“海馬”號深海無人遙控潛水器彰顯強國力

前言

“海馬”號4500米作業級深海無人遙控潛水器（ROV）是國家“863”計劃海洋技術領域 “4500米級深海作業系統”重點項目的科研成果。2008年，受科技部委託，國土資源部為該項目的組織實施和上級主管單位，中國地質調查局廣州海洋地質調查局作為“業主單位”組織實施。該項目的核心任務是自主研製我國急需的實用化深海探查裝備，是我國深海譜係化深海潛水器研製的先行者，對實現我國在“十二五”期間形成4500米深海作業能力的“863”計劃目標起著舉足輕重的作用。

經過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，成功研發我國迄今為止系統規模和下潛深度最大、國産化率最高的深海無人遙控潛水器（“海馬”號），國産化率超過90%。2014年4月“海馬”號3次下潛到南海中央海盆4502米的海底，圓滿完成了預定的海底作業任務，通過了科技部驗收。海試考核證明，“海馬”號的可靠性、穩定性和適應性已經符合實用化海洋設備的要求，達到了國外同類ROV的技術水平。

海試驗收後，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備的快速轉化，並在2015年3月的地勘應用中首戰告捷，在南海北部陸坡西部首次發現了海底活動性冷泉（後被命名為“海馬冷泉”），取得了國産化深海技術裝備應用和地勘調查成果雙豐收。“海馬”號填補了我國深海探查作業手段的一項空白，大幅度提升了我國深海技術裝備水平和作業能力，取得了一系列關鍵技術的重大突破，達到了國外同類遙控潛水器技術的水平，是我國在深海技術裝備自主研發領域取得的一個具有里程碑意義的標誌性成果。

由中國地質調查局廣州海洋地質調查局牽頭實施，聯合上海交通大學、浙江大學、海洋化工研究院、同濟大學和哈爾濱工程大學等單位組成的精英團隊，是一個將“強國夢”根植于“海馬”號的創新群體，在“海馬”號研製應用的過程中，形成了一支多學科交叉、研發與作業應用融合的創新團隊，團隊在總體技術、機電、控制、材料、維護和應用等多學科領域得到了長足的進步，積累了豐富的經驗，已經處於國內同行業的領先水平。

突破多項核心技術

深海潛水器裝備技術水平在一定程度上標誌著國家海洋資源勘探開發的科技水平，乃至海洋權益的維護能力。作為海洋探查和資源開發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，發展該技術不僅對國民經濟和社會發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、海洋旅遊業、海洋空間利用等有著不可估量的價值和戰略意義。但與世界先進國家相比，我國面向深海的裝備技術水平還存在比較大的差距，且諸多關鍵技術為少數發達國家所壟斷，嚴重制約了我國參與國際海洋競爭的能力和向更深更遠的海洋進軍的發展進程。為此，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》在重點任務中提出“重點支持深（遠）海環境監測、資源勘查技術與裝備、深海運載和作業技術與裝備成果的應用”。

深海潛水器是當前海洋調查重要手段，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産業化應用。為提升我國深海潛水技術與裝備水平，擺脫深海裝備技術受制於人的被動局面，科技部“863”計劃于2008年底優先啟動“4500米級深海作業系統”重點項目。該項目委託國土資源部組織實施，由中國地質調查局廣州海洋地質調查局作為業主單位牽頭，會集了來自上海交通大學等大專院校和科研院所的近百名專業技術人員，共同組成優秀的協同創新研發團隊進行聯合攻關，主要任務就是研發實用化的作業型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，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備狀況參數對ROV 及其機械手進行遙控操縱。ROV主要應用於兩大領域，一是海洋工程、救助、打撈和考古；二是海洋觀測和科學考察方面的相關作業。

與載人潛水器相比，無人遙控潛水器具有無法替代的優勢。一是適應性強、功能強大，幾乎可以應用於所有海洋開發活動，受海況和海底環境影響小，推進系統和機械手功率大，覆蓋海底作業鏈各個環節，在海洋地質調查中應用前景廣闊，可大幅提升調查能力。二是作業靈活、經濟高效，可根據不同的海底作業任務進行功能擴展配置，收放便捷，不需要專門支持母船，佔用甲板空間和作業人力等資源少，建造、運行和維護成本低。三是無載人風險，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，可無限時地執行高強度、複雜的海底定點作業任務。

