全球載人潛水器發(fā)展綜述

1、目 錄全球載人潛水器發(fā)展綜述2第一部分 大深度作業(yè)型載人潛器2一、深海載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀2（一）深淵區(qū)概念界定2（二）國外深海載人潛水器3（三）國內(nèi)深海載人潛水器7二、載人潛水器在深海科考中的應用9（一）深海地質(zhì)9（二）深海生物11（三）物理海洋14三、深海載人潛水器的發(fā)展趨勢15（一）面向科學應用，形成作業(yè)能力15（二）面向深海探險和觀光，探索極限海底奧秘15（三）構建深海裝備體系，實現(xiàn)載人與無人裝備之間相互支持和協(xié)同作業(yè)16（四）重視新技術及新裝備的開發(fā)16四、“彩虹魚”號萬米級載人潛水器17（一）現(xiàn)有萬米級載人潛水器概況17（二）現(xiàn)有萬米級載人潛水器存在的問題17（三）“彩虹魚”號載人深

2、潛器的創(chuàng)新之處18第二部分 觀光型載人潛器19一、觀光潛水器發(fā)展歷程19（一）觀光潛水器概念界定19（二）觀光潛水器發(fā)展歷程19二、全球主要觀光潛水器概覽20（一）小型觀光潛水器（載人6人，下潛深度100米）21（二）大型觀光潛水器（載人6人，下潛深度100米）25全球載人潛水器發(fā)展綜述第一部分 大深度作業(yè)型載人潛器一、深海載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀（一）深淵區(qū)概念界定國際海洋科學界通過初步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)位于600011000m的海斗深度(hadal depth)區(qū)間內(nèi)的生物與6000m以淺的生物有明顯的不同，因此，把這個深度區(qū)間內(nèi)的海溝命名為深淵區(qū)，把專門研究深淵區(qū)內(nèi)的海洋科學稱為深淵科學(hadal

3、science)，它包含深淵生態(tài)學、深淵生物學和深淵地質(zhì)學等。2007年國際海洋科學家在墨西哥城召開一次大會，對深度區(qū)間的劃分又作了一次新的統(tǒng)一(圖1)，把深淵區(qū)的深度由原來的6000m修改為6500m。由于對海洋高技術的依賴，深淵區(qū)是目前海洋科學研究中最為薄弱的環(huán)節(jié)，因此，深淵科學也被認為是海洋科學的前沿。圖1：國際海洋界對于深度區(qū)間的劃分（二）國外深海載人潛水器深海載人潛水器的研制從上世紀60年代開始，發(fā)展至今，中國、美國、法國、俄羅斯、日本已具備深海載人潛水器自主研發(fā)的能力。根據(jù)國際載人潛水器委員會統(tǒng)計，2015年較為活躍的載人潛水器共46艘，其中下潛深度超過1000米的共10艘（表1）

4、，下潛深度2501000米的36艘。從用途上看，主要包括科學研究、深海探險、觀光旅游和軍事應用等幾大類。本部分重點介紹用于科學研究的下潛深度超過4500米的深海載人潛水器。表1：下潛深度超過 1000 米的深海載人潛水器（目前較為活躍）1、美國美國是較早開展載人深潛的國家之一，早在1960年1月23日，瑞士探險家Jacques Piccard以及美國海軍中尉Don Walsh駕駛深海潛艇“的里雅斯特(Trieste)”號在世界上最深的馬里亞納海溝下潛了10910米，創(chuàng)下了載人潛水器下潛深度的世界紀錄。當時的潛水器駕駛空間直徑僅有1.09米，在馬里亞納海溝底部也僅呆了12分鐘，但卻第一次留下了人

5、類的足跡。由于該潛水器無航行和作業(yè)能力，極大限制了它的使用性能，而且潛器采用汽油作為浮力艙，體積較大，其建造與運輸均不方便。因此，此類深潛器后續(xù)未得到進一步發(fā)展。圖2：“的里雅斯特”號載人深潛器美國具有代表意義的一艘第二代載人潛水器是在1964年建造的4500米級“Alvin（阿爾文）”號，它是目前世界下潛次數(shù)最多的載人潛水器，迄今，約15000 人次參與了“阿爾文”號5000次的下潛，為深?？茖W研究、考古等應用做出卓越貢獻。為了順應深海開發(fā)的深遠化趨勢，美國伍茲霍爾海洋研究所在2004年提出了建造升級版“New Alvin（新阿爾文）”號的設想?！靶掳栁摹碧柕牧咙c在于容積大、舒適性好、視野

6、好、設備更先進、機動性強、上浮下潛速度快等。圖3：“阿爾文”號載人深潛器美國第三代載人潛水器正在研制中，下潛深度定位于全海深，如“Deepsea Challenger”、Triton 36000/3號和“Deep Search”號等?！癉eepsea Challenger”（深海挑戰(zhàn)者）號是美國導演卡梅隆團隊用于電影拍攝而研發(fā)的一艘全海深載人潛水器。于2012年3月26日，成功下潛至馬里亞納海溝10898m深處，創(chuàng)造了單人下潛記錄，成為50年來第一位到達此處的人。但“Deepsea Challenger”號作業(yè)能力有限，安全可靠性不足，可用性較差。一些設備在到達萬米水深后出現(xiàn)故障，無法按計劃完

