挺进深海！潜龙三兄弟一万米潜航！

我国无人无缆潜水器（AUV）的研究工作始于20世纪80年代。在国家“863”计划、中国科学院、中国大洋协会的大力支持下，至90年代初，中国科学院沈阳自动化研究所、中国船舶重工集团公司第702所等单位研制出“探索者”号AUV，它在南海成功地下潜到1000米的深度。

20世纪90年代中期，国内成功研制了“CR-01” 6000米AUV，并于1995年和1997年两次在东太平洋下潜到5270米的洋底，为我国在国际海底区域成功圈定多金属结核区提供了重要科学依据。随后，中国科学院沈阳自动化研究所联合国内优势单位研制成功“CR-02”6000米AUV。该AUV的垂直和水平调控能力、实时避障能力相较于“CR-01”均显著提高，并可绘制海底微地形地貌图。

“CR-01”6000米AUV

“CR-02”6000米AUV

进入21世纪，国内多家单位在大深度AUV技术的基础上开展了长航程AUV的研究工作，并取得技术突破，解决了长航程AUV涉及的大容量能源技术、导航技术、自主控制技术、可靠性技术等关键问题。

中国科学院沈阳自动化研究所研制的长航程AUV最大航行距离可达数百千米，目前已作为定型产品投入生产和应用。此外，近几年哈尔滨工程大学、中国船舶重工集团公司、西北工业大学等也开展了长航程潜水器的研究工作。

中国科学院沈阳自动化研究所研制的长航程AUV

“十二五”期间，在中国大洋协会的支持下，由中国科学院沈阳自动化研究所总体负责，联合中国科学院声学研究所、哈尔滨工程大学、自然资源部第二海洋研究所、北海标准计量中心等单位，完成了对“CR-02”6000米AUV的改造，打造出一款更具实用性的6000米AUV——“潜龙一号”，展示了我国深海AUV的最高水平。

“潜龙一号”入水。

“潜龙一号”课题于2011年11月正式启动，2012年12月完成潜水器本体、水面支持系统的研制及组装调试，2013年3月完成湖上试验和湖试验收，潜水器本体正式由中国大洋协会命名为“潜龙一号”。

“潜龙一号”浑身呈橘红色，长4.6米、重1.5吨，直径为0.8米，像是一枚匀称的鱼雷。“潜龙一号”的瘦长体形被称为“回转体”，这种设计比较适合较为平坦的海底地形。它以太平洋底多金属结核调查为主要任务，兼顾其他多种深海资源的勘探和开发需求，为海洋科学研究及资源开发提供数据。它的最大工作水深为6000米，巡航速度为2节，最大续航能力为30小时，配有浅地层剖面仪等探测设备，可完成海底微地形地貌精细探测、底质判断、海底水文参数测量和海底多金属结核丰度测定等任务。

“潜龙一号”

2013年4月，“潜龙一号”在南海开展了初步海上试验，10月结合中国大洋29航次任务，首次开展应用性试验工作。2014年4—5月，“潜龙一号”随“海洋六号”船在中国南海参加了大洋32航次前的综合试航，对大洋29航次应用性试验中存在的问题所采取的解决措施进行了实航验证。2014年8—9月，“潜龙一号”结合大洋32航次任务，首次开展试验性应用。2015年4月，“潜龙一号”结合大洋36航次综合试航同步完成了海试验收工作。2015年7月11日，“潜龙一号”通过课题组整体验收，成为我国自主研制的首个6000米水下无人无缆潜水器。

“潜龙一号”搭乘“海洋六号”船在南海进行首次海上试验时，最大下潜深度达到了4159米，获得了海底地形地貌等一批探测数据，设备布放与回收成功率达到100％。

在国家“863”计划的支持下，中国科学院沈阳自动化研究所为中国大洋协会继续研发了 4500 米级深海资源自主勘查系统“潜龙二号”，主要用于探测深海热液及多金属硫化物。中国科学院沈阳自动化研究所研究员、“潜龙”系列AUV总设计师刘健主持研制“潜龙二号”，中国科学院沈阳自动化研究所高级工程师许以军任“潜龙二号”副总设计师。

“潜龙二号”看起来就像一条热带鱼，长3.5米、高1.5米、重1.5吨，扁扁的身子通体鲜黄，被亲切地称为“黄胖鱼”。“潜龙二号”奇特的模样有利于减少垂直面的阻力，便于它在复杂海底地形中垂直爬升，更适应西南印度洋中国多金属硫化物勘探合同区复杂的海底地形。

“潜龙二号”出水。

下潜前，科研人员会在“黄胖鱼”的“大脑”中植入参数和使命配置程序，然后用吊车将其放到水中，之后解除吊车和潜水器之间的联系，使“黄胖鱼”下潜到指定区域。“黄胖鱼”身上还像“蛟龙”号一样安装了压载铁，入水后它依靠自身重力下潜。到预定深度后，它会自动抛掉一部分压载铁，开始在海底巡游。完成任务后，它会再次抛掉一部分压载铁，开始自动上浮。最后，工作人员通过遥控挂钩或抛绳等方式将它回收到母船。

