連 璉，馬廈飛，陶 軍

（1. 上海交通大學(xué)海洋研究院，上海 200030；2. 上海交大?？?集團(tuán))有限公司，上海 200231；3. 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510075）

0 引 言

深海潛水器技術(shù)與裝備作為海洋探查和資源開發(fā)利用不可或缺的手段，同時(shí)也是制約“開拓深海和大洋”的瓶頸，在一定程度上標(biāo)志著國家海洋資源勘探開發(fā)甚至海洋權(quán)益維護(hù)能力和科技水平。發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)不僅對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展以及國家軍事安全有極為重大的意義，還對(duì)未來的海洋空間利用、海洋旅游業(yè)、深海打撈、救生等有著不可估量的價(jià)值和戰(zhàn)略意義。與世界先進(jìn)國家相比，目前我國的海洋裝備技術(shù)水平還存在著一定的差距，尤其是面向深海的裝備技術(shù)水平差距較大，諸多關(guān)鍵技術(shù)仍為少數(shù)發(fā)達(dá)國家所壟斷，嚴(yán)重制約了我國參與國際海洋競(jìng)爭(zhēng)的能力。為此，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》在重點(diǎn)任務(wù)中提出“重點(diǎn)支持深（遠(yuǎn)）海環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源勘查技術(shù)與裝備，深海運(yùn)載和作業(yè)技術(shù)與裝備成果的應(yīng)用”，國家863計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域于2008年年底啟動(dòng)了重點(diǎn)項(xiàng)目“4500米級(jí)深海作業(yè)系統(tǒng)”，其主要裝備成果是4500m無人遙控潛水器（Remotely Operated Vehicle，ROV）。2009年，科技部、國家海洋局聯(lián)合發(fā)布了《國家深海高技術(shù)發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃（2009～2020）》，深海潛水器技術(shù)與裝備作為重大項(xiàng)目列入其中，“4500米級(jí)深海作業(yè)系統(tǒng)”重點(diǎn)項(xiàng)目作為該重大項(xiàng)目的主要任務(wù)之一，與 4500m載人潛水器（Human Occupied Vehicle，HOV）、4500m自治式潛水器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）共同構(gòu)成4500m水深級(jí)的裝備體系，形成我國4500m水深級(jí)的綜合探查和作業(yè)能力。

1 “海馬”號(hào)作業(yè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

4500米級(jí)深海作業(yè)系統(tǒng)的主要裝備成果是“海馬”號(hào)4500m無人遙控潛水器（ROV）。ROV為無人、有纜系統(tǒng)，不同于載人潛水器，它通過臍帶纜與水面母船連接，臍帶纜擔(dān)負(fù)著傳輸能源和信息的使命，母船上的操作人員可以通過安裝在ROV上的攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀察到海底狀況，并通過臍帶纜遙控操縱ROV及其機(jī)械手、配套的作業(yè)工具，從而實(shí)現(xiàn)水下作業(yè)。由于是無人有纜系統(tǒng)，ROV具有作業(yè)能力強(qiáng)、作業(yè)時(shí)間不受能源限制、無人員風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因而成為水下作業(yè)、尤其是深海作業(yè)不可缺少的裝備。

“海馬”號(hào)4500m ROV 裝備有水下攝像／照相系統(tǒng)、聲納、作業(yè)工具、多功能機(jī)械手，并有可更換的、不同功能的水下作業(yè)底盤，除了具有水下攝像／照相、定位和取樣等功能外，還具有輔助海底觀測(cè)網(wǎng)布放維護(hù)的功能?！昂ｑR”號(hào)是我國首臺(tái)套國產(chǎn)化率達(dá)到90%的深海ROV系統(tǒng)，也是目前我國自主研制的工作水深和系統(tǒng)規(guī)模最大的ROV系統(tǒng)。

“海馬”號(hào)作業(yè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成（見圖1）：① 作業(yè)母船（海洋六號(hào)船）；②、③ “海馬”號(hào)ROV水面控制系統(tǒng)；④ 甲板吊放回收系統(tǒng)，包括移動(dòng)絞車、臍帶纜和升沉補(bǔ)償裝置；⑤ A形架和止蕩器；⑥ “海馬”號(hào)ROV本體；⑦ 水下作業(yè)工具系列；⑧ 深海水下升降裝置。

