深海载人潜水器的研究与开发

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:00

崔维成2003年在上海交通大学的演讲
各位同学，各位老师，下午好。很高兴在这里做报告，介绍一下
目前我正在从事的工作，以及它的研究背景。那么我今天报告的题目
是深海载人潜水器的研究与开发。我从事这个研究时间还很短，实际
上是去年10月份调回船舶研究中心才开始的，这个是国家重大的背景
项目，我今天利用这个机会给大家介绍情况，等会儿可能会有提问，
专业性的问题我可能不会回答很透彻，也可能做为我今后研究的一个
考虑。
在开始之前，我还清楚地记得在今年5月初，我们国家海军有一次
常规潜艇361号潜艇在去年因为机械故障导致遇害，造成全体官兵去世
，这是361潜艇的照片。361潜艇系“明”级潜艇，是过资兴研制的第
一代常规动力鱼类攻击潜艇，这个艇在我们拥有的常规艇比较多，是
15所，是由江南厂建造的。那么这在我们国家是第二次海上失事，第
一次是50年代后期，再一次军事演习时，发生潜艇与水面潜艇相撞，
潜艇上仅有一人逃生，但是最后还是死掉了，有30多人遇难。大家记
得在2000年印象比较大的是俄罗斯北方舰队的“库尔斯克”号和潜艇
2000年8月12日遇难。
今天我主要讲潜水器，实际上各种各样的运载器，是打捞救生必
不可少的工具。潜水器大概可以分成四类，揽控无人深潜器，深海拖
曳测绘系统；无人无揽自治深潜器，有人深潜器。揽控无人深潜器又
乘揽控水下器人；深海拖曳测绘系统，兼程TMS；无人无揽自治深前器
，又称自治水下机器人。那么这里面一个照片是四种类型水下深潜器
的效果图。那么今天我实际上几讲四种里面的一种，就是深海载人深
潜器。
我今天分为四个方面讲，进一步讲载人潜水器与水下机器人的区
别，因为很多同学对水下机器人比较熟悉；第二是我们国家发展深海
载人潜水器的必要性和紧迫性；第三是对深海载人潜水器的发展历史
、现状与趋势；最后介绍我们国家研究深海载人潜水器的研究目标，
以及主要解决的关键技术以及研究这样的潜水器，对我们国家国民经
济发展的潜在推动作用。
那么在讲载人潜水器与水下机器人的区别先介绍一下深海运载器
是运载各种电子之、机械设备和工程技术人员、科学家快速、精确地
到达各种深海复杂环境，进行高校的勘探和科学考察和开发作业的装
备，它是人类能实现开发深海的一项重要的技术手段。那么深海运载
器从大的角度分为载人和无人两大类。一般无人潜水器统称水下机器
人，它可以分为四种类型，带揽、海底爬行、拖航和无揽四类；所有
带揽自由航潜器90％是用于完成观察和设想的工作，操作任务的比重
逐步在提高。载人潜水器是指可以携带海洋科学家进入海洋伸出，在
海底现场直接观察、分析、评估、操作机械手实现高校作业。同时人
也可以参与操作与驾驶潜水器。载人潜水器也可以分为三大类，系揽
潜水器，福利藏式潜水器和自由自航潜水器。目前大多数是自由自航
式潜水器，他可以自带能源，在水面和水下有多个自由度的激动能力
。它主要用于海洋开发的勘探测绘和采样，施工期间的水下交通，包
括给基地人员补给，水下系统装置的安装与检测在军事上，载人潜水
器可以直接为海底军事基地建设服务、负担勘探、施工、人员输送以
及安装的维修等工作，还可以直接采育现代水下成潜能等打捞任务。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:01

