探秘大洋深处的利器——深潜器

微言创新 · 公众号 · · 2020-07-08 19:38

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编者按

不久前，我国首台作业型全海深自主遥控潜水器“海斗一号”在马里亚纳海沟成功实现了万米下潜与深渊海底样品抓取作业。10907米，刷新了中国潜水器最大下潜深度纪录，填补了中国万米作业型无人潜水器的空白。万米深潜器作为深海技术皇冠上的明珠，代表了当前国际深海工程技术领域的顶级水平，是我国进行海洋开发、推进“海洋强国”战略的“国之重器”。潜水器，特别是深潜器，到底能发挥怎样的作用，有哪些分类和应用呢，本文逐一为您介绍。

一、潜水器

潜水器主要用于水下工程作业、水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。潜水器可分为载人潜水器(HOV)和无人潜水器(UUV)；无人潜水器又包括有缆遥控潜水器(ROV)、无缆自治潜水器(AUV)、结合ROV与AUV特点的混合型潜水器（ARV/HROV），以及无动力潜水器，如水下滑翔机（UG）和拖体（DTV），等多种类型。

图1 潜水器分类谱系

无人潜水器UUV主要分为遥控潜水器（ROV）和自主潜水器（AUV）两类。ROV拖带电缆或光缆，人工控制作业；AUV自带能源，自治控制，更为灵活方便，可广泛应用于侦察/监视、情报收集、跟踪、预警、通信中继、水下攻击等方面。

表1 无人无缆潜水器与无人有缆潜水器比较

特点	无人无缆AUV	无人有缆ROV
动力来源	自带能量	水面支持系统（母船等）供应
驱动方式	电动推进器	电动、液压推进器
载荷能力	弱	强
是否有缆	无，不存在缆的缠绕	有，有缆的缠绕风险
操控方式	预编程	水面遥控
定点作业能力	无	强
适用范围	大范围探查	小范围探测、检测、作业
数据传输能力	采用存储、拷贝方式	随时通过光缆高速传输、
数据显示时效性	数据回放	数据实时、同步显示
连续作业时间	受电池容量限制	理论上无限长

二、深潜器

深潜技术是进行海洋开发的必要手段，它是由深潜器、工作母船(水面支援船)和陆上基地组成的一个完整系统，深潜器是其关键部分。深潜器即大水深潜水器，作业水深通常大于2000米，建造难度较大，电气化、自动化的程度较高。万米深潜器是目前最大作业水深的作业型深潜科考装备，放眼全球，到访过万米深渊的全海深潜水器屈指可数。

与无人深潜器相比，以“蛟龙号”、“深海勇士号”，及此前刚刚经过网友票选命名的“奋斗者号”为代表的载人深潜器危险系数更高，制造难度和造价更大。无缆深潜器虽然作业范围更广，但从发展趋势来看，作为探测数万平方公里海底所必需的和最实用的设备，大深度有缆深潜器仍是主流，其优点包括: (1)大水深耐压壳体等结构强度设计，适合超水深下使用；(2)长时间作业能力；(3)高速率数据传送能力；(4)与辅助舰船之间的联系可靠，不会受到无线电或其他信号的干扰。

图2 深潜器

深潜器按所承担的任务可分为三类:

一是用于海洋调查与研究，如采集水下标本、进行水下摄影、开展潜水医学和生理学研究，及水声学研究等；

二是用于水下作业，如协助进行深海石油资源的勘探与开发、检查及维修海底电缆管路、运送潜水员在水下执行任务，进行水下救生与打捞等；

三类是执行军事任务，如军事侦察、扫雷、布雷，试验和回收鱼雷、水雷、深弹等水中兵器，营救失事潜艇艇员，观察武器的水下发射情况，进行水下噪音测量等。

三、无人有缆潜水器的应用

无人有缆潜水器（ROV）是国际潜水器系列中发展最早、应用最广泛的水下作业设备之一，按照驱动方式可分为电动驱动和液压驱动模式，按用途可进一步分为作业型、轻作业型、观察型和特殊用途型。

图3 ROV分类

与无缆AUV相比，ROV具有作业深度大、作业时间长、设备支持功能强等优点，用于进行水下观察、取样、搜索定位和工程作业，技术市场和应用领域极为广阔。

图4 ROV应用领域

根据道格拉斯-韦斯特公司2019-2023年工作级ROV作业市场预测报告，国际ROV应用市场需求巨大：

2019-2023年间，海洋油气行业及其他海上领域对ROV的应用需求保持增长态势。
2019-2023年间，全球ROV总需求量预计可达680，917天，年复合增长率将达到4%。ROV作业市场总额超过69亿美元。
水下设施运营中的检测维护修复（IMR）需求增长11%，支出总额超过22亿美元。
目前，国际上ROV的开发研究逐渐朝着综合技术体系化方向发展，长距离、大深度、长隧道、多功能、准确定位、适应复杂海况、仿真作业环境、数据快速处理和3D动态显示……
ROV任务功能日益完善，形成了从观察型、轻作业型到作业型ROV体系，最大深度已达到11000米。

图5 2019-2023年工作级ROV作业市场预测

探秘大洋深处的利器——深潜器

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