我國大型深潛裝備研發(fā)管理存在的問題及對策思考①

錢洪寶 俞建成 韓 鵬 姜沃函 李宇航 王菲菲 郭京杰

(*中國21世紀議程管理中心 北京 100038) (**中國科學院沈陽自動化研究所 沈陽 110016)

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我國大型深潛裝備研發(fā)管理存在的問題及對策思考①

錢洪寶②*俞建成**韓 鵬*姜沃函*李宇航*王菲菲*郭京杰*

(*中國21世紀議程管理中心 北京 100038) (**中國科學院沈陽自動化研究所 沈陽 110016)

系統(tǒng)地總結回顧了我國大型深潛裝備的發(fā)展歷程，包括載人潛水器(HOV)、遙控潛水器(ROV)以及自治潛水器(AUV)等的研制、試驗與應用情況。從海洋領域科技管理的角度，對比海洋發(fā)達國家深潛裝備的常態(tài)化業(yè)務運行，重點分析了我國大型深潛裝備在組織研發(fā)、使用維護、運營管理上存在的問題和瓶頸，并從強化頂層設計、完善體制機制、轉變研發(fā)思路等方面，提出了解決我國深潛裝備利用率低、共享困難、研發(fā)與應用脫節(jié)等問題的對策和建議，這對于“十三五”海洋領域科技項目的組織實施具有參考價值。

深海潛水器(DSV)， 項目研發(fā)計劃， 業(yè)務運行管理， 深海應用

0 引 言

深海潛水器(deep-sea submersible vehicles, DSV)是能運載科研設備或科研人員進入海洋預定位置，進行各種觀測和作業(yè)的裝備[1]，其下潛深度遠超過潛水員能夠到達的深度，是人類開發(fā)與利用深海不可或缺的重要裝備。深海潛水器有不同種類，主要有載人潛水器(HOV)、無人遙控潛水器(ROV)、無人自治潛水器(AUV)、混合型潛水器(ARV)、深海拖曳潛水器(DTV)等[2]。不同深海潛水器的作業(yè)深度、功能和用途差異很大，使得其尺寸、重量以及對支持母船的要求也存在較大差異。

隨著人類科學探索和資源開發(fā)向深海挺進，各海洋強國紛紛加大了對深海潛水器研發(fā)投入力度[3]。我國自20世紀70年代開始，經過近40年的研究發(fā)展，潛水器技術取得了卓有成效的進展。特別是“十五”以來，在國家863計劃等科技計劃的支持下，我國在深海運載探測與作業(yè)技術研究、深海潛水器(以下簡稱深潛裝備)研制等方面形成了一批重大技術成果，成功研制了以“蛟龍?zhí)枴薄ⅰ昂ｑR號”、“潛龍一號”為代表的系列大型深潛裝備，這些裝備在研發(fā)過程中質量控制嚴格，最終進行了規(guī)范化海上試驗。

目前，我國自主研發(fā)的部分大型深潛裝備已在深海、大洋與極地環(huán)境調查與科考中發(fā)揮作用，并取得了一定社會效益。然而由于大型深潛裝備的造價、使用和維護保障成本較高，海上應用風險較大，加上裝備數量不斷增多，如何將這些自主研發(fā)的大型深潛裝備充分利用起來，使其在深?？茖W研究、資源開發(fā)、權益維護等領域發(fā)揮更重要的作用，值得我們進一步探討和思考。為此，本文研究了我國大型深潛裝備研發(fā)管理存在的問題及對策，主要研究了對支持母船要求高、尺寸和重量較大、造價較高的大型深潛裝備的研發(fā)與運行管理問題。

1 我國研發(fā)及現(xiàn)狀

在國家863計劃和其它科技計劃的支持下，我國已經研制成功系列深潛裝備，正在逐步形成我國深?？瓶寂c探測深潛裝備體系。系列深潛裝備包括載人潛水器(HOV)、無人遙控潛水器(ROV)、無人自治潛水器(AUV)以及混合型潛水器(ARV)等，初步具備了深海、大洋、極地冰下綜合探測與作業(yè)能力，基本滿足我國現(xiàn)階段深?？茖W研究與資源探測作業(yè)應用需求。

