全球载人潜水器发展综述

目录全球载人潜水器发展综述 (2)第一部分大深度作业型载人潜器 (2)一、深海载人潜水器发展现状 (2)（一）深渊区概念界定 (2)（二）国外深海载人潜水器 (3)（三）国内深海载人潜水器 (9)二、载人潜水器在深海科考中的应用 (11)（一）深海地质 (11)（二）深海生物 (13)（三）物理海洋 (17)三、深海载人潜水器的发展趋势 (17)（一）面向科学应用，形成作业能力 (17)（二）面向深海探险和观光，探索极限海底奥秘 (18)（三）构建深海装备体系，实现载人与无人装备之间相互支持和协同作业 (19)（四）重视新技术及新装备的开发 (19)四、“彩虹鱼”号万米级载人潜水器 (20)（一）现有万米级载人潜水器概况 (20)（二）现有万米级载人潜水器存在的问题 (21)（三）“彩虹鱼”号载人深潜器的创新之处 (21)第二部分观光型载人潜器 (22)一、观光潜水器发展历程 (22)（一）观光潜水器概念界定 (22)（二）观光潜水器发展历程 (23)二、全球主要观光潜水器概览 (24)（一）小型观光潜水器（载人＜6人，下潜深度＞100米） (25)（二）大型观光潜水器（载人≥6人，下潜深度＜100米） (30)全球载人潜水器发展综述第一部分大深度作业型载人潜器一、深海载人潜水器发展现状（一）深渊区概念界定国际海洋科学界通过初步调查，发现位于6000～11000m的海斗深度(hadal depth)区间内的生物与6000m以浅的生物有明显的不同，因此，把这个深度区间内的海沟命名为深渊区，把专门研究深渊区内的海洋科学称为深渊科学(hadal science)，它包含深渊生态学、深渊生物学和深渊地质学等。

2007年国际海洋科学家在墨西哥城召开一次大会，对深度区间的划分又作了一次新的统一(图1)，把深渊区的深度由原来的6000m修改为6500m。

由于对海洋高技术的依赖，深渊区是目前海洋科学研究中最为薄弱的环节，因此，深渊科学也被认为是海洋科学的前沿。

图1：国际海洋界对于深度区间的划分（二）国外深海载人潜水器深海载人潜水器的研制从上世纪60年代开始，发展至今，中国、美国、法国、俄罗斯、日本已具备深海载人潜水器自主研发的能力。

根据国际载人潜水器委员会统计，2015年较为活跃的载人潜水器共46艘，其中下潜深度超过1000米的共10艘（表1），下潜深度250—1000米的36艘。

从用途上看，主要包括科学研究、深海探险、观光旅游和军事应用等几大类。

本部分重点介绍用于科学研究的下潜深度超过4500米的深海载人潜水器。

表1：下潜深度超过1000 米的深海载人潜水器（目前较为活跃）1、美国美国是较早开展载人深潜的国家之一，早在1960年1月23日，瑞士探险家Jacques Piccard以及美国海军中尉Don Walsh驾驶深海潜艇“的里雅斯特(Trieste)”号在世界上最深的马里亚纳海沟下潜了10910米，创下了载人潜水器下潜深度的世界纪录。

当时的潜水器驾驶空间直径仅有1.09米，在马里亚纳海沟底部也仅呆了12分钟，但却第一次留下了人类的足迹。

由于该潜水器无航行和作业能力，极大限制了它的使用性能，而且潜器采用汽油作为浮力舱，体积较大，其建造与运输均不方便。

因此，此类深潜器后续未得到进一步发展。

图2：“的里雅斯特”号载人深潜器美国具有代表意义的一艘第二代载人潜水器是在1964年建造的4500米级“Alvin（阿尔文）”号，它是目前世界下潜次数最多的载人潜水器，迄今，约15000 人次参与了“阿尔文”号5000次的下潜，为深海科学研究、考古等应用做出卓越贡献。

