中國深海潛水器大家族

徐小龍

千百年來，在廣袤的大海上，人類制造船舶航行到世界各地。從簡單的人力木槳到復雜的風帆，再到先進的蒸汽機、燃氣輪機，雖然船舶的動力系統(tǒng)得到全面升級，但船舶依然逃不脫狂風巨浪的威脅。深入大洋深海成為人類的夢想。

隨著科技的發(fā)展，潛入深海的裝備不再只是存在于文學幻想作品中，《海底兩萬里》中的“鸚鵡螺”號已成為現實中的載人潛水器，且廣泛應用在海洋環(huán)境科學考察、洋底礦產資源開發(fā)、極地深海運輸探測、海底打撈救援考古、深海商業(yè)觀光旅游等諸多領域?；诖?，馬里亞納海溝也不再是遙不可及的未知深淵。

我們中國的潛水器起步較晚，但是發(fā)展迅速，如今已經接近甚至達到國際先進水平。那深海潛水器是什么樣子呢？都有哪些特點？今天就讓我們一起認識一下我國深海潛水器大家族的“兄弟姐妹”吧！

載人潛水器（HOV）

具有水下觀察和作業(yè)能力的潛水裝置，主要用來執(zhí)行水下考察、海底勘探、海底開發(fā)和打撈、救生等任務，并可以作為潛水人員水下活動的作業(yè)基地。

“蛟龍”號

2012 年6 月，“蛟龍”號在太平洋馬里亞納海溝實現了7062 米的最大下潛深度，這標志著我國實現了載人潛水裝備從0 到1 的跨越，具有重要的劃時代意義。

“蛟龍”號是我國第一臺自行設計、自主集成研制的載人潛水器，長8.2 米，重22 噸。它的載人艙是一個密閉球體艙，直徑2.1 米，用鈦合金制造，強度大，比重小。艙內最重要的是生命支持系統(tǒng)，包括供氧系統(tǒng)和二氧化碳過濾系統(tǒng)，可供3 名科考隊員使用84 個小時。

“蛟龍”號的外殼采用復合材料制成，具有質量輕、導熱慢、強度高等優(yōu)點，可以很好地保護內部設備，幫助其獲得較大浮力，完成深?？瓶既蝿蘸罂裳杆偕细?。

“蛟龍”號前端有一個存放深海樣品的小平臺，這里一般會放置一個四方形的采樣籃和一個小水箱，用來存放采集的各種深海生物樣品和地質巖石樣品。機械臂可以像人的手臂一樣實現各種角度的抓握，用于完成一些精細動作，比如抓海參、海綿、海葵等深海生物。

“奮斗者”號

2020年11月10日8時12分，我國自主研發(fā)的萬米級載人潛水器——“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功坐底10909米，刷新了我國深?？瓶技o錄。至此，我國的潛水器可以抵達這個藍色星球大洋深處的每一個角落。

要知道潛入萬米深海是難上加難，巨大的深海壓力、無法實現電磁通信的海水環(huán)境、復雜的海底地形和未知的洋底生物，都會給潛水器帶來滅頂之災。面對深海的重重關卡，高4米、長10米、寬3米、重35噸的“奮斗者”號練就了一身本領。

“深海勇士”號

2017年10月，我國自主研發(fā)的第二臺載人潛水器——4500米級的“深海勇士”號在南海順利完成海上試驗，它是世界上唯一一臺可以開展常規(guī)化夜?jié)撟鳂I(yè)的載人潛水器。

2018年，“深海勇士”號開展了中國首次深?？脊殴ぷ?，創(chuàng)造了中國載人深潛作業(yè)新紀錄。

“深海勇士”號在“蛟龍”號的基礎上完成了全方位升級，比如“蛟龍”號為了省電，完全依靠浮力和重力實現上浮和下潛，而“深海勇士”號的電池可以加速上浮和下潛；“蛟龍”號只有3個觀察窗，而“深海勇士”號有5個，這大大拓寬了深潛員的視野，更有利于記錄海底地貌和采集海底樣品。

從“蛟龍”號的“自主集成研制”到“深海勇士”號的“自主研發(fā)”，看似幾個字的變化，其實對關鍵技術瓶頸的突破耗費了我國科研工作者十余年的時間。在此過程中，我國實現了載人艙、電池、高壓海水泵、推進器、浮力外殼、機械手臂、液壓系統(tǒng)、聲學通信等軟硬件核心技術的自主化，為深海載人潛水器“中國制造”開辟了新道路。

