“海馬”號深海無人遙控潛水器彰顯強國力

前言

“海馬”號4500米作業(yè)級深海無人遙控潛水器（ROV）是國家“863”計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域 “4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”重點項目的科研成果。2008年，受科技部委托，國土資源部為該項目的組織實施和上級主管單位，中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局作為“業(yè)主單位”組織實施。該項目的核心任務(wù)是自主研制我國急需的實用化深海探查裝備，是我國深海譜系化深海潛水器研制的先行者，對實現(xiàn)我國在“十二五”期間形成4500米深海作業(yè)能力的“863”計劃目標(biāo)起著舉足輕重的作用。

經(jīng)過6年的艱苦努力，研究人員突破了深海無人遙控潛水器多項核心技術(shù)，成功研發(fā)我國迄今為止系統(tǒng)規(guī)模和下潛深度最大、國產(chǎn)化率最高的深海無人遙控潛水器（“海馬”號），國產(chǎn)化率超過90%。2014年4月“海馬”號3次下潛到南海中央海盆4502米的海底，圓滿完成了預(yù)定的海底作業(yè)任務(wù)，通過了科技部驗收。海試考核證明，“海馬”號的可靠性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性已經(jīng)符合實用化海洋設(shè)備的要求，達(dá)到了國外同類ROV的技術(shù)水平。

海試驗收后，項目組迅速完成了“海馬”號由科研成果向深海實用化探查設(shè)備的快速轉(zhuǎn)化，并在2015年3月的地勘應(yīng)用中首戰(zhàn)告捷，在南海北部陸坡西部首次發(fā)現(xiàn)了海底活動性冷泉（后被命名為“海馬冷泉”），取得了國產(chǎn)化深海技術(shù)裝備應(yīng)用和地勘調(diào)查成果雙豐收。“海馬”號填補了我國深海探查作業(yè)手段的一項空白，大幅度提升了我國深海技術(shù)裝備水平和作業(yè)能力，取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，達(dá)到了國外同類遙控潛水器技術(shù)的水平，是我國在深海技術(shù)裝備自主研發(fā)領(lǐng)域取得的一個具有里程碑意義的標(biāo)志性成果。

由中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局牽頭實施，聯(lián)合上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、海洋化工研究院、同濟大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)等單位組成的精英團隊，是一個將“強國夢”根植于“海馬”號的創(chuàng)新群體，在“海馬”號研制應(yīng)用的過程中，形成了一支多學(xué)科交叉、研發(fā)與作業(yè)應(yīng)用融合的創(chuàng)新團隊，團隊在總體技術(shù)、機電、控制、材料、維護和應(yīng)用等多學(xué)科領(lǐng)域得到了長足的進步，積累了豐富的經(jīng)驗，已經(jīng)處于國內(nèi)同行業(yè)的領(lǐng)先水平。

突破多項核心技術(shù)

深海潛水器裝備技術(shù)水平在一定程度上標(biāo)志著國家海洋資源勘探開發(fā)的科技水平，乃至海洋權(quán)益的維護能力。作為海洋探查和資源開發(fā)利用不可或缺的手段，同時也是制約“開拓深海和大洋”的瓶頸之一，發(fā)展該技術(shù)不僅對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展以及國家軍事安全有極為重大的意義，還將對未來深海打撈、救援、海洋旅游業(yè)、海洋空間利用等有著不可估量的價值和戰(zhàn)略意義。但與世界先進國家相比，我國面向深海的裝備技術(shù)水平還存在比較大的差距，且諸多關(guān)鍵技術(shù)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爭的能力和向更深更遠(yuǎn)的海洋進軍的發(fā)展進程。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）》在重點任務(wù)中提出“重點支持深（遠(yuǎn)）海環(huán)境監(jiān)測、資源勘查技術(shù)與裝備、深海運載和作業(yè)技術(shù)與裝備成果的應(yīng)用”。

