走向大洋深處的中國探海利器

【科學向未來】

水下機器人作為海洋探索與開發的重要技術手段，是海洋技術裝備皇冠上的明珠，在我國海洋強國建設中發揮著越來越重要的作用。近年來，隨著海洋強國建設，“蛟龍”、“潛龍”、“海斗”、“海翼”等我國自主研發的探海利器，逐漸開始得到應用并為社會公眾所熟知。中國科學院沈陽自動化研究所是我國最早開展水下機器人研發的單位，諸多探海利器都是由該所主持研發的。本期，我們邀請所長于海斌研究員撰文講講中國的探海利器。

A 中國水下機器人家族不斷壯大

我國水下機器人研究始于20世紀70年代末，當時該項技術在國外正飛速發展，國內卻仍是一片空白。中國科學院沈陽自動化研究所（簡稱“沈陽自動化所”）瞄準了這項前沿技術，在國內率先開展“智能機器在海洋中的應用”的可行性研究。在國內多家單位的協同下，我國第一臺水下機器人“海人一號”于1986年在南海試驗成功，從而揭開了我國水下機器人事業發展的序幕。

四十年來，中國水下機器人研發蓬勃發展，水下機器人家族不斷壯大。

面對陸地、近海資源的日益枯竭和新一輪激烈的科技和產業競爭，在中國大洋礦產資源研究開發協會辦公室和國家“863”計劃的支持下，沈陽自動化所聯合國內多家單位成功研制了“潛龍”系列三型自主水下機器人。“潛龍一號”工作水深為6000米，可進行海底地形地貌、地質結構、海洋環境參數和光學等精細調查，主要應用于大洋多金屬結核資源調查?！皾擙埗枴焙汀皾擙埲枴惫ぷ魉疃紴?500米，兩臺裝備集成了熱液異常探測、磁力探測、地形地貌探測和光學照相等，主要應用于大洋熱液硫化物礦區調查?！皾擙垺毕盗蠥UV的成功研制，填補了我國深海海底資源自主勘查實用技術的空白。

面向海洋科學研究的需求，在國家“863”計劃和中科院戰略先導A類專項等支持下，研發了“探索”系列自主水下機器人（以下簡稱AUV）“海翼”系列水下滑翔機（以下簡稱Glider）和“海星6000”遙控水下機器人（以下簡稱ROV）?！疤剿鳌毕盗蠥UV覆蓋了從100米到4500米海域，其中，“探索100”主要用于淺海水域的海洋環境和地質調查，“探索1000”主要用于特定海區海洋要素的長期連續定點觀測，“探索4500”主要用于深海熱液區復雜地質環境和生態系統的調查；“海翼300/1000”主要基于浮力驅動原理，充分利用海流，在海洋環境中開展長期大范圍多參數調查?！昂Ｐ?000”是我國首臺6000米級ROV，主要用于深海海洋要素測量、原位觀察和采樣作業，創造了我國ROV下潛5611米的最深紀錄，填補了我國6000米級ROV裝備的空白。

面向深淵科考的需求，成功研制了“海斗”號全海深自主遙控水下機器人（以下簡稱ARV）和“海翼7000”Glider等深淵科考裝備?！昂６贰碧柺俏覈着_萬米水下機器人，目前最大下潛深度達到10888米，為我國成功利用水下機器人技術開展萬米深淵科考奠定了堅實的技術基礎，躋身國際先進國家行列；“海翼7000”在2017年3月創造了當時6329米的最深下潛紀錄，打破了此前由美國保持的水下滑翔機最大下潛深度世界紀錄。“海斗”號和“海翼7000”還分別入選2016年和2017年兩院院士評選的中國十大科技進展新聞。

經過多年的技術積累，中國水下機器人的研發力量不斷增強，不同的研究機構也發展出各自的特色。以沈陽自動化研究所為例，初步開發了以“潛龍”系列AUV為核心的我國深海資源自主勘探系列裝備、以“探索”AUV和“海翼”Glider為核心的我國海洋科學研究自主探測技術體系、以“海星”系列ROV為核心的我國海洋科學研究作業技術體系，以“北極/海斗”ARV為核心的我國極端環境科考技術體系等等，初步構建了全系列水下機器人的裝備譜系。