合金骨骼：“奮斗者”號的核心部件是載人艙，性能優(yōu)良的鈦合金作為原材料，加上特殊的焊接技術，制作成抗壓性能非常好的圓球形，對抗深海的壓力綽綽有余。

玻璃外衣：“奮斗者”號的外殼是“納米空心玻璃微球”，這種特殊的浮力材料，在混合了樹脂基材后，就像一件救生衣，幫助潛水器從萬米深海浮上水面。

變溫心臟：“奮斗者”號有一個能量十足的鋰電池心臟，電池外殼由密封箱包裹，運轉時會產生大量熱量。工程師給鋰電池之間的空隙里充滿了油，這樣就可以快速將熱量散發(fā)到箱外，保護電池正常運轉。

渾身眼睛：面對深海復雜的地形，“奮斗者”號渾身都是眼睛和嘴巴，有負責成像繪圖的測深側掃聲吶和前視成像聲吶，有負責躲避障礙的定位聲吶、多普勒聲吶和避碰聲吶，還有負責和母船聯(lián)絡的水聲通信機。

“海龍”系列

“海龍”系列分別是“海龍二號”“海龍11000”“海龍三號”?！昂｝埗枴焙汀昂｝埲枴钡耐庑蜗穹胶凶?，“海龍11000”的外形則像小巧的飛艇，但不管是什么樣的外形，它們都有一個長長的“臍帶纜繩”。這條纜繩將遠程遙控潛水器和母船連接在一起，科學家不僅可以通過纜繩遠程遙控潛水器的行動，也可以通過這條纜繩將深海影像傳輸到母船上。

“海龍三號”

“海龍三號”是我國研制的勘查作業(yè)型遠程遙控潛水器，設計的最大作業(yè)水深為6000米。2019年4月，在中國大洋科考第52航次中，“海龍三號”在西南印度洋洋中脊龍旂（qí）熱液口多次成功下潛，在海底最長連續(xù)工作6個小時。

“海龍二號”

“海龍二號”是我國自主研制的水下機器人，高約3.8米，長寬均約1.8米，最大能提取250千克的物品。2009年10月，在中國大洋科考第21航次中，“海龍二號”在東太平洋海隆海底發(fā)現熱液區(qū)罕見的巨大“黑煙囪”并取回約7千克樣品。

“海龍11000”

“海龍11000”是我國自主研制的萬米級深海遠程遙控潛水器，設計的最大工作深度為1.1萬米。2018年9月，在中國大洋科考第48航次中，“海龍11000”在西北太平洋海山區(qū)最大下潛深度達5630米，創(chuàng)造了我國深海遠程遙控潛水器的深潛紀錄。

機器人潛水器家族

遠程遙控潛水器（ROV）

一般需要遠程操控，絕大多數都由纜繩控制，就像有線遙控玩具一樣。

“海馬”號

“海馬”號是我國自主研制的首臺4500米級深海遠程遙控潛水器，是繼“蛟龍”號之后，我國深海高技術領域又一標志性成果。2015年3月，在中國大洋科考第36航次中，“海馬”號在我國南海海底首次發(fā)現了海底“冷泉”，那里有大量雙殼類生物、碳酸鹽結殼、菌席和氣體滲漏現象，該“冷泉”后被命名為“海馬冷泉”。

“海星6000”

“海星6000”是我國自主研制的首臺6000米級深海遠程遙控潛水器。2018年10月，在我國6000米級科考潛次中，“海星6000”連續(xù)工作3個小時，最大下潛深度突破6000米，打破我國深海遠程遙控潛水器的最大下潛深度紀錄，標志著我國有纜遙控水下機器人平臺和應用技術又邁上了新臺階。

“發(fā)現”號

“發(fā)現”號是4500米級的遠程遙控潛水器，它配備了溫度計、生物采集器、采泥箱等多種科考工具，超強的機械手能夠抓取300千克以上的樣品，堪稱“深海大力士”。2022年7月，“發(fā)現”號順利完成了第300個海洋科考潛次。

