以載人深潛器為標(biāo)志的深海探測勘察技術(shù)將實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展

整理撰稿人：中科院國家科學(xué)圖書館蘭州分館資源與海洋團(tuán)隊(duì)

王金平（E-mail:wangjp@llas.ac.cn）、魯景亮

審稿專家：中科院聲學(xué)所李風(fēng)華研究員

20 世紀(jì)以來，人類在探索外太空方面的技術(shù)突飛猛進(jìn)，相對而言對于近在咫尺的深海卻知之甚少。中科院院士汪品先指出，人類對深海的了解，甚至比月球和火星還要少。這基本上反映了人類對深海的研究尚處于較低水平的現(xiàn)狀，同時(shí)從一個(gè)側(cè)面反映出深海研究蘊(yùn)藏著巨大的機(jī)遇。

1 載人深潛器引領(lǐng)深海探測

深海探測勘察技術(shù)是為深?？茖W(xué)調(diào)查與深海資源開發(fā)提供手段和裝備的海洋高技術(shù)，涉及到眾多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是一項(xiàng)復(fù)雜的綜合高技術(shù)系統(tǒng)，是各種通用技術(shù)和設(shè)備在深海大洋這個(gè)特殊環(huán)境中的應(yīng)用和發(fā)展。該技術(shù)是勘探開發(fā)海洋資源的必要手段，是海洋科學(xué)研究深入發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)，同時(shí)對其他領(lǐng)域科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展具有極強(qiáng)的推動作用。

一般來講，深海探測裝備包括：鉆探船、各類深海探測儀器、海底監(jiān)測網(wǎng)、無人深潛器（ROV和AUV）和載人深潛器（HOV）等。其中載人深潛器憑借其“人機(jī)聯(lián)動”的特點(diǎn)，在深海探測勘查活動中扮演著不可替代的角色，代表著國際深海探測的最高水平。在某種意義上，HOV是可以與載人飛船相媲美的最高科技探測儀器的典范。

20 世紀(jì)70年代開始，HOV已成為海洋考察的標(biāo)準(zhǔn)工具，并得到廣泛運(yùn)用。HOV在深?？疾?、海洋石油開采、海洋土木工程建設(shè)、海底電纜鋪設(shè)與維護(hù)、海難救護(hù)及軍事偵察等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用[1]。其基本組件主要包括：具有生命維持系統(tǒng)的承壓殼體、進(jìn)行升降及姿態(tài)控制的平衡系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、提供動力的蓄電池、通信導(dǎo)航系統(tǒng)、操縱桿、照明裝置、觀察孔及流線型的框架[2]。HOV可集成多種科學(xué)儀器，以完成海底觀測、資源勘探、樣品采集和原位試驗(yàn)等任務(wù)。相比于ROV和AUV，HOV具有獨(dú)特優(yōu)勢：充分利用人類大腦現(xiàn)場觀察和分析能力，準(zhǔn)確理解觀察到的圖像和視野景色，并同步給予相應(yīng)的處理回應(yīng)。

2 全球載人深潛器發(fā)展?fàn)顩r

目前，全球范圍內(nèi)能夠掌握載人深潛器技術(shù)的國家有：美國、日本、俄羅斯、法國和正在崛起的中國。

美國是世界上深潛器技術(shù)最為先進(jìn)的國家之一，其1964年設(shè)計(jì)制造的“阿爾文”（Alvin）號深潛器處于世界領(lǐng)先地位。據(jù)悉，美國近期正在對其進(jìn)行升級改造，第一階段升級后的“新阿爾文”號下潛深度4500米，第二階段將升級到6500米，勘察范圍將覆蓋全球99%的海域。此外美國還擁有“雙魚座”4號（Pisces IV）和“雙魚座”5號（Pisces V），作業(yè)深度為2000米。

日本1989年建造的“深海6500”號（Shinkai 6500）深潛器最大潛水深度達(dá)到6500米，在“蛟龍”號完成7000米海試之前，是全球下潛深度大的載人深潛器?！吧詈?500”船長9.5米，寬2.7米，最大作業(yè)潛水深度為6500米，持續(xù)下潛時(shí)間可達(dá)8小時(shí)（JAMSTEC），累計(jì)下潛次數(shù)超過1000次。