1.1 載人潛水器

我國于2002年啟動了國內首臺大深度載人潛水器——7000m載人潛水器(后更名為“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器)的研制任務。經過10年的努力， “蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器于2012年7月在太平洋馬里亞納海溝試驗海區(qū)創(chuàng)造了下潛7062m的中國載人深潛紀錄，同時也創(chuàng)造了世界同類三人重載作業(yè)型載人潛水器的最大下潛深度紀錄，標志著我國深海載人潛水器技術進入國際先進行列[4]。2013年至2015年蛟龍?zhí)栐谔窖蠛臀髂嫌《妊蟪晒﹂_展了試驗性應用下潛，取得了豐碩成果。2015年3月17日，蛟龍?zhí)柎畛恕跋蜿柤t09”船停靠國家深?；毓芾碇行拇a頭，正式落戶青島。

基于“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器研究基礎，2014年我國啟動了4500m載人潛水器的研制工作，重點突破載人潛水器核心部件和設備的國產化問題，完全掌握大深度載人潛水器關鍵技術，研制出具有我國技術特色、運行成本低、可靠性和可維性高的載人潛水器[5]。目前該潛水器已經完成載人球殼、大深度可調壓載、控制、聲學等關鍵技術的國產化研制任務，預計2016年完成總裝并開展聯(lián)調測試，按計劃通過海試驗收后，將落戶中國科學院深海科學與工程研究所。

1.2 無人遙控潛水器

2002年，中國大洋協(xié)會委 托上交通大學開始研制3500m級“海龍1號”ROV。2004年，在上海東港成功完成海底水下操作測試[6]，2007年在進行2540m海試時因臍帶纜斷裂丟失。隨后對該ROV臍帶纜進行了攻關，解決了臍帶纜斷裂問題。2008年該團隊又研制出 “海龍2號”ROV，并在中國南海完成3278m深海試驗，2009年在大洋第21航次科考中首次成功試用。從2010年12月開始，“海龍2號”ROV搭載“大洋一號”科考船多次參加大洋航次，開展深海探測作業(yè)，取得了大量寶貴樣品資料。

4500m“海馬號”ROV是由863計劃支持研發(fā)，廣州海洋地質調查局作為業(yè)主單位牽頭，上海交通大學作為技術總體單位研制的。2014年4月，“海馬號”ROV在南海完成海上試驗[7]，最大下潛深度4502m。2015年3月，“海馬號 ”ROV搭載“海洋六號”首次投入應用，在我國南海北部陸坡西部首次發(fā)現(xiàn)了海底活動性“冷泉”，為開展天然氣水合物有利區(qū)詳查、圈定勘探目標區(qū)、評價天然氣水合物資源潛力提供了寶貴的調查資料。2015年6月，“海馬號 ”在大洋第36航次中再次應用，在東太平洋圓滿完成6個站位富鈷結殼資源探查作業(yè)任務。 “海馬號”在南海水合物資源勘查和大洋第36航次中的成功應用，成為我國自主高新技術裝備推動深海礦產資源探查工作的一個成功范例。

“海牛號”海底60m多用途鉆機也是在863計劃支持下，由湖南科技大學聯(lián)合國內相關單位共同研制開發(fā)的一款深海ROV系統(tǒng)?！昂ＥＬ枴便@機于2015年6月在南海完成深海試驗，成功實現(xiàn)了在3109m海底對海床進行60m鉆探取樣[8]?！昂ＥＬ枴钡某晒ρ兄茦酥局袊邆淞松钏５足@探取樣能力，成為繼美國、德國、澳大利亞之后第四個掌握此項技術的國家。

1.3 無人自治潛水器

“十二五”期間，在大洋協(xié)會支持下，中科院沈陽自動化研究所牽頭完成了對“CR-02”6000m AUV的改造，重新打造了一款實用的6000m AUV——“潛龍一號”[9]。2013年11月和2014年9月“潛龍一號”分別參加了大洋第29航次和第32航次，最大下潛深度5162m，累計工作超過200h，完成了近海底聲學測線200多km，獲得了60多km2的海底測深側掃資料。目前，“潛龍一號”由中科院沈陽自動化研究所托管，并已成為支撐我國大洋調查的主戰(zhàn)裝備。

