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當(dāng)前，面對(duì)陸上和沿海資源日趨枯竭的局面，世界發(fā)展重心逐漸轉(zhuǎn)向深海領(lǐng)域。但由于深海高壓、黑暗、低溫、高鹽、劇毒等極端環(huán)境條件的限制，對(duì)深海資源的開(kāi)發(fā)利用一直以來(lái)都存在著較大的限制。而隨著現(xiàn)代化高新技術(shù)的進(jìn)步和深海裝備的飛速發(fā)展，大規(guī)模的深海資源開(kāi)發(fā)利用成為了可能。作為深海開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)支撐，深海裝備的種類繁多。其中，深海載人潛水器、深?？臻g站和水下機(jī)器人最具代表性，其水平可以體現(xiàn)出一個(gè)國(guó)家材料、控制、海洋學(xué)等領(lǐng)域的綜合科技實(shí)力。多年以來(lái)，世界各主要國(guó)家紛紛在相關(guān)領(lǐng)域取得了一定的成就。
一、深海載人潛水器 作為國(guó)之重器，深海載人潛水器可以將科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員和各種機(jī)械電子裝置快速、精確地運(yùn)載到目標(biāo)海底環(huán)境，是深海進(jìn)入、探測(cè)、開(kāi)發(fā)和保護(hù)的重要技術(shù)手段和裝備，代表了海洋科技研發(fā)的制高點(diǎn)。早在20世紀(jì)60年代，世界各主要國(guó)家就開(kāi)始在該領(lǐng)域開(kāi)展前沿性研究。發(fā)展至今，中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)已具備深海載人潛水器的自主研發(fā)能力。
美國(guó)“的里雅斯特Ⅱ”號(hào)深海載人潛水器 在國(guó)家層面，美國(guó)是世界上最早進(jìn)行深海載人潛水器研究的國(guó)家之一，整體水平處在世界首位。美國(guó)海軍于1960年首次將采購(gòu)自瑞典的“的里雅斯特”號(hào)（Trieste）下潛至10913米深的馬里亞納海溝，自此拉開(kāi)了向深海進(jìn)軍的序幕。在“的里雅斯特”號(hào)之后，美國(guó)相繼研發(fā)出2000米級(jí)“阿爾文”號(hào)（Alvin）、4600米級(jí)“鋁合金”號(hào)（Aluminaut）以及6100米級(jí)“的里雅斯特Ⅱ”號(hào)（Trieste Ⅱ）等多型深海載人潛水器。其中，“阿爾文”號(hào)真正開(kāi)啟了人類深?？茖W(xué)研究的活動(dòng)，并成為了迄今為止世界上下潛次數(shù)最多的深海載人潛水器。除美國(guó)外，其他主要國(guó)家從20世紀(jì)80年代開(kāi)始也逐步加快在深海載人潛水器領(lǐng)域的探索，并在計(jì)算機(jī)、材料學(xué)、水聲學(xué)等前沿技術(shù)進(jìn)步的加持下取得了多項(xiàng)突破。日本的“深海6500”（DSV Shinkai 6500）能夠搭載3人，水下作業(yè)時(shí)間8小時(shí)，曾下潛至6527米深的海底，目前已經(jīng)下潛了1000余次。法國(guó)的“阿基米德”號(hào)（Bathyscaphe Archimede）是第一個(gè)到達(dá)大西洋最深處的潛水器，直達(dá)波多黎各海溝9560米處。俄羅斯的“勇士”號(hào)（Vityaz）于2020年5月首次潛入馬里亞納海溝，下潛深度達(dá)10028米，其人工智能控制儀器可以自動(dòng)避開(kāi)障礙，在有限空間中尋找出路并找到其他智能解決方案，整體技術(shù)水平較為先進(jìn)。 在企業(yè)層面，美國(guó)同樣走在世界前列，擁有一部分極具代表性的商業(yè)型深海載人潛航器。其中，加拿大導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆定制的“深海挑戰(zhàn)者”號(hào)（Deepsea Challenger）于2012年成功坐底10908米，美國(guó)富豪探險(xiǎn)家維克托·韋斯科沃自己投資建造的“限制因子”號(hào)（Limiting Factor）于2019年兩次坐底馬里亞納海溝，最高下潛深度為10925米。此外，美國(guó)OceanGate公司完成了“泰坦”號(hào)（Titan）深海載人潛水器的建造，可搭載5人潛入4000 米水深，主要用于深海的商業(yè)探索和研究冒險(xiǎn)。