“海馬”號(hào)ROV本體的基本構(gòu)成如圖2所示，基本配置如表1所示。

圖1 “海馬”號(hào)作業(yè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成

圖2 “海馬”號(hào)ROV本體的基本構(gòu)成

表1 “海馬”號(hào)ROV本體主要配置

1.2 “海馬”號(hào)研發(fā)及海試情況

為加強(qiáng)裝備開發(fā)的實(shí)用性，科技部創(chuàng)新了項(xiàng)目管理模式，實(shí)行業(yè)主制管理機(jī)制，由國土資源部作為項(xiàng)目組織實(shí)施部門，其所屬的廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局作為業(yè)主單位牽頭，上海交通大學(xué)作為項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)單位，聯(lián)合浙江大學(xué)、青島海洋化工研究院、同濟(jì)大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)等國內(nèi)業(yè)界優(yōu)勢(shì)研發(fā)力量，組成了優(yōu)秀的協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)開展研發(fā)工作。經(jīng)過6a的不懈努力，突破了核心技術(shù)受控國外、國內(nèi)技術(shù)產(chǎn)業(yè)配套能力弱等不利因素，堅(jiān)持潛心攻關(guān)、勇于探索、敢于創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì)精神，全面掌握了大深度無人遙控潛水器設(shè)計(jì)和研制、系統(tǒng)集成和聯(lián)調(diào)、深海無人遙控潛水器控制和監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程高壓電力傳輸與分配、長距離信息傳輸、在線絕緣檢測(cè)、大深度水下液壓動(dòng)力源、推進(jìn)與控制、大深度浮力材料制造、多功能作業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)制造、大負(fù)荷升沉補(bǔ)償和大深度潛水器考核試驗(yàn)等多項(xiàng)核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目總體目標(biāo)，使“海馬”號(hào)ROV整套裝備的國產(chǎn)化率達(dá)到90%，為我國無人遙控潛水器的國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化奠定了堅(jiān)定基礎(chǔ)。

按照863計(jì)劃海上試驗(yàn)有關(guān)規(guī)定和要求，“海馬”號(hào)ROV研發(fā)之初就明確研發(fā)完成的裝備不再按照以往科研項(xiàng)目以試驗(yàn)樣機(jī)或原理樣機(jī)為驗(yàn)收目標(biāo)，而是在研發(fā)成果交付使用之前，整體研發(fā)系統(tǒng)必須經(jīng)過一系列嚴(yán)格的海上試驗(yàn)。為此，依托中國地質(zhì)調(diào)查局海洋六號(hào)調(diào)查船，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在2014年2月和3月期間安排兩個(gè)海上考核試驗(yàn)航段、4月安排一個(gè)海試驗(yàn)收航段，圓滿完成了“海馬”號(hào)ROV所有91個(gè)技術(shù)考核項(xiàng)目的海上試驗(yàn)和驗(yàn)證，先后完成了17次海上試驗(yàn)下潛任務(wù)，3次到達(dá)南海中央海盆最深處4502m水深的海底進(jìn)行作業(yè)試驗(yàn)。

按照海試大綱要求，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局于4月15～22日安排“海馬”號(hào)ROV搭載海洋六號(hào)進(jìn)行海上驗(yàn)收試驗(yàn)。4月17日，海洋六號(hào)航行到達(dá)“海馬”號(hào)ROV進(jìn)行海上試驗(yàn)的地點(diǎn)，距離廣州市623n mile，水深4502m，這里地處南海中央海盆盆地，之前廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局已對(duì)該區(qū)域開展了多波束海底測(cè)量，覆蓋面積100(km)2，平均水深4490m左右。按照項(xiàng)目合同書要求，符合“海馬”號(hào)ROV海上試驗(yàn)的水深要求。這次試驗(yàn)的主要任務(wù)是在4500m深海區(qū)對(duì)“海馬”號(hào)ROV與升降裝置進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)試驗(yàn)，重點(diǎn)檢驗(yàn)“海馬”號(hào)ROV 與升降裝置的最大作業(yè)水深，以及ROV在4500m水深下的定向、定高、定深航行能力，高精度水聲定位能力、觀測(cè)、通訊能力、海底作業(yè)能力、浮力材料性能等。

