“海馬”號深海遙控水下機(jī)器人是“863”計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”重點項目的研制成果，也是我國“十二五”深海技術(shù)裝備重大科研成果，實現(xiàn)了我國在大深度無人遙控潛水器自主研發(fā)領(lǐng)域零的突破。自2015年正式投入海洋地質(zhì)調(diào)查應(yīng)用以來，已連續(xù)多年順利完成多項任務(wù)，取得了在南海北部陸坡首次發(fā)現(xiàn)“海馬冷泉”、成功打撈大型設(shè)備等具有里程碑意義的重大成果，填補(bǔ)了多個調(diào)查領(lǐng)域的空白。

正如“海馬”這個名字一樣，它既像一匹踏實勤勞的駿馬，馳騁于大洋深處；又像中國海洋調(diào)查事業(yè)中一匹“黑馬”，帶領(lǐng)著科研人員屢建“大功”，是科研成果迅速轉(zhuǎn)化的優(yōu)秀典范。

“海馬”號一舉成功

自然資源部中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋局技術(shù)方法所ROV技術(shù)室副主任陳宗恒向記者介紹說，自20世紀(jì)50年代美國人把攝像機(jī)密封起來送到海底開始，世界上在無人遙控潛水器領(lǐng)域的研發(fā)使用已有了半個多世紀(jì)的歷程，而我國才剛剛起步。為了打破這一海洋探查和資源開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)裝備被少數(shù)發(fā)達(dá)國家壟斷的局面，國家863計劃海洋技術(shù)領(lǐng)域于2008年啟動了“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”重點項目，主要任務(wù)就是研發(fā)實用化的作業(yè)型4500米無人遙控潛水器。

這一項目由廣州海洋局牽頭，聯(lián)合上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、海洋化工研究院、同濟(jì)大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)等單位，歷經(jīng)6年，最終突破了深海無人遙控潛水器核心技術(shù)。2014年，“海馬”號三次下潛到南海中央海盆最深處4502米的海底，圓滿完成了預(yù)定的海試作業(yè)任務(wù)，并通過了114項考核指標(biāo)的現(xiàn)場考核和海試驗收。

陳宗恒回憶起這個過程直嘆不容易。當(dāng)時，國內(nèi)大深度作業(yè)型ROV的研發(fā)尚屬空白，基本無經(jīng)驗可循，項目組的中青年技術(shù)力量缺乏深潛器相關(guān)研究基礎(chǔ)，只能從零開始。ROV系統(tǒng)要在4500米的深海工作，每個零部件都要適應(yīng)高壓力和腐蝕性的工作環(huán)境，任何一個環(huán)節(jié)的缺陷都可能成為致命弱點。而在材料和工藝方面，國內(nèi)的技術(shù)水平存在先天不足的缺陷，每一根電纜、每一顆螺絲都有可能影響到整個系統(tǒng)的運行，成千上萬根電纜和螺絲都要一一挑選和測試，系統(tǒng)設(shè)計更不用說，一個拳頭大小的耐壓密封燈罩都要經(jīng)過十多輪的設(shè)計和改進(jìn)才能最終滿足使用要求，難度可見一斑。

6年間，團(tuán)隊成員翻譯和查閱文獻(xiàn)超過1000篇，進(jìn)行了大大小小上千次試驗。作為廣州海洋局主要參與“海馬”號研發(fā)的工作者，陳宗恒駐扎上海交通大學(xué)項目組累計時間長達(dá)3年。最終，這套系統(tǒng)的國產(chǎn)化率超過了90%，突破了4500米作業(yè)級無人遙控潛水器控制系統(tǒng)、重型升沉補(bǔ)償器、4500米級浮力材料、4500米級升降裝置和系列化作業(yè)工具等核心技術(shù)，不僅打破了國外的壟斷，還達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