同時(shí)，該公司還計(jì)劃新建兩艘6000米級(jí)“獨(dú)眼巨人”號(hào)（Cyclops）載人潛水器。Triton Submarines公司建造的“哈達(dá)爾探險(xiǎn)”（Triton 36000/2）私人全海深載人潛水器可搭載2人，能夠在2.5小時(shí)內(nèi)到達(dá)馬里亞納海溝的底部，最高可下潛至11000米，商業(yè)前景明朗。雖然目前多數(shù)商業(yè)型載人潛水器下潛深度指標(biāo)一般，但在材料、總體結(jié)構(gòu)、生命支持和應(yīng)急自救等方面均有新的突破，能夠?yàn)槲磥?lái)商業(yè)型深海載人潛水器的發(fā)展提供經(jīng)驗(yàn)參考。
二、深海空間站 相比深海載人潛水器，深?？臻g站的空間更大，水下工作時(shí)間更長(zhǎng)，并能夠攜帶多種類型的水下機(jī)器人、水下機(jī)械臂及水下起重起吊裝置，研發(fā)難度更高，涉及的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域也更廣，目前除了中美俄等幾個(gè)少數(shù)國(guó)家外，還未有其他國(guó)家掌握此項(xiàng)技術(shù)。近年來(lái)，以美俄為代表的各大海洋強(qiáng)國(guó)均把深?？臻g站技術(shù)視為重要戰(zhàn)略發(fā)展方向，將具備人員進(jìn)入深海、實(shí)施工程施工的能力視為取得海洋科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、軍事競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略主動(dòng)權(quán)的重要舉措之一。
Proteus Ocean Group公司深?？臻g站概念圖 在國(guó)家層面，美俄兩國(guó)繼承了冷戰(zhàn)時(shí)期的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，深海空間站技術(shù)處在世界前沿水平。美國(guó)在深?？臻g站方面已有50多年的發(fā)展歷史，其已退役的NR-1型深?？臻g站執(zhí)行過(guò)多種不同類型的任務(wù)，包括海洋研究、地質(zhì)勘探、水下搜索、打撈回收、水下維護(hù)安裝設(shè)備和繪制海底地圖等。目前，美國(guó)正在建造千噸級(jí)NR-2型深?？臻g站，除了執(zhí)行軍事任務(wù)外，NR-2還將承擔(dān)海洋工程安裝、維護(hù)和維修等9類民用任務(wù)，自持力有望達(dá)到90天。俄羅斯最新型的深海核動(dòng)力空間站近年在北極地區(qū)進(jìn)行了為期20天的考察活動(dòng)，獲取500公斤大陸架巖樣，科考結(jié)果有力支撐了俄羅斯對(duì)萊蒙諾索夫和門(mén)捷列夫山脊等北極海底地區(qū)領(lǐng)土所有權(quán)的主張。此外，俄羅斯正在建造一艘新的通用型深?？臻g站。除美俄等國(guó)外，其他國(guó)家也在積極進(jìn)行深?？臻g站方面的研究。挪威研發(fā)了北冰洋水下工作站，首次采用了常規(guī)動(dòng)力，可潛深450米。日本目前正在研制潛深500～2000米的移動(dòng)式深?？臻g站，法國(guó)和英國(guó)的深海空間站項(xiàng)目則均處于概念設(shè)計(jì)階段。 在企業(yè)層面，深?？臻g站因高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高技術(shù)等特點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，但也有部分企業(yè)積極尋求突破。如法國(guó)潛水員法比安·庫(kù)斯托創(chuàng)建的海底技術(shù)公司Proteus Ocean Group正計(jì)劃研制一款名為“普羅透斯”（Proteus）的國(guó)際深?？臻g站，并積極吸引各國(guó)的政府機(jī)構(gòu)、科學(xué)家和私營(yíng)部門(mén)參與到項(xiàng)目中，整個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)耗資1.35億美元，旨在探索深?？臻g站的商業(yè)前景。相關(guān)分析表示，該項(xiàng)目落實(shí)后將進(jìn)一步推動(dòng)深?？臻g站技術(shù)的發(fā)展，并有望開(kāi)拓出深?？臻g站發(fā)展的新模式。