4500米級深海作業系統項目的主要裝備成果是“海馬”號4500米無人遙控潛水器。經過6年的不懈努力，研發團隊堅持潛心攻關、勇於探索、敢於創新，全面掌握了大深度無人遙控潛水器的設計和研製、系統集成和聯調、深海無人遙控潛水器的控制和監測、遠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、大深度浮力材料製造、多功能作業機械手設計製造、大負荷升沉補償和大深度潛水器考核試驗等多項核心技術，實現了項目的總體目標，使“海馬”號ROV整套裝備的國産化率達到90％，為我國無人遙控潛水器的國産化和産業化奠定了堅定基礎。

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

“海馬”號裝備有水下攝像／照相系統、聲吶、作業工具、多功能機械手，並有可更換的、不同功能的水下作業底盤。“海馬”號具備開展海底多角度攝像、機械手作業、聲光電探測、海底原位實驗等綜合作業手段，可進行海底全覆蓋測繪、沉積物與生物取樣、物理海洋測量、現場地球化學分析，並具有海底觀測網與儀器設備布設和回收、海底管線維護、深海打撈等擴展作業功能，可廣泛應用於我國資源、環境、工程、救撈、漁業、考古和國防等眾多領域。

“海馬”號是我國迄今為止系統規模和下潛深度最大、國産化率最高的4500米作業級深海無人潛水器系統，系統國産化率超過了科技部的指標要求，達到了90%，標誌著我國已經全面掌握了大深度無人遙控潛水器的關鍵技術，改變了深海無人遙控潛水器依賴進口、受制於人的局面。

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。研製這一深度級別的實用化技術裝備，能夠滿足目前我國深海探查和作業的迫切需求。

按照“863”計劃海上試驗的有關規定和要求，“海馬”號在成果交付使用之前必須經過一系列嚴格的規範化海上試驗。為此，依託中國地質調查局廣州海洋地質調查局“海洋六號”調查船，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。“海馬”號共完成17次下潛，3次下潛到南海中央海盆4502米的海底進行作業試驗，圓滿完成了預定的海底作業任務，並成功實現與水下升降裝置的聯合作業，通過了114項考核指標的現場考核，其中技術指標為91項。

2014年4月18日“海馬”號在位於南海中央海盆4502米水深處（坐標位置：東經114度36分23秒，北緯13度13分01秒）的海域執行第16次下潛，在到達海底後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並靠近已布放于海底的升降裝置後，“海馬”號坐底。通過機械手穿插作業，“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、永久性標誌物布放、模擬的“黑匣子”抓取和海底電纜纜鼓布放等作業。作業任務完成後，“海馬”號又進行了定高和定深測試，開展了海底攝像等作業，所有測試工作均正常。“海馬”號返回甲板後，經潛後檢查表明：浮力材料、深度計、高度計、羅盤、聲吶、水下定位系統、溫鹽深測量系統及各耐壓結構完好，功能正常，表明“海馬”號具有優良的深海作業能力，達到了在4500米級深海海底作業的各項技術性能設計要求。

4月19日，已經完成任務書規定的海試任務後，在科技部現場驗收組的要求下，“海馬”號又進行了第17次“超額”下潛，即試驗性應用下潛。“海馬”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、海底高精度導航定位等試驗項目。整個試驗過程中“海馬”號全系統狀態良好，功能正常。至此，“4500米級深海作業系統”項目驗收航段的試驗任務全面完成，圓滿通過了科技部“863”計劃海洋技術領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備應具備的可靠性、穩定性和適應性，除了具備常規的強作業型ROV 的功能和作業能力以外，還具有海底觀測網擴展纜布放功能，並可根據不同的任務要求進行作業功能的擴展，已達到國外同類ROV的技術水平。

“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年度地質科技十大進展”（排名第一）等。

首次發現“海馬冷泉”

“海馬”號具有常規無人遙控潛水器的各項功能，能應用於海洋工程、海洋觀測、科學考察等多個領域。在驗收後的半年內，“海馬”號團隊完成了將科研成果快速轉化為深海實用化探查設備的任務。根據南海水合物地勘探查的實際需要，增設了三視角高清攝像、專用作業工具、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用，探查和搜尋與海底“冷泉”活動和與水合物賦存相關的微地貌特徵。

