中国无人深潜器，再揭万米深海神秘面纱

　　马里亚纳海沟（Mariana Trench，Marianas Trench）位于菲律宾东北、马里亚纳群岛附近的太平洋底部。海沟的“挑战者深渊”部分约有11000米深，是已知的世界海洋最深处。就算把世界上最高的山峰珠穆朗玛峰扔进“挑战者深渊”，都会被全部淹没。

　　深海环境非常恶劣，黑暗、水压高、温度低等条件给科研工作带来了很大困难。但是，就在几天前，中国的科学家们在这一科学领域实现了新的突破。

　　在10月份刚刚结束的马里亚纳海沟深渊科学考察中，中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器，在国际上首次实现了对“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测。

　　海斗一号（图片来源：中国科学院沈阳自动化研究所）

　　“海斗一号”是什么？

　　深海潜水器是研究海斗深渊（Hadal Trench，水深范围从6000米到11000米左右的海域）不可或缺的装备。

　　深海潜水器主要分为载人潜水器（HOV）和无人潜水器（UUV）。其中，无人潜水器我们也可以叫它“水下机器人”，分为三类：一类是遥控潜水器（ROV），一类是自主潜水器（AUV），最后一类是混合式潜水器。

　　无人潜水器分类图（作者自制）

　　咱们的“海斗一号”，就是一种先进的混合式潜水器。

　　作为一个全海深自主遥控潜水器（ARV），既可以作为自主潜水器（AUV）使用，进行较大范围的水下调查；也可以作为遥控潜水器（ROV）使用，进行局部区域的精确调查和水下轻作业。

　　海斗一号布放图（图片来源：中国科学院沈阳自动化研究所）

　　遥控潜水器(ROV)身后拖着一条长长的尾巴，这是一根长电缆，既是电源线又是连接线，能源和信号都通过这根电缆传送。操作者通过这根电缆对潜水器进行遥控操作。

　　日本“海沟号”遥控式潜水器（来源：参考文献）

　　自主潜水器AUV没有“尾巴”，它的电池直接安装在潜水器体内，其任务执行过程是由计算机控制的，潜水器按照程序自主地完成任务。

　　我国首台自主潜水器“探索者”号（来源：参考文献）

　　海斗一号是全海深自主遥控潜水器（ARV），它兼顾了遥控潜水器和自主潜水器二者的优点。

　　与自主潜水器（AUV）相比，海斗一号不仅实现了实时数据交互，还可以完成水下轻作业，提升机器人的作业能力。与遥控潜水器（ROV）相比，海斗一号可携带长距离光纤微缆，不仅扩大了水下作业范围，降低了对支持母船的要求，也减少了水面支持系统的体积和重量。

　　潜水器的发展历程

　　对人类而言海洋是神秘未知的领域，世界各国对它的探索从未停止过。潜水器发展的历史有60余年，经历了从载人到无人，从遥控到自主的主要阶段。

　　加拿大国际潜水器工程公司（ISE）总裁麦克·法兰将水下机器人的发展历史分为四个阶段，并将前三个阶段称为三次革命：

　　第一次革命在20世纪60年代，以载人潜水器为标志；

　　第二次革命为70年代，以遥控潜水器ROV的迅速发展成为一个成熟的产业为特征；

　　第三次革命在20世纪90年代，以自主潜水器AUV的发展和走向成熟为标志。现在则是混合型水下机器人的时代。

　　主要深海自主无人潜水器发展历程（来源:参考文献3）

　　1957年，美国华盛顿大学应用物理实验室开发了第一台自主无人潜水器，但由于技术原因，自主无人潜水器在60～90年代进展缓慢。

　　90年代，人工智能和致密能源等高新技术更新，推动深海自主无人潜水器进入快速发展时期。美国、英国、日本、加拿大、俄罗斯、法国等海洋强国不断加快研究，自主无人潜水器的探测深度从百米级发展到千米级再到万米级。除了军用潜水器外，商业化深海自主无人潜水器不断涌现。

　　主要深海遥控潜水器发展历程（来源:参考文献3）

　　远程遥控潜水器是最早得到开发和应用的潜水器种类。

　　1953年，美国设计了最早的一款远程遥控潜水器；1961年，美国军方研制成610米级的潜水器，属于第一艘具有实质性突破的远程遥控潜水器系统，因1966年在西班牙外海打捞起一枚坠海氢弹而轰动世界。

　　20世纪70～80年代，远程遥控潜水器开始被投入商业应用，其技术日臻成熟。在海洋研究、近海油气开发、矿物资源调查取样、水下打捞以及探雷、猎雷、灭雷等方面都获得了广泛的应用。