对我们国家是搞载人潜水器或者是无人潜水器一直是争议的话题，我
这里有有关两种潜水器用途的统计。为了对二十一世纪的深海装备做
出发展规划，1997年由美国海洋科学界的一些领导们组成的深海科学
委员会，专门成立了一个工作组，受美国海军研究局的委托，对美国
从事海洋科学研究的106位专家进行了咨询调查，就是有关载人和无人
的调查，那么这里面我给出两个调查的结果。
第一是关于在深度大于4500米，对不同类型的潜水器所需要的程
度统计，认为载人潜水器很需要占用的比例是52％，认为一般是24％
，认为不需要是24％；对于无人的潜水器认为很重要占32％，一般是
21％，不需要是47％，是对比较大的深海研究。
第二是采用载人研究器完成不同深度科学研究的重要程度统计，
在1500米至3000米认为载人潜水器很重要是89％，在3000至4500米认
为很重要是85％，在4500至6000米认为很重要的是56％，从这两个表
可以看出载人潜水器在科学家心里认为还是很需要的。
应该说无人和载人都很有特点，无人是结构简单、造价低廉，维
修方便以及无人员生命危险等优点，所以1975年以来发展十分迅速，
特别是在海洋开发领域很有前景。目前，ROV大潜深度已超过10000米
，怎么提高ROV的作业能力是一个关键。
那么载人潜水器目前来说，它还有无人潜水器没有办法替代的要
求，这是一种最有效的深海器或者是测绘的平台，因为很多情况下要
求载人潜水器和无人潜水器结合才可以，目前要替代做不到，估计在
相当长一段时间内，载人和无人潜水器的技术将会共存，互相渗透，
共同发展。
下面我介绍在我们国家发展深海载人潜水器的重要性和迫切性。
今年料，各种用途、各种类型的深海潜水器不断问世，并在深海地质
研究、资源调查核深海生物基因研究等方面做了许多有效的工作，但
人类对好汉的海洋仍只认识了一小部分。因此海洋科学家亲临现场，
进行实地考察和取样、测绘等作业，能在实现了解不够的复杂五环境
中获得创造性成果。特别是在复杂和恶劣的深海环境里进行观察和作
业，海洋科学家在深海现场直接观察，凭借专家的经验，将捕捉到的
水下实际信息及时进行综合整理，这是无人潜水器难以替代的。在过
去二十多年来已经取得了非常多的科研成果，归纳起来，在热液硫化
物矿方面，1986年美国科学家称作阿尔文在大西洋发现了TAG热液源；
1991年俄美科学家两次乘坐和平号，在大西洋发现了以和平号命名的
热液源；另外还有一个例子，就是199年俄国科学家首次发现并描述了
用目测观察到的热液矿。
1992年日本科学家乘坐深海载人潜水器在鸟岛领域4146米深处发
现古鲸。在1994年俄国科学家在大西洋水月的热液场残色时，发现了
多种热液生物，具有代表性的虾类等等。1995年美国、日本共同对大
西洋、太平洋深海调查中，在奥尻岛海域发现日本的生物群。在深海
地质研究方面，日本科学家乘坐日本海沟6200米深的斜坡上发现了裂
缝，并对北海道西南海区199年地震引起的海啸和海底发现了一个裂缝
；在深海打捞方面，1966年美国ALVIN号和RO联合作业，在西班牙的海
域打捞出美国失落的氢弹。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:01