“海馬”號首戰告捷，在我國南海北部陸坡西部海底首次發現了雙殼類生物群、甲烷生物化學礁、碳酸鹽結殼、菌席和氣體滲漏等活動性“冷泉”標誌（該“冷泉”被命名為“海馬冷泉”），並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現象，就像荒漠海底中的一片綠洲。冷泉區生物靠甲烷、硫化氫等還原性化學物質自養，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，第一個由國産深海高科技探查裝備發現的海底活動性“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環境等前沿科學研究的重要窗口。2016年2月27日～3月23日，“海馬”號再赴“海馬冷泉”，執行以水合物資源詳查和冷泉生態環境調查研究為目的的海底作業任務，來自國內多個單位的冷泉研究專家參加了這次調查，對“海馬冷泉”的分佈範圍、地形地貌特徵、發育歷史、生物屬種、碳酸鹽岩和流體活動進行了探查，取得豐碩成果。

“海馬”號在冷泉區地勘應用中總體運行狀態良好，取得了國産化深海技術設備應用和地勘調查成果雙豐收，為開展天然氣水合物有利區詳查、圈定勘探目標區、評價天然氣水合物資源潛力提供了寶貴的調查資料，也為後續的天然氣水合物鑽探奠定了堅實的基礎。“海馬”號在“冷泉”探查作業中的首戰告捷，成為國産先進技術裝備促進深海礦産資源探查研究的一個成功範例。

大洋礦産調查實現質的飛躍

2015年6月15日至18日，“海馬”號在大洋第36航次應用中，通過高清視頻觀察、機械手作業和各種搭載傳感器測量，圓滿完成了在採薇海山區複雜陡坡的地形環境中的6個站位富鈷結殼資源探查作業任務，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十公斤結殼樣品和鈣質沉積物樣品，獲取了全程物理海洋測量數據和海底原位水樣，首次對自主研製的小型鑽機和切割機進行了實際應用試驗，達到了預期的科學目標。

海山結殼區的作業實踐考驗了“海馬”號在複雜而危險的海山陡坡環境中的操控性能和作業的能力。“海馬”號及其技術團隊經受住了考驗，在充滿障礙物的海底艱難地選擇著陸作業點，規避了各種危險因素，出色地完成了作業任務。

“海馬”號在採薇海山的成功作業，是我國自1997年起，在開展了近20年海山區結殼資源調查工作中的一個質的飛躍，填補了我國在該領域技術手段的一項空白。

本次結殼海山區的作業實踐不僅考驗了“海馬”號針對結殼資源調查任務的作業功能，而且考驗了“海馬”號的航行動力性能及其技術團隊，在複雜而危險的海山陡坡環境中的操控和作業的能力。“海馬”號及其技術團隊經受住了考驗，“海馬”號以出色的表現圓滿完成了任務。這也意味著“海馬”號的應用環境已經由安全性較高的平坦泥質海底，拓展到危險性較高的複雜海山環境；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運行方式，改變為需要時刻注意規避危險因素並需要在險峻的海山地形中謹慎選擇著陸作業點的運行方式。

“海馬”號無人遙控潛水器（ROV）從科研成果到實用化深海調查裝備的快速轉化，是我國高科技科研成果在地勘投入實際應用並取得突破性成果的成功範例，以國産化裝備完善了對天然氣水合物資源進行探查作業的深海技術裝備體系，填補了我國深海探查作業手段的一項空白，是一個質的飛躍。

結語

“海馬”號實現了從科研成果到實用化深海調查裝備的快速轉化，以國産化裝備填補了我國深海探查作業手段的一項空白，使我國深海探查技術水平實現了一個質的飛躍，是我國高科技科研成果在地勘投入實際應用並取得突破性成果的成功範例。

“海馬”號于2015年3月、6月和2016年3月先後三次執行了南海北部陸坡水合物資源調查、大洋第36航次、水合物資源詳查和冷泉生態環境調查工作，共計作業下潛24次，水下作業時間累積超過180小時。“海馬”號分別在南海中央海盆、南海北部陸坡和西太平洋採薇海山結殼資源分佈區進行了海底作業，布設了科技部、國土資源部等永久性標誌物，這是中華人民共和國國産深海探查裝備在深海海底留下的足跡，並將永遠在大洋深處閃耀著中國智慧，彰顯著中國力量。“海馬”號將繼續在深海潛行，奮戰在我國海洋科學事業的征途上。（記者 李瑜）