深海潛水器是當(dāng)前海洋調(diào)查重要手段，分無人潛水器和載人潛水器兩種類型，其中無人遙控潛水器在國際上有著最為廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為提升我國深海潛水技術(shù)與裝備水平，擺脫深海裝備技術(shù)受制于人的被動局面，科技部“863”計劃于2008年底優(yōu)先啟動“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”重點項目。該項目委托國土資源部組織實施，由中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局作為業(yè)主單位牽頭，會集了來自上海交通大學(xué)等大專院校和科研院所的近百名專業(yè)技術(shù)人員，共同組成優(yōu)秀的協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)團隊進行聯(lián)合攻關(guān)，主要任務(wù)就是研發(fā)實用化的作業(yè)型4500米無人遙控潛水器即“海馬”號ROV（Remotely Operated Vehicle, 縮寫ROV）。

深海無人遙控潛水器（ROV）為無人、有纜系統(tǒng)，它通過臍帶纜與水面母船連接，由臍帶纜傳輸能源和信息，母船上的操作人員通過觀察海底實時影像和設(shè)備狀況參數(shù)對ROV 及其機械手進行遙控操縱。ROV主要應(yīng)用于兩大領(lǐng)域，一是海洋工程、救助、打撈和考古；二是海洋觀測和科學(xué)考察方面的相關(guān)作業(yè)。

與載人潛水器相比，無人遙控潛水器具有無法替代的優(yōu)勢。一是適應(yīng)性強、功能強大，幾乎可以應(yīng)用于所有海洋開發(fā)活動，受海況和海底環(huán)境影響小，推進系統(tǒng)和機械手功率大，覆蓋海底作業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，在海洋地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用前景廣闊，可大幅提升調(diào)查能力。二是作業(yè)靈活、經(jīng)濟高效，可根據(jù)不同的海底作業(yè)任務(wù)進行功能擴展配置，收放便捷，不需要專門支持母船，占用甲板空間和作業(yè)人力等資源少，建造、運行和維護成本低。三是無載人風(fēng)險，可在母船實時遙控操作，不需水面工作艇支持。四是能夠長時間駐留海底，母船通過臍帶纜提供電能，可無限時地執(zhí)行高強度、復(fù)雜的海底定點作業(yè)任務(wù)。

4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)項目的主要裝備成果是“海馬”號4500米無人遙控潛水器。經(jīng)過6年的不懈努力，研發(fā)團隊堅持潛心攻關(guān)、勇于探索、敢于創(chuàng)新，全面掌握了大深度無人遙控潛水器的設(shè)計和研制、系統(tǒng)集成和聯(lián)調(diào)、深海無人遙控潛水器的控制和監(jiān)測、遠(yuǎn)程高壓電力的傳輸與分配、長距離信息傳輸、在線絕緣檢測、大深度水下液壓動力源、推進與控制、大深度浮力材料制造、多功能作業(yè)機械手設(shè)計制造、大負(fù)荷升沉補償和大深度潛水器考核試驗等多項核心技術(shù)，實現(xiàn)了項目的總體目標(biāo)，使“海馬”號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)化奠定了堅定基礎(chǔ)。

“海馬”號ROV（本體）長4米、寬2.1米、高2.6米、重5噸，整個系統(tǒng)包括水面控制室、吊放回收系統(tǒng)、臍帶纜、“海馬”號ROV及其機械手和作業(yè)工具?！昂ｑR”號ROV由水下電力分配系統(tǒng)、水下控制系統(tǒng)、水下液壓系統(tǒng)、水下推進系統(tǒng)、水下攝像系統(tǒng)、水下照明系統(tǒng)、水下探測系統(tǒng)和水下作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成。

“海馬”號裝備有水下攝像／照相系統(tǒng)、聲吶、作業(yè)工具、多功能機械手，并有可更換的、不同功能的水下作業(yè)底盤?！昂ｑR”號具備開展海底多角度攝像、機械手作業(yè)、聲光電探測、海底原位實驗等綜合作業(yè)手段，可進行海底全覆蓋測繪、沉積物與生物取樣、物理海洋測量、現(xiàn)場地球化學(xué)分析，并具有海底觀測網(wǎng)與儀器設(shè)備布設(shè)和回收、海底管線維護、深海打撈等擴展作業(yè)功能，可廣泛應(yīng)用于我國資源、環(huán)境、工程、救撈、漁業(yè)、考古和國防等眾多領(lǐng)域。