針對新發(fā)現(xiàn)的深海多金屬硫化物礦產資源勘探需要，2011年由863計劃支持開展4500m級深海資源自主勘查系統(tǒng)——“潛龍二號”AUV的研制?！皾擙埗枴庇纱笱髤f(xié)會作為業(yè)主單位，技術研發(fā)總體由中科院沈陽自動化研究所負責。2015年8月，“潛龍二號”在南海完成海上驗收試驗，完成了兩次31h最大航程試驗，完成了兩次最大深度航行試驗，最大下潛深度4450m。2015年12月“潛龍二號” 參加中國大洋第40航次，赴印度洋開展試驗性應用工作。

1.4 深海拖曳探測系統(tǒng)

“十五”期間，在國家863計劃的支持下，中科院聲學研究所完成了我國首個測深側掃聲納系統(tǒng)研制。隨后，在大洋協(xié)會的推動下，基于測深側掃聲納完成了DTA-6000聲學深拖系統(tǒng)研制，于2006年完成海上試驗。此后，連續(xù)開展了7個大洋航次應用，目前已成為中國大洋科考的主戰(zhàn)裝備之一，累計作業(yè)距離超過了500km，2014年參與了MH370失事飛機的深海搜尋工作?！笆晃濉逼陂g，在863計劃支持下，完成了6000m深海拖曳探測系統(tǒng)“探海號”的研制，該系統(tǒng)不僅具有測深側掃功能，還集成了超短基線定位和淺底層剖面儀等功能。截至2015年底 “探海號”僅開展了一個試驗性應用航次，工作時間10h。目前“探海號”搭載在“科學號”考察船上，委托中科院海洋研究所管理使用。

1.5 混合型潛水器

在863計劃支持下，我國于2007年啟動了北極冰下自主/遙控海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱“北極ARV”) 的研制，北極ARV是一種針對北極海冰連續(xù)觀測需求，利用光纖通信技術，將自治潛水器(AUV)和遙控潛水器(ROV)技術結合，在一個載體上實現(xiàn)兩種潛水器功能的混合型潛水器。“北極ARV”分別于2008年、2010年和2014年先后三次參加了北極科學考察，圓滿完成了北極冰下觀測科考任務。目前“北極ARV”由研制單位中科院沈陽自動化研究所托管。

2 國外大型深潛裝備的使用管理情況

國際上，以海洋石油工業(yè)應用為代表的商用深潛裝備已經非常成熟，已經誕生多家專業(yè)的深海潛水器生產企業(yè)和服務公司，可以根據需要定制各種類型深潛裝備，包括系列遙控潛水器、自治潛水器，以及深海采礦裝備。但是，針對深?？茖W研究和礦產資源探測的專用深潛裝備基本還是由專業(yè)科研機構研發(fā)和使用。目前，以美國、日本為代表的海洋強國對大型專用深潛裝備基本上遵循國家擁有、委托管理、開放共享的原則。

在美國，將國家資助的大深度載人潛水器、無人潛水器納入國家深潛設施(National Deep Submergence Facility，NDSB)系統(tǒng)，委托“全美高校-國家海洋實驗室管理系統(tǒng)” (簡稱為UNOLS，亦成為美國公用海洋考察船系統(tǒng))進行管理。為此，UNOLS還成立了深潛科學委員會(Deep Submergence Science Committee，DESSC)，負責對國家深潛裝備的運行進行咨詢和評估。以已經服役50年的ALVIN號載人深潛器為例，美國海軍和國家自然科學基金委(NSF)是ALVIN的擁有者，并一直持續(xù)資助其每四年一次的大修費用和升級改造費用。2014年ALVIN號在下潛了近5000次，取得了一系列人類歷史上重大科學發(fā)現(xiàn)之后，完成了一次重大改造升級，NSF資助了全部費用。NSF委托美國伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)運行和管理ALVIN號載人潛水器，并支持了很多深海科學研究項目，為其應用提供了經費。據統(tǒng)計，ALVIN號載人潛水器平均每年下潛200次，日常維護和人員經費均來自其服務的科研項目。

