载人潜水器——面向深海科考和海洋资源开发利用的“国之重器”

作者: 杨波, 刘烨瑶

来源: 中国科学院院刊

发布日期: 2021-06-26

本文介绍了我国载人潜水器从“蛟龙”号、“深海勇士”号到“奋斗者”号的发展历程,以及载人潜水器在深海科考和海洋资源开发利用中的重要作用。文章详细阐述了载人潜水器的技术发展、工作性能和关键技术,并提出了我国载人潜水器未来发展的建议。

海洋是人类生命的起源,其蕴含的丰富资源是支持人类持续发展的宝贵财富,开发和利用海洋资源成为各国发展的必然趋势。深海区域是探索生命起源和地球演化等重大科学问题的必由之路。尽管人类已经实现遨游太空,但对近在咫尺的海洋却知之甚少。一方面由于深海环境具有无光、高压、水温低、地形复杂等特殊属性,另一方面则因缺乏进行深海科考和海洋资源开发利用的有效作业工具——载人潜水器。

从1964年“阿尔文”号载人潜水器(美国)研制以来,全球发达国家开始致力于载人潜水器的研究,目前已经取得了重大成果。我国对载人潜水器的研究虽然起步较晚,但近年来所取得的突破和成就却举世瞩目。在长期遭遇技术封锁的情况下,我国先后开展“蛟龙”号、“深海勇士”号到如今的“奋斗者”号载人潜水器的研制,使得我国载人深潜技术逐步达到了世界一流水平。

深海运载器是可以方便携带各种声呐设备、机械采集装置、潜航员及科学家,并且能够快速、准确地到达各种深海环境进行精确科考和科学研究的装备平台。深海运载器主要分为载人型潜水器(HOV)和无人型潜水器(UUV)2个大类;其中,无人型潜水器又可分为遥控式水下航行器(ROV)、自主式水下航行器(AUV)和最新出现的混合型遥控潜水器(ARV/HROV),以及无动力潜水器等多种类型。

世界上第一艘载人型深海潜水器——“曲斯特I”号于1960年研制成功,在挑战者深渊下潜最大深度达到10916m,成为世界下潜最深的载人潜水器。尽管已经取得了令人瞩目的成就,但该潜水器的排水量超过50t,体积过于庞大,建造和运输都极其不便;再者,受当时技术条件的限制,该潜水器并没有水下航行和作业的能力。因此,除了打破人类下潜纪录及用于探险之外,该潜水器在科学研究领域并没有得到实际应用。

我国于20世纪80年代就开展了载人潜水器的相关研究工作,并于1986年研制成功了首艘载人潜水器——“7103”救生艇。该救生艇的研制成功,填补了我国深潜技术的空白,是一项重大的科研成果。该潜水器长15m,重35t,下潜深度300m,航速4节,是当时我国最先进的救援型载人潜水器。

2012年6月,“蛟龙”号在马里亚纳海沟创造了7062m的中国载人深潜纪录,也打破了现代载人潜水器——日本“深海6500”号保持了长达23年的作业型深海载人潜水器的世界下潜纪录。2013年起,“蛟龙”号正式进入试验性应用阶段,取得了举世瞩目的成果。

2020年11月10日,“奋斗者”号成功下潜10909m,创造了我国载人深潜的新纪录,这标志着我国在大深度载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”号配备有高清摄像机及水下电动观测云台、高分辨率测深侧扫声呐、组合导航系统、高速水声通信系统和作业机械手,采用了安全稳定、动力强劲的能源系统,拥有先进的控制系统和定位系统,以及耐压的载人球舱和固体浮力材料。

现代载人潜水器都配备了完善且充足的动力和便携的操作系统,推进器可实现潜水器在水下自由航行;驾驶员可根据事先给定的坐标,驾驶潜水器到达预定目标进行科考作业。可携带大量的采样装置进入深海环境进行作业取样,配备机械手的灵活操作可实现在万米海底的实时采样与装置的回收。

2016年,自全海深载人潜水器立项以来,研发团队经过艰苦攻关,在多个核心部件领域实现了多项重大技术突破,核心部件国产化率超过96.5%。助力“奋斗者”号成功坐底马里亚纳海沟,深度超过10909m,创造了我国载人深潜的新纪录。

建设世界强国,必然要建立海洋强国。海洋不仅是生命的摇篮,也是丰富资源的宝库、水上交通运输的命脉、强国战略的要地。我国18000km的大陆海岸线、14000km的岛屿岸线,勾勒出我国辽阔的海疆。党的十八大报告中提出了“建设海洋强国”的战略目标,这是中华民族发展史上首次提出面向海洋开发利用的宏伟目标。

充分发挥好已有的3个载人潜水器的优势,制定整体性和系统性的规划,按照不同深度、由近海到远海的分层管理,形成多元化的管理机制。推动潜水器向全海深谱系化、功能化方向发展,可以根据不同的任务和目的,分时间、分阶段选用不同下潜深度的潜水器,为海底丰富的资源、海洋地质和深海生物基因资源调查,以及科学研究、水下工程、打捞救援和深海考古等提供支持。

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