7、成任務?？紤]到玻璃窗的承受能力，卡梅隆讓潛水器提前上浮。如今，“深海挑戰(zhàn)者”號已被捐獻給美國的伍茲霍爾海洋研究所，用于海洋科學研究?！癟riton 36000/3”號是由美國佛羅里達州一家名為“Triton”的私人潛艇制造商制造的3人座深海潛水器裝備，設計的最大下潛深度為11000米，設計的核心亮點是玻璃球載人艙，提供360度全景觀看海洋最深處景象的視野。目前，它最深的一次下潛在巴哈馬群島附近進行，深度為1000m，但沖擊萬米深馬里亞納海溝的深潛器雛形已經(jīng)形成，有望在未來得到完善。據(jù)預計，該潛器將以每個座位25萬美元的售價向愛冒險的人群推廣。美國DOER Marine海洋科技公司研制的“Dee

8、p Search”號全海深載人潛水器，最大工作深度為11000米，在上浮下潛機制、艙體材料、浮力材料等方面具有創(chuàng)新性。它采用推進器系統(tǒng)、可移動縱傾質(zhì)量塊以及可調(diào)浮力系統(tǒng)來控制潛水器姿態(tài)。這種混合動力模式可以使下潛速度達到6kn，而且能讓潛水器在任意深度懸停，還可通過控制潛水器姿態(tài)增大可觀察范圍。圖4：“Deepsea Challenger”號、“Deep Search”號（研制中）、“Triton 36000/3”號（研制中）深潛器2、法國法國在1961年建造了一艘萬米載人潛水器“阿基米德（Archimède）”號，是第一代無航行能力的載人潛水器，因為種種原因沒有下到挑戰(zhàn)者深淵，而是

9、下到日本海溝的最深處，其深度記錄是9500m?！癆rchimède”號總共下潛139次，于1981年退役。法國具有代表性的一艘深海載人潛水器是6000米級的“Nautile”（鸚鵡螺） 號，它在1985年研制成，目前已完成下潛1500余次?！癗autile”號的工作主要是深海礦產(chǎn)探查、深海海底生態(tài)環(huán)境調(diào)查以及其他搜索任務。圖5：“阿基米德（Archimède）”號、“Nautile”（鸚鵡螺） 號載人潛器3、俄羅斯俄羅斯是目前世界上擁有載人潛水器數(shù)量最多的國家，“MIR（和平一號）”和“MIR（和平二號）”是俄羅斯具有代表性的載人潛水器，它們由蘇聯(lián)和芬蘭于1987年聯(lián)合研制

10、，是僅有的兩艘用馬氏體鎳鋼制造載人球殼的潛水器，具有充足的能源和帶有十二套檢測深海環(huán)境的先進設備。這兩艘潛水器在太平洋、印度洋、大西洋和北極海底進行了上千次的科學考察，包括對海底熱液硫化物礦床、深海生物及浮游生物調(diào)查和取樣，大洋中脊水溫場測量，失事核潛艇“共青團員”號核輻射檢測，以及“泰坦尼克”號沉船的水下拍攝等。在2007年8月兩艘深海載人潛水器聯(lián)合完成的“北極2007”海洋科學考察，使這兩艘潛水器再次引起世人矚目，并由此正式引發(fā)了國際社會在北極的利益之爭。圖6：“MIR（和平一號）”和“MIR（和平二號）”4、日本日本在深海潛水器研制方面處于國際先進水平，最具代表性的一艘載人潛水器1989

11、年日本科學技術廳建成了6500米級的“SHINKAI 6500（深海6500）”潛水器。它的特點在于靈活的操縱性和先進的觀測系統(tǒng)，主要用于6500米深海地質(zhì)探查等，目前已經(jīng)完成下潛1000余次。目前日本深海載人潛水器的研制目標是“SHINKAI 12000（深海12000）”載人深潛器，該潛水器在2013年立項研制，預計2025年左右完成研發(fā)。“SHINKAI 12000”潛水器將具有較好的續(xù)航能力，能保證6人在深海潛航2天，預期將用于海洋資源探測和深海生物調(diào)查等方面。圖7：“SHINKAI 6500（深海6500）”和“SHINKAI 12000（深海12000）”（研制中）（三）國內(nèi)深海載

12、人潛水器中國最具代表性的深海載人潛水器是“蛟龍”號，它是中國第一臺自行設計、自主集成研制的載人潛水器，主要用途是深?？碧?、海底作業(yè)等。2012年6月，“蛟龍”號載人潛水器的最大下潛深度到達7062米，標志著我國深海載人潛水器研發(fā)水平達到世界先進水平。迄今，“蛟龍”號已經(jīng)累計完成100次下潛。目前，“蛟龍”號研發(fā)團隊正在全力研制4500米級載人潛水器，該潛水器全面應用國產(chǎn)化技術和裝備，其載人艙球殼已完成建造和試驗，預計于2017年投入應用?！安屎玺~”號是我國正在自主研發(fā)的世界首個作業(yè)型萬米級載人深潛器（將在本部分第四章著重介紹）。圖8：我國“蛟龍”號載人潛水器表2 幾種作業(yè)型深海載人潛水器功能對

13、比表潛水器名稱Alvin（阿爾文）Nautile（鸚鵡螺）MIR（和平）&Shinkai6500（深海6500）蛟龍?zhí)枃颐绹▏砹_斯日本中國耐壓殼內(nèi)徑/m2.0 2.1 2.1 2.0 2.1 設計深度/m45006000600065007000材料鈦合金鈦合金鎳鋼鈦合金鈦合金人數(shù)33333主