這使得航行變得危險。有好幾次，風(fēng)太大了，只能降下船帆隨風(fēng)漂流。乘客、船員每天都在和內(nèi)心深處的恐懼、疾病以及身體不適作斗爭。
因?yàn)殄e過越洋遠(yuǎn)航的最佳航行季節(jié)，他們幾乎是在驚濤駭浪中冒死跨越大西洋，大海造成的恐懼和彼岸帶來的希望交織在每位乘客心中。在平均速度只有2.5節(jié)的跨越波濤洶涌大西洋危險而艱難的66天旅程中，死了一名乘客，但是也降生了一名嬰兒。他們的目的地本應(yīng)在英國控制、弗吉尼亞附近的哈德遜河口地區(qū)，但因遭遇惡劣天氣，惡劣的大風(fēng)天氣和洋流的影響，逼迫“五月花”號偏離了航線。
“五月花”號計劃航線和實(shí)際航線
11月21日，“五月花”號抵達(dá)現(xiàn)在的馬薩諸塞州的科德角外普羅溫斯頓港外。由于不少乘客患病、船員疲憊不堪和那時已是深秋，更主要的是遇到了惡劣天氣，南下困難，他們決定就在那里登陸而不再繼續(xù)航行。那個地方就命名為他們出發(fā)的港口——普利茅斯。
乘客通過“五月花”號上的救生小艇登陸
首批登陸的乘客和船員發(fā)現(xiàn)這是一塊理想的居住地，因?yàn)檫@里沒有人，但是有被“拋棄”了的整個村莊以及大塊平整過的土地。后來知道的原由是住在這片土地的許多印第安人原住民都因染上了歐洲船只帶去的某種神秘疾病而死亡了。這場瘟疫持續(xù)了約三年時間，造成了當(dāng)?shù)?0%—90%的原住民死亡。
二、《“五月花”號公約》及感恩節(jié)的由來
由于“五月花”號到達(dá)的地方科德角不屬于英國殖民地，意味著乘客與英國國王之前的簽訂的合同作廢，不必繼續(xù)效忠英國國王，他們獲得了自由。上岸前，這些歷經(jīng)磨難卻憧憬自由的人，討論著如何管理未來的新世界，是依靠領(lǐng)袖權(quán)威、軍隊武力，還是英國國王的恩賜？經(jīng)過激烈的討論，為了在登陸的人中建立一個大家都能受到約束的自治團(tuán)體，他們決定共同簽署一份公約。除了部分乘客不會簽名和幾個實(shí)在病得無力書寫自己姓名的人外，船上的41位成年男子在這份約定上簽了名（當(dāng)時的婦女沒有地位，沒有資格簽名），在北美建立了第一塊自治管理的殖民地。這份公約成為新大陸移民重要的政治性契約，奠定了北美新英格蘭諸州自治政府的基礎(chǔ)，即《“五月花”號公約》（THE MAYFLOWER COMPACT）。
41位成年男子在《“五月花”號公約》上簽名
《“五月花”號公約》及41位成年男子的簽名
這是一份簡短的公約，但是這份公約后來成為美國日后無數(shù)自治公約中的首例，成為美國領(lǐng)土上起草和頒布的第一個政府框架，它的簽約方式及內(nèi)容代表著“人民可以由自己的意思來決定自治管理的方式、不再由人民以上的強(qiáng)權(quán)來決定管理?！边@份公約開創(chuàng)了一個自我管理的社會結(jié)構(gòu)，在王權(quán)與神權(quán)統(tǒng)治的時代，這一紙公約已經(jīng)萌發(fā)出民主自由思想的幼芽。政府是基于“被管理者”的同意而成立的，而且將以自治和法治治國。盡管16世紀(jì)后來到美洲的歐洲移民給當(dāng)?shù)赜〉诎踩藥砹藲缧缘臑?zāi)難，但是隨著美國的獨(dú)立和強(qiáng)大，特別是宣傳機(jī)器的強(qiáng)大，“五月花”號船和《“五月花”號公約》成了追求自由、不懼困難激進(jìn)、積極探索和爭取財富的代名詞，因此名聞遐邇。
原住民印第安人來看望登陸的乘客和船員
登陸后的乘客和船員饑寒交迫，還遇到疾病、惡劣天氣等難以想象的困難，死了約一半，其中女性死亡比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于男性。一名原住民印第安人給他們送來了食物和生活必需品，讓他們度過了嚴(yán)寒的冬天；當(dāng)春天來臨時，教導(dǎo)如何種植玉米和南瓜、在哪里捕魚和狩獵等；天公作美、風(fēng)調(diào)雨順，到了秋天，移民們喜獲豐收。在歡慶豐收的日子里，移民們?yōu)楦兄x上帝的恩惠和印第安人的真誠幫助，決定邀請他們共慶豐收，于是有了歷史上的第一個“感恩節(jié)”，并且持續(xù)之今。
移民們邀請印第安人一起慶祝豐收
移民的歐洲人與當(dāng)?shù)氐挠〉诎踩私?jīng)過一定時期的和平相處后，為了擴(kuò)張自己的領(lǐng)地和獲取更多的土地資源，又因?yàn)樾叛?、文化和生活?xí)俗的差異，歐洲移民對武器落后的印第安人實(shí)施暴力驅(qū)趕、極度殘忍的屠殺和種族滅絕政策，留下了恩將仇報、棄信忘義的斑斑劣跡史。
歐洲國家的殖民史和“五月花”號1620年的旅程開啟了歐洲擴(kuò)張和帝國強(qiáng)大的“新篇章”，卻給在美洲生活了數(shù)千年的原住民帶來了種族滅絕的災(zāi)難。好萊塢大片中把他們演繹成個個熱情似火、勇猛無畏，仿佛是天生冒險家的“西部牛仔”，殊不知在這些光彩熠熠的背后，是印第安民族的無盡鮮血和如山白骨。
歐洲移民屠殺武器落后的印第安人
三、制造全球第一艘無人自主航行船的設(shè)想和設(shè)計
1620年，當(dāng)時不僅航海技術(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口出發(fā)，開始了一段通往新世界的危險旅程并取得成功。
2020年是“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，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，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，一切靠本船自主感知、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，那么她的航行時間、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)急的后備動力源。
法諾夫提出的無人自主航行概念船
當(dāng)法諾夫提出建造無人自主航行船概念時，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，以避開潛在的危險風(fēng)暴等惡劣天氣，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)海洋勘探新時代（Autonomous Tech Enables a New Era 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。
IBM公司的宣傳圖
“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。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)給予經(jīng)濟(jì)上的支持。
2016年10月起，“五月花400”號團(tuán)隊開始設(shè)計，有多個設(shè)計初稿，下圖是其中的兩個版本。
2017年，設(shè)計的“五月花400”號
早期設(shè)計的“五月花400”號