为了顺应深海开发的深远化趋势，美国伍兹霍尔海洋研究所在2004年提出了建造升级版“New Alvin（新阿尔文）”号的设想。

“新阿尔文”号的亮点在于容积大、舒适性好、视野好、设备更先进、机动性强、上浮下潜速度快等。

图3：“阿尔文”号载人深潜器美国第三代载人潜水器正在研制中，下潜深度定位于全海深，如“Deepsea Challenger”、Triton 36000/3号和“Deep Search”号等。

“Deepsea Challenger”（深海挑战者）号是美国导演卡梅隆团队用于电影拍摄而研发的一艘全海深载人潜水器。

于2012年3月26日，成功下潜至马里亚纳海沟10898m深处，创造了单人下潜记录，成为50年来第一位到达此处的人。

但“Deepsea Challenger”号作业能力有限，安全可靠性不足，可用性较差。

一些设备在到达万米水深后出现故障，无法按计划完成任务。

考虑到玻璃窗的承受能力，卡梅隆让潜水器提前上浮。

如今，“深海挑战者”号已被捐献给美国的伍兹霍尔海洋研究所，用于海洋科学研究。

“Triton 36000/3”号是由美国佛罗里达州一家名为“Triton”的私人潜艇制造商制造的3人座深海潜水器装备，设计的最大下潜深度为11000米，设计的核心亮点是玻璃球载人舱，提供360度全景观看海洋最深处景象的视野。

目前，它最深的一次下潜在巴哈马群岛附近进行，深度为1000m，但冲击万米深马里亚纳海沟的深潜器雏形已经形成，有望在未来得到完善。

据预计，该潜器将以每个座位25万美元的售价向爱冒险的人群推广。

美国DOER Marine海洋科技公司研制的“Deep Search”号全海深载人潜水器，最大工作深度为11000米，在上浮下潜机制、舱体材料、浮力材料等方面具有创新性。

它采用推进器系统、可移动纵倾质量块以及可调浮力系统来控制潜水器姿态。

这种混合动力模式可以使下潜速度达到6kn，而且能让潜水器在任意深度悬停，还可通过控制潜水器姿态增大可观察范围。

图4：“Deepsea Challenger”号、“Deep Search”号（研制中）、“Triton36000/3”号（研制中）深潜器2、法国法国在1961年建造了一艘万米载人潜水器“阿基米德（Archimède）”号，是第一代无航行能力的载人潜水器，因为种种原因没有下到挑战者深渊，而是下到日本海沟的最深处，其深度记录是9500m。

“Archimède”号总共下潜139次，于1981年退役。

法国具有代表性的一艘深海载人潜水器是6000米级的“Nautile”（鹦鹉螺）号，它在1985年研制成，目前已完成下潜1500余次。

“Nautile”号的工作主要是深海矿产探查、深海海底生态环境调查以及其他搜索任务。

图5：“阿基米德（Archimède）”号、“Nautile”（鹦鹉螺）号载人潜器3、俄罗斯俄罗斯是目前世界上拥有载人潜水器数量最多的国家，“MIRⅠ（和平一号）”和“MIRⅡ（和平二号）”是俄罗斯具有代表性的载人潜水器，它们由苏联和芬兰于1987年联合研制，是仅有的两艘用马氏体镍钢制造载人球壳的潜水器，具有充足的能源和带有十二套检测深海环境的先进设备。

这两艘潜水器在太平洋、印度洋、大西洋和北极海底进行了上千次的科学考察，包括对海底热液硫化物矿床、深海生物及浮游生物调查和取样，大洋中脊水温场测量，失事核潜艇“共青团员”号核辐射检测，以及“泰坦尼克”号沉船的水下拍摄等。