三、水下機(jī)器人 水下機(jī)器人是一種工作于水下的極限作業(yè)機(jī)器人，主要分為自主水下機(jī)器人（AUV）和遙控水下機(jī)器人（ROV），能夠在極端海洋環(huán)境下工作，到達(dá)人類難以到達(dá)的海區(qū)，是人類探索海洋、認(rèn)識(shí)海洋的先進(jìn)技術(shù)手段之一。近年來(lái)，隨著自主航行控制、導(dǎo)航定位通信、能源動(dòng)力推進(jìn)等高新技術(shù)的不斷突破，水下機(jī)器人技術(shù)愈發(fā)成熟，有效推動(dòng)了海洋環(huán)境觀測(cè)、深海資源探測(cè)和開(kāi)發(fā)、深淵和極地的科學(xué)考察等領(lǐng)域的進(jìn)步。與此同時(shí)，水下機(jī)器人也開(kāi)始在專業(yè)市場(chǎng)、潛水、娛樂(lè)等大眾消費(fèi)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，商業(yè)模式逐漸成熟。
法國(guó)ECA集團(tuán)H2000型ROV 在國(guó)家層面，美國(guó)在水下機(jī)器人研發(fā)方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，日法兩國(guó)緊隨其后。目前，美國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種型號(hào)的水下機(jī)器人系統(tǒng)，工作能力涵蓋安全搜救、科學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)和水下工程等多個(gè)領(lǐng)域，其Oceaneering公司是世界上最大的工作類水下機(jī)器人運(yùn)營(yíng)商和制造商，該公司開(kāi)發(fā)的額定潛水深度4000米的Millennium工作系統(tǒng)和額定潛水深度8000米的超深水系統(tǒng)均處于世界領(lǐng)先水平。日本十分重視發(fā)展水下機(jī)器人，已將其列入日本高級(jí)機(jī)器人發(fā)展計(jì)劃，其東芝公司研發(fā)的水下機(jī)器人在福島核電站后續(xù)的清理工作中作用巨大，參與打撈了丟失的燃料棒。法國(guó)在水下機(jī)器人領(lǐng)域同樣處于領(lǐng)先地位，將其視為重要戰(zhàn)略發(fā)展領(lǐng)域，法國(guó)ECA集團(tuán)以在機(jī)器人、自動(dòng)化系統(tǒng)、模擬和工業(yè)過(guò)程方面的專業(yè)知識(shí)而聞名，該集團(tuán)開(kāi)發(fā)的H2000型水下機(jī)器人，是法國(guó)海軍2000米水深進(jìn)行沉船和失事飛機(jī)調(diào)查和打撈指定用水下機(jī)器人。 在企業(yè)層面，美西方國(guó)家相關(guān)企業(yè)憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)占據(jù)了水下機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展先機(jī)。目前，全球有上百家ROV制造商，正在使用的ROV數(shù)以千計(jì)，而且還在繼續(xù)增長(zhǎng)。其中，美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)和日本等國(guó)家在ROV領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，占據(jù)了絕大部分的商用市場(chǎng)份額。與此同時(shí)，AUV的商業(yè)化趨勢(shì)也在不斷加強(qiáng)，涌現(xiàn)出多型產(chǎn)品化AUV，如美國(guó)Hydroid公司的Bluefin系列、挪威Kongsberg公司的Remus系列與Hugin系列、美國(guó)Teledyne公司的Gavia系列等，標(biāo)志著AUV的消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)已趨向成熟。
