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(xué)研究中心 深海載人裝備全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214082；2.深海技術(shù)科學(xué)太湖實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214082；3.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

引言

載人潛水器經(jīng)過70 多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了集海洋科考、資源調(diào)查、水下作業(yè)、影視文娛和觀光旅游等第三產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)，積累了豐富的海上運(yùn)維保障的經(jīng)驗(yàn)。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(yùn)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(yùn)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(shù)協(xié)會統(tǒng)計(jì)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(yùn)維安全得到廣泛關(guān)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(jìn)行歸納對比，梳理總結(jié)了各種模式的技術(shù)特點(diǎn)，為我國載人潛水器的發(fā)展和深遠(yuǎn)海保障的建設(shè)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(yùn)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(jìn)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(jì)70 年代起，針對排水量和主尺度較小的載人潛水器，美國設(shè)計(jì)建造了布放回收和運(yùn)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(yīng)用，1973 年在“Deep View”號載人潛水器上進(jìn)行應(yīng)用。另外，美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）下屬夏威夷海底實(shí)驗(yàn)室（HURL）的兩型2000米級“Pisces IV”號和“Pisces V”號載人潛水器也應(yīng)用了該布放回收和運(yùn)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(yùn)輸平臺專利，如下圖2 所示，建造并應(yīng)用到了該公司所運(yùn)營載人潛水器潛器的海上運(yùn)輸、布放和回收上[2]。

圖2 布放回收和運(yùn)輸平臺

半潛平臺布放回收模式的主要技術(shù)特點(diǎn)在于半潛平臺配有壓載和吹除系統(tǒng)，可以通過壓載調(diào)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(nèi)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(dǎo)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(shè)有與潛艇對接的平臺，對接平臺兩側(cè)均有艙口蓋，布放前艇內(nèi)人員通過對接平臺進(jìn)入潛器，操縱機(jī)構(gòu)實(shí)施解脫，完成布放。

美國海軍若干潛艇頂部設(shè)計(jì)了干甲板掩藏艙安裝平臺，能夠在12 小時(shí)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(shè)有干濕轉(zhuǎn)換艙，蛙人通過干濕轉(zhuǎn)換艙從潛艇進(jìn)出，尾部可容納一艘濕式蛙人運(yùn)載器（Swimmer Delivery Vehicle，SDV）。潛艇濕搭載蛙人運(yùn)載器水下運(yùn)輸?shù)街付êＳ蚝?，蛙人濕式駕駛運(yùn)載器駛離，完成蛙人運(yùn)載器布放，繼而執(zhí)行任務(wù)[4]。

另外，美國海軍為降低海軍特戰(zhàn)部隊(duì)從潛艇運(yùn)送到海岸時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，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(yùn)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(yùn)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(shè)于潛艇腹部，小型特種潛艇從底部與母艇進(jìn)行對接完成布放回收。

濕搭載布放回收模式主要應(yīng)用場景是潛艇等大型運(yùn)載平臺搭載的深潛救生艇、蛙人運(yùn)載器和小型特種潛艇等開展水下隱蔽運(yùn)輸。濕搭載布放回收模式的關(guān)鍵技術(shù)在于水下對接技術(shù)和干濕轉(zhuǎn)換技術(shù)，其主要技術(shù)特點(diǎn)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(shí)施水下對接，完成人員交換和物資補(bǔ)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(jī)、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(jì)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?，F(xiàn)今，國內(nèi)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(yīng)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?qū)崿F(xiàn)5 級海況布放回收作業(yè)。該模式的關(guān)鍵技術(shù)在于緩沖對接保護(hù)技術(shù)和波浪補(bǔ)償技術(shù)[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(gè)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⒊鏊查g減少水平方向搖擺。該模式的優(yōu)點(diǎn)在于A架吊放回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jì)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(jì)70 年代，“Deep Quest”號載人潛水器（排水量52t）使用了專門設(shè)計(jì)的“Transquest”號水面船，該水面船設(shè)有4 個(gè)壓載水艙，可以調(diào)整一定的吃水，尾部為大開口，尺寸為長19.8m、寬7.6m，設(shè)計(jì)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(yùn)輸時(shí)，潛器搭干式載于升降平臺，到達(dá)作業(yè)海域后，在載人潛水器艏部和兩側(cè)系固3 根牽引纜，布放時(shí)水面船維持足夠的干舷，艏部的絞車?yán)|繩系固于潛水器艏部，升降平臺下降入水時(shí)，潛水器脫離水面船；回收作業(yè)時(shí)，液壓驅(qū)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(jìn)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?！癝ea Cliff”號、“Turtle”號、“Mystic”號和“Avalon”號等載人潛水器也通過該船上實(shí)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(jìn)行了布放回收，該船舯部設(shè)有月池，月池上方設(shè)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(shí)需要深潛救生艇水下對接到布放回收基座上，進(jìn)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)在于船體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和升降平臺收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要技術(shù)特點(diǎn)是水面保障母船通常舯部設(shè)有月池或艉部設(shè)有大開口，在月池和大開口區(qū)域兩側(cè)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(jìn)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(yīng)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(bǔ)給、檢測維修、設(shè)備與模塊更換等海上保障內(nèi)容，可以在單個(gè)航次中開展多個(gè)潛次任務(wù)。

2 結(jié)語

伴隨著載人潛水器新材料、新技術(shù)的應(yīng)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(shí)間水下逗留和遠(yuǎn)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(diǎn)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(jī)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(yùn)維的重要基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)載人潛水器的快速就位、精準(zhǔn)布放和安全回收的根本保障，是提高效費(fèi)比和使命任務(wù)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(jìn)一步增大，各類布放回收模式將迎來新的發(fā)展。