俄羅斯的載人深潛器技術(shù)較為成熟，比較著名的有1987年建成的“和平Ⅰ”號（MIR-1）和“和平Ⅱ”號（MIR-2）兩艘6000米級的潛水器。裝備有多種監(jiān)測深海參數(shù)和海底地貌的設(shè)備，可在水下停留20小時(shí)。2011年俄羅斯又建成兩艘6000米級的載人潛水深潛器，為其深海探測提供持續(xù)支撐。

法國于1984年研制成的“鸚鵡螺”號（Nautile）潛水器最大下潛深度可達(dá)6000米，累計(jì)下潛1500多次，完成過考古研究、多金屬結(jié)核勘察和深海生態(tài)研究等多項(xiàng)調(diào)查任務(wù)（IFREMER）。

中國“蛟龍”號載人深潛器，最大下潛深度超過7000米，目前處于試驗(yàn)性應(yīng)用階段，各項(xiàng)指標(biāo)狀況良好?！膀札垺碧栐谙聺撋疃鹊榷囗?xiàng)指標(biāo)上均處于世界領(lǐng)先地位，一旦正式投入使用，將成為全球可探測海洋范圍最大的載人深潛器，具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

3 未來可能突破的技術(shù)點(diǎn)

當(dāng)今科技日新月異，隨著新技術(shù)和新材料的不斷發(fā)展，可以預(yù)期，人類的載人深潛能力將不斷提高，一些關(guān)鍵技術(shù)難題必將不斷被突破。未來的技術(shù)突破可能主要在以下幾個(gè)方面：

（1）高強(qiáng)度耐壓殼體材料。深潛器耐壓殼體的選擇對控制潛水器的重量非常重要，傳統(tǒng)的材料為鋼材和鈦合金，前者密度大，影響深潛器升降的控制[3]。后者價(jià)格昂貴不利于大規(guī)模推廣，研制或發(fā)現(xiàn)性能優(yōu)越且成本較低的替代材料將對載人深潛器的應(yīng)用和推廣具有關(guān)鍵作用；

（2）大容量蓄電池技術(shù)。深潛器一般自帶能源（一般為蓄電池），蓄電池容量和放電能力成為了制約深潛器航行作業(yè)的瓶頸。因此，研制蓄電量大且成本適中的蓄電池也是發(fā)展深潛器的關(guān)鍵技術(shù)之一；

（3）高清觀測儀器的應(yīng)用。觀察設(shè)備是載人深潛器的“眼睛”，隨著高清攝像技術(shù)的不斷升級，深潛器觀察系統(tǒng)高清化成為可能。將最先進(jìn)的攝像儀器集成到深潛器上將大大提高深潛器的作業(yè)能力；

（4）先進(jìn)作業(yè)工具的集成。深潛器的實(shí)際“工作”能力不僅僅取決于下潛深度，還取決于其所具備的作業(yè)能力。深潛器要具備一定的水下作業(yè)能力，必須能夠安裝多種適用于深海極端環(huán)境的科學(xué)儀器。擴(kuò)展深潛器設(shè)備接口功能（即一個(gè)接口可以根據(jù)任務(wù)的不同安裝不同的作業(yè)工具）是提高深潛器作業(yè)能力的一個(gè)途徑。此外，研制新型深海探測儀器以及實(shí)現(xiàn)淺海儀器甚至陸地設(shè)備的深海化，也是提高深潛器作業(yè)能力的途徑。

4 載人深潛器可能帶來的影響

載人深潛器技術(shù)以其獨(dú)特的“人機(jī)聯(lián)動”特性，將對全球海洋資源勘查產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。作為一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的技術(shù)，還可以帶動其他相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。

當(dāng)今世界，資源問題已成為一個(gè)全球焦點(diǎn)問題[4]。而在陸地資源日漸枯竭的情況下，地球上卻有一片廣闊的未開發(fā)之地近在咫尺，那就是占海洋面積90%以上的深海區(qū)域[5]。深海蘊(yùn)藏著豐富的多金屬結(jié)核、富鉆結(jié)殼、可燃冰等資源，許多資源儲量相當(dāng)于陸地儲量的幾十甚至上千倍[6]。利用載人深潛器對海底資源進(jìn)行詳細(xì)探測勘察，是向國際海底管理局申請優(yōu)先開發(fā)權(quán)的重要的前期準(zhǔn)備，可以說載人深潛器代表了爭取國際海底資源的核心競爭力。近年來，以日本和美國為代表的海洋強(qiáng)國長期致力于利用載人深潛器進(jìn)行深海資源勘探，并不斷取得一些重要發(fā)現(xiàn)?？梢钥隙ǖ氖?，相關(guān)技術(shù)一旦取得突破，將可能徹底改變?nèi)蛸Y源格局。此外，載人深潛器對研究地球早期歷史、板塊構(gòu)造和生命起源演化等的研究也具有不可替代的作用。