機器人潛水器家族

自主式潛水器（AUV）

有更強的自主性，不需要用纜繩進行操控，有點兒像可以獨立干活兒的掃地機器人。

“潛龍”系列

“潛龍”系列包括“潛龍一號”“潛龍二號”“潛龍三號”“潛龍四號”。“潛龍一號”和“潛龍四號”長得像魚雷；“潛龍二號”和“潛龍三號”的外形酷似小丑魚?！皾擙垺毕盗惺菗碛泻軓娮灾餍缘淖灾魇綕撍?，和遠程遙控潛水器不同的是，它們沒有長長的“臍帶纜繩”，完全可以根據規(guī)劃好的程序自動完成既定路徑任務，即使是遇到復雜的海底地形，它們也能順利通過。

“潛龍一號”

“潛龍一號”長4.6米，直徑0.8米，重1.5噸。作為我國首臺自主研制的無人無纜潛水器，最大設計下潛深度達到6000米。相較于“潛龍二號”和“潛龍三號”，“潛龍一號”更適宜在地勢較為平坦的深海海底工作。

“潛龍二號”

“潛龍二號”在“潛龍一號”的基礎上改變外形，更好地適應了海底洋中脊的復雜地形，可以自如地翻山越嶺，在機動性、避碰能力等方面均有提高。為我國海底多金屬硫化物調查和勘探提供了高效、精細、綜合的先進手段。

2015年，在中國大洋科考第40航次中，“潛龍一號”和“潛龍二號”首次投入應用。2020年2月，“潛龍二號”在大洋科考第58航次中，在近海底工作超過43個小時，最大潛深3109米。

“潛龍三號”

“潛龍三號”長3.5米，高1.5米，重1.5噸，無論是外形還是重量，都與“潛龍二號”非常相似，兩者可以說是“雙胞胎”。“潛龍三號”同樣是以在深海復雜的地形環(huán)境下進行資源勘查為主要應用方向，在“潛龍二號”的基礎上進行了優(yōu)化升級。

2018年4月，“潛龍三號”在南海北部陸坡東沙西南海域順利完成第一潛，拍了數千張水下1400米左右的海底照片。作為深海調查測量的利器，“潛龍三號”將船上科考人員從危險的工作中解放了出來。

“潛龍四號”

“潛龍四號”可以說與“潛龍一號”是“雙胞胎”，兩者外形相似，且都是6000米級的深海潛水器。2020年，“潛龍四號”和“潛龍一號”聯(lián)合完成了太平洋科考航次任務。

“探索”系列

“探索”系列包括“探索4500”“探索1000”，另外還有“探索100”。

“探索4500”

“探索4500”和“潛龍二號”外形相似，2018年研制成功，它的目標直指地球兩極。2021年7月，“探索4500”搭乘“雪龍2”號科考船參加我國第12次北極科考，克服了海冰快速移動和回收海域面積狹小等困難，在接近北極點的北緯85°附近完成了科考任務。這也是我國首次利用自主式潛水器在北極完成科考任務。

“悟空”號

“悟空”號的外形四四方方，上面畫有孫悟空的動畫形象。2021年，“悟空”號創(chuàng)造了7709米的亞洲深潛紀錄。2021年10月，“悟空”號在馬里亞納海溝完成了10009米、10888米、10872米、10896米共計4次超萬米的大深度下潛，打破了國際同型號潛水器2020年創(chuàng)造的10028米的世界紀錄。勇探“龍宮”的“悟空”號，揭開了深海的神秘面紗。

“探索1000”

“探索1000”和“潛龍一號”長得非常像，2019年，它參加了我國第36次南極科考，完成了南大洋海洋環(huán)境調查任務，在水下連續(xù)工作了35小時，獲得了海流、溫度、鹽度等大量水文探測數據，為極地冰蓋冰架下的科學研究提供了又一種重要手段。

另外還有“探索100”這位小兄弟，它就像縮小版的“探索1000”，主要應用于淺海水域的海洋環(huán)境和地質調查，曾多次應用到我國青藏高原湖泊的探測工作中。

水下直升機

水下直升機是我國具有完全自主知識產權的一種新概念自主式潛水器，之所以叫直升機，是因為它擁有自由起降、定點懸停、全周轉向和貼底航行等常規(guī)自主式潛水器難以實現的功能。2021年9月，水下直升機在南海完成海試驗收，下潛深度超過1000米。

