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馬里亞納海溝（Mariana Trench，Marianas Trench）位于菲律賓東北、馬里亞納群島附近的太平洋底部。海溝的“挑戰(zhàn)者深淵”部分約有11000米深，是目前已知的世界海洋最深處。就算把世界上最高的山峰珠穆朗瑪峰扔進(jìn)“挑戰(zhàn)者深淵”，都會(huì)被全部淹沒。

深海環(huán)境非常惡劣，黑暗、水壓高、溫度低等條件給科研工作帶來了很大困難。但是，就在幾天前，中國(guó)的科學(xué)家們?cè)谶@一科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的突破。

在10月份剛剛結(jié)束的馬里亞納海溝深淵科學(xué)考察中，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所主持研制的“海斗一號(hào)”全海深自主遙控潛水器，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測(cè)。

海斗一號(hào)

（圖片來源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

海斗一號(hào)”是什么？

深海潛水器是研究海斗深淵（Hadal Trench，水深范圍從6000米到11000米左右的海域）不可或缺的裝備。

深海潛水器主要分為載人潛水器（HOV）和無人潛水器（UUV）。無人潛水器也叫“水下機(jī)器人”，主要有三類：遙控潛水器（ROV），自主潛水器（AUV），最后一類是混合式潛水器。

無人潛水器分類圖

（作者自制）

咱們的“海斗一號(hào)”，就是一種先進(jìn)的混合式潛水器。

作為一個(gè)全海深自主遙控潛水器（ARV），“海斗一號(hào)”既可以作為自主潛水器（AUV）使用，進(jìn)行較大范圍的水下調(diào)查；也可以作為遙控潛水器（ROV）使用，進(jìn)行局部區(qū)域的精確調(diào)查和水下輕作業(yè)。

海斗一號(hào)布放圖

（圖片來源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

遙控潛水器(ROV)身后拖著一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，這是一根長(zhǎng)電纜，既是電源線又是連接線，能源和信號(hào)都通過這根電纜傳送。操作者通過這根電纜對(duì)潛水器進(jìn)行遙控操作。

日本“海溝號(hào)”遙控式潛水器

（來源：參考文獻(xiàn)2 徐偉哲.全海深潛水器的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展綜述）

自主潛水器AUV沒有“尾巴”，它的電池直接安裝在潛水器體內(nèi)，其任務(wù)執(zhí)行過程是由計(jì)算機(jī)控制的，潛水器按照程序自主地完成任務(wù)。

我國(guó)首臺(tái)自主潛水器“探索者”號(hào)

（來源：參考文獻(xiàn)5 李一平.自主/遙控水下機(jī)器人研究與應(yīng)用）

海斗一號(hào)是全海深自主遙控潛水器（ARV），它兼有遙控潛水器和自主潛水器二者的優(yōu)點(diǎn)。

與自主潛水器（AUV）相比，海斗一號(hào)不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，還可以完成水下輕作業(yè)，提升機(jī)器人的作業(yè)能力。與遙控潛水器（ROV）相比，海斗一號(hào)可攜帶長(zhǎng)距離光纖微纜，不僅擴(kuò)大了水下作業(yè)范圍，降低了對(duì)支持母船的要求，也減少了水面支持系統(tǒng)的體積和重量。

潛水器的發(fā)展歷程

對(duì)人類而言，海洋是神秘未知的領(lǐng)域，世界各國(guó)對(duì)它的探索從未停止過。潛水器發(fā)展的歷史有60余年，經(jīng)歷了從載人到無人，從遙控到自主的主要階段。

加拿大國(guó)際潛水器工程公司（ISE）總裁麥克·法蘭將水下機(jī)器人的發(fā)展歷史分為四個(gè)階段，并將前三個(gè)階段稱為三次革命：

第一次革命在20世紀(jì)60年代，以載人潛水器為標(biāo)志；

第二次革命為70年代，以遙控潛水器ROV的迅速發(fā)展成為一個(gè)成熟的產(chǎn)業(yè)為特征；

第三次革命在20世紀(jì)90年代，以自主潛水器AUV的發(fā)展和走向成熟為標(biāo)志。現(xiàn)在則是混合型水下機(jī)器人的時(shí)代。

