馬里亞納海溝（Mariana Trench，Marianas Trench）位于菲律賓東北、馬里亞納群島附近的太平洋底部。海溝的“挑戰(zhàn)者深淵”部分約有11000米深，是目前已知的世界海洋最深處。就算把世界上最高的山峰珠穆朗瑪峰扔進(jìn)“挑戰(zhàn)者深淵”，都會被全部淹沒。

　　深海環(huán)境非常惡劣，黑暗、水壓高、溫度低等條件給科研工作帶來了很大困難。但是，就在幾天前，中國的科學(xué)家們在這一科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的突破。

　　在10月份剛剛結(jié)束的馬里亞納海溝深淵科學(xué)考察中，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所主持研制的“海斗一號”全海深自主遙控潛水器，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了對“挑戰(zhàn)者深淵”西部凹陷區(qū)的大范圍全覆蓋聲學(xué)巡航探測。

　　海斗一號”是什么？

　　深海潛水器是研究海斗深淵（Hadal Trench，水深范圍從6000米到11000米左右的海域）不可或缺的裝備。 

　　深海潛水器主要分為載人潛水器（HOV）和無人潛水器（UUV）。無人潛水器也叫“水下機(jī)器人”，主要有三類：遙控潛水器（ROV），自主潛水器（AUV），最后一類是混合式潛水器。 

　　咱們的“海斗一號”，就是一種先進(jìn)的混合式潛水器。 

　　作為一個全海深自主遙控潛水器（ARV），“海斗一號”既可以作為自主潛水器（AUV）使用，進(jìn)行較大范圍的水下調(diào)查；也可以作為遙控潛水器（ROV）使用，進(jìn)行局部區(qū)域的精確調(diào)查和水下輕作業(yè)?！?/p>

　　遙控潛水器(ROV)身后拖著一條長長的尾巴，這是一根長電纜，既是電源線又是連接線，能源和信號都通過這根電纜傳送。操作者通過這根電纜對潛水器進(jìn)行遙控操作。 

　　自主潛水器AUV沒有“尾巴”，它的電池直接安裝在潛水器體內(nèi)，其任務(wù)執(zhí)行過程是由計算機(jī)控制的，潛水器按照程序自主地完成任務(wù)。

　　海斗一號是全海深自主遙控潛水器（ARV），它兼有遙控潛水器和自主潛水器二者的優(yōu)點(diǎn)。 

　　與自主潛水器（AUV）相比，海斗一號不僅實(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)交互，還可以完成水下輕作業(yè)，提升機(jī)器人的作業(yè)能力。與遙控潛水器（ROV）相比，海斗一號可攜帶長距離光纖微纜，不僅擴(kuò)大了水下作業(yè)范圍，降低了對支持母船的要求，也減少了水面支持系統(tǒng)的體積和重量。

　　潛水器的發(fā)展歷程 

　　對人類而言，海洋是神秘未知的領(lǐng)域，世界各國對它的探索從未停止過。潛水器發(fā)展的歷史有60余年，經(jīng)歷了從載人到無人，從遙控到自主的主要階段。

　　加拿大國際潛水器工程公司（ISE）總裁麥克·法蘭將水下機(jī)器人的發(fā)展歷史分為四個階段，并將前三個階段稱為三次革命：

　　第一次革命在20世紀(jì)60年代，以載人潛水器為標(biāo)志；

　　第二次革命為70年代，以遙控潛水器ROV的迅速發(fā)展成為一個成熟的產(chǎn)業(yè)為特征；

　　第三次革命在20世紀(jì)90年代，以自主潛水器AUV的發(fā)展和走向成熟為標(biāo)志。現(xiàn)在則是混合型水下機(jī)器人的時代?！　?br /> 　　1957年，美國華盛頓大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗室開發(fā)了第一臺自主無人潛水器，但由于技術(shù)原因，自主無人潛水器在60～90年代進(jìn)展緩慢。

　　90年代，人工智能和致密能源等高新技術(shù)更新，推動深海自主無人潛水器進(jìn)入快速發(fā)展時期。美國、英國、日本、加拿大、俄羅斯、法國等海洋強(qiáng)國不斷加快研究，自主無人潛水器的探測深度從百米級發(fā)展到千米級再到萬米級。除了軍用潛水器外，商業(yè)化深海自主無人潛水器不斷涌現(xiàn)。

　　遠(yuǎn)程遙控潛水器是最早得到開發(fā)和應(yīng)用的潛水器種類。 

　　1953年，美國設(shè)計了最早的一款遠(yuǎn)程遙控潛水器；1961年，美國軍方研制成610米級的潛水器，屬于第一艘具有實(shí)質(zhì)性突破的遠(yuǎn)程遙控潛水器系統(tǒng)，因1966年在西班牙外海打撈起一枚墜海氫彈而轟動世界。