“海馬”號是我國迄今為止系統(tǒng)規(guī)模和下潛深度最大、國產(chǎn)化率最高的4500米作業(yè)級深海無人潛水器系統(tǒng)，系統(tǒng)國產(chǎn)化率超過了科技部的指標(biāo)要求，達(dá)到了90%，標(biāo)志著我國已經(jīng)全面掌握了大深度無人遙控潛水器的關(guān)鍵技術(shù)，改變了深海無人遙控潛水器依賴進口、受制于人的局面。

通過4500米海試驗收

4500米可以覆蓋我國98%的海域，以及絕大部分國際海域多種資源富集區(qū)。研制這一深度級別的實用化技術(shù)裝備，能夠滿足目前我國深海探查和作業(yè)的迫切需求。

按照“863”計劃海上試驗的有關(guān)規(guī)定和要求，“海馬”號在成果交付使用之前必須經(jīng)過一系列嚴(yán)格的規(guī)范化海上試驗。為此，依托中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局“海洋六號”調(diào)查船，在2014年2月20日至4月22日間，“海馬”號ROV在南海進行了三個航段由淺到深的海上試驗?！昂ｑR”號共完成17次下潛，3次下潛到南海中央海盆4502米的海底進行作業(yè)試驗，圓滿完成了預(yù)定的海底作業(yè)任務(wù)，并成功實現(xiàn)與水下升降裝置的聯(lián)合作業(yè)，通過了114項考核指標(biāo)的現(xiàn)場考核，其中技術(shù)指標(biāo)為91項。

2014年4月18日“海馬”號在位于南海中央海盆4502米水深處（坐標(biāo)位置：東經(jīng)114度36分23秒，北緯13度13分01秒）的海域執(zhí)行第16次下潛，在到達(dá)海底后按照水下定位給出的定位指示，依次進行了定向、定高、定深航行測試。通過聲吶和水下攝像機尋找并靠近已布放于海底的升降裝置后，“海馬”號坐底。通過機械手穿插作業(yè)，“海馬”號依次完成了海底熱流探測、海底地震儀布放、海底沉積物取樣、永久性標(biāo)志物布放、模擬的“黑匣子”抓取和海底電纜纜鼓布放等作業(yè)。作業(yè)任務(wù)完成后，“海馬”號又進行了定高和定深測試，開展了海底攝像等作業(yè)，所有測試工作均正常?！昂ｑR”號返回甲板后，經(jīng)潛后檢查表明：浮力材料、深度計、高度計、羅盤、聲吶、水下定位系統(tǒng)、溫鹽深測量系統(tǒng)及各耐壓結(jié)構(gòu)完好，功能正常，表明“海馬”號具有優(yōu)良的深海作業(yè)能力，達(dá)到了在4500米級深海海底作業(yè)的各項技術(shù)性能設(shè)計要求。

4月19日，已經(jīng)完成任務(wù)書規(guī)定的海試任務(wù)后，在科技部現(xiàn)場驗收組的要求下，“海馬”號又進行了第17次“超額”下潛，即試驗性應(yīng)用下潛?！昂ｑR”號再一次下潛到4502米的海底，完成了自拍裝置操作、五功能機械手和七功能機械手操作、熱流探針探測、海底高精度導(dǎo)航定位等試驗項目。整個試驗過程中“海馬”號全系統(tǒng)狀態(tài)良好，功能正常。至此，“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”項目驗收航段的試驗任務(wù)全面完成，圓滿通過了科技部“863”計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域辦公室組織的海上驗收。

“海馬”號海試考核證明：“海馬”號具有實用化海洋設(shè)備應(yīng)具備的可靠性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，除了具備常規(guī)的強作業(yè)型ROV 的功能和作業(yè)能力以外，還具有海底觀測網(wǎng)擴展纜布放功能，并可根據(jù)不同的任務(wù)要求進行作業(yè)功能的擴展，已達(dá)到國外同類ROV的技術(shù)水平。