　　1995年，日本一公司研制成功世界上第一台全海深远程遥控潜水器KAIKO11000。

　　在深海远程遥控潜水器装备和技术领域，美国、加拿大、英国、法国、德国和日本等国家处于领先地位，均有6000米级深海远程遥控潜水器用于海洋科学研究；而在商用远程遥控潜水器方面，美国和欧洲国家占据了绝大部分市场。

　　混合式水下机器人是近十几年来发展起来新型潜水器，由于结合了遥控潜水器和自主潜水器的优势，其潜在的应用前景更加广泛。

　　国外最具代表性的混合式水下机器人是美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）研制的“海神”号（Nereus HROV）。其最大工作水深为11000米，主要用于地球、生命等科学探索。

　　2009年5月31日，“海神”号成功下潜至马里亚纳海沟10902米水深处，是史上第一个抵达深海最深处的自动工具。然而，2014年5月10日，“海神”号在新西兰东北的克马德克海沟9990米深度处丢失。

　　“海神”号潜水器（来源：参考文献2）

　　“海斗一号”到底有多厉害？

　　中国的潜水器研究起步较晚。1983年我国研制的第一台200米级远程遥控潜水器原理样机“海人一号”，实现了零的突破。20世纪90年代，我国研制成功600米级远程遥控潜水器和第一台1000米级探索者自主无人潜水器。

　　最近十年，我国深海潜水器技术取得长足进步，先后研制成功“海星”系列、“海龙”系列、“潜龙”系列和“探索”系列等深海潜水器。

　　目前国内多家机构致力于研究先进的自主/遥控深海潜水器，包括中科院沈阳自动化所、中国船舶科学研究中心和上海交通大学等单位。

　　在过去的十年中，我国深海潜水器多次在深渊、极地开展试验应用，在人类难以到达的区域进行调查及作业，帮助科学家探索海洋深处地球生命的起源、北极海冰变化及其影响等重大科学问题。

　　“海斗一号”的前身“海斗”号ARV是针对深渊科考需求研制的全海深（11000米）ARV关键技术验证平台。2016年～2018年的3年中，“海斗”号ARV三次赴马里亚纳海沟挑战者深渊执行航次科考应用任务，共计完成11次万米下潜。

　　在2018年深渊航次中，“海斗”号成功实现了万米海底着底，在深渊海底累计工作近6小时，对挑战者深渊局部区域地形与深度进行了精确测量。

　　在“海斗”号研制和应用的基础上，我国成功研制首台作业型全海深自主遥控水下机器人“海斗一号”。

　　2020年5月，“海斗一号”在马里亚纳海沟完成首次万米海试与试验性应用，其携带的机械手完成了触发采水、沉积物取样、布放标志物等作业，实现了ARV全海深探测与作业。

　　在刚刚结束的2021年10月应用中，“海斗一号”在马里亚纳海沟超10800米深度的深渊海区，成功实现多次万米下潜及科考应用，取得了全海深无人潜水器连续、稳定、可靠科考应用的重大突破。

　　在AUV模式下，“海斗一号”打破了多项无人潜水器的世界纪录，包括：最大下潜深度达到了10908米；海底连续作业时间超过8小时；近海底航行距离超过了14公里；首次实现了AUV潜水器万米坐底并连续拍摄高清视频影像。

　　海斗一号采集沉积样品（图片来源：中国科学院沈阳自动化研究所）

　　在ARV模式下，“海斗一号”在万米海底连续工作超过10小时，达到了国际先进水平，创造了我国潜水器万米海底最长工作时间的纪录，并实现了万米海底定点实时高清精细观测。

　　海斗一号高清拍摄海洋生物（图片来源：中国科学院沈阳自动化研究所）

　　“海斗一号”的成功应用，表明我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考应用的新阶段，填补了国际空白，未来，我们拭目以待！

　　参考文献：

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　　2.徐伟哲,张庆勇.全海深潜水器的技术现状和发展综述[J].中国造船,2016,57(02):206-221.

　　3.曹俊,胡震,刘涛,苏晓云,马利斌,侯德永.深海潜水器装备体系现状及发展分析[J].中国造船,2020,61(01):204-218.

　　4.崔维成,姜哲,王芳,李维,宋长会,宋婷婷,沙金余.2020年深海潜水器热点回眸[J].科技导报,2021,39(01):126-136.

　　5.李一平.自主/遥控水下机器人研究与应用[J].现代物理知识,2021,33(01):19-23.