以载人深潜器为标志的深海探测勘察技术将实现跨越发展

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆兰州分馆资源与海洋团队

王金平（E-mail:wangjp@llas.ac.cn）、鲁景亮

审稿专家：中科院声学所李风华研究员

20 世纪以来，人类在探索外太空方面的技术突飞猛进，相对而言对于近在咫尺的深海却知之甚少。中科院院士汪品先指出，人类对深海的了解，甚至比月球和火星还要少。这基本上反映了人类对深海的研究尚处于较低水平的现状，同时从一个侧面反映出深海研究蕴藏着巨大的机遇。

1 载人深潜器引领深海探测

深海探测勘察技术是为深海科学调查与深海资源开发提供手段和装备的海洋高技术，涉及到众多科学技术领域，是一项复杂的综合高技术系统，是各种通用技术和设备在深海大洋这个特殊环境中的应用和发展。该技术是勘探开发海洋资源的必要手段，是海洋科学研究深入发展的关键基础，同时对其他领域科学和技术的发展具有极强的推动作用。

一般来讲，深海探测装备包括：钻探船、各类深海探测仪器、海底监测网、无人深潜器（ROV和AUV）和载人深潜器（HOV）等。其中载人深潜器凭借其“人机联动”的特点，在深海探测勘查活动中扮演着不可替代的角色，代表着国际深海探测的最高水平。在某种意义上，HOV是可以与载人飞船相媲美的最高科技探测仪器的典范。

20 世纪70年代开始，HOV已成为海洋考察的标准工具，并得到广泛运用。HOV在深海考察、海洋石油开采、海洋土木工程建设、海底电缆铺设与维护、海难救护及军事侦察等领域中发挥着重要作用[1]。其基本组件主要包括：具有生命维持系统的承压壳体、进行升降及姿态控制的平衡系统、推进系统、提供动力的蓄电池、通信导航系统、操纵杆、照明装置、观察孔及流线型的框架[2]。HOV可集成多种科学仪器，以完成海底观测、资源勘探、样品采集和原位试验等任务。相比于ROV和AUV，HOV具有独特优势：充分利用人类大脑现场观察和分析能力，准确理解观察到的图像和视野景色，并同步给予相应的处理回应。

2 全球载人深潜器发展状况

目前，全球范围内能够掌握载人深潜器技术的国家有：美国、日本、俄罗斯、法国和正在崛起的中国。

美国是世界上深潜器技术最为先进的国家之一，其1964年设计制造的“阿尔文”（Alvin）号深潜器处于世界领先地位。据悉，美国近期正在对其进行升级改造，第一阶段升级后的“新阿尔文”号下潜深度4500米，第二阶段将升级到6500米，勘察范围将覆盖全球99%的海域。此外美国还拥有“双鱼座”4号（Pisces IV）和“双鱼座”5号（Pisces V），作业深度为2000米。

日本1989年建造的“深海6500”号（Shinkai 6500）深潜器最大潜水深度达到6500米，在“蛟龙”号完成7000米海试之前，是全球下潜深度大的载人深潜器。“深海6500”船长9.5米，宽2.7米，最大作业潜水深度为6500米，持续下潜时间可达8小时（JAMSTEC），累计下潜次数超过1000次。

俄罗斯的载人深潜器技术较为成熟，比较著名的有1987年建成的“和平Ⅰ”号（MIR-1）和“和平Ⅱ”号（MIR-2）两艘6000米级的潜水器。装备有多种监测深海参数和海底地貌的设备，可在水下停留20小时。2011年俄罗斯又建成两艘6000米级的载人潜水深潜器，为其深海探测提供持续支撑。

法国于1984年研制成的“鹦鹉螺”号（Nautile）潜水器最大下潜深度可达6000米，累计下潜1500多次，完成过考古研究、多金属结核勘察和深海生态研究等多项调查任务（IFREMER）。

中国“蛟龙”号载人深潜器，最大下潜深度超过7000米，目前处于试验性应用阶段，各项指标状况良好。“蛟龙”号在下潜深度等多项指标上均处于世界领先地位，一旦正式投入使用，将成为全球可探测海洋范围最大的载人深潜器，具有深远的战略意义。

3 未来可能突破的技术点

当今科技日新月异，随着新技术和新材料的不断发展，可以预期，人类的载人深潜能力将不断提高，一些关键技术难题必将不断被突破。未来的技术突破可能主要在以下几个方面：

（1）高强度耐压壳体材料。深潜器耐压壳体的选择对控制潜水器的重量非常重要，传统的材料为钢材和钛合金，前者密度大，影响深潜器升降的控制[3]。后者价格昂贵不利于大规模推广，研制或发现性能优越且成本较低的替代材料将对载人深潜器的应用和推广具有关键作用；

（2）大容量蓄电池技术。深潜器一般自带能源（一般为蓄电池），蓄电池容量和放电能力成为了制约深潜器航行作业的瓶颈。因此，研制蓄电量大且成本适中的蓄电池也是发展深潜器的关键技术之一；

