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深海载人潜水器技术动向

新闻来源:中国船检    浏览量:710 中国船检 2016-12-14
        深海是世界各国海洋科学发展的重点,人类对于深海的了解还不是很深入。除了进行深海资源的开发,人类对深海科考事业一直很重视。同时,开展深海科考,对国家未来海域开发、全方位维护国家海域权益等方面具有重要战略意义。深海潜水器是深海科考的重要装备,主要包括载人潜水器(HOV)和无人潜水器(UUV)两类。载人潜水器是世界各国研究的热点之一,近十多年来各国对它的研究呈现持续增长的态势。目前,国内外研发的载人潜水器众多,作业能力差别也很大,针对作业能力在4500米以深的深海载人潜水器进行梳理。
        深海载人潜水器发展现状
        深海载人潜水器的研制从上世纪60年代开始,发展至今,中国、美国、法国、俄罗斯、日本已具备深海载人潜水器自主研发的能力。美国是较早开展载人深潜的国家之一,早在1960年,美国人华尔顿和毕卡第乘坐第一代载人潜水器“曲斯特”号潜入马里亚纳海沟,下潜深度达10916米,但“曲斯特” 号无航行和作业能力。
        美国具有代表意义的一艘第二代载人潜水器是在1964年建造的4500米级“Alvin(阿尔文)”号,它是目前世界下潜次数最多的载人潜水器,下潜次数将近5000次。为了顺应深海开发的深远化趋势,美国伍兹霍尔海洋研究所在2004年提出了建造升级版“New Alvin(新阿尔文)”号的设想。“新阿尔文”号的亮点在于容积大、舒适性好、视野好、设备更先进、机动性强、上浮下潜速度快等。
        美国第三代载人潜水器正在研制中,下潜深度定位于全海深,如“Deepsea Challenger”、Triton 36000/3号和“Deep Search”号等。
       “Deepsea Challenger”(深海挑战者)号是美国导演卡梅隆团队用于电影拍摄而研发的一艘全海深载人潜水器。但“Deepsea Challenger”号作业能力有限,安全可靠性不足,可用性较差。如今,“深海挑战者”号已被捐献给美国的伍兹霍尔海洋研究所,用于海洋科学研究。
        “Triton 36000/3”号是由美国佛罗里达州一家名为“Triton”的私人潜艇制造商制造的3人座深海潜水器装备,设计的最大下潜深度为11000米,设计的核心亮点是玻璃球载人舱。
        美国DOER Marine海洋科技公司研制的“Deep Search”号全海深载人潜水器,最大工作深度为11000米,在上浮下潜机制、舱体材料、浮力材料等方面具有创新性。
        法国在1961年建造了一艘万米载人潜水器“Archimède”号,在日本附近的千岛海沟下潜至10515.6米, 但下潜等任务需要母船的支持,且工作时间有限。“Archimède”号总共下潜139次,于1981年退役。
        法国具有代表性的一艘深海载人潜水器是6000米级的“Nautile”( 鹦鹉螺) 号, 它在1985年研制成, 目前已完成下潜1500余次。“Nautile”号的工作主要是深海矿产探查、深海海底生态环境调查以及其他搜索任务。
        俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器数量最多的国家,“MIR Ⅰ(和平一号)”和“MIR Ⅱ(和平二号)”是俄罗斯具有代表性的载人潜水器,它们是于1987年建成的两艘6000米级潜水器。这两艘载人潜水器亮点在于具有充足的能源和带有十二套检测深海环境的先进设备,它们目前已在各大洋甚至北极地区进行了上千次的科学考察。
        日本在深海潜水器研制方面处于国际先进水平,最具代表性的一艘载人潜水器是1989年日本科学技术厅建成了6500米级的“SHINKAI 6500(深海6500)”潜水器。它的特点在于灵活的操纵性和先进的观测系统,主要用于6500米深海地质探查等,目前已经完成下潜1000余次。