機器人潛水器家族

自主遙控潛水器（ARV）

全能型潛水器，它綜合了前兩者的優(yōu)勢，技術更加先進，性能更加穩(wěn)定，非常適合在極端環(huán)境下開展工作。

“海斗”系列

“海斗”系列是全海深自主遙控潛水器，也就是說，地球上的所有海域它都可以下潛至洋底，即使是萬米深淵也不在話下。

“海斗”號

“海斗”號于2016年問世，它的外形有點兒像頭頂天線的“海綿寶寶”。它曾在3年時間里11次抵達萬米深淵，最大下潛深度達10905米，不但獲得我國首批全海深溫鹽數據和視頻影像，還實現了我國首次全海深高清視頻現場直播。

“海斗一號”

“海斗一號”則更厲害了，它的外形和“海斗”號完全不一樣，它更像一條大金魚，本領也多了不少?！昂６芬惶枴奔饶茉谘蟮状蠓秶灾餮埠教綔y，又能實現實時定點精細觀測，還能夠通過機械手采集樣品，也就是說它實現了ROV、AUV、ARV三種模式的潛水器的功能切換，更加適應不同海域的科考與探測需求。2020年，它打破了“海斗”號的下潛紀錄，潛入10907米的深海。2021年，它在10800米的深淵采集了海底樣品。

“北極”號

“北極”號曾先后兩次參加我國的北極科學考察，分別在2008年和2010年跟隨“雪龍”號科考船參加了我國第3次和第4次北極科考，在北緯84°和86°開展冰下海洋調查，創(chuàng)造了我國水下機器人在高緯度作業(yè)的紀錄。

“問海1號”

“問海1號”是6000米級的自主遙控潛水器，紅白相間的魚一樣的外形，乍一看還以為是“蛟龍”號的縮小版?！皢柡?號”雖然不是全海深級別，但“麻雀雖小，五臟俱全”，它也擁有“海斗一號”一樣的多工作模式，能夠高效地完成深?？瓶既蝿眨沼诤Ｑ蟓h(huán)境調查、生物多樣性調查和礦產資源調查等科考工作。

“思源”號

“思源”號是新一代全海深自主遙控潛水器，2021年，它在西太平洋順利完成深海試驗，最大下潛深度8072米，在海底的工作時間最長超過8小時。

機器人潛水器家族

自主水下滑翔機（AUG）

自主水下滑翔機是一種將傳統(tǒng)浮標技術和水下機器人技術結合起來的新概念水下機器人。與其他潛水器最大的不同就是，自主水下滑翔機沒有螺旋槳推進器，而是安裝了類似魚鰾的油囊，通過改變油囊體積的大小，實現自主水下滑翔機的下潛和上浮。

“海翼”系列

“海翼”系列的水下滑翔機，總共有三種型號，分別是“海翼300”“海翼1000”“海翼7000”，以此應對淺海、深海的勘查。

“海翼1000”

“海翼1000”設計的最大下潛深度是1000米，可連續(xù)工作3個月。2017年10月，“海翼1000”在南海北部無故障連續(xù)工作91天，創(chuàng)下了我國水下滑翔機連續(xù)工作時間最長紀錄，讓中國成為繼美國之后第二個具有跨季度自主移動海洋觀測能力的國家。

“海翼7000”

“海翼7000”主要是針對深淵海域的垂直剖面連續(xù)觀測需求研制的，設計的下潛最大深度是7000米。2016年7月，“海翼7000”前往馬里亞納海溝開展海上試驗，下潛深度達到5751米，創(chuàng)造了我國水下滑翔機下潛深度最深紀錄。2017年3月，“海翼7000”在第三次深海科考中最大下潛深度達到6329米。

“海燕”系列

“海燕”系列是一種將浮力和螺旋槳推動力結合在一起的水下滑翔機，從2002年至今，“海燕”系列不斷發(fā)展突破，在海洋觀測和探測領域大顯身手。

“海燕1500”

“海燕1500”長1.8米，直徑0.3米，重約70千克，設計最大工作深度1500米，最大航程1000千米，可持續(xù)不間斷工作30天左右，具備獨立在水下全天候工作的能力。在不斷的發(fā)展中，“海燕”系列不斷刷新著下潛深度，2020年，2臺萬米級“海燕－X”水下滑翔機甚至突破了萬米的下潛紀錄。

1000米、4000米、10000米……深海潛水器的發(fā)展讓我們人類不斷突破著下潛深度，它作為深海探測的重要一環(huán)，讓我們更加全面地了解海洋，了解地球。說不定將來的某一天，我們能從這些潛水器收集的數據中，了解生命誕生的奧秘。