Jason ROV[10]是由美國WHOI在1986年開始設計建造的一款專門用于深?？茖W研究的6000m級遙控潛水器，由美國國家深潛設備中心負責管理、操作和維護。1988年，Jason ROV第一次下潛成功，并驗證了各項設計指標。1989年Jason ROV在地中海開展了第一次應用性試驗，而后，在太平洋、大西洋、印度洋的深海區(qū)域下潛總計253次4683h，其中最長一次達117h。Jason ROV于2001～2002年進行了升級改造，并命名為JasonⅡROV。改進后的JasonⅡROV下潛深度可達6500m，同時可以攜帶更多設備，提供更強動力。

美國在深海AUV研制方面比較有代表性的成果是WHOI研制的ABE和Sentry AUV[11]，以及全海深混合型潛水器Nereus HROV。WHOI在1992年研制成功大深度自治潛水器ABE。ABE載體是由三個艙體構成的框架結構，采用浮力艙與負載艙分離的設計思想，增加了載體的扶正力矩，使載體的運動更加穩(wěn)定，更加適應在復雜地形環(huán)境下作業(yè)。近期，WHOI又研制了Sentry AUV。Sentry在導航性能、航行速度、作業(yè)水深、水下航行時間方面都優(yōu)于ABE，其采用基于USBL/PHINS-INS/DVL的組合導航系統(tǒng)，最大航速為3節(jié)，最大作業(yè)水深為6000m，作業(yè)時間可達20h。20世紀初，美國WHOI開展了全海深Nereus混合型潛水器的研制。2009年5月31日Nereus成功下潛至馬里亞納海溝10902m水深處。2014年5月10日，Nereus在新西蘭東北的克馬德海溝9990m處失蹤，經科學家分析，認為是極端壓力造成浮力材料爆炸而引起的。美國深海AUV和混合型潛水器都是由WHOI負責研制，同時承擔潛水器后續(xù)使用和維護保障工作。

日本國家所有重大深潛裝備(如日本Shinkai 6500載人潛水器、無人深潛器ROV、無人自治潛水器AUV，包括地球號大洋鉆探船等等)都集中在海洋研究開發(fā)機構——日本海洋-地球科技研究中心(簡稱JAMSTEC)管理，基本采用美國的模式。JAMSTEC研制的“海溝號”ROV[12]，是世界上最早能夠下潛到11000m的ROV。1995年3月，“海溝號”在馬里亞納海溝成功下潛至10911.4m，成功拍攝到了海底沙蟲、蝦等生物；1996年2月，“海溝號”實現(xiàn)了世界上首次在10898m的海底采集沉積物的功能，并在沉積物中發(fā)現(xiàn)了許多微生物；1997年，“海溝號”最終配備在了日本的“KAIREI”號科考船上，之后在日本的深?？瓶蓟顒又邪l(fā)揮重要作用。2003年5月，在“海溝號”的第296次下潛任務中，本體于深海4675m處丟失。截至本體丟失，“海溝號”下潛至馬里亞納海溝的11000m海底超過20次，獲得了大量的深海科考數據。

JAMSTEC于2005年4月開始著手研制ABISMO 號ROV，并于2007年研制完成。該型ROV的設計方案總體上與“海溝號”相同，但尺寸上比“海溝號”要小。ABISMO號本體采用了履帶式爬行機構，這也是基于第一代丟失后總結經驗，設計的最新型11000m級ROV。2007年，ABISMO號完成首次海試，并成功下潛至小笠原海溝9760m，收集了大量的深海沉積物樣本；2008年6月，ABISMO在馬里亞納海溝成功下潛至10350m，在世界上首次實現(xiàn)了在超過10000m海域進行水和沉積物的多種取樣；2014年1月，ABISMO號在馬里亞納海溝7900m深度獲取到了水樣，在7496m處獲取到了沉積物。

表1 國內外主要大型深潛裝備運行管理情況匯總表

3 我國大型深潛裝備研發(fā)管理存在的主要問題

從國內外大型深潛裝備研發(fā)和運行管理現(xiàn)狀(見表1)來看，我國自主研發(fā)的深潛裝備在技術指標先進性方面與國際先進水平基本相當，但在運行管理和使用方面存在較大差距。從表1可以看出，美國和日本的大型深潛裝備技術水平處于國際領先水平，其運行管理模式基本相同，都由研發(fā)單位保留固定隊伍保障裝備的正常運行，年均下潛次數都超過50次，遠高于我國大型深潛裝備的年均下潛次數。