下面我讲一下发展深海载人潜水器的紧迫性。21世纪中我国建设成为
新时代的海洋强是中华民族的一项伟大而艰巨的历史任务。建设海洋
强国的核心问题是海洋高技术问题，像计算机技术、航空航天技术的
发展一样，是当今发展技术的前沿。首先一个方面是占领海洋资源，
赢得世界蓝色圈地运动竞争的需要。大家知道在我们地球表面积49％
是国际公海，那么国际公海应该来说将来是国际海底学巨大的政治地
理单元。那么这一部分公海里面隐含丰富的资源，前一阶段对多金属
结合资源圈已经进行了，现在是热流化合物正在圈地，必须依靠深海
高技术，依靠深海运载机的技术。这是49％公海面积的示意图，绝大
部分水深都是7000米，是由国际海底管理学管理。最近出台《南谈开
发热液硫化物的条例，需要采用深海载人潜水器。因此，在我们国家
，立即着手发展我国深海载人潜水器，以赢得蓝色圈地运动的胜利和
确保国民经济持续发展，不仅具有迫切性而且具有更重要的前瞻性，
是造福后代子孙的大事，战略意义是非常明显的。
那么我在简单介绍一下国外的情况，一些发达国家，例如美国、
日本、法国、俄罗斯，他们通过深海载人技术已经在蓝色圈地中获得
了胜利。另外我们国家也有一些背景，首先就是中俄合作的一些背景
，这项工作曾经得到中国驻俄罗斯大使馆大力的支持，有一个参赞写
过《俄罗斯高技术研究动向以及中俄大洋合作的思考》调研报告，就
是我们国家开发深海技术的必要性；我们国家俄罗斯的研究院接触，
认为合作的可能性存在，而且提出三种可能性的模式，就是联合研制
，联合设计以及派遣顾问。俄罗斯先进的技术掌握在一大批老专家、
技术人员的手里，他们也面临青黄不接，因此很快利用这样的技术为
我们国家所用，当前应该是非常好的机遇。
有关对海洋开发，实际上周边国家也非常重视，韩国他们计划在
今后6至9年由釜山玉浦开发载人潜水器；还有印度在1981年就成立了
载人潜水器。
第二保护我国海洋国土和资源的需要。我国管辖的海洋专属经济
区达300万平方公里，约为我国国土面积的三分之一，这一部分也永远
很丰富的矿产资源，怎么开发利用这部分资源，怎么保护我们国家的
国土资源不被侵害，也需要海洋高技术。
第三是前沿科学与高科技发展的需要。中科院提出上天、下地、
入海的口号，包括中脊及其热液作用研究领域，海沟—板块俯冲带研
究领域，边缘海内的深部过程研究领域，因此需要发展深海载人潜水
器。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:02

另外是深海生物和基因研究领域。据研究表明，地球上85％的物种生
活在还海洋，不少物种甚至能生活在深海高压、缺氧、高温的恶劣环
境中，利用深海载人潜水器，科学家可以进行海洋伸出进行研究，并
对深海生物基因在保温、保压的条件下取样、采集和分析，或在现场
环境进行培育。现在深海载潜水器可以是下五洋上九天的目标实现。

再就是国民经济持续增长和综合国立稳步提高的需要。也是增强
我国国际地位的需要。我们国家已经全面进入国际海底管理机构，积
极参与国际事务，需要有发言权，由自己的勘探结果，因此需要有手
段。我们国家对航天非常重视，我们即将成为第三个能够载人航天器
的国家，我们也应该成为拥有深海载人潜水器的国家。
另外对我国过领域工程技术发展的辐射作用。因为深海载人潜水
器面积还是比较宽，可以机械、船舶制造、水下定位和通讯、材料、
电子电力、自动控制等多个领域，代表着深海高技术的领域的最前沿
，因此深一步研制可以促进这些领域的发展。实际上早的载人潜水器
是1929年，有一个潜水球，可以到300米深，各个国家陆陆续续又出了
潜水器，1964年美国海军阿尔文号到3000米；美国洗亚号到了4000米
；法国85年研制出6000，以及前苏联和平一号、和平二号，目前最深
的是日本6500，是89年研制成功的。
归纳起来，应该说在50年代以前，载人潜水器基本上是无动力自
浮式潜器；60年代开始动力潜水器变成主要地位。
人类的海洋极限在60年代初期完成，美国两个科学家乘坐载人深
潜器到达了太平洋10913米深的水沟；到了60年代末，80年代中后期，
一些发达国家研制了世界著名的5艘深海载人运载机，这些运载器在九
十年代中，充分显示了科学家能亲临深海现场进行直接观察和勘察的
优越性。
下面我对5艘6000米深海器做一个介绍。这是法国鹦鹉罗号深海载
人潜水器，它可以在水下作用时间达到5个小时，可以进行多种海底样
品的采集和其他作业的任务；鹦鹉罗号已经下潜过七百多次，已经完
成了多个任务，包括搜索沉船；这是前苏联和平一号和和平二号照片
；这是俄罗斯和芬兰联合研制的，带有十二套检测深海环境参数和海
底地貌设备，它最大的特点就是能源比较充足，它可以在水下呆17至
20个小时，和平一号和和平二号进行22次科学技术的考察，调查河渠
样海底热液硫化物矿，深海生物及浮游生物等等，还有山脊水文场的
测量，还有对共产党员号核潜艇核辐射的考察，还有泰坦尼克的电影
里面很多镜头就是和平一号和和平二号探测的镜头。日本6500号，水
下作业时间8小时，已下潜了四百余次，已探测斜坡和大断层，对物理
地壳运动和地震、海啸等做了研究。
美国拥有载人运载器比较早的，64年就建立了Alvin号，工作深度
为2000米，1974年改装后，工作深度达到4500米，这是世界上利用率
最高的，进行3000多次的深还科学考察，1968还建造了26吨的Seac号
的，但是已经停用了。
那么总的来说，国外的深海载人潜水器发展是这样的，从20世纪
40年代的浅海潜器开始，发展到今天先进的6000米级深海潜器，装备
重量由大到小；工作深度由浅到深，从100米至1000米至3000米至600
0米，还有一些国家还在筹建新型的深海载人潜水器，保证经济利益。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:02