“海馬”號通過4500米海試驗收是2014年度我國海洋科技界的一項重大科研成果，入選“兩院院士評選2014年中國科技進展新聞”(排名第二)，以及“2014 年度中國海洋十大科技進展”(排名第一)和“2014年度、2015年度地質(zhì)科技十大進展”（排名第一）等。

首次發(fā)現(xiàn)“海馬冷泉”

“海馬”號具有常規(guī)無人遙控潛水器的各項功能，能應(yīng)用于海洋工程、海洋觀測、科學(xué)考察等多個領(lǐng)域。在驗收后的半年內(nèi)，“海馬”號團隊完成了將科研成果快速轉(zhuǎn)化為深海實用化探查設(shè)備的任務(wù)。根據(jù)南海水合物地勘探查的實際需要，增設(shè)了三視角高清攝像、專用作業(yè)工具、海水溫度和甲烷含量測量等針對性配置。2015年3月“海馬”號首次在南海北部陸坡西部投入地勘應(yīng)用，探查和搜尋與海底“冷泉”活動和與水合物賦存相關(guān)的微地貌特征。

“海馬”號首戰(zhàn)告捷，在我國南海北部陸坡西部海底首次發(fā)現(xiàn)了雙殼類生物群、甲烷生物化學(xué)礁、碳酸鹽結(jié)殼、菌席和氣體滲漏等活動性“冷泉”標(biāo)志（該“冷泉”被命名為“海馬冷泉”），并獲取了高清視頻記錄和實物樣品，同時記錄了海底低溫異常和超高甲烷含量異常，這些成果都顯示出該海域具有良好的天然氣水合物賦存前景。

海底“冷泉”是指來自海底沉積地層的氣體，以噴涌或滲漏方式注入海洋中的一種地質(zhì)現(xiàn)象，就像荒漠海底中的一片綠洲。冷泉區(qū)生物靠甲烷、硫化氫等還原性化學(xué)物質(zhì)自養(yǎng)，是完全不依賴光合作用的另一套生命體系。海底“冷泉”研究在生命起源及極端環(huán)境生物群落、全球氣候變化和天然氣水合物等研究方面都具有十分重要的意義。

“海馬冷泉”是在我國管轄海域內(nèi)，第一個由國產(chǎn)深海高科技探查裝備發(fā)現(xiàn)的海底活動性“冷泉”，是我國南海天然氣水合物資源探查的一個重大突破性進展，同時也是開展地球生命起源和冷泉生態(tài)環(huán)境等前沿科學(xué)研究的重要窗口。2016年2月27日～3月23日，“海馬”號再赴“海馬冷泉”，執(zhí)行以水合物資源詳查和冷泉生態(tài)環(huán)境調(diào)查研究為目的的海底作業(yè)任務(wù)，來自國內(nèi)多個單位的冷泉研究專家參加了這次調(diào)查，對“海馬冷泉”的分布范圍、地形地貌特征、發(fā)育歷史、生物屬種、碳酸鹽巖和流體活動進行了探查，取得豐碩成果。

“海馬”號在冷泉區(qū)地勘應(yīng)用中總體運行狀態(tài)良好，取得了國產(chǎn)化深海技術(shù)設(shè)備應(yīng)用和地勘調(diào)查成果雙豐收，為開展天然氣水合物有利區(qū)詳查、圈定勘探目標(biāo)區(qū)、評價天然氣水合物資源潛力提供了寶貴的調(diào)查資料，也為后續(xù)的天然氣水合物鉆探奠定了堅實的基礎(chǔ)。“海馬”號在“冷泉”探查作業(yè)中的首戰(zhàn)告捷，成為國產(chǎn)先進技術(shù)裝備促進深海礦產(chǎn)資源探查研究的一個成功范例。

