國外載人潛水器布放回收模式發(fā)展研究

周佳，俞圣杰，張愛鋒，劉艷敏，陳偉華，張文忠

（1.中國船舶科學研究中心 深海載人裝備全國重點實驗室，江蘇 無錫 214082；2.深海技術科學太湖實驗室，江蘇 無錫 214082；3.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

引言

載人潛水器經過70 多年的發(fā)展，已經形成了集海洋科考、資源調查、水下作業(yè)、影視文娛和觀光旅游等第三產業(yè)新的增長點，積累了豐富的海上運維保障的經驗。隨著載人潛水器潛深加大，以及自持力和作業(yè)能力的不斷提升，人們對其海上運維保障提出了更高的要求。

2023 年6 月，美國海洋之門勘探公司運營的“泰坦”號載人潛水器發(fā)生了水下失事事故，打破了海洋技術協(xié)會統(tǒng)計的全球40多年載人潛水器零事故的記錄[1]。由此，載人潛水器的運維安全得到廣泛關注和重視。在此背景下，本文主要針對國外載人潛水器的海上布放回收模式進行歸納對比，梳理總結了各種模式的技術特點，為我國載人潛水器的發(fā)展和深遠海保障的建設提供參考。

1 布放回收模式

1.1 半潛平臺布放回收模式

1969 年，由于其排水量和主尺度較大，“曲斯特2”號（Trieste 2）載人潛水器采用浮船塢搭載的方式海上運輸、布放與回收，如下圖1 所示。浮船塢借助拖輪拖帶航行到作業(yè)海域，依靠自身的壓載系統(tǒng)進行潛浮作業(yè)，半潛后由拖輪拖帶載人潛水器出塢，由載人潛水器在海上自主下潛上浮。

圖1 “曲斯特2”號載人潛水器布放回收模式

20 世紀70 年代起，針對排水量和主尺度較小的載人潛水器，美國設計建造了布放回收和運輸平臺（Launch&Recovery and Transport Platform，LRTP）。1971 年，該類平臺在“Makamai”號和“CURV Ⅲ”載人潛水器上成功應用，1973 年在“Deep View”號載人潛水器上進行應用。另外，美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）下屬夏威夷海底實驗室（HURL）的兩型2000米級“Pisces IV”號和“Pisces V”號載人潛水器也應用了該布放回收和運輸平臺。2014 年至2019 年間，美國海洋之門勘探公司申請了若干新型布放回收和運輸平臺專利，如下圖2 所示，建造并應用到了該公司所運營載人潛水器潛器的海上運輸、布放和回收上[2]。

圖2 布放回收和運輸平臺

半潛平臺布放回收模式的主要技術特點在于半潛平臺配有壓載和吹除系統(tǒng)，可以通過壓載調節(jié)使半潛平臺同載人潛水器一同布放至一定深度，載人潛水器完成水下解脫后，半潛平臺可以利用搭載的高壓氣罐吹除壓載水艙內的載荷，使平臺重新上浮至水面。

1.2 濕搭載布放回收模式

1970-1971 年間，美國洛克希德導彈和航天公司（洛克希德·馬丁空間系統(tǒng)公司的前身）先后建造了兩艘最大潛深約1500m 的深潛救生艇（Deep Submergence Rescue Vehicle，DSRV）“DSRV-1”號和“DSRV-2”號[3]。該型載人潛水器設有與潛艇對接的平臺，對接平臺兩側均有艙口蓋，布放前艇內人員通過對接平臺進入潛器，操縱機構實施解脫，完成布放。

美國海軍若干潛艇頂部設計了干甲板掩藏艙安裝平臺，能夠在12 小時左右完成掩藏艙安裝。掩藏艙總長11.4m，直徑2.7m，排水量30t，艙中部設有干濕轉換艙，蛙人通過干濕轉換艙從潛艇進出，尾部可容納一艘濕式蛙人運載器（Swimmer Delivery Vehicle，SDV）。潛艇濕搭載蛙人運載器水下運輸?shù)街付êＳ蚝?，蛙人濕式駕駛運載器駛離，完成蛙人運載器布放，繼而執(zhí)行任務[4]。

另外，美國海軍為降低海軍特戰(zhàn)部隊從潛艇運送到海岸時的風險，在潛艇頂部搭載了高級海豹輸送系統(tǒng)（Advanced SEAL Delivery System，ASDS），提高海上運輸隱蔽性[5]，其布放回收模式與前述方式一致，如下圖3 所示。

圖3 美潛艇濕搭載深潛救生艇、蛙人運載器和高級海豹輸送系統(tǒng)

俄羅斯?jié)撏Т钶d小型特種潛艇的方式與美國相近，但其水下對接平臺設于潛艇腹部，小型特種潛艇從底部與母艇進行對接完成布放回收。

濕搭載布放回收模式主要應用場景是潛艇等大型運載平臺搭載的深潛救生艇、蛙人運載器和小型特種潛艇等開展水下隱蔽運輸。濕搭載布放回收模式的關鍵技術在于水下對接技術和干濕轉換技術，其主要技術特點是潛艇具有載人潛水器的水下對接平臺，可在水下開展布放回收作業(yè)實施水下對接，完成人員交換和物資補給等。

1.3 起吊布放回收模式

載人潛水器起吊布放回收模式歷史悠久、使用最為廣泛。載人潛水器起吊布放回收作業(yè)早期使用的是船載起重機、伸縮吊和折臂吊，隨著海洋工程裝備的快速發(fā)展，“Nekton”系列3 型300m 潛深載人潛水器于20 世紀60 年代末首次使用了A 起吊放形式開展布放回收，之后被各國廣泛采用。現(xiàn)今，國內外載人潛水器大多采用該模式開展布放回收作業(yè)，如下圖4 所示。

