作者：朱佳帅 杨倩倩 刘伟 冯书桓（中国船舶集团有限公司综合技术经济研究院）
摘要：潜水器是深海资源开发、科考探测、旅游观光、救援保障的重要装备，成为世界海洋装备的重点发展方向。本文以潜水器技术发展为主题，介绍了国内外潜水器发展现状，阐述了潜水器未来发展趋势，对潜水器标准化工作提出了建议。
关键词：潜水器 技术
陆地和近海资源日益匮乏，人类朝向深海进军。由于深海环境恶劣、人类能够到达的下潜深度有限，潜水器成为深海探测与开发的重要工具。潜水器是一种具有水下观察和作业能力的重要载具，主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务，并可以作为潜水员活动的水下作业基地。按照作业方式，潜水器一般分为载人潜水器（HOV）和无人潜水器（UUV），其中无人潜水器又分为有缆遥控潜水器（ROV）、无缆自治潜水器（AUV）和混合遥控潜水器（ARV/HROV）等，以及无动力潜水器等多种类型 [1-2]。
1.1 美国潜水器发展
美国积极推进 UUV 技术研究和应用，并制定了相应的研究计划，明确了 UUV 发展的技术要求、主要研究方向、使命和作战能力、发展路线和系列化产品热点。目前，美国已成功开发了多型 UUV，在无人潜航器发展方面处于世界领先地位。美国通过制定战略规划为无人潜航器的研制进一步确立了方向，将其提高到与无人机、无人战车和机器士兵等研究同等重要的位置，表明美国力争在这方面保持世界领先地位的意图。
1.2 英国潜水器发展
英国发展较好的多用途无人潜航器是“泰勒斯曼”（Talisman），是 BAE 系统公司发展网络环境下“智能自主”系统战略的一部分。该系统包括水下航行器本身、一个开放式结构控制系统、一个遥控台、通信模块、软件以及支持设备。“泰勒斯曼”的外壳用合成纤维材料制成，可分散主动声纳发出的声波减小目标回波强度；通过 6 个矢量推进器来控制UUV 的前进和机动，可以提供 0~5 kn 的速度，并使其具有零速度悬浮的能力，能完成垂直动，能在其自身长度范围内旋回和倒退航行；基本导航设备包括惯性测量单元、多普勒计程仪以及测深和测高传感器；使用锂离子电池，可以携带超过 500 kg的有效载荷。“泰勒斯曼”还采用了一种被称为自主导航和感知试验研究（ANSER）的技术。ANSER 允许在多个无人系统之间共享传感器和地图信息，因此可以允许多个无人潜航器像“蜂群”一样行动。此外，英国在超大排量型无人潜航器研制方面也相对领先。英国 MSubs 公司生产的超大排量型无人潜航器是目前世界上最大型的无人水下潜航器，其指挥、控制和任务管理系统均采用通用功能强悍的模块化结构，以适应各独立航行器的配置。
1.3 俄罗斯潜水器发展
前苏联于 20 世纪 70 年代就开始了 AUV 的研制工作，尽管冷战期受到西方技术封锁，缺少先进的电子和计算机技术设备，但前苏联在 AUV 的研制方面仍然取得了一定的成果并积累了相当丰富的经验。俄罗斯 90 年代中期建造的几个 AUV 就在太平洋、大西洋和挪威海域成功地进行了深海搜索和回收工作。前苏联在深海潜水器结构材料方面也取得了突出的研究成果，在钛合金加工制造和焊接方面居世界先进水平，国产“蛟龙号”7 000 m 载人潜水器壳体就是采用苏制钛合金加工制造。此外，在发展复合材料、陶瓷材料方面也取得了很大成就，这些技术对其他国家发展 AUV 起到了促进作用。苏联解体后，这些优势主要被俄罗斯所继承，俄罗斯具备强大的载人潜水器研制及应用能力，俄罗斯拥有目前世界最多的大深度载人潜水器，如和平Ⅰ号、和平Ⅱ号、Pisces、AS-37等。目前，俄罗斯在国际市场上积极出售 AUV 产品和相应技术，中国和韩国就向俄罗斯购进了有关技术，并合作开展了 AUV 的研制。
1.4 日本潜水器发展
日本在 20 世纪 90 年代前后，已为发展 UUV 技术进行了相应的投资，主要的研究领域包括：高性能电池、无污染的推进系统、高效的热机技术、高数据率水声通信技术、低成本的地形匹配和精密导航技术、低噪声和低电磁的传感器技术、涂层隐身技术、控制 UUV 的人工智能及神经网络和模糊逻辑等技术、高可靠性和低维护技术等。
1.5 我国潜水器发展
近几十年来 , 国内深海潜水器的研究已取得长足进步 , 主要围绕以下几个中心来进行。一是以中科院沈阳自动化所为核心，由中国船舶第 702 所、中科院声学所、哈尔滨工程大学等单位合作。沈阳自动化研究所通过建立机器人示范工程基地，已开发出多种型号的无人潜水器产品，应用于水下观测、
海上作业、救捞工程、水下安保等。二是以上海交通大学为核心，联合浙江大学、青岛海洋化工研究院、同济大学和哈尔滨工程大学等单位，共同协作研制出多款无人遥控潜水器。三是以中国船舶第 702所为核心，以沈阳自动化所、浙江大学、中科院声学所、华中科技大学等为合作单位，主要是研制深海载人潜水器。四是以哈尔滨工程大学为核心，由中国船舶第 702 所、709 所、华中科技大学等单位合作，研制出三型特定智能无人潜水器和用于各种特定功能的无人潜水器。
2.1 深海复杂环境自主感知分析技术