　　20世紀(jì)70～80年代，遠(yuǎn)程遙控潛水器開始被投入商業(yè)應(yīng)用，其技術(shù)日臻成熟。在海洋研究、近海油氣開發(fā)、礦物資源調(diào)查取樣、水下打撈以及探雷、獵雷、滅雷等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　1995年，日本一公司研制成功世界上第一臺全海深遠(yuǎn)程遙控潛水器KAIKO11000。

　　在深海遠(yuǎn)程遙控潛水器裝備和技術(shù)領(lǐng)域，美國、加拿大、英國、法國、德國和日本等國家處于領(lǐng)先地位，均有6000米級深海遠(yuǎn)程遙控潛水器用于海洋科學(xué)研究；而在商用遠(yuǎn)程遙控潛水器方面，美國和歐洲國家占據(jù)了絕大部分市場。

　　混合式水下機(jī)器人是近十幾年來發(fā)展起來新型潛水器，由于結(jié)合了遙控潛水器和自主潛水器的優(yōu)勢，其潛在的應(yīng)用前景更加廣泛。

　　國外最具代表性的混合式水下機(jī)器人是美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）研制的“海神”號（Nereus HROV）。其最大工作水深為11000米，主要用于地球、生命等科學(xué)探索。

　　2009年5月31日，“海神”號成功下潛至馬里亞納海溝10902米水深處，是史上第一個抵達(dá)深海最深處的自動工具。然而，2014年5月10日，“海神”號在新西蘭東北的克馬德克海溝9990米深度處丟失。 

　　“海斗一號”到底有多厲害？

　　中國的潛水器研究起步較晚。1983年我國研制的第一臺200米級遠(yuǎn)程遙控潛水器原理樣機(jī)“海人一號”，實(shí)現(xiàn)了零的突破。20世紀(jì)90年代，我國研制成功600米級遠(yuǎn)程遙控潛水器和第一臺1000米級探索者自主無人潛水器。

　　最近十年，我國深海潛水器技術(shù)取得長足進(jìn)步，先后研制成功“海星”系列、“海龍”系列、“潛龍”系列和“探索”系列等深海潛水器。

　　目前國內(nèi)多家機(jī)構(gòu)致力于研究先進(jìn)的自主/遙控深海潛水器，包括中科院沈陽自動化所、中國船舶科學(xué)研究中心和上海交通大學(xué)等單位。

　　在過去的十年中，我國深海潛水器多次在深淵、極地開展試驗應(yīng)用，在人類難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查及作業(yè)，幫助科學(xué)家探索海洋深處地球生命的起源、北極海冰變化及其影響等重大科學(xué)問題。

　　“海斗一號”的前身“海斗”號ARV是針對深淵科考需求研制的全海深（11000米）ARV關(guān)鍵技術(shù)驗證平臺。2016年～2018年的3年中，“海斗”號ARV三次赴馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵執(zhí)行航次科考應(yīng)用任務(wù)，共計完成11次萬米下潛。

　　在2018年深淵航次中，“海斗”號成功實(shí)現(xiàn)了萬米海底著底，在深淵海底累計工作近6小時，對挑戰(zhàn)者深淵局部區(qū)域地形與深度進(jìn)行了精確測量。

　　在“海斗”號研制和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我國成功研制首臺作業(yè)型全海深自主遙控水下機(jī)器人“海斗一號”。

　　2020年5月，“海斗一號”在馬里亞納海溝完成首次萬米海試與試驗性應(yīng)用，其攜帶的機(jī)械手完成了觸發(fā)采水、沉積物取樣、布放標(biāo)志物等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了ARV全海深探測與作業(yè)。

　　在剛剛結(jié)束的2021年10月應(yīng)用中，“海斗一號”在馬里亞納海溝超10800米深度的深淵海區(qū)，成功實(shí)現(xiàn)多次萬米下潛及科考應(yīng)用，取得了全海深無人潛水器連續(xù)、穩(wěn)定、可靠科考應(yīng)用的重大突破。

　　在AUV模式下，“海斗一號”打破了多項無人潛水器的世界紀(jì)錄，包括：最大下潛深度達(dá)到了10908米；海底連續(xù)作業(yè)時間超過8小時；近海底航行距離超過了14公里；首次實(shí)現(xiàn)了AUV潛水器萬米坐底并連續(xù)拍攝高清視頻影像。

　　在ARV模式下，“海斗一號”在萬米海底連續(xù)工作超過10小時，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，創(chuàng)造了我國潛水器萬米海底最長工作時間的紀(jì)錄，并實(shí)現(xiàn)了萬米海底定點(diǎn)實(shí)時高清精細(xì)觀測。

　　“海斗一號”的成功應(yīng)用，表明我國全海深無人潛水器正式跨入萬米科考應(yīng)用的新階段，填補(bǔ)了國際空白，未來，我們拭目以待！ 

來源：“科學(xué)大院”微信公眾號