“黄胖鱼”到达海底后非常忙碌。它的“眼睛”和“鼻子”格外敏锐，4只“鳍”也在卖力“摆动”，帮助它在海底灵活穿梭和“探宝”。

“黄胖鱼”的“智商”很高，自动性能很好。比如：当发现自己“身体”出现故障时，如果不影响作业，它就会坚持到底；如果感到“大事不妙”，不能再继续水下作业，它就会自动结束作业上浮返回。

“眼睛”是指“潜龙二号”的声呐。其中，前视声呐是一台避碰控制设备，可以将潜水器采集的声学数据转化为图像，用以识别障碍物，随后通过自主转动和躲避保障机体安全和任务正常进行。两侧的测深侧扫声呐则会沿着规划好的线路在海底来回扫描，一刻不停地搜集地形地貌数据，并进行实时信号处理。

“鼻子”是安装在“潜龙二号”末端的磁力探测仪。这是用来寻找金属硫化物的，可谓探海的一大“秘密武器”。在海底，有些多金属硫化物区的热液已经不再喷发，因此传统的羽状流探测系统难以发现目标，而磁力探测仪却能探测出热液区的磁异常。近底磁测数据还反映出多金属硫化物矿区的三维结构及矿区储量。装备了磁力探测仪的“潜龙二号”就像嗅觉灵敏的猎犬一样，能第一时间“嗅”出矿藏的位置。

“黄胖鱼”的4只“鳍”其实就是4个可旋转舵推进器，可以让其灵活地前进、后退、旋转，在海底“翻山越岭”。作为深海“游客”，“黄胖鱼”自带高清相机等拍照设备，每隔7秒钟就能在“ 伸手不见五指” 的海底拍摄一张照片，供科学家分析、研究。

海底硫化物(www.xing528.com)

相比鱼雷造型的“潜龙一号”，“潜龙二号”就像一条深海大黄鱼，能更好地在复杂地形中潜泳。它除了能探测多金属硫化物，还能探测多金属结壳，获得同时间、同位置的声学微地貌、温盐深、浊度、甲烷、氧化还原电位、磁力等多种数据，进而圈定矿化区。在电池支撑下，“潜龙二号”可工作30多个小时。

目前，“潜龙二号”已经通过验收，连续3年参加了大洋40航次、大洋43航次、大洋49航次的多金属硫化物资源调查，累计工作时间达666.1小时，水下探测航程约为1866千米，获得了约617平方千米的高分辨率深海近底磁测数据，发现多处热液异常点，拍摄了大量高清晰度近底照片，为该海域海底矿区资源评估奠定了科学基础。事实证明，无人无缆潜水器是进行硫化物矿区资源探测重要且有效的深海装备。

2018年4月亮相的“潜龙三号”是“潜龙二号”的“胞弟”，外观设计酷似小丑鱼。橘红色的“潜龙三号”是“潜龙二号”的优化升级版，因此功能更强大。

4500米级无人无缆潜水器“潜龙三号”以深海复杂地形条件下的资源环境勘查为主要应用方向。它可以用“嘴”内的前视声呐感知前方障碍物，用“肚皮”下的高度计感知距海底的距离。它的“眼睛”里藏着一个槽道推进器，可以辅助自身左右转向。同时，“小丑鱼”身上还长着“鱼鳍”——水平舵和垂直舵，保证了“潜龙三号”可以自由自在地在海里遨游，完成上浮下潜、左右转向、前进后退等多种动作。

“潜龙三号”

在“潜龙五兄弟”中，“潜龙三号”的国产化程度更高。其中，惯性导航传感器及组合导航系统（惯导系统）、高清照相机等核心部件由进口改为国产。惯导系统是“潜龙三号”的“电子地图”，它能依靠惯导系统计算自己所处的位置，还可以将自身状态信息通过背部的声通信系统发送给母船。如果它的位置有偏差，还会“虚心”接受母船发来的准确位置信息并进行修正，按照设计好的“使命”完成任务。“潜龙三号”降低了各设备的功耗，最长工作时间从“潜龙二号”的30多个小时提高到40多个小时，系统噪声更低、效率更高、抗流能力更强，声学成像质量得到提高。

“潜龙三号”的研制过程也经历了一段不短的时间。

该项目于2016年9月29日正式通过中国大洋协会办公室组织的实施方案评审，于2017年5月3日正式通过详细设计评审工作，于2017年10月13日完成出所检测及湖试大纲评审，于2017年10月18日—11月18日完成湖上试验测试与考核验证，于2018年4月15日—5月3日参加2018“大洋一号”船综合海试B航段海试，完成南海海试及试验性应用。2018年4月23日，“潜龙三号”以高分通过海上试验现场验收。

2018年4月24—28日，“潜龙三号”分别在天然气水合物区、多金属结核试采区和环境参照区3个试验区进行了试验性应用探测，获得大量微地形地貌数据、水体参数数据及海底照片，全部探测数据均完整有效，圆满完成任务。

