DOI編碼:10.3969/j.issn.1674-5698.2025.04.013
Development of Submersible and Analysis of Its Standard
WANG Xuan12 HU Zhen1.2 WANG Shuai*12 YANG Shen-shen1.2 (1.State Key Laboratory of Deepsea Manned Vehicle, China Ship Scientific Research Center: 2. Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science)
Abstract:[Objective]This paperanalyzes thecurent statusofsubmersibleequipmentanditsstandards,explores the gaps of submarines,andthe problems faced bysubmersible standardization.[Methods]Thestudyanalyzesthe gaps inthe design depth, weight,size,speed, andother basic informationof mannedandunmanned submersibles in China, and examines the fundamental,technological, andappliedaspectsof submersibles.Byanalyzingthestandardlevels,contentjects, and applicable stages of submersible standards in China,thecurent statusofstandards in Chinais obtained.[Results] Although the submersible standards system hasbeen initially established and some standards have started preliminary research,there arestillproblemsinthefieldofsubmersiblestandards inChina,suchasthenarrowcoverageofstandards anddelayedtransformationofechnicalachievementsintostandards[ConclusionInordertoenhancethecompetitiveness of China'ssubmersible market and promotethehigh-quality developmentofrelated technology industries,the next step is toanalyzethegeographicaladvantagesof China'ssubmersible technologyfield,improvethepromotionstrategyofkey fieldstandardsandprovidereferencefortheubsequentconstructionofsubmersiblestandardssstemtalentcultivati and standards development.
Keywords: submersible, status, standards
0 引言
21世紀(jì)是海洋的世紀(jì),爭(zhēng)奪世界海洋權(quán)益和深海資源是世界海洋強(qiáng)國(guó)與臨海國(guó)家的一個(gè)重要戰(zhàn)略行動(dòng)。潛水器作為我國(guó)21世紀(jì)海洋高新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的重要裝備之一,具備運(yùn)載各種專用設(shè)備及人員快速、精確并持續(xù)往返于各種深海環(huán)境,開展科學(xué)考察、實(shí)地勘探和開發(fā)作業(yè)等綜合任務(wù)的能力,是貫徹實(shí)施習(xí)近平總書記“深海進(jìn)人、深海探測(cè)、深海開發(fā)”行動(dòng)的重大戰(zhàn)略裝備\"。作為海洋工程裝備及高技術(shù)船舶的重要組成之一,擁有自主核心技術(shù)的深海潛水器更是國(guó)家綜合科技實(shí)力的象征。潛水器對(duì)促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、核心裝備技術(shù)突破、帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重大意義。
1我國(guó)潛水器發(fā)展
1.1潛水器概述
潛水器是海洋技術(shù)發(fā)展的前沿,是海洋資源開發(fā)利用的重要技術(shù)手段。其中,以“奮斗者”號(hào)、“海斗一號(hào)”“海燕—X”和“悟空”號(hào)為代表的潛水器完成了萬米深潛2,標(biāo)志著我國(guó)具有了進(jìn)入世界海洋最深處開展科學(xué)探索和研究的能力,體現(xiàn)了我國(guó)在海洋高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。潛水器按照類別分為可載人潛水器和無人潛水器。其中,無人潛水器又分為自治潛水器、纜控潛水器,其相關(guān)介紹如下。
(1)載人潛水器(HOV)
載人潛水器可以攜帶海洋科學(xué)家進(jìn)人海洋深處,在海底現(xiàn)場(chǎng)直接觀察、分析和評(píng)估,還可操作機(jī)械手實(shí)現(xiàn)高效作業(yè)。由于具有有人駕駛、近距離直接觀察與作業(yè)等特點(diǎn),載人潛水器作為國(guó)之重器,已成為深海裝備研究的熱點(diǎn)之一
(2)纜控潛水器(ROV)
纜控潛水器可以由甲板控制人員通過遙控機(jī)械手,進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大功率的水下作業(yè)。纜控潛水器具有作業(yè)能力強(qiáng)、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、無人員風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)可將人的眼睛和手“延伸”到潛水器所到之處,實(shí)時(shí)傳輸信息,可以長(zhǎng)時(shí)間在水下定點(diǎn)作業(yè)。