在2007年8月两艘深海载人潜水器联合完成的“北极－2007”海洋科学考察，使这两艘潜水器再次引起世人瞩目，并由此正式引发了国际社会在北极的利益之争。

图6：“MIRⅠ（和平一号）”和“MIRⅡ（和平二号）”4、日本日本在深海潜水器研制方面处于国际先进水平，最具代表性的一艘载人潜水器1989年日本科学技术厅建成了6500米级的“SHINKAI 6500（深海6500）”潜水器。

它的特点在于灵活的操纵性和先进的观测系统，主要用于6500米深海地质探查等，目前已经完成下潜1000余次。

目前日本深海载人潜水器的研制目标是“SHINKAI 12000（深海12000）”载人深潜器，该潜水器在2013年立项研制，预计2025年左右完成研发。

“SHINKAI 12000”潜水器将具有较好的续航能力，能保证6人在深海潜航2天，预期将用于海洋资源探测和深海生物调查等方面。

图7：“SHINKAI 6500（深海6500）”和“SHINKAI 12000（深海12000）”（研制中）（三）国内深海载人潜水器中国最具代表性的深海载人潜水器是“蛟龙”号，它是中国第一台自行设计、自主集成研制的载人潜水器，主要用途是深海勘探、海底作业等。

2012年6月，“蛟龙”号载人潜水器的最大下潜深度到达7062米，标志着我国深海载人潜水器研发水平达到世界先进水平。

迄今，“蛟龙”号已经累计完成100次下潜。

目前，“蛟龙”号研发团队正在全力研制4500米级载人潜水器，该潜水器全面应用国产化技术和装备，其载人舱球壳已完成建造和试验，预计于2017年投入应用。

“彩虹鱼”号是我国正在自主研发的世界首个作业型万米级载人深潜器（将在本部分第四章着重介绍）。

图8：我国“蛟龙”号载人潜水器表2 几种作业型深海载人潜水器功能对比表图9：几种作业型深海载人潜水器下潜深度二、载人潜水器在深海科考中的应用载人潜水器在深海科考中主要应用在地质科学和生物科学领域。

本部分将重点从载人潜水器在深海地质、深海生物和物理海洋3个方面的应用进行论述。

（一）深海地质1、海底地质现象观察载人潜水器配置有先进的水下照明、照相和摄像设备，随着电子信息技术的不断改进，该类设备的性能也迅速发生着质的飞跃。

利用该类设备，科学家不仅能够在深海海底近距离观察各种地质现象，而且还能将观测信息进行记录和保存，从而为深海地质学基础理论研究提供有效的证据。

如我国“蛟龙”号载人潜水器自2009年海试以来，对我国东北太平洋多金属结核合同矿区、西北太平洋富钴结壳矿区及西南印度洋多金属硫化物矿区，以及中国南海发现的冷泉区的部分区块进行了较为详尽的地质调查，开展了卓有成效的底质地形勘测、矿物丰度评估等科考工作。

图10为“蛟龙”号搭载海洋地质学家在2013年度西南印度洋航次中拍摄的低温弥散流喷口。

2、海底地质取样深海作业型载人潜水器均配置有先进的多功能机械手以及保真取样、潜钻取芯工具等作业工具，使科学家在海底非常方便地进行沉积物或岩石取样。

如1977年，美国的“阿尔文”号在东太平洋加拉帕斯裂谷发现海底热液喷口的同时，直接抓取到了热液硫化物样品，开启了海底热液硫化物研究的时代。

在海试和试验性应用航次中，“蛟龙”号利用机械手或铲斗等作业工具也取得了大量的地质样品。

图11为“蛟龙”号在西南印度洋我国多金属硫化物矿区采集硫化物烟囱体时的照片。

图10：“蛟龙”号发现的低温弥散流喷口图11：“蛟龙”号采取硫化物烟囱体样载人潜水器可搭载先进的深海多波束及侧扫声纳系统，贴近海底目标区进行详细勘测，这样不仅避开了海面各种干扰的影响，而且提高了勘测的分辨率，从而可以获得精细的海底地貌形态。