探索未知∣载人深潜技术 - 深海潜水技术

羊哥哥的店 · 发表于海洋技术专业 2024-4-29 12:25:06

海底世界深达万米、难以抵达，是人类继陆地、海面、大气层、太空之后新的有待探索领域。

载人深潜装备助力人类抵达万米海底，使得对海洋的探索从浅海走向深海。人类在现场的直接面对、感受、分析、判断和操作，始终是认知复杂海洋，尤其是未知深海最为有效的方式。

一、载人深潜技术的战略意义

21世纪是海洋的世纪。随着陆地资源的消耗与枯竭，海洋资源的开发与利用将是未来全球竞争的焦点领域。深海油气、海底可燃冰、深海多金属结核、水下富钴结壳、深海热液硫化物等自然资源富集，引发世界各国对深海探测的关注。

受战略需求牵引，海洋大国正在形成从先进水面支持母船，到可下潜1000~11 000 m的载人/无人深海潜水器，以及探测、作业技术与装备的综合谱系。

载人潜水器作为一种深海运载工具，将科学技术人员与工程技术人员、各种电子装置与机械设备等快速、精确地运载到目标海底环境中，遂行高效勘探测量和科学考察任务。

载人潜水器成为人类开展深海研究、开发和保护的重要技术手段和装备，支撑并推动了深海探测领域的重大进步。

早在1960年1月，“的里雅斯特”号载人潜水器就到达了太平洋的马里亚纳海沟（深度10 913 m），但彼时距离认识深海、利用深海尚有较大距离。

海洋大国从20世纪80年代起，完成了多艘6000 m级深海载人潜水器的研制。2000年以来，有关深海载人潜水器的研究重新活跃起来，特别是全海深（万米级）载人潜水器的研制，引发了新一轮行业技术发展。

图1 世界主要深海载人潜水器的发展历程

根据海洋技术协会载人潜水器委员会的统计，2018年全球载人潜水器活跃数量为160艘，可提供1624个载人座位；其中38艘应用于援潜救生，122艘应用于科学研究、商业作业、观光旅游等。

表1 现役载人潜水器（工作深度＞1000 m）

充分发挥社会主义市场经济条件下科技创新的新型举国体制优势，组织国内优势技术单位进行联合攻关，突破“载人深潜”关键技术体系，辐射带动深海装备领域的技术发展。

经过近20年的持续努力，我国在载人潜水器领域已经建成完整的技术链条和应用体系，形成了三大里程碑。

1．“蛟龙”号载人潜水器创造7062 m中国载人深潜记录

2002年，国家863计划启动了“蛟龙”号载人潜水器的研制工作；2008年初“蛟龙”号具备出海试验的技术条件；2009—2012年，分别完成了1000米级、3000米级、5000米和7000米级海上试验任务，最大下潜深度达到了7062 m。

2013年，“蛟龙”号开始投入应用，在中国南海、东太平洋锰结核区、西太平洋富钴结壳区、马里亚纳海沟、西南印度洋、西北印度洋等海区完成百余次下潜，取得大量生物、矿物、沉积物、岩石等样品，拍摄高清晰海底影像资料，为开展深海资源和环境评价提供了重要依据。

表2 “蛟龙”号载人潜水器基本参数

2．“深海勇士”号载人潜水器实现4500 m深度的高频次应用

2017年，国产化达到95%的“深海勇士”号载人潜水器完成了研制和海试，交付用户。“深海勇士”号最大作业深度为4500 m，广泛采用国产化技术，包括载人舱、浮力材料、定位声呐、推力器、液压源、机械手、充油锂电池组、超高压海水泵、水下照明、声学设备等，重点提升了实用性、经济性和可维护性。

2018年，“深海勇士”号投入实际应用，在中国南海、西南印度洋累计下潜超过100次，承担了科学调查、海洋考古、水下打捞、热液考察等深海作业任务，取得丰硕科研成果。

表3 “深海勇士”号载人潜水器基本参数

3．全海深载人潜水器目标工作深度为11 000 m

2016年，组建“全海深载人潜水器项目群”，工程研制进入实施阶段。2017年全海深载人潜水器方案设计通过评审，目前正处于关键技术攻关、大型地面试验、样件试制等阶段。计划于2020年开展万米下潜。

全海深载人潜水器广泛采用国产化技术。作为潜水器最核心的主体构件，载人舱由我国自主研发制造，采用了具有国际先进水平的真空电子束焊接方法。

载人潜水器装备的主要发展方向是全海深载人潜水器和专用载人潜水器。可以预判，未来15年将是载人潜水器装备和技术更新换代的集中时期。相关的前沿技术有：

（1）非金属材料载人舱设计建造技术，重点是“复合材料圆柱形耐压壳体+钛合金材料前后端盖”这一新型结构形式。

（2）全透明材料应用于大视野观察窗的设计与建造技术，观光型载人潜水器已大量采用，服役水深将进一步拓展。

（3）以水动力外形设计与优化为主的高速无动力潜浮技术，利用机翼的水动力来改变潜水器的水下运动。

（4）新型高密度耐压蓄电池组技术，电池模块能在全海深运行，免维护、循环周期达4000次、即插即用。