(3)自主潛水器(AUV)
自主潛水器可以水下預(yù)編程航行,特別適用于區(qū)域性詳細(xì)勘查。自主潛水器具有活動(dòng)范圍不受電纜限制、隱蔽性能好等優(yōu)點(diǎn),可實(shí)施長(zhǎng)距離、[5大范圍的搜索和探測(cè),不受海面風(fēng)浪的影響
1.2我國(guó)潛水器現(xiàn)狀
近二十年來,在國(guó)家“十五”至“十四五”規(guī)劃支持下,潛水器被列為重點(diǎn)的開發(fā)支持項(xiàng)目,研究人員攻克了一系列的技術(shù)難題,在潛水器的研發(fā)上也取得了一系列成果。這些階段性成果,使我國(guó)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)了研發(fā)、應(yīng)用隊(duì)伍,掌握了大深度潛水器關(guān)鍵技術(shù),具備了自主設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用的能力,大大縮小了我國(guó)與海洋強(qiáng)國(guó)之間的差距。我國(guó)潛水器基本參數(shù)見表1。
1.3我國(guó)潛水器發(fā)展分析
當(dāng)前,我國(guó)深海技術(shù)與裝備迎來了歷史上最好的發(fā)展機(jī)遇,潛水器已被列人了多個(gè)國(guó)家計(jì)劃。但是仍存在不足,發(fā)展既面臨機(jī)遇,又面臨挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在“基礎(chǔ)、技術(shù)、應(yīng)用”3個(gè)方面。在基礎(chǔ)方面,相關(guān)的材料和工藝缺少工業(yè)基礎(chǔ);在技術(shù)方面,海洋儀器與設(shè)備基礎(chǔ)薄弱,關(guān)鍵裝備技術(shù)亟待突破;在應(yīng)用方面,科研成果沒有投入實(shí)際應(yīng)用中,制約了技術(shù)的發(fā)展。
(1)相關(guān)材料與工藝缺少工業(yè)基礎(chǔ)
承受高壓的耐壓結(jié)構(gòu)是潛水器裝備核心。在國(guó)家計(jì)劃的支持下,深海金屬耐壓結(jié)構(gòu)包括載人艙的設(shè)計(jì)與建造工藝已日趨成熟,但非金屬耐壓結(jié)構(gòu),包括結(jié)構(gòu)建造、陶瓷材料、橡膠制品還需進(jìn)一步開展工作。
(2)相關(guān)技術(shù)與裝備基礎(chǔ)薄弱,關(guān)鍵裝備技術(shù)急需突破
美國(guó)、日本、俄羅斯等海洋強(qiáng)國(guó)已建成相對(duì)完善的技術(shù)裝備體系,專業(yè)性裝備公司基本實(shí)現(xiàn)國(guó)際化。我國(guó)經(jīng)過近20年的發(fā)展,關(guān)鍵技術(shù)包括水下電機(jī)、深海液壓、浮力材料、作業(yè)機(jī)械手、水下定位系統(tǒng)已取得突破,還需進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性、可維性和經(jīng)濟(jì)性。
(3)海洋裝備產(chǎn)業(yè)規(guī)模小,推廣應(yīng)用不夠
我國(guó)潛水器裝備缺乏市場(chǎng)化的公司參與,產(chǎn)品大多單件研制,未形成系列化的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,還需進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
2 我國(guó)潛水器標(biāo)準(zhǔn)分析
隨著各國(guó)潛水器研究力度的加大,潛水器在全生命周期過程中需要遵循的原則、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等的需求也越來越多。為推動(dòng)整個(gè)潛水器產(chǎn)業(yè)的良好健康發(fā)展,固化科研成果,對(duì)潛水器標(biāo)準(zhǔn)體系及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提出迫切需求。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)和支持下,全國(guó)潛水器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)TC306(以下簡(jiǎn)稱“潛標(biāo)委”)于2009年成立。潛標(biāo)委自成立之日起,全力以赴,積極推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作,取得了一系列顯著成績(jī)。
2.1潛水器標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀
標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)重復(fù)性事物和概念所作的統(tǒng)一規(guī)定。它以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ),經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致,由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn),以特定形式發(fā)布作為共同遵守的準(zhǔn)則和依據(jù)°。我國(guó)已發(fā)布的潛水器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)34項(xiàng)[9-12,見表2。
2.2潛水器標(biāo)準(zhǔn)分類
(1)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別分析