陳宗恒談到，“海馬”號具有國際上所有無人遙控潛水器的常規(guī)功能，能夠應(yīng)用于海洋工程、救助、打撈、考古和海洋觀測、科學(xué)考察作業(yè)等眾多領(lǐng)域。通俗來說，如果我國海域發(fā)生了類似2010年墨西哥灣海上鉆井平臺爆炸導(dǎo)致的嚴(yán)重海上漏油事故，“海馬”號能夠像當(dāng)時起到關(guān)鍵作用的無人遙控潛水器那樣潛入水下執(zhí)行艱巨復(fù)雜的長時間排險作業(yè)任務(wù)，制止原油泄漏。如果要打撈某個沉到海底的飛行器，“海馬”號有能力執(zhí)行如1999年7月在大西洋海底打撈自由鐘7號同樣的任務(wù)。最值得一提的是，“海馬”號能夠進(jìn)行清晰的海底拍攝，并通過電纜光纖實時回傳高清圖像。“就像在大洋深處長了一雙眼睛一樣，可以根據(jù)看到的內(nèi)容進(jìn)行高效率的作業(yè)?！?/p>

“海馬”號在“海馬冷泉”進(jìn)行取樣（上圖為貽貝，下圖為碳酸鹽結(jié)殼）

強(qiáng)化深海作戰(zhàn)力

“從立項到設(shè)計，從模型到設(shè)備，六年努力，‘海馬’號一舉成功，達(dá)到世界同類深海遙控潛水器的技術(shù)水平。這是我們自己研制的，馳騁在我國大洋深處的駿馬?！标愖诤銊忧榈卣f。

陳宗恒介紹，深潛器是挺進(jìn)深藍(lán)最重要的技術(shù)裝備手段，深海遙控潛水器是世界上數(shù)量最多、技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛、類型最復(fù)雜、最經(jīng)濟(jì)實用、功能最強(qiáng)大的一類潛水器。與載人潛水器相比，深海遙控潛水器具有無可替代的優(yōu)勢：一是適應(yīng)性強(qiáng)、功能強(qiáng)大，幾乎可以應(yīng)用于所有海洋開發(fā)活動，受海況和海底環(huán)境影響小，推進(jìn)系統(tǒng)和機(jī)械手功率大，覆蓋海底作業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，在海洋地質(zhì)調(diào)查中應(yīng)用前景廣闊，可大幅提升調(diào)查能力；二是作業(yè)靈活、經(jīng)濟(jì)高效，可根據(jù)不同的海底作業(yè)任務(wù)進(jìn)行功能擴(kuò)展配置，收放便捷，不需要專門支持母船，占用甲板空間和作業(yè)人力等資源少，建造、運行和維護(hù)成本低；三是無載人風(fēng)險，可在母船實時遙控操作，不需水面工作艇支持；四是能夠長時間駐留海底，母船通過臍帶纜提供電能，可無限時地執(zhí)行高強(qiáng)度、復(fù)雜的海底定點作業(yè)任務(wù)。

“海馬”號的優(yōu)勢顯而易見。但是，目前美、日、俄、法等國家已經(jīng)擁有從先進(jìn)的水面支持母船到可下潛3000至11000米的潛水器系列裝備?！昂ｑR”號是不是已經(jīng)落后？陳宗恒解釋，海底4500米的深度可以覆蓋我國98%的海域，以及絕大部分國際海域多種資源富集區(qū)。研制這一深度級別的深海作業(yè)系統(tǒng)，能夠滿足目前我國深海探查和作業(yè)的需求。

2015年3月，“海馬”號隨母船“海洋六號”開赴南海，對海底“冷泉”活動和與天然氣水合物賦存相關(guān)的微地貌特征展開勘查。陳宗恒介紹，“海馬”號第一次下潛就取得了重大發(fā)現(xiàn)，在南海北部陸坡西部海底首次發(fā)現(xiàn)了與天然氣水合物相關(guān)的雙殼類生物群、甲烷生物化學(xué)礁、碳酸鹽結(jié)殼、菌席和氣體滲漏等活動性“冷泉”標(biāo)志，獲取了高清視頻和實物樣品，同時記錄了海底溫度異常和超高甲烷含量異常?！昂ｑR冷泉”是在我國管轄海域內(nèi)由我國自主研發(fā)的深海高科技探查裝備第一個發(fā)現(xiàn)的海底活動性“冷泉”，這充分證明了“海馬”號強(qiáng)大的作業(yè)能力，該“冷泉”也因此被命名為“海馬冷泉”。