我國目前已有多臺套國家資助研發(fā)的深潛裝備基本達到了工程化、實用化水平，由于相應的制度不健全，課題驗收時無法明確未來這些裝備的管理、運行和使用要求。盡管一些運行管理單位積極地想辦法盡可能管好、用好這些裝備，比如中國大洋協(xié)會近兩年組織“蛟龍?zhí)枴毕群笤谥袊虾?、東北太平洋多金屬結核勘探合同區(qū)、西北太平洋富鈷結殼勘探合同區(qū)、西南印度洋多金屬硫化物勘探合同區(qū)開展了兩個航次、共計288天的試驗性應用航次工作，積極探索管理和應用的方法和經驗，但是由于頂層制度的缺失，造成管理不得力，致使很多困難和問題目前仍未得到解決。主要體現(xiàn)在：

(1)潛水器擁有者、管理者和使用者各方的權責不明確，使用管理機制不健全

目前的情況是：課題一旦驗收，這些裝備名義上為國家所有，但實際上歸屬課題承擔單位(或業(yè)主單位)委托管理，對其維護、使用并沒有嚴格清晰的規(guī)定、協(xié)議和承諾，多數研發(fā)裝備驗收后長期放在倉庫或展廳里。對形成的固定資產如何處置、日后對其能否進行升級改造、能否開展贏利性經營、收益歸屬如何分配、出現(xiàn)丟失損壞如何進行國家賠償等問題，國家尚沒有具體相關政策和規(guī)定的支持，也造成委托管理方及相關用戶在使用時存在種種顧慮。

此外，課題驗收后，在多數深潛裝備的使用上，國家較少給予后續(xù)的經費保障和穩(wěn)定支持，目前國內大型深潛裝備使用和管理均沒有固定的業(yè)務運行經費，僅有的項目支持在年度安排和經費量上存在較大的隨機性。由于大型深潛裝備的設計使用壽命較長(如蛟龍?zhí)栐O計壽命為30年)，同時需要定期的維護和部件更新，加上使用操作團隊的維持，費用較一般的小型設備高很多，因此擁有單位在真正使用裝備時面臨很大經費困難。

(2)由于尚處在起步階段，大型深潛裝備使用率低、任務不飽滿

以美國的ALVIN號載人潛水器為例，其1964年建成，經歷了10年才被海洋科學界廣泛接受，其后由于多項重大的科學發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在已經成為深?？茖W研究的常規(guī)手段，ALVIN號載人潛水器每年下潛超過100次。我國比美國起步晚了40年，雖然目前在裝備技術水平上趕了上來，但是在深?？茖W研究水平和人才隊伍能力等方面差距仍然較大，目前“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器年均下潛次數僅15次左右。國內注重深潛裝備的研發(fā)，但對深潛裝備的應用與升級改造支持力度相對較小，這種局面若不改變，已研發(fā)、可以使用的深潛裝備依舊會面臨無人用的局面，長此以往會造成惡性循環(huán)。一些深潛裝備(如早期6000m級CR-01等)由于應用較少，年久失修，面臨即將報廢的尷尬境地。

此外，國家現(xiàn)有大型深潛裝備均分散在不同的應用部門和研制單位管理，受部門條塊分割和種種原因限制和影響，缺乏機制保障，開放共享面臨諸多困難，這也是導致裝備使用率低、任務不飽滿的原因。

(3)由于深海環(huán)境及技術研發(fā)的特殊性，造成使用成本偏高

由于深海環(huán)境面臨超大壓力、海水酸化腐蝕、生物附著、密封及導航定位通信困難等特點，使得深?？茖W與技術研究本身具有高難度、高風險、高成本的特點。盡管技術上已經取得了很大進步，我國對重大深潛裝備使用、管理和維護的水平還很低，成本依然居高不下，在一定程度上會對后續(xù)使用產生很大的負面影響。比如，美國ALVIN號載人潛水器的單次下潛收費5萬美元，一個美國普通基金項目可以提供3～5個下潛機會。而到目前，“蛟龍?zhí)枴鄙形撮_展市場化和自由競爭運作，經費幾乎完全依賴國家投入，單次下潛成本達100余萬人民幣(包括支持母船運行、試驗團隊保障以及對潛水器本身測試、維護操作等費用)，造成普通科學研究的經費無法支撐。