主要深海自主無人潛水器發(fā)展歷程

（來源:參考文獻(xiàn)3 曹俊.深海潛水器裝備體系現(xiàn)狀及發(fā)展分析）

1957年，美國(guó)華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了第一臺(tái)自主無人潛水器，但由于技術(shù)原因，自主無人潛水器在60～90年代進(jìn)展緩慢。

90年代，人工智能和致密能源等高新技術(shù)更新，推動(dòng)深海自主無人潛水器進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。美國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大、俄羅斯、法國(guó)等海洋強(qiáng)國(guó)不斷加快研究，自主無人潛水器的探測(cè)深度從百米級(jí)發(fā)展到千米級(jí)再到萬米級(jí)。除了軍用潛水器外，商業(yè)化深海自主無人潛水器不斷涌現(xiàn)。

主要深海遙控潛水器發(fā)展歷程

（來源:參考文獻(xiàn)3?曹俊.深海潛水器裝備體系現(xiàn)狀及發(fā)展分析）

遠(yuǎn)程遙控潛水器是最早得到開發(fā)和應(yīng)用的潛水器種類。

1953年，美國(guó)設(shè)計(jì)了最早的一款遠(yuǎn)程遙控潛水器；1961年，美國(guó)軍方研制成610米級(jí)的潛水器，屬于第一艘具有實(shí)質(zhì)性突破的遠(yuǎn)程遙控潛水器系統(tǒng)，因1966年在西班牙外海打撈起一枚墜海氫彈而轟動(dòng)世界。

20世紀(jì)70～80年代，遠(yuǎn)程遙控潛水器開始被投入商業(yè)應(yīng)用，其技術(shù)日臻成熟。在海洋研究、近海油氣開發(fā)、礦物資源調(diào)查取樣、水下打撈以及探雷、獵雷、滅雷等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

1995年，日本一公司研制成功世界上第一臺(tái)全海深遠(yuǎn)程遙控潛水器KAIKO11000。

在深海遠(yuǎn)程遙控潛水器裝備和技術(shù)領(lǐng)域，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家處于領(lǐng)先地位，均有6000米級(jí)深海遠(yuǎn)程遙控潛水器用于海洋科學(xué)研究；而在商用遠(yuǎn)程遙控潛水器方面，美國(guó)和歐洲國(guó)家占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)。

混合式水下機(jī)器人是近十幾年來發(fā)展起來新型潛水器，由于結(jié)合了遙控潛水器和自主潛水器的優(yōu)勢(shì)，其潛在的應(yīng)用前景更加廣泛。

國(guó)外最具代表性的混合式水下機(jī)器人是美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）研制的“海神”號(hào)（Nereus HROV）。其最大工作水深為11000米，主要用于地球、生命等科學(xué)探索。

2009年5月31日，“海神”號(hào)成功下潛至馬里亞納海溝10902米水深處，是史上第一個(gè)抵達(dá)深海最深處的自動(dòng)工具。然而，2014年5月10日，“海神”號(hào)在新西蘭東北的克馬德克海溝9990米深度處丟失。

“海神”號(hào)潛水器

（來源：參考文獻(xiàn)2 徐偉哲.全海深潛水器的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展綜述）

“海斗一號(hào)”到底有多厲害？

中國(guó)的潛水器研究起步較晚。1983年我國(guó)研制的第一臺(tái)200米級(jí)遠(yuǎn)程遙控潛水器原理樣機(jī)“海人一號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了零的突破。20世紀(jì)90年代，我國(guó)研制成功600米級(jí)遠(yuǎn)程遙控潛水器和第一臺(tái)1000米級(jí)探索者自主無人潛水器。

最近十年，我國(guó)深海潛水器技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，先后研制成功“海星”系列、“海龍”系列、“潛龍”系列和“探索”系列等深海潛水器。