2018年4月底，廣州海洋局“海洋六號”科考船與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所“探索一號”科考船分別搭載“海馬”號和“深海勇士”號，對南海珠江口盆地西部海域“海馬冷泉”區(qū)進(jìn)行聯(lián)合科學(xué)考察。期間，“海馬”號開展對海底“冷泉”的綜合探查及取樣作業(yè)；“深海勇士”號查明海底“冷泉”的分布范圍、區(qū)域性特征、地形特征，并進(jìn)行取樣等作業(yè)。這次聯(lián)合科考取得了“一加一大于二”的超預(yù)期多方面科學(xué)技術(shù)成果，為國產(chǎn)深海技術(shù)裝備的業(yè)務(wù)化運作起到了先行示范作用。

這幾年來，“海馬”號馬不停蹄拓展功能，強(qiáng)化深海作戰(zhàn)力，“‘海馬’號一次下潛可以完成結(jié)殼取樣、海底鉆探、生物取樣、海底攝像、測流、聲學(xué)測厚等多種作業(yè)，功能非常強(qiáng)大，海馬’號的作業(yè)工具已經(jīng)武裝到了牙齒。”陳宗恒說。

“大海撈針”不再是難題

“海馬”號不僅應(yīng)用于南海的調(diào)查作業(yè)，更遠(yuǎn)赴太平洋，在太平洋海山區(qū)開展富鈷結(jié)殼資源調(diào)查活動。

大洋調(diào)查與南海調(diào)查作業(yè)最大的區(qū)別是遠(yuǎn)離國門，出現(xiàn)故障只能自力更生解決。2015年6月11日，“海馬”號第一次大洋試潛，前右垂直螺旋槳就出現(xiàn)了液壓油滲漏的故障。作業(yè)人員頂著烈日仔細(xì)檢查每一處可能的故障點，只用了不到兩個小時就排除了漏油故障。然而在接下來的潛水中，“海馬”號又出現(xiàn)了漏水的警報。檢查和維修再次上演。此番征程，“海馬”號利用攜帶的作業(yè)工具完成了對海底多金屬結(jié)核樣品和生物樣品的抓取，獲取了大量的高清晰海底視頻資料。這是我國首次成功將自主研制的4500米級無人遙控潛水器應(yīng)用于富鈷結(jié)殼合同區(qū)調(diào)查，填補(bǔ)了我國在海山區(qū)資源和環(huán)境調(diào)查手段方面的一項空白。

在隨后的大洋調(diào)查中，“海馬”號配備了結(jié)殼鉆機(jī)、強(qiáng)力爪、溫鹽傳感器、富鈷結(jié)殼實時在線測厚系統(tǒng)等調(diào)查設(shè)備，成功實現(xiàn)了近海底高清視頻拍攝、聲學(xué)在線實時測厚、定點精確巖芯取樣等多項海底任務(wù)，并成功實現(xiàn)了中國ROV第一鉆，開展了國內(nèi)首創(chuàng)的富鈷結(jié)殼聲學(xué)測厚工作，創(chuàng)造了我國深海作業(yè)的多項新紀(jì)錄。

此外，“海馬”號“大海撈針”的本領(lǐng)同樣令人刮目相看?？瓶既藛T將生物誘捕器和海流探測設(shè)備搭載至海底，進(jìn)行精確布放，待海底作業(yè)任務(wù)完成后，根據(jù)布放的定位點，成功搜尋，再操縱ROV機(jī)械手通過自制的帶纜掛鉤輕松勾住布放設(shè)備，整個動作一氣呵成。借助高精度水下定位系統(tǒng)和圖像聲吶搜索系統(tǒng)，以往令人望而卻步的“大海撈針”不再是難題。

“海馬”號經(jīng)過多年的大洋礦產(chǎn)資源調(diào)查，以及不斷的技術(shù)升級，逐步形成了基于ROV作業(yè)平臺，集高清光學(xué)視像、高頻聲學(xué)厚度探測、強(qiáng)力爪和鉆機(jī)等多種取樣工具為一體，適用于富鈷結(jié)殼精細(xì)探測的技術(shù)方法體系，大大提高了富鈷結(jié)殼探測效率和精度，展現(xiàn)了ROV在大洋科考中強(qiáng)大的工程應(yīng)用能力。