深海环境复杂多变，海洋生物、水流等干扰增加了海洋探测感知分析的难度，必须发展深海探测感知新技术。相关技术以效率、可靠性、自主程度全面提升为主要发展目标，重点解决大容量、多类型水下数据的存储、处理与识别问题；具体包括深海复杂环境智能探测传感器件及其系统配置、环境感知 / 认知与推理分析、多目标自主跟踪识别等内容。
2.2 深海新型通信与定位导航技术
深海定位导航面临环境复杂、信息源缺乏的局面，技术突破难度大，使得当前的深海水声通信在通信质量、稳定性等方面均不理想。发展高精度、高效率、高可靠的新型深海通信与定位导航技术成为未来深海探测的关键环节，具体包括深海环境下光学通信、静 / 动组合通信与定位导航、海底高精度定位系统、远距离水下高速通信及信息交互、极低频电磁波应用、海底地形匹配定位导航、重力场与地磁场定位导航等内容。
2.3 智能深海无人装备高效安全供能技术
任务需求越发苛刻，智能深海无人装备对续航力的要求越来越高，而常规电池的体积、重量都制约了系统性能。相比水面船舶，智能深海无人装备动力与供能技术的复杂程度更高，储能的体积、重量密度是相关应用的关键因素。高密度、更安全的供能储能技术成为领域技术突破方向之一，具体包括耐高压 / 耐腐蚀高能量密度能源、水下小体积核动力、深海能源补给等内容。
2.4 水下无人装备自主航行与作业控制技术
水下无人装备在航行与作业过程中不需要人工实时参与控制，能够根据自身状态及外部环境的变化及时自主做出决策，是水下无人装备技术的重要发展方向。相关研究内容包括：复杂水下环境下自主航路规划、智能航行控制、信息融合与实时传输、自主对接与回收、作业姿态自主控制等。
2.5 水下有 / 无人装备集群智能协同技术
各类水下装备协同作业能够克服单一装备作业效率有限的制约，实现各类装备作业能力的差异化配置，是执行水下复杂任务的有效方式，成为新一代智能无人潜水器技术发展研究深海探测与作业技术的发展方向。相关研究内容包括：集群装备多单元空间与环境信息感知 / 实时融合、集群装备主从单元状态判断 / 抗交互干扰 / 时空协调 / 精确配合 /故障诊断与自动排除等智能辅助控制、超高压环境下装备对接与进出舱、集群协同作业管理等。
2.6 深海作业工具模块化
深海载人潜水器的使命往往是多方面的，任务不同，面对的作业对象不同，也就需要使用多样化的作业工具。由于每次下潜作业时间的限制，深海载人潜水器既不需要也不应该配备所有的作业工具。针对特定的作业对象，只需要携带特定的作业工具包就可以满足要求。因此在最初设计时就需要考虑多样化、模块化的作业工具的配备问题，使它们动力接口一致，安装接口统一。
装备发展，标准先行。标准是质量基础的核心要素，是支撑和保障潜水器研制的重要支撑，在开展装备研发的同时，建议加强潜水器标准化工作。
目前，潜水器相关国内标准共 24 项，主要聚焦于潜水器术语等基础通用领域，材料选用、建造质量控制等材料及检验领域，耐压结构建造等建造领域，操纵性、系统试验等性能试验领域，推进、电气系统设备等系统设备领域，协同作业、作业规程等作业领域，人员培训、作业大纲等培训领域（见表 1），解决潜水器关键共性技术的配套支撑标准尚存空白，建议结合我国潜水器技术发展需要，进一步建立健全潜水器标准体系，完善配套支撑标准。
4.1 在潜水器基础共性技术、可靠性、核心关键技术及产品等方面仍存在标准缺项，建议加快研究制定相关标准，提升自主创新能力
经研究分析，我国潜水器标准体系中仍缺乏质量管理、核心关键技术及产品标准，如质量可靠性、等级评价等基础共性技术标准，且上述标准在国内外都尚处空白。因此，建议国内相关科研院所和建造企业加强技术攻关和自主创新，在总结工程实际经验的基础上，围绕上述缺项开展标准研究与制定工作。
4.2 确保潜水器科研开发与标准制定紧密结合，加速科研成果向标准转化
潜水器装备产业属高端装备产业，具备技术含量高、研发难度大、创新性较强等特点，因此需要联合产、学、研、用等多方力量以确保装备研发与标准制定的紧密结合，加快我国潜水器装备“技术成果化、成果标准化”的发展进程，形成“以科研促标准，以标准提科研”的发展模式，加强自主创新，在重大科技专项中安排相关标准草案编制及标准化研究任务，同时要求在科研专项中形成标准化成果。
4.3 加强船舶、海洋、气象等相关行业间的顶层协调与联合推进
潜水器装备作为国家高端装备重要组成部分，具有跨行业、多学科融合等特点，国内从事潜水器装备设计制造的企业涉及船舶、海洋等多个行业，因此潜水器标准体系的建立与完善就需要创新发展理念，打破行业界限，做好船舶、海洋等相关行业间的顶层协调与联合推进，不断深化标准体系研究，规范和指导潜水器装备标准化工作的开展。
[1] 赵羿羽 , 曾晓光 , 金伟晨 . 海洋科考装备体系构建及发展方向研究 [J]. 舰船科学技术 , 2019, 41(19).
[2] 曹俊, 胡震, 刘涛, 等. 深海潜水器装备体系现状及发展分析[J]. 中国造船 , 2020, 61(1).
[3] 许冬彦 , 周玉霞 . 国家航天标准体系建设研究 [J]. 南京航空航天大学学报 , 2021, 53(S1).
声明：本公众号相关内容均来自主流媒体及公众号，非商业用途，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。版权归原作者所有，如有发现侵犯您的权益，请后台联系编辑，我们会尽快删除相关侵权内容。