目前潛水器標(biāo)準(zhǔn)按標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CB、HY、JT)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)全國(guó)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大意義而必須在全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),一般具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性和通用性。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是在全國(guó)某個(gè)行業(yè)內(nèi)需要統(tǒng)一的技術(shù)要求,具有較強(qiáng)的專業(yè)性特征。由于潛水器作為綜合性較強(qiáng)的行業(yè),相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)涉及船舶工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。潛水器現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)19項(xiàng),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CB、HY、JT)15項(xiàng)[-12),其統(tǒng)計(jì)示意圖見圖1。從數(shù)量上看,潛水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)多于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。究其原因,目前潛水器標(biāo)準(zhǔn)多由重大項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化,具有引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展、解決跨領(lǐng)域問題的特點(diǎn)。隨著潛水器技術(shù)發(fā)展,適用于潛水器行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將逐漸增多,潛水器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量必將超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
(2)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分析
按照潛水器標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容劃分,潛水器標(biāo)準(zhǔn)主要由基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)組成。潛水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CB、HY、JT)中,基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng),產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng),方法標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng),管理標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng),工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)0項(xiàng),其統(tǒng)計(jì)示意圖見圖2。從數(shù)量上看,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)最多,符合潛水器裝備產(chǎn)品的特點(diǎn);方法標(biāo)準(zhǔn)其次,與一般技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀一致;工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最少,一定程度上反映了目前潛水器建造還未規(guī)范統(tǒng)一的現(xiàn)狀。
(3)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象分析
按照標(biāo)準(zhǔn)適用對(duì)象劃分,潛水器標(biāo)準(zhǔn)可分為潛水器通用標(biāo)準(zhǔn)、載人潛水器標(biāo)準(zhǔn)、無人潛水器標(biāo)準(zhǔn)。潛水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CB、HY、JT)中,潛水器通用標(biāo)準(zhǔn)18項(xiàng)、載人潛水器標(biāo)準(zhǔn)14項(xiàng),無人潛水器標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),其統(tǒng)計(jì)示意圖見圖3。從數(shù)量上看,潛水器通用標(biāo)準(zhǔn)最多,符合標(biāo)準(zhǔn)通用的特性;載人潛水器標(biāo)準(zhǔn)其次,離不開國(guó)家重大項(xiàng)目的支持;隨著無人潛水器技術(shù)的發(fā)展和種類的增多,無人潛水器標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量將增多。
(4)標(biāo)準(zhǔn)適用階段分析
