深海載人潛水器技術動向

中船重工經濟研究中心

深海是世界各國海洋科學發展的重點，人類對于深海的了解還不是很深入。除了進行深海資源的開發，人類對深海科考事業一直很重視。同時，開展深海科考，對國家未來海域開發、全方位維護國家海域權益等方面具有重要戰略意義。深海潛水器是深海科考的重要裝備，主要包括載人潛水器（HOV）和無人潛水器（UUV）兩類。載人潛水器是世界各國研究的熱點之一（圖1），近十多年來各國對它的研究呈現持續增長的態勢。目前，國內外研發的載人潛水器眾多，作業能力差別也很大，針對作業能力在4500米以深的深海載人潛水器進行梳理。

深海載人潛水器發展現狀

深海載人潛水器的研制從上世紀60年代開始，發展至今，中國、美國、法國、俄羅斯、日本已具備深海載人潛水器自主研發的能力。

美國是較早開展載人深潛的國家之一，早在1960年，美國人華爾頓和畢卡第乘坐第一代載人潛水器“曲斯特”號潛入馬里亞納海溝，下潛深度達10916米，但“曲斯特”號無航行和作業能力。

美國具有代表意義的一艘第二代載人潛水器是在1964年建造的4500米級“Alvin（阿爾文）”號，它是目前世界下潛次數最多的載人潛水器，下潛次數將近5000次。為了順應深海開發的深遠化趨勢，美國伍茲霍爾海洋研究所在2004年提出了建造升級版“New Alvin（新阿爾文）”號的設想。“新阿爾文”號的亮點在于容積大、舒適性好、視野好、設備更先進、機動性強、上浮下潛速度快等。

美國第三代載人潛水器正在研制中，下潛深度定位于全海深，如“Deepsea Challenger”、Triton 36000/3號和“Deep Search”號等。

“Deepsea Challenger”（深海挑戰者）號是美國導演卡梅隆團隊用于電影拍攝而研發的一艘全海深載人潛水器。但“Deepsea Challenger”號作業能力有限，安全可靠性不足，可用性較差。如今，“深海挑戰者”號已被捐獻給美國的伍茲霍爾海洋研究所，用于海洋科學研究。

“Triton 36000/3”號是由美國佛羅里達州一家名為“Triton”的私人潛艇制造商制造的3人座深海潛水器裝備，設計的最大下潛深度為11000米，設計的核心亮點是玻璃球載人艙。

美國DOER Marine海洋科技公司研制的“Deep Search”號全海深載人潛水器，最大工作深度為11000米，在上浮下潛機制、艙體材料、浮力材料等方面具有創新性。

圖1：載人潛水器引文數發展趨勢（來源：web of science）

圖2：美國“Alvin（阿爾文）”號載人潛水器

法國在1961年建造了一艘萬米載人潛水器“Archimède”號，在日本附近的千島海溝下潛至10515.6米，但下潛等任務需要母船的支持，且工作時間有限。“Archimède”號總共下潛139次，于1981年退役。

法國具有代表性的一艘深海載人潛水器是6000米級的“Nautile”（鸚鵡螺）號，它在1985年研制成，目前已完成下潛1500余次。“Nautile”號的工作主要是深海礦產探查、深海海底生態環境調查以及其他搜索任務。

圖3：法國“Nautile（鸚鵡螺）”號載人潛水器

俄羅斯是目前世界上擁有載人潛水器數量最多的國家，“MIRⅠ（和平一號）”和“MIRⅡ（和平二號）”是俄羅斯具有代表性的載人潛水器，它們是于1987年建成的兩艘6000米級潛水器。這兩艘載人潛水器亮點在于具有充足的能源和帶有十二套檢測深海環境的先進設備，它們目前已在各大洋甚至北極地區進行了上千次的科學考察。

圖4：俄羅斯“MIRⅠ（和平一號）”載人潛水器

日本在深海潛水器研制方面處于國際先進水平，最具代表性的一艘載人潛水器是1989年日本科學技術廳建成了6500米級的“SHINKAI 6500（深海6500）”潛水器。它的特點在于靈活的操縱性和先進的觀測系統，主要用于6500米深海地質探查等，目前已經完成下潛1000余次。

圖5：日本“SHINKAI 6500（深海6500）”載人潛水器

目前日本深海載人潛水器的研制目標是“SHINKAI 12000（深海12000）”載人深潛器，該潛水器在2013年立項研制，預計2025年左右完成研發。“SHINKAI 12000”潛水器將具有較好的續航能力，能保證6人在深海潛航2天，預期將用于海洋資源探測和深海生物調查等方面。