（3）高清观测仪器的应用。观察设备是载人深潜器的“眼睛”，随着高清摄像技术的不断升级，深潜器观察系统高清化成为可能。将最先进的摄像仪器集成到深潜器上将大大提高深潜器的作业能力；

（4）先进作业工具的集成。深潜器的实际“工作”能力不仅仅取决于下潜深度，还取决于其所具备的作业能力。深潜器要具备一定的水下作业能力，必须能够安装多种适用于深海极端环境的科学仪器。扩展深潜器设备接口功能（即一个接口可以根据任务的不同安装不同的作业工具）是提高深潜器作业能力的一个途径。此外，研制新型深海探测仪器以及实现浅海仪器甚至陆地设备的深海化，也是提高深潜器作业能力的途径。

4 载人深潜器可能带来的影响

载人深潜器技术以其独特的“人机联动”特性，将对全球海洋资源勘查产生深远的影响。作为一项综合性极强的技术，还可以带动其他相关技术的进步。

当今世界，资源问题已成为一个全球焦点问题[4]。而在陆地资源日渐枯竭的情况下，地球上却有一片广阔的未开发之地近在咫尺，那就是占海洋面积90%以上的深海区域[5]。深海蕴藏着丰富的多金属结核、富钻结壳、可燃冰等资源，许多资源储量相当于陆地储量的几十甚至上千倍[6]。利用载人深潜器对海底资源进行详细探测勘察，是向国际海底管理局申请优先开发权的重要的前期准备，可以说载人深潜器代表了争取国际海底资源的核心竞争力。近年来，以日本和美国为代表的海洋强国长期致力于利用载人深潜器进行深海资源勘探，并不断取得一些重要发现。可以肯定的是，相关技术一旦取得突破，将可能彻底改变全球资源格局。此外，载人深潜器对研究地球早期历史、板块构造和生命起源演化等的研究也具有不可替代的作用。

深海所蕴含的巨大机遇对于正在崛起的中国是至关重要而不容错过的，而以“蛟龙”号载人深潜器为标志的深海探测技术将帮助我们守住这片蓝色的希望。载人深潜器作为深海研究的最先进技术代表，是打开深海资源大门的最有力钥匙。载人深潜器对维护海洋权益、开发深海生物资源具有重要意义，通过带动相关技术的发展可以大大提升我国海洋科技综合实力。因此，中国应以“蛟龙”号为新的起点，在人才和资金等多方面继续加大对深海探测技术特别是载人深潜技术投入，以避免错过重大战略机遇。通过这一高技术的带动，可以打破发达国家在海洋科技领域尤其是深海技术方面的垄断地位，提高我国海洋科技核心竞争力[7]。

5 中国现有优势

2002年6月，中国批准启动7000米级载人潜水器重大专项，历经10年艰辛研发，首台载人深潜器“蛟龙”号成功突破了7000米深度，达到国际同类作业型载人深潜器的最大记录，标志着我国成为世界上第5个掌握大深度载人深潜技术的国家。“蛟龙”号自主研发，集成创新的研制路线，在3个方面拥有国际领先技术：一是稳定的贴近海底自动巡航能力和精确地悬停定位能力；二是高速数字化水声通道，可向母船传输文字、语言、图像；三是我国自主研制的充油银锌蓄电池。“蛟龙”号标志着我国载人深潜器技术已达到国际先进水平，将带动我国海洋研究走向深海大洋，同时也将对无人潜水器和深海综合观测网络等技术起到重要的带动作用。

中科院在“蛟龙”号的研制过程中发挥了技术核心作用。“蛟龙”号国际领先的3项技术中有2项分别由沈阳自动化所和声学所完成。沈阳自动化所的科研团队采用先进的控制策略，有效克服潜水器本体、海洋环境等不确定性干扰，实现潜水器长距离航行时全自动航行控制功能；由声学所负责研制的声学系统为“蛟龙”号的深海潜航提供通信、测速、障碍物探测和地形地貌探测等功能[8,9]。

1 廖又明.载人深潜器在海洋开发中的作用与现状.国外舰船工程,2002,（3）:44-45.

2 刘淮.国外深海技术发展研究.船艇,2006,258:6-18.

3 刘涛,王璇,王帅等.深海载人潜水器发展现状及技术进展.中国造船,2012,53（3）:233-243.

4 宋瑞祥.21世纪资源环境科学面临的挑战.中国人口·资源与环境，2001，11（1）：3-7.

5 金翔龙.深海矿产资源与海洋环境.世界科技研究与发展.1998,20（4）:29-31.

6 方银霞,包更生,金翔龙.21世纪深海资源开发利用的展望.海洋通报，2000,19（5）:73-77.

7 崔维成,徐芑南,刘涛等.“和谐”号载人深潜器的研制.船舰科学技术,2008,30（1）：17-25.

8 国家海洋局.“蛟龙”专题报道.http://www.soa.gov.cn/xw/ztbd/2013/jlsh/.

9 中国科学院.中科院助力蛟龙号.http://www.cas.cn/zt/kjzt/jlh7000m/zkyzljlh/.