        目前日本深海载人潜水器的研制目标是“SHINKAI 12000(深海12000)”载人深潜器,该潜水器在2013年立项研制,预计2025年左右完成研发。“SHINKAI 12000”潜水器将具有较好的续航能力,能保证6人在深海潜航2天,预期将用于海洋资源探测和深海生物调查等方面。
        我国深海载人潜水器的研发
        中国最具代表性的深海载人潜水器是“蛟龙”号,它是中国第一台自行设计、自主集成研制的载人潜水器,主要用途是深海勘探、海底作业等。2012年6月,“蛟龙”号载人潜水器的最大下潜深度到达7062米,标志着我国深海载人潜水器研发水平达到世界先进水平。迄今,“蛟龙”号已经累计完成100次下潜。
        目前,“蛟龙”号研发团队正在全力研制4500米级载人潜水器,该潜水器全面应用国产化技术和装备,其载人舱球壳已完成建造和试验,预计于2017年投入应用。
       “彩虹鱼”号是我国正在自主研发的世界首个作业型万米级载人深渊器,2015年9月“彩虹鱼”号在南海海域完成海试,最大潜深为4328米,迈出了我国全海深科考的关键一步。
        从前述各国深海载人潜水器发展情况来看,我国自主研发的深海载人潜水器自身的技术水平与国际先进水平相当。但同时,我们应该看到,在配套技术、运行管理和使用上我国与发达国家还存在一定差距。主要体现在:
        1、全海深载人潜水器技术尚未成熟。全海深载人潜水器相对于“蛟龙”号来说,难度更大,风险更高。我国目前正在研制的“彩虹鱼”号全海深载人潜水器关键核心技术仍处于攻坚阶段,要形成作业能力还需一定的时间和投入。
        2、深海作业配套能力存在问题。虽然我国在深海载人潜水器上取得了重大突破,但深海作业配套能力存在不足。另外从“蛟龙”号研制经验来看,存在项目立项周期长,科研人员奖励受限,科研成果的作用难以发挥等问题。
        3、使用率低、任务不饱满。国内对深海载人装备的应用和升级改造力度相对较小,以及由于深海装备分散在不同的部门和单位,在开放共享方面存在较大问题,导致我国深海载人潜水器存在使用率低、任务不饱满的问题。
        4、装备使用成本过高。目前我国深海载人潜水器装备技术使用、管理和维护的水平还不高,导致深海载人潜水器的使用成本一直很高。我国深海载人潜水器尚未开展市场化和自由竞争运作,使用经费主要依靠国家的大量投入。因此,我国在深海载人潜水器研究和使用方面,应注意如下几点:
        一是争取国家政策方面支持,加大投入,改善科研人才培养和使用机制;二是国家应制定自主研发大型深潜装备使用管理相关政策措施;三是加大深海科考投入力度,增加深海载人潜水器使用力度;四是建立完善的管理、使用、维护机制,争取民间资金的先期支持,积极鼓励市场、企业多方参与投入,挖掘其经济效益。
        载人潜水器的关键技术及发展趋势
        为了实现全海深载人潜水器海底安全作业,应重点突破的关键技术。随着深海技术的不断发展,深海载人潜水器正朝着耐压材料和能源新型化、作业工具模块化、观测设备高清化、作业协同化发展。
        1、耐压材料新型化:随着材料科学的发展,越来越多的新型材料应用到载人潜水器耐压壳体的制造中。
        2、能源新型化:影响载人潜水器水下作业能力的一项重要指标就是水下作业的时间,续航能力强、安全可靠的新型电池在深海潜水器应用在不断研究。
        3、作业工具模块化:不同的作业工具使用统一的动力接口、安装接口,便于潜水器根据不同的作业携带不同的专用作业工具。
        4、观测设备高清化:随着人类对深海科考需求的不断提高,各个国家在进行潜水器设计时都采用高清的观察设备。
        5、作业协同化:载人潜水器一个重要的发展趋势是与其他深海装备相互配合、协同作业,这样可突破各装备自身的限制,更加有效地提高作业的效率、保障作业的安全。
        我国在深海载人潜水器研制方面起步相对较晚,但目前已处于国际领先水平。同时,也应看到并积极解决我国在深海载人潜水器研究方面存在的不足和问题,把握世界深海潜水器技术发展趋势,突破全海深载人潜水器关键技术,推动我国深海科考事业的蓬勃发展。(本文作者:赵羿羽、曾晓光、郎舒妍)
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