俄罗斯在载人潜水器一直处于比较领先的地位，九十年代后期又研制
成功两个6000米深海，一个是俄罗斯号，一个是领事号，由于缺乏经
费，完工期被拖延。这是俄罗斯号深海载人运载器的结构图。
美国在过去二十年，基本上致力于研究和开发无人无揽水下机器
人，到了近期根据调查，特别是阿尔文号即将面临“退休”，他们正
在为了继续保证深海研究领域的优势，准备组建一艘新的6000米级的
潜水器。那么当初美国发展准备改造海洋号和阿尔文，进行反复论证
，搞一艘新的潜水器更加合理，因此Woods研究所做出了一条6000米载
人运载器的方案，在2002年年底完工。
下面我对国内发展现状做一个介绍。我们国家实际上从70年代以
来，对国内潜水器的技术进行了不少的探索、研究、实验，也再了大
量的工作，借助863计划、预研计划、大洋协会设备发展计划和海司航
保部放就装备研制计划，中船重工702所，中科院、清华大学等都建立
了研究机构；现在国内已经成功地研制了600米无人无揽自治水下机器
人，7B8军用水下机器人、捞雷潜器、长压潜水装具等，诸多技术方面
都五已取得了实用性进展，特别是近年来在路径规划、动力定位、学
学、声学图象识别等取得了成功，这是我们国家研制8A4揽控机器人的
照片，这是702所、火车站工程大学和华中理工大学于1995年联合研制
成功的，到目前为止是功率最大、作业能力最强的揽控水下机器人，
能够完成水下设备的检测，不明危险区域的搜寻等等。这是揽控无人
机器人，是由沈阳自动化所研制成功的。这是QSZ常压专机，是702所
于1987年研制成功的，它可以不需要加亚而在常压的下潜至水下300米
，由于潜水装具的手脚等关节都是可活动的，所以潜水员可以直接进
行简单的作业。这是在I型进一步改进，是1992年完成，主要增加了四
个螺旋桨推进器，水下电视和传感器等，可以达到50米，工作深度也
是300米。
这是捞雷潜器，这是7103救生艇，这是上海交大、701所和武昌船
厂联合研制的国内首条载人潜水器，94至96年进行了大的修理和现代
化改装，在这上面假装了四个自由度动力定位和集中控制与显示系统
。从7103艇五完善改装后的技术状况来看，该艇的设计救生深度可以
面组我国潜艇极深度的救生要求，新假装的四自由度动力定位系统使
该艇的操纵与控制系统的自动化迁都大大提高。在海流小于1.5节，水
中能见度大于0.5米，失事潜艇没有大的纵横倾的情况下，7103艇可以
进行对口干救。但是对口救生系统不完善，缺乏水下观察手段等等，
在实际使用中还有很多的限制，不能形成战斗力。
这是救生装备，也是702所研制的，是最新的援前救生装备之一，
可以对救生藏口对接，把人员接到救生钟内。有两个特点：第一是救
生钟下部可以旋转的转裙，可以形成对接；第二是该钟还装有失量不
值得推力器，有抗流的能力，正在实验。这个机器是863首项工作，当
初为了开发6000米自治机器人所做的初步性的工作，在这里面702所承
担的总布置和载体系统也是国内首此自行研制。提供了一个合作的技
术基础。这是中俄联合开发的WZODA无人无揽的水下机器人，这也是8
63支持下完成的一个任务，在这个任务完成中702所研制里面的低组线
系统，702所率先提出低组线型号合乎高校艉推进器的优化、艏部槽道
单向推力器的首次应用等，成功观察到锰结合的情况。这是自治水下
机器人，最大下潜深度也是6000米，702所开创了对转槽道推力器，为
机器人的爬坡创造了条件，现在正在大洋一号进行深海勘测与定位。
这是我们国家研制的TB8机器人，是哈尔滨工程大学研制成功的，工作
深度是100米，重1.69吨。这是上海交大研制的深拖系统。那么这台深
拖系统曾经起到十分重要的作用。
这副照片是702所主持或参与研制的各类潜水器。
下面我在归纳一下我们国家现有技术的局限性。第一是自治水下
机器人的研究，虽然发展迅速，但是目前适应的环境主要是6000米深
平坦地形的锰结合矿区，作业内容主要是声学、光学和水文测量；第
二揽控水下机械人技术已较成熟，具有国际先进水平，但主要是为海
洋石油勘探服务，故其工作深度限600米以浅。第三是载人前潜器的研
制虽起步较早，但自八十年代后期起大量人力和物理集中在揽控和自
治水下机器人。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:02