2018年12月10日，“潜龙三号”搭乘“大洋一号”船赴南大西洋首次正式执行大洋52航次科考任务，参加第二航段、第四航段科考。“潜龙三号”在大西洋中脊成功开展了热液硫化物活动特征及热液区生态环境综合调查，在8个潜次应用中获取了大量有效、精细的探测数据，取得多项创新性成果，为该区域的海底热液活动及生态环境综合调查提供了重要参考依据。

在大洋52航次中，“潜龙三号”实现了我国自主无人潜水器的首次大西洋科考应用。南大西洋中脊是慢速扩张洋中脊，所处海底环境复杂。“潜龙三号”先后完成8个区域的声学测线探测作业任务，其中3个区域为新生火山区，3个区域为拆离断层及大洋核杂岩石区，另外2个区域为中央裂谷壁区。在如此复杂的环境下，“潜龙三号”顺利完成探测作业任务，进一步证明了其具有良好的机动性和环境适应性。

“潜龙三号”单航段和单潜次的总航程与探测面积均创纪录。潜水器整体表现良好，性能稳定可靠。“潜龙三号”水下工作时间累计超过360小时，总航程超过1100千米，总探测面积超过420平方千米；单潜次最大工作时间达48小时，航程超过150千米，探测面积近60平方千米。

“潜龙三号”与船载装备实现了“点、线、面”协同作业。“大洋一号”船光缆绞车同步下放深海摄像或深海电法设备进行测线调查，或下放电视抓斗进行取样调查。这种创新性作业模式可在调查区一次性获取包括近海底水体化学异常、海底岩石电磁异常、高精度地形地貌及海底取样等多类综合调查资料，实现了“潜龙三号”与船载装备“点、线、面”协同作业，大大提高了母船作业效率。

光缆绞车下放“潜龙三号”。

“潜龙三号”首次采用了无人值守探测作业新模式。传统深海潜水器作业时，需要母船在附近监测潜水器的航行状态，便于监控与决策潜水器下一步工作，同时保障潜水器安全。科考队尝试性地采用无人值守作业新模式。在“潜龙三号”进入近底巡航作业状态后，母船驶离至另一作业区域进行其他作业，不再监控潜水器。待潜水器结束使命后，母船再返回潜水器上浮点回收。潜水器作业期间，母船获得解放，可实现对同一个或不同调查区域同时获取潜水器和船载设备综合调查资料，科考作业效率得到成倍提高。

“潜龙三号”在第四航段还开展了我国西南印度洋多金属硫化物区的热液异常调查。“潜龙三号”在天气恶劣、海况复杂的情况下，在西南印度洋51号、39号和40号区块内成功开展了两个潜次的AUV调查，累计水下工作时间约达78小时，水下探测作业时间约达73小时，总航程约为201千米，最大下潜深度达3309.8米，声学探测测线长度约为182千米，全覆盖探测总面积约为72平方千米，光学探测测线长约0.8千米，拍摄高清照片585张。科学家通过对探测数据的分析认为，“潜龙三号”在40号区块发现明显的热液活动，初步判断那是一处新的矿化异常区，这将为后续工作奠定基础。另外，AUV成功外挂搭载了水听器设备（左右各一个）和自然电位传感器（一主机5个探头），并获得宝贵数据，为潜水器本体技术及后续调查应用提供了数据依据和应用参考。

“潜龙三号”入水瞬间

“潜龙三号”圆满完成大洋52航次科考任务，获取大量有效、精细的探测数据，实现“点、线、面”协同作业，成功探索无人值守作业新模式。上述创新性成果得益于“潜龙三号”技术装备的先进性、稳定性和可靠性，标志着我国自主研发的潜水器技术已跻身世界先进行列，我国的自主勘查技术迈上了一个新台阶，为我国开展深海进入、深海勘探、深海开发等提供了稳定、可靠、有效的技术装备保障。

2019年4月24日，“潜龙三号”完成了南海试验性应用第一潜。此前，“潜龙三号”于4月22日进行了海试第二潜，创下了我国自主潜水器深海航程最远纪录——航行时长达42小时48分钟，航程达156.82千米，并以高分通过现场专家组验收。

通过十几年的研究，国内的AUV技术已经取得一定的进展和突破，特别是在作业水深、长航程技术、控制及导航技术方面已经达到国际先进水平。

如今，越来越多的深海装备在我国大洋科考中投入使用。在“三龙”的基础上，我国还将增加用于深海钻探的“深龙”、用于深海开发的“鲲龙”、用于海洋数据云计算的“云龙”及用于在海面进行保障支撑的“龙宫”的研发与试验。

在科学探索中，成功也会伴随着失败。2016年夏天，中国自主研制的“海斗”号无人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜，最大下潜深度达10767米，使中国成为继日、美两国之后第三个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家。遗憾的是，“海斗”号后来在深海作业时失踪，而4500米级无人有缆潜水器“海龙一号”也在作业时消失在茫茫大洋深处。日本万米级无人潜水器“海沟号”和美国万米级无人潜水器“海神号”同样被列入这份“失踪潜水器”名单。它们都曾为人类探索深海作出过巨大贡献。

“海斗”号