按照海試大綱，首先將搭載著海底取樣器、海底熱流探針、擴(kuò)展纜模擬纜鼓和永久標(biāo)志物等各項(xiàng)設(shè)備的升降裝置，通過船上的塔吊提前布放到測(cè)試的海底。升降裝置下潛到4502m海底。

4月18日，“海馬”號(hào)ROV第16次下潛，到達(dá)海底后按照水下定位給出的定位指示，依次進(jìn)行了定向、定高、定深航行測(cè)試。通過聲納和水下攝像機(jī)尋找并靠近已布放于海底的升降裝置后“海馬”號(hào)ROV坐底。操作“海馬”號(hào)ROV上的7功能機(jī)械手穿插進(jìn)行以下作業(yè)：1) 從采樣籃上取出熱流探針并兩次插到海底進(jìn)行探測(cè)，作業(yè)完成后回收至采樣籃；2) 從采樣籃上取出海底地震儀進(jìn)行海底布放，并回收海底地震儀至升降裝置；3) 從采樣籃上取出海底沉積物取樣器在海底進(jìn)行取樣后并回收到采樣籃中；4) 從升降裝置上取出永久性標(biāo)志物并布放到海底；5) 從升降裝置上將模擬的“黑匣子”裝置取回至采樣籃。操作“海馬”號(hào)ROV上的5功能機(jī)械手進(jìn)行了模擬的纜鼓布放作業(yè)。作業(yè)任務(wù)完成后又對(duì)“海馬”號(hào)ROV進(jìn)行了定高和定深測(cè)試，開展了海底攝像等作業(yè)，所有測(cè)試工作均正常。

試驗(yàn)完成了“海馬”號(hào)ROV聯(lián)合作業(yè)試驗(yàn)任務(wù)，下潛最大水深4502m，在海底進(jìn)行了大量的機(jī)械手作業(yè)，取得了沉積物樣品，獲得了測(cè)試點(diǎn)的海底地?zé)釘?shù)據(jù)?！昂ｑR”號(hào)ROV 返回甲板后經(jīng)潛后檢查表明：1) 浮力材料性能良好；2) 深度計(jì)、高度計(jì)、羅盤、聲吶、水下定位系統(tǒng)、溫鹽深測(cè)量系統(tǒng)及各耐壓結(jié)構(gòu)完好，功能正常；3) 水下控制系統(tǒng)、“海馬”號(hào)ROV控制軟件、水面集中控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)正常；4) 母船支持系統(tǒng)、升沉補(bǔ)償裝置工作正常。海試結(jié)果表明“海馬”號(hào)ROV具有優(yōu)良的深海作業(yè)能力，達(dá)到了在4500米級(jí)深海海底作業(yè)的各項(xiàng)技術(shù)性能設(shè)計(jì)要求，通過了863計(jì)劃海洋技術(shù)領(lǐng)域辦公室組織的海上驗(yàn)收，這標(biāo)志著“海馬”號(hào)ROV海上試驗(yàn)取得了圓滿成功。

4月19日，“海馬”號(hào)ROV又進(jìn)行了第17次下潛，即試驗(yàn)性應(yīng)用下潛，最大作業(yè)水深4502m?！昂ｑR”號(hào)ROV 到達(dá)海底后釋放自拍裝置（攝像機(jī)及其框架）；圍繞自拍裝置進(jìn)行定高、定深運(yùn)動(dòng)和自拍錄像；測(cè)試5功能機(jī)械手，各動(dòng)作正常；操作7功能機(jī)械手完成了熱流探針探測(cè)、自拍裝置回收等作業(yè)。整個(gè)試驗(yàn)過程中“海馬”號(hào)ROV本體及各設(shè)備狀態(tài)良好，功能正常。

“海馬”號(hào)ROV成功研制是我國深海高技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中具有歷史性意義的標(biāo)志性成果，將對(duì)我國深海科學(xué)研究、深海資源探查與開發(fā)起到推進(jìn)作用，對(duì)我國海洋裝備戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是深海大型ROV技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化起到示范和輻射帶動(dòng)作用，有望迅速轉(zhuǎn)化，成為深海調(diào)查的自主常規(guī)裝備。通過“海馬”號(hào)ROV的研制和海試，我國不僅全面掌握了大深度無人遙控潛水器設(shè)計(jì)建造和試驗(yàn)應(yīng)用方面的各項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，而且實(shí)現(xiàn)了90%的國產(chǎn)化率，打破了國外技術(shù)壟斷，帶動(dòng)了相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，也使我國初步具備了無人遙控潛水器的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。