下面我再汇报一下我们国家现在正在研制的深海载重运载器的研究目
标以及快法过程中需要解决的关键问题以及发展思路。
它的研制目标是这样的，根据中国大海协会符合锰结合等要求，
需要五年时间完成一台采用多种高新技术、新材料和新工艺集成起来
的，拥有自主知识产权的大深度载人潜水器，使其总体技术指标达到
国际领先水平，向世界展示我国科学技术的进步。我国深海载人运载
器的主要使命，能在海山、洋脊和盆地；要能对锰结合等要进行海洋
地质、海洋地球物理考察，进行深海生物基因资源调查；用于地球和
人类生命起源等科学研究；要能够进行海底电缆和管道的检测，完成
深海探索和打捞等高难度的作业；还可以用于大深度洋格国防光缆铺
设的应用。就是基本上能够完成国外现有的载人潜水器能够完成的各
种使命，根据这个实际的使命任务以及总体的技术指标，这是我们设
计思路，可以归纳成四个大的亮点：
第一，要求具备国际上同类载人潜水器最大的工作深度；第二针
对作业目标具有稳定旋停就位能力；第三能够进写实时高速传输马上
图象和语言及贪色海底小目标的能力；第四多种高性能作业工具，完
成潜钻起芯和宝真取样的能力，都是具备安全可靠，所以五个重大的
关键性能。提出围绕解决五个方面的重点关键技术：
第一是海水的密封和结构强度技术；第二是载体机动性与控制技
术；第三是远距离大数据量水声通信技术、高分辨率波束形成技术；
第四是无源宝真小型化才样工具技术；第五是以人为中心的安全可靠
技术。对这五个进行分解的话，可以分为11个子项和分系统，这和其
他国家不一致，第一是总体性能和总布置；第二是载体结构；第三是
舾装；第四是压载与纵梗调节系统；推进系统，电力与配电系统；管
导与控制系统；声学系统，液压与作业系统，生命支持系统，潜伏与
应急抛载系统，在设计过程中，我们争取四个准则，第一是载体的性
能与作业要求一体化准则，要有性能又能方便作业；第二是技术先进
性和工程实用性统一准则；第三是技术要素规范化准则，就是所有的
技术要素必须规范要求；第四尽量为了维护保养的方便，尽量做到结
构分快化，功能模块化统一的准则。