深海所蘊(yùn)含的巨大機(jī)遇對于正在崛起的中國是至關(guān)重要而不容錯(cuò)過的，而以“蛟龍”號載人深潛器為標(biāo)志的深海探測技術(shù)將幫助我們守住這片藍(lán)色的希望。載人深潛器作為深海研究的最先進(jìn)技術(shù)代表，是打開深海資源大門的最有力鑰匙。載人深潛器對維護(hù)海洋權(quán)益、開發(fā)深海生物資源具有重要意義，通過帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展可以大大提升我國海洋科技綜合實(shí)力。因此，中國應(yīng)以“蛟龍”號為新的起點(diǎn)，在人才和資金等多方面繼續(xù)加大對深海探測技術(shù)特別是載人深潛技術(shù)投入，以避免錯(cuò)過重大戰(zhàn)略機(jī)遇。通過這一高技術(shù)的帶動，可以打破發(fā)達(dá)國家在海洋科技領(lǐng)域尤其是深海技術(shù)方面的壟斷地位，提高我國海洋科技核心競爭力[7]。

5 中國現(xiàn)有優(yōu)勢

2002年6月，中國批準(zhǔn)啟動7000米級載人潛水器重大專項(xiàng)，歷經(jīng)10年艱辛研發(fā)，首臺載人深潛器“蛟龍”號成功突破了7000米深度，達(dá)到國際同類作業(yè)型載人深潛器的最大記錄，標(biāo)志著我國成為世界上第5個(gè)掌握大深度載人深潛技術(shù)的國家。“蛟龍”號自主研發(fā)，集成創(chuàng)新的研制路線，在3個(gè)方面擁有國際領(lǐng)先技術(shù)：一是穩(wěn)定的貼近海底自動巡航能力和精確地懸停定位能力；二是高速數(shù)字化水聲通道，可向母船傳輸文字、語言、圖像；三是我國自主研制的充油銀鋅蓄電池?！膀札垺碧枠?biāo)志著我國載人深潛器技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平，將帶動我國海洋研究走向深海大洋，同時(shí)也將對無人潛水器和深海綜合觀測網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)起到重要的帶動作用。

中科院在“蛟龍”號的研制過程中發(fā)揮了技術(shù)核心作用?！膀札垺碧枃H領(lǐng)先的3項(xiàng)技術(shù)中有2項(xiàng)分別由沈陽自動化所和聲學(xué)所完成。沈陽自動化所的科研團(tuán)隊(duì)采用先進(jìn)的控制策略，有效克服潛水器本體、海洋環(huán)境等不確定性干擾，實(shí)現(xiàn)潛水器長距離航行時(shí)全自動航行控制功能；由聲學(xué)所負(fù)責(zé)研制的聲學(xué)系統(tǒng)為“蛟龍”號的深海潛航提供通信、測速、障礙物探測和地形地貌探測等功能[8,9]。

1 廖又明.載人深潛器在海洋開發(fā)中的作用與現(xiàn)狀.國外艦船工程,2002,（3）:44-45.

2 劉淮.國外深海技術(shù)發(fā)展研究.船艇,2006,258:6-18.

3 劉濤,王璇,王帥等.深海載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)進(jìn)展.中國造船,2012,53（3）:233-243.

4 宋瑞祥.21世紀(jì)資源環(huán)境科學(xué)面臨的挑戰(zhàn).中國人口·資源與環(huán)境，2001，11（1）：3-7.

5 金翔龍.深海礦產(chǎn)資源與海洋環(huán)境.世界科技研究與發(fā)展.1998,20（4）:29-31.

6 方銀霞,包更生,金翔龍.21世紀(jì)深海資源開發(fā)利用的展望.海洋通報(bào)，2000,19（5）:73-77.

7 崔維成,徐芑南,劉濤等.“和諧”號載人深潛器的研制.船艦科學(xué)技術(shù),2008,30（1）：17-25.

8 國家海洋局.“蛟龍”專題報(bào)道.http://www.soa.gov.cn/xw/ztbd/2013/jlsh/.

9 中國科學(xué)院.中科院助力蛟龍?zhí)?http://www.cas.cn/zt/kjzt/jlh7000m/zkyzljlh/.