大洋礦產(chǎn)調(diào)查實現(xiàn)質(zhì)的飛躍

2015年6月15日至18日，“海馬”號在大洋第36航次應(yīng)用中，通過高清視頻觀察、機械手作業(yè)和各種搭載傳感器測量，圓滿完成了在采薇海山區(qū)復(fù)雜陡坡的地形環(huán)境中的6個站位富鈷結(jié)殼資源探查作業(yè)任務(wù)，拍攝和記錄了近百分鐘海底高清視頻，利用機械手抓取了數(shù)十公斤結(jié)殼樣品和鈣質(zhì)沉積物樣品，獲取了全程物理海洋測量數(shù)據(jù)和海底原位水樣，首次對自主研制的小型鉆機和切割機進行了實際應(yīng)用試驗，達(dá)到了預(yù)期的科學(xué)目標(biāo)。

海山結(jié)殼區(qū)的作業(yè)實踐考驗了“海馬”號在復(fù)雜而危險的海山陡坡環(huán)境中的操控性能和作業(yè)的能力。“海馬”號及其技術(shù)團隊經(jīng)受住了考驗，在充滿障礙物的海底艱難地選擇著陸作業(yè)點，規(guī)避了各種危險因素，出色地完成了作業(yè)任務(wù)。

“海馬”號在采薇海山的成功作業(yè)，是我國自1997年起，在開展了近20年海山區(qū)結(jié)殼資源調(diào)查工作中的一個質(zhì)的飛躍，填補了我國在該領(lǐng)域技術(shù)手段的一項空白。

本次結(jié)殼海山區(qū)的作業(yè)實踐不僅考驗了“海馬”號針對結(jié)殼資源調(diào)查任務(wù)的作業(yè)功能，而且考驗了“海馬”號的航行動力性能及其技術(shù)團隊，在復(fù)雜而危險的海山陡坡環(huán)境中的操控和作業(yè)的能力?！昂ｑR”號及其技術(shù)團隊經(jīng)受住了考驗，“海馬”號以出色的表現(xiàn)圓滿完成了任務(wù)。這也意味著“海馬”號的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)由安全性較高的平坦泥質(zhì)海底，拓展到危險性較高的復(fù)雜海山環(huán)境；由較為簡單、無須考慮海底障礙物的定向/定高航行與任選著陸點進行定點的作業(yè)運行方式，改變?yōu)樾枰獣r刻注意規(guī)避危險因素并需要在險峻的海山地形中謹(jǐn)慎選擇著陸作業(yè)點的運行方式。

“海馬”號無人遙控潛水器（ROV）從科研成果到實用化深海調(diào)查裝備的快速轉(zhuǎn)化，是我國高科技科研成果在地勘投入實際應(yīng)用并取得突破性成果的成功范例，以國產(chǎn)化裝備完善了對天然氣水合物資源進行探查作業(yè)的深海技術(shù)裝備體系，填補了我國深海探查作業(yè)手段的一項空白，是一個質(zhì)的飛躍。

結(jié)語

“海馬”號實現(xiàn)了從科研成果到實用化深海調(diào)查裝備的快速轉(zhuǎn)化，以國產(chǎn)化裝備填補了我國深海探查作業(yè)手段的一項空白，使我國深海探查技術(shù)水平實現(xiàn)了一個質(zhì)的飛躍，是我國高科技科研成果在地勘投入實際應(yīng)用并取得突破性成果的成功范例。

“海馬”號于2015年3月、6月和2016年3月先后三次執(zhí)行了南海北部陸坡水合物資源調(diào)查、大洋第36航次、水合物資源詳查和冷泉生態(tài)環(huán)境調(diào)查工作，共計作業(yè)下潛24次，水下作業(yè)時間累積超過180小時?！昂ｑR”號分別在南海中央海盆、南海北部陸坡和西太平洋采薇海山結(jié)殼資源分布區(qū)進行了海底作業(yè)，布設(shè)了科技部、國土資源部等永久性標(biāo)志物，這是中華人民共和國國產(chǎn)深海探查裝備在深海海底留下的足跡，并將永遠(yuǎn)在大洋深處閃耀著中國智慧，彰顯著中國力量?！昂ｑR”號將繼續(xù)在深海潛行，奮戰(zhàn)在我國海洋科學(xué)事業(yè)的征途上。（記者 李瑜）