目前國(guó)內(nèi)多家機(jī)構(gòu)致力于研究先進(jìn)的自主/遙控深海潛水器，包括中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、中國(guó)船舶科學(xué)研究中心和上海交通大學(xué)等單位。

在過去的十年中，我國(guó)深海潛水器多次在深淵、極地開展試驗(yàn)應(yīng)用，在人類難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查及作業(yè)，幫助科學(xué)家探索海洋深處地球生命的起源、北極海冰變化及其影響等重大科學(xué)問題。

“海斗一號(hào)”的前身“海斗”號(hào)ARV是針對(duì)深淵科考需求研制的全海深（11000米）ARV關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證平臺(tái)。2016年～2018年的3年中，“海斗”號(hào)ARV三次赴馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵執(zhí)行航次科考應(yīng)用任務(wù)，共計(jì)完成11次萬米下潛。

在2018年深淵航次中，“海斗”號(hào)成功實(shí)現(xiàn)了萬米海底著底，在深淵海底累計(jì)工作近6小時(shí)，對(duì)挑戰(zhàn)者深淵局部區(qū)域地形與深度進(jìn)行了精確測(cè)量。

在“海斗”號(hào)研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我國(guó)成功研制首臺(tái)作業(yè)型全海深自主遙控水下機(jī)器人“海斗一號(hào)”。

2020年5月，“海斗一號(hào)”在馬里亞納海溝完成首次萬米海試與試驗(yàn)性應(yīng)用，其攜帶的機(jī)械手完成了觸發(fā)采水、沉積物取樣、布放標(biāo)志物等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了ARV全海深探測(cè)與作業(yè)。

在剛剛結(jié)束的2021年10月應(yīng)用中，“海斗一號(hào)”在馬里亞納海溝超10800米深度的深淵海區(qū)，成功實(shí)現(xiàn)多次萬米下潛及科考應(yīng)用，取得了全海深無人潛水器連續(xù)、穩(wěn)定、可靠科考應(yīng)用的重大突破。

在AUV模式下，“海斗一號(hào)”打破了多項(xiàng)無人潛水器的世界紀(jì)錄，包括：最大下潛深度達(dá)到了10908米；海底連續(xù)作業(yè)時(shí)間超過8小時(shí)；近海底航行距離超過了14公里；首次實(shí)現(xiàn)了AUV潛水器萬米坐底并連續(xù)拍攝高清視頻影像。

海斗一號(hào)采集沉積樣品

（圖片來源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

在ARV模式下，“海斗一號(hào)”在萬米海底連續(xù)工作超過10小時(shí)，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，創(chuàng)造了我國(guó)潛水器萬米海底最長(zhǎng)工作時(shí)間的紀(jì)錄，并實(shí)現(xiàn)了萬米海底定點(diǎn)實(shí)時(shí)高清精細(xì)觀測(cè)。

海斗一號(hào)高清拍攝海洋生物

（圖片來源：中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所）

“海斗一號(hào)”的成功應(yīng)用，表明我國(guó)全海深無人潛水器正式跨入萬米科考應(yīng)用的新階段，填補(bǔ)了國(guó)際空白，未來，我們拭目以待！

參考文獻(xiàn)：

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[2] 徐偉哲,張慶勇.全海深潛水器的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展綜述[J].中國(guó)造船,2016,57(02):206-221.

[3] 曹俊,胡震,劉濤,蘇曉云,馬利斌,侯德永.深海潛水器裝備體系現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J].中國(guó)造船,2020,61(01):204-218.

[4] 崔維成,姜哲,王芳,李維,宋長(zhǎng)會(huì),宋婷婷,沙金余.2020年深海潛水器熱點(diǎn)回眸[J].科技導(dǎo)報(bào),2021,39(01):126-136.

[5] 李一平.自主/遙控水下機(jī)器人研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代物理知識(shí),2021,33(01):19-23.

來源：科學(xué)大院

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