四、結(jié)語(yǔ) 隨著海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和軍事需求的增加，深海裝備的整體技術(shù)日趨成熟，并且在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，其商業(yè)化程度也在不斷提高，正朝著專業(yè)化、智能化和協(xié)同化等方向發(fā)展。不過(guò)，深海裝備與技術(shù)快速發(fā)展的背后也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。一方面深海裝備投入巨大，短期內(nèi)難以產(chǎn)生回報(bào)，企業(yè)參與度有限。尤其在深海載人潛水器和深?？臻g站方向，非國(guó)家主導(dǎo)的項(xiàng)目存在著較大的失敗風(fēng)險(xiǎn)，企業(yè)參與度難以提升，對(duì)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)作用有限。另一方面則是深海生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱，海洋環(huán)境保護(hù)問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻。現(xiàn)階段，水下機(jī)器人等市場(chǎng)需求下衍生出的眾多企業(yè)在技術(shù)水平和環(huán)保意識(shí)等方面水平相差較大，部分產(chǎn)品可能會(huì)對(duì)海洋的生態(tài)環(huán)境造成污染，環(huán)保規(guī)范缺失等問(wèn)題亟待解決。 我國(guó)在深海裝備領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，目前仍處在戰(zhàn)略機(jī)遇期，盡管在一些領(lǐng)域已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，但仍有較大提升空間。在此背景下，我應(yīng)進(jìn)一步提高對(duì)深海戰(zhàn)略新空間開(kāi)發(fā)的重視程度，密切關(guān)注世界深海開(kāi)發(fā)高技術(shù)尤其是核心關(guān)鍵技術(shù)研究的前沿發(fā)展態(tài)勢(shì)，并加強(qiáng)深海領(lǐng)域國(guó)際合作交流，依托重大科技項(xiàng)目和重大工程，帶動(dòng)提升國(guó)內(nèi)深海裝備的技術(shù)進(jìn)步。 參考文獻(xiàn) [1]曹俊，胡震，劉濤，蘇曉云，馬利斌，侯德永. 深海潛水器裝備體系現(xiàn)狀及發(fā)展分析[J]. 中國(guó)造船，2020,61(01):204-218. [2]胡震，曹俊. 載人深潛技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 中國(guó)工程科學(xué)，2019,21(06):87-94. [3]美國(guó)WHOI官網(wǎng)[EB/OL]. http://www. [4]美俄深?？臻g站研制發(fā)展概況[EB/OL]. https://mp.weixin.qq.com/s/O7Nm8fGWSZJLjTX_nqcjNg [5]Proteus Ocean Group公司官網(wǎng)[EB/OL]. https://www. [6]李碩，吳園濤，李琛，趙宏宇，李一平. 水下機(jī)器人應(yīng)用及展望[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊，2022,37(07):910-920. [7]連璉，魏照宇，陶軍，任平，馬廈飛. 無(wú)人遙控潛水器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 海洋工程裝備與技術(shù)，2018,5(4):223-231. [8]國(guó)內(nèi)外前沿水下機(jī)器人技術(shù)大盤(pán)點(diǎn)[EB/OL]. https://www.sohu.com/na/425444704_726570 作者簡(jiǎn)介 宗山雨 國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所研究四室，三級(jí)分析員 研究方向：海洋和核領(lǐng)域形勢(shì)跟蹤及關(guān)鍵核心技術(shù)、前沿技術(shù)研究 聯(lián)系方式：iite_shanyu@126.com |
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