我國深海載人潛水器的研發

中國最具代表性的深海載人潛水器是“蛟龍”號，它是中國第一臺自行設計、自主集成研制的載人潛水器，主要用途是深海勘探、海底作業等。2012年6月，“蛟龍”號載人潛水器的最大下潛深度到達7062米，標志著我國深海載人潛水器研發水平達到世界先進水平。迄今，“蛟龍”號已經累計完成100次下潛。

目前，“蛟龍”號研發團隊正在全力研制4500米級載人潛水器，該潛水器全面應用國產化技術和裝備，其載人艙球殼已完成建造和試驗，預計于2017年投入應用。

圖6：我國“蛟龍”號載人潛水器

“彩虹魚”號是我國正在自主研發的世界首個作業型萬米級載人深淵器，2015年9月“彩虹魚”號在南海海域完成海試，最大潛深為4328米，邁出了我國全海深科考的關鍵一步。

從前述各國深海載人潛水器發展情況來看，我國自主研發的深海載人潛水器自身的技術水平與國際先進水平相當。但同時，我們應該看到，在配套技術、運行管理和使用上我國與發達國家還存在一定差距。主要體現在：

1、全海深載人潛水器技術尚未成熟。全海深載人潛水器相對于“蛟龍”號來說，難度更大，風險更高。我國目前正在研制的“彩虹魚”號全海深載人潛水器關鍵核心技術仍處于攻堅階段，要形成作業能力還需一定的時間和投入。

2、深海作業配套能力存在問題。雖然我國在深海載人潛水器上取得了重大突破，但深海作業配套能力存在不足。另外從“蛟龍”號研制經驗來看，存在項目立項周期長，科研人員獎勵受限，科研成果的作用難以發揮等問題。

3、使用率低、任務不飽滿。國內對深海載人裝備的應用和升級改造力度相對較小，以及由于深海裝備分散在不同的部門和單位，在開放共享方面存在較大問題，導致我國深海載人潛水器存在使用率低、任務不飽滿的問題。

4、裝備使用成本過高。目前我國深海載人潛水器裝備技術使用、管理和維護的水平還不高，導致深海載人潛水器的使用成本一直很高。我國深海載人潛水器尚未開展市場化和自由競爭運作，使用經費主要依靠國家的大量投入。因此，我國在深海載人潛水器研究和使用方面，應注意如下幾點：

一是爭取國家政策方面支持，加大投入，改善科研人才培養和使用機制；二是國家應制定自主研發大型深潛裝備使用管理相關政策措施；三是加大深海科考投入力度，增加深海載人潛水器使用力度；四是建立完善的管理、使用、維護機制，爭取民間資金的先期支持，積極鼓勵市場、企業多方參與投入，挖掘其經濟效益。

載人潛水器的關鍵技術及發展趨勢

為了實現全海深載人潛水器海底安全作業，應重點突破的關鍵技術如圖7所示。

隨著深海技術的不斷發展，深海載人潛水器正朝著耐壓材料和能源新型化、作業工具模塊化、觀測設備高清化、作業協同化發展。

表1：各國主要深海載人潛水器對比

圖7：深海載人潛水器的關鍵技術

1、耐壓材料新型化：隨著材料科學的發展，越來越多的新型材料應用到載人潛水器耐壓殼體的制造中。

2、能源新型化：影響載人潛水器水下作業能力的一項重要指標就是水下作業的時間，續航能力強、安全可靠的新型電池在深海潛水器應用在不斷研究。

3、作業工具模塊化：不同的作業工具使用統一的動力接口、安裝接口，便于潛水器根據不同的作業攜帶不同的專用作業工具。

4、觀測設備高清化：隨著人類對深海科考需求的不斷提高，各個國家在進行潛水器設計時都采用高清的觀察設備。

5、作業協同化：載人潛水器一個重要的發展趨勢是與其他深海裝備相互配合、協同作業，這樣可突破各裝備自身的限制，更加有效地提高作業的效率、保障作業的安全。

我國在深海載人潛水器研制方面起步相對較晚，但目前已處于國際領先水平。同時，也應看到并積極解決我國在深海載人潛水器研究方面存在的不足和問題，把握世界深海潛水器技術發展趨勢，突破全海深載人潛水器關鍵技術，推動我國深海科考事業的蓬勃發展。