2 “海馬”號(hào)ROV研發(fā)成功的啟示

1) 有效的組織實(shí)施模式，產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新。本項(xiàng)目以國土資源部為組織實(shí)施部門，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局為業(yè)主單位，海洋六號(hào)綜合科學(xué)考察船為作業(yè)母船，全力支撐協(xié)調(diào)上海交通大學(xué)為技術(shù)負(fù)責(zé)單位的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)活動(dòng)，構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新的組織實(shí)施和管理模式。項(xiàng)目始終與我國基礎(chǔ)性、公益性、戰(zhàn)略性資源調(diào)查需求密切結(jié)合，以直接服務(wù)于深海資源探查應(yīng)用為目標(biāo)，充分發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的作用，調(diào)動(dòng)和協(xié)調(diào)相關(guān)資源，有力地保障了項(xiàng)目的順利實(shí)施。

2) 立足自主研發(fā)，開展國產(chǎn)化技術(shù)研究，全面掌握關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“零的突破”。長期以來，我國海洋技術(shù)與裝備水平和國際先進(jìn)水平存在著很大的差距，尤其是深海技術(shù)與裝備水平尚處于起步階段，關(guān)鍵技術(shù)受到國外壟斷。而美、日、法、俄等海洋技術(shù)先進(jìn)國家已形成了集設(shè)計(jì)、制造、加工與應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈，技術(shù)水平與應(yīng)用水平均非常成熟。因此，立足自主研發(fā)，攻克海洋技術(shù)裝備相關(guān)配套水平低的難點(diǎn)，全面開展深海潛水器國產(chǎn)化技術(shù)研究，是掌握關(guān)鍵技術(shù)的必由之路。“海馬”號(hào)的研制與海試成功標(biāo)志著我國已具備大深度無人遙控潛水器自主設(shè)計(jì)制造的能力，有望持續(xù)推出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深海探測(cè)裝備產(chǎn)品。

3) 形成了一支多學(xué)科交叉、研發(fā)與作業(yè)應(yīng)用融合的團(tuán)隊(duì)。在“海馬”號(hào)ROV的研制和海試過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過6a來長期協(xié)作創(chuàng)新，以及海上的聯(lián)合試驗(yàn)應(yīng)用，在“海馬”號(hào)ROV的研發(fā)與試驗(yàn)過程中積累了豐富的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)業(yè)主單位的操作應(yīng)用人員從項(xiàng)目伊始就參加了研發(fā)工作，對(duì)“海馬”號(hào)ROV的海試成功起到了關(guān)鍵作用。通過項(xiàng)目的實(shí)施，培養(yǎng)出了一支集總體技術(shù)、機(jī)電、控制、材料等多學(xué)科研發(fā)團(tuán)隊(duì)及技術(shù)作業(yè)隊(duì)伍。

3 結(jié) 語

國產(chǎn)化率達(dá)到90%的“海馬”號(hào)ROV的成功研制使我國在大深度無人遙控潛水器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了自主研發(fā)裝備“零的突破”，為我國形成4500米級(jí)深海作業(yè)能力奠定了基礎(chǔ)，也是繼“蛟龍”號(hào)之后我國海洋技術(shù)領(lǐng)域的又一個(gè)標(biāo)志性成果，對(duì)我國深海大型ROV技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化將起到示范性和輻射帶動(dòng)作用。

深海ROV系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景，不僅是海洋探查和資源開發(fā)利用不可或缺的手段，同時(shí)也是應(yīng)對(duì)海底突發(fā)性事件的必備技術(shù)手段?！昂ｑR”號(hào)ROV系統(tǒng)不僅具有海底觀測(cè)、機(jī)械手作業(yè)等功能，還能通過靈活的功能擴(kuò)展和改造以適應(yīng)不同海底作業(yè)任務(wù)的要求，在未來我國深海作業(yè)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要的作用。