圖4 世界各國載人潛水器起吊布放回收模式

起吊布放回收模式的主要應用對象是排水量不超過50t 的載人潛水器，目前世界上最大的載人潛水器吊放回收系統(tǒng)最大載荷50 噸，主吊纜破斷力超過500 噸，能夠實現(xiàn)5 級海況布放回收作業(yè)。該模式的關鍵技術在于緩沖對接保護技術和波浪補償技術[6]，能夠在水中控制住潛水器姿態(tài)，使之與水面保障船形成一個隨動系統(tǒng)，減少垂直方向搖擺，通過快速止蕩功能，使?jié)撍髟谌胨?、出水瞬間減少水平方向搖擺。該模式的優(yōu)點在于A架吊放回收系統(tǒng)結構安全、甲板空間小、可靠性高，其主要由門型架、對接裝置、縱搖與橫搖緩沖裝置、鋼纜絞車、液壓動力系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)等部分組成[7]，如下圖5 所示。

圖5 最大載人潛水器吊放回收系統(tǒng)

1.4 升降平臺布放回收模式

20 世紀60 年代，“阿爾文”號（Alvin）載人潛水器的第一艘水面母船“露露”號（LULU）為雙體船船型，通過蛙人系纜，絞車縱向牽引至升降平臺上方，由升降平臺托舉出水[8]，如下圖6 所示。

圖6 “阿爾文”號載人潛水器布放回收模式

20 世紀70 年代，“Deep Quest”號載人潛水器（排水量52t）使用了專門設計的“Transquest”號水面船，該水面船設有4 個壓載水艙，可以調整一定的吃水，尾部為大開口，尺寸為長19.8m、寬7.6m，設計有與載人潛水器排水量與主尺度相匹配的液壓升降平臺，該升降平臺長8.5m、寬7.0m，舉力能力60t，可降至水下約4.5m[9]。

海上運輸時，潛器搭干式載于升降平臺，到達作業(yè)海域后，在載人潛水器艏部和兩側系固3 根牽引纜，布放時水面船維持足夠的干舷，艏部的絞車纜繩系固于潛水器艏部，升降平臺下降入水時，潛水器脫離水面船；回收作業(yè)時，液壓驅動升降平臺下降到一定深度，水面船維持1～2 節(jié)航速，艏部絞車牽引潛器進入開口區(qū)域，依靠升降平臺和絞車操作人員以及駕駛員的協(xié)作，將潛水器維持在易于升降平臺托舉的位置，而后將潛水器從水中托舉至主甲板位置。“Sea Cliff”號、“Turtle”號、“Mystic”號和“Avalon”號等載人潛水器也通過該船上實施了布放回收，如下圖7 所示。

圖7 “Deep Quest” 與 “Sea Cliff” 號載人潛水器布放回收模式

美國兩型深潛救生艇（DSRV）還在“ASR-21”號雙體船上進行了布放回收，該船舯部設有月池，月池上方設有多臺絞車與布放回收基座相連接。通過絞車聯(lián)動可以將潛水器與基座一起下放至水下約30.5m 深度，布放回收模式與布放回收基座如下圖8 所示[8]。回收時需要深潛救生艇水下對接到布放回收基座上，進而回收至母船甲板。

圖8 “DSRV”號載人潛水器布放回收模式

近年來，美國霍克斯海洋技術公司（Hawkes Ocean Technologies）研發(fā)的Deep Flight 系列載人潛水器也采用過升降甲板形式的布放回收平臺（Launch and Recovery Platform，LARP）在近海開展布放與回收作業(yè)[10]，如下圖9 所示。

圖9 “DeepFlight”號載人潛水器布放回收模式

升降平臺布放回收模式的關鍵技術在于船體結構優(yōu)化設計和升降平臺收放系統(tǒng)設計。主要技術特點是水面保障母船通常舯部設有月池或艉部設有大開口，在月池和大開口區(qū)域兩側配置液壓升降裝置或絞車系統(tǒng)來提升和下放升降平臺，以開展載人潛水器的水面布放與回收作業(yè)。

1.5 對比分析

針對上述各種布放回收模式的梳理進行對比分析，如下表 1 所示。

表1 載人潛水器布放回收模式對比

綜上所述，針對不同的保障對象和應用場景，上述4 種載人潛水器布放回收模式各有優(yōu)勢?？紤]到海上布放回收作業(yè)的安全可靠性，起吊布放回收模式和升降平臺布放回收模式優(yōu)勢更加明顯，這兩種模式可以在干式甲板上開展人員輪換、物資補給、檢測維修、設備與模塊更換等海上保障內容，可以在單個航次中開展多個潛次任務。

2 結語

伴隨著載人潛水器新材料、新技術的應用，水下探測與作業(yè)能力顯著提升，受排水量的制約，可搭載的能源和物資不足以維持長時間水下逗留和遠距離航行，水面支持母船的綜合保障能力將成為提升載人潛水器作業(yè)效能的重要手段。

在國際重大焦點事件中，如搜尋美國丟失的氫彈、失事的馬航MH370和日本墜海的F-35戰(zhàn)斗機等過程中，選擇合適的布放回收模式是載人潛水器海上安全運維的重要基礎，是實現(xiàn)載人潛水器的快速就位、精準布放和安全回收的根本保障，是提高效費比和使命任務完成度的有力支撐。未來，隨著載人潛水器主尺度和排水量的進一步增大，各類布放回收模式將迎來新的發(fā)展。