按照標(biāo)準(zhǔn)適用潛水器生命周期階段,潛水器標(biāo)準(zhǔn)可分為潛水器綜合、潛水器設(shè)計(jì)、潛水器建造、潛水器試驗(yàn)、潛水器作業(yè)以及潛水器維護(hù)修理標(biāo)準(zhǔn)。潛水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(CB、HY、JT)中,潛水器綜合標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、潛水器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng),潛水器建造標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng),潛水器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng),潛水器作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)以及潛水器維護(hù)修理標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),其統(tǒng)計(jì)示意圖見圖4。從數(shù)量上看,潛水器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最多,為潛水器設(shè)計(jì)過程規(guī)范化提供科學(xué)指導(dǎo);潛水器建造、維護(hù)修理標(biāo)準(zhǔn)較少,后續(xù)隨著裝備規(guī)模化、體系化,該方面的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量將進(jìn)一步增多。
2.3潛水器標(biāo)準(zhǔn)存在的問題
綜上所述,雖然潛水器標(biāo)準(zhǔn)體系已初步建立,部分標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)前期研究,也取得了一定成績(jī)。但隨著海洋開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)、海洋維權(quán)、海洋保護(hù)已增強(qiáng)為國(guó)家意志,材料、加工制造、電子、控制、能源、聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新,我國(guó)潛水器領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)仍存在下述問題。
(1)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍窄
潛水器覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)范圍較窄,多數(shù)領(lǐng)域和方向的標(biāo)準(zhǔn)仍處于空白狀態(tài)。例如:潛水器結(jié)構(gòu)計(jì)算、潛水器通用件設(shè)計(jì)、潛水器基礎(chǔ)性能等領(lǐng)域;載人潛水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、關(guān)重件設(shè)計(jì)、艙室環(huán)境等領(lǐng)域;潛水器噪聲測(cè)試、鋰電池試驗(yàn)、海上試驗(yàn)等領(lǐng)域。每個(gè)領(lǐng)域又涉及多個(gè)專業(yè),我國(guó)在潛水器建造特別是載人潛水器領(lǐng)域有一定技術(shù)突破,但在標(biāo)準(zhǔn)方面,我國(guó)現(xiàn)行有效的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)19項(xiàng),行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng),標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍狹窄,無法滿足潛水器產(chǎn)業(yè)對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的迫切需要。
(2)技術(shù)成果未及時(shí)向標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化
近年來,我國(guó)潛水器發(fā)展取得明顯成效:在深海載人潛水器系列,有工作深度為 4500m 的“深海勇士”號(hào),工作深度為 7000m 的“蛟龍”號(hào)和工作深度可達(dá)萬米的“奮斗者”號(hào);在深海纜控潛水器系列(ROV系列),有工作深度為 3500m 的“海龍Ⅱ號(hào)”、工作深度為 4500m 的“海馬”號(hào)、工作深度為6000m 的“海龍Ⅱ號(hào)”;深海自治潛水器系列(AUV系列),有工作深度為4500米的“潛龍三號(hào)”、工作深度為4500米的“潛龍二號(hào)”和工作深度為6000米的“潛龍一號(hào)”等。但目前我國(guó)潛水器設(shè)計(jì)、潛水器試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)處于空白狀態(tài),多數(shù)領(lǐng)域和方向的技術(shù)成果未及時(shí)向標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化。
3結(jié)語(yǔ)
標(biāo)準(zhǔn)化是我國(guó)潛水器建設(shè)發(fā)展的重要技術(shù)政策,是潛水器設(shè)計(jì)、建造、使用和管理的重要基礎(chǔ)和保障,是規(guī)范產(chǎn)品設(shè)計(jì)建造行為、固化成熟和先進(jìn)技術(shù)、縮短建造周期、確保產(chǎn)品質(zhì)量、控制建造成本、推廣新技術(shù)應(yīng)用以及提高技術(shù)和管理水平的重要手段,在加強(qiáng)行業(yè)管理、促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、規(guī)范市場(chǎng)行為等方面發(fā)揮著重要的規(guī)范、引導(dǎo)和保障作用。下一步,將通過辨析我國(guó)潛水器技術(shù)領(lǐng)域的區(qū)位優(yōu)勢(shì),完善重點(diǎn)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)策略,為后續(xù)開展?jié)撍鳂?biāo)準(zhǔn)制度建設(shè)、人才培養(yǎng)和主導(dǎo)編制提供參考支持,從而提升我國(guó)潛水器在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和話語(yǔ)權(quán),推動(dòng)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
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