B 保障工程與科研需求

在深海資源勘查領域，自2013年以來，“潛龍”系列AUV連續對東太平洋多金屬結核礦區和西南印度洋熱液硫化物礦區進行了綜合精細調查，累計下潛近百次，探測海底面積近千平方公里，為我國履行與國際海底管理局簽訂的勘探合同提供了不可或缺的技術手段，對提升我國深遠海資源開發的國際競爭能力，提高我國深遠海資源開發利用規模與水平，具有重要的戰略意義。

在海洋科學研究領域，自2014年起，已研制的30多臺套“海翼”系列Glider，覆蓋不同深度，在東海、南海和西太平洋等海域開展了大量航次應用，累計工作900多天，累計觀測兩萬多公里，是我國累計工作天數最多、航行距離最長的水下滑翔機。其中，2017年7月，利用12臺水下滑翔機開展了我國最大規模的組網觀測，揭示了中尺度渦旋在地形作用下，激發次中尺度渦旋的空間分布特征，揭示了渦旋的三維結構特征及其在地形作用下產生形變的過程。之后，水下滑翔機又創造了連續航行91天，航行距離1870公里，獲得了488個剖面觀測數據，刷新了當時我國水下滑翔機航程、工作時間和觀測剖面數的紀錄。自2016年起，“探索1000”先后在南海、東海和黃海連續開展航次應用，不斷探索探測工作模式，航行能力從300公里突破到800公里，獲取了大量的海洋要素觀測數據。“探索4500”也先后在南海、西太平洋等海域開展科學調查應用，獲取了大量精細地形地貌和海底影像等探測數據?！昂Ｐ?000”ROV于2017年完成深海試驗，開展了大量采水、底棲生物觀察、生物和巖石采集等作業，圓滿完成深海試驗任務。

在深淵科考領域，2016年和2017年，“海斗”號和“海翼7000”在我國兩次萬米深淵科考中為科學家提供了寶貴的數據資料?！昂６贰碧柅@得了我國第一批萬米溫鹽深剖面數據，并首次實現萬米海底視頻實時回傳至水面，填補了我國萬米海底實時傳輸視頻數據的空白；“海翼7000”不僅突破下潛深度，還收集到了大量高分辨率深淵海域水體參數數據。我國自主研發的深淵裝備使萬米深海已不再是我國海洋科技界的禁區。

C 自主研發，把核心技術牢牢掌握在自己手里

一個國家的科技進步始終以關鍵技術的自主創新為基礎，特別是對于深海裝備研制這樣一個關系到國家安全的領域，核心、關鍵技術買不來、要不到，必須靠我們自主創新，把核心、關鍵技術牢牢掌握在自己手里。

創新是科技進步的靈魂。沈陽自動化研究所在國內率先提出了自主遙控水下機器人（ARV）的概念，充分發揮了AUV和ROV兩型機器人的技術特點，在突破了冰下高緯度自主導航與定位、萬米油壓密封、大深度長距離微細光纖綜合管理等一批核心技術的基礎上，連續參加北極科考和馬里亞納深淵科考，獲取了傳統技術手段無法獲取的科考數據。

創新是科技價值的體現。歷經五年不懈努力，在“潛龍一號”AUV的基礎上，“潛龍二號”AUV在外形優化設計、操縱性研究、智能控制以及深海自主勘查技術等方面不斷創新，連續三年在大洋科考調查中成功應用，獲得成果表明我國自主潛水器在深海資源勘探領域進入國際先進行列?！皾擙埲枴痹凇皾擙埗枴钡幕A上，進一步自主創新，實現了深海導航和定位技術以及光學調查技術的國產化，充分提高了可靠性、實用性、安全性和探測效率。

深海技術裝備要與實踐緊密結合。重點加強應用需求與工程技術的緊密結合，在深海環境中不斷提升裝備的可靠性和實用性，始終致力于將總體集成、載體優化設計、智能控制、自主導航、大深度作業等核心技術牢牢掌握在自己手中。

隨著海洋探索和開發對于裝備性能需求的日益增長，沿著技術與需求深度融合的思路，我們認為，下一代智能水下機器人應更加注重群體的感知能力、決策能力、作業能力以及跨域協同能力，向智能化、網絡化和體系化的方向發展。這樣將有助于加速推動水下機器人行業的發展，在海洋科技創新的新時代里作出更大的貢獻。

（作者：于海斌，系中國科學院沈陽自動化研究所所長，圖片均由沈陽自動化所提供）

[責任編輯：楊凡、楊婷婷]

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