4 對策及建議

(1)國家應制定自主研發(fā)大型深潛裝備使用管理相關政策措施

建立國家海洋工程裝備管理目錄，對國家投入研發(fā)的大型深潛裝備要開展適用性檢驗評估，對已實現(xiàn)工程化、實用化的深潛裝備納入目錄管理，同時在相關政策上明確大型深潛裝備國家擁有、委托管理、開放共享的基本原則?？萍疾?、發(fā)改委和財政部等相關部門應出臺具體管理辦法和細則，明確國家、委托管理部門或單位的責、權、利，指導其運營管理和使用，短期內采取國家補貼等形式予以相應的資金扶持。

(2)結合科技管理體制改革，強化頂層設計、統(tǒng)籌部署

解決使用效率低、任務不飽滿的問題：一是加大對深?？茖W探索研究的投入力度，鼓勵更多深?？蒲袡C構和研究團隊積極參與使用；二是轉變研發(fā)思路，借鑒國外研發(fā)模式(如ALVIN號載人潛水器)，通過對已有裝備不斷優(yōu)化設計、功能性能的改進升級來帶動深海技術研發(fā)；三是發(fā)揮深潛裝備作為海洋技術研發(fā)海上測試平臺的作用，鼓勵自主研發(fā)的深海傳感器、儀器設備、通用技術進行搭載試驗，加大其應用力度；四是建立國家應急響應和決策機制，對突發(fā)海洋災害、海上重大事故等應急情況，可采取有償征用等手段，確保在較短時間內快速形成國家應急保障能力。

(3)受委托管理部門或單位應建立完善日常維護、管理使用制度

在充分吸收國外先進經驗的基礎上，結合我國國情，建立一整套管理使用機制，培養(yǎng)鍛煉專業(yè)、穩(wěn)定的維護操作隊伍，建立完善服務支撐體系，提高操作使用和運行保障能力，降低使用成本。并通過加強宣傳、引導，采取開放、靈活的機制，在為國家深?？蒲刑峁┓罩蔚耐瑫r，積極鼓勵市場、企業(yè)多方參與投入，挖掘其經濟效益(包括在環(huán)境調查、工程建設、資源開發(fā)、軍事保障、應急救助、水下考古、水下觀光、科普教育產業(yè)等方面)，強化自身“造血”功能，走出一條由國家支持逐步向自負盈虧、市場化邁進的道路，在國家層面真正起到示范和引領作用。

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Problems and countermeasures of the management of China’s R&D on large deep-sea submersible vehicles

Qian Hongbao*， Yu Jiancheng**, Han Peng*， Jiang Wohan*， Li Yuhang*， Wang Feifei*， Guo Jingjie*

(*The Administrative Centre for China′s Agenda 21， Beijing 100038) (**Shenyang Institute of Automation (SIA), Chinese Academy of Sciences， Shenyang 110016)

The development process of China’s deep-sea submersible vehicles, of human occupied vehicles (HOV), remotely operated vehicles (ROV) and autonomous underwater vehicles (AUV) and so on, is systematially reviewed. The comparison with the normal operation of developed countries’ deep-sea submersible vehicles is conducted from the angle of ocean program management, and the existing problems and bottlenecks of China’s large deep-sea vehicle R&D in organization, operation, maintenance and management are emphatically analyzed. Furthermore, the countermeasures and suggestions on how to solve these problems are proposed in the respects of strengthening top-level design, improving coordination mechanism, adjusting technical route and so on. These suggestions could be helpful for organization and implementation of the deep-sea program of the 13th Five-Year plan.

deep-sea vehicles (DSV), project program, operation management, deep-sea application

10.3772/j.issn.1002-0470.2016.02.012

①科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研究專項(ZLY20115024)資助項目。

2015-12-31)

②男，1977年生，副研究員；研究方向：物理海洋，海洋科技管理；聯(lián)系人，E-mail: qhb@acca21.org.cn