lulumyvip · 发表于 2008-6-11 22:03

那么在我们研制大深度载人潜水器里面，主要的关键技术它的解决途
径是这样的。第一是小体积密度钛合金厚球壳设计，加工技术比重为
0.55—0.6的大深度深海使用的浮力材料技术，目前国内没有解决能力
，主要是依赖国际合作；第三是大深度密封技术，主要是国内技术的
储备进行自主开发研究。潜水器六个自由度的激动性能以及高精度的
非线性控制技术，在我们研究6000米自治水下机器人这个技术得到了
很好的演练，把现有的技术进一步开发，就可以用到大深度载人潜水
器上。第三要解决就是远距离大数据量的水声通信技术高分辨率的水
声波束形成技术；第四是无动力源、保温保压的热液取样器技术；小
型化的深海潜钻技术，潜水器性能与作业能力匹配技术，主要是消化
国外的技术进行研制；最后就是将所有的部件进行系统的集成，使得
总布置优化，这是我们解决的关键技术，这也是依靠我们国内自己的
技术储备来解决。
在研制载人潜水器里面最核心的因为有人，因此安全可靠是非常
关键，怎么样体现以人为中心的安全可靠技术，也是非常核心的技术
。那么在我们这个设计过程中，我们采取了很多的措施，能够保证提
供一套可靠的生命技术系统，以及以人为中心的各系统安全可靠技术
。主要是几个方面：第一是保证载人球壳在深海里面绝对的安全性，
我们现在在设计过程中，有充分的余量，同时考虑加工工艺严格的要
求；另外在设计制造完毕以后，还要对大的压倒桶里面可以做到7700
米1.1倍的打压考核一定的时间，保证绝对的安全性；第二安全性就是
发生小的故障的时候，保证潜水艇能够浮上来，可以有抛载的方式，
每一套抛载的系统都保证能够工作，因此能够在发生故障的时候，绝
对能够浮上来，有了这两点基本上能够保证安全可靠的使用。在研制
过程中，研制几个单位都通过ISO9000认证体系，因此所有的研制工作
，必须在质量保证体系下开展工作。
那么前面实际上已经讲过了，研制这样的深海载人潜水器，对我
们国家许多的领域都有辐射的作用，第一它研究这样的潜水器，对我
们冶金、机械、船舶制造、水下定位和通讯、材料、电子电力、自动
控制等多个领域，都有挑战性的研究工作需要做；第二就是有了深海
载人潜水器，可以推动深海矿产资源研究与开发，海洋与地球科学研
究，生命海员研究，生物基因应用研究，乃至竣工技术的大发展，促
进我国高科技新型产业的形成和发展，再就是多领域工程技术发展的
带动、辐射和示范作用。因此发展这样的潜水器并不是孤立的事情，
应该我们国家未来的发展有很好的作用，我今天的报告就到这里，谢
谢。

老于 · 发表于 2008-6-12 11:11

哈船不是一直在搞水下机器人么

01406021 · 发表于 2008-6-13 01:06

5年前听过一次他的讲座。

天下人 · 发表于 2008-6-13 04:09

院士在搞？

umvbbs · 发表于 2008-9-10 21:28

这是很多年前的一个报告了。无论怎么说，中国一定要大力发展自己的潜水器技术，无论是载人的还是无人的，一定要有自己的核心技术！

sh2002101 · 发表于 2011-2-12 09:24

支持，不错

pattonyankee · 发表于 2011-2-12 09:36

回复 8# 老于

哈船主要搞AUV（无缆），ROV（有缆）和载人的搞得好像不多

深海载人潜水器的研究与开发

回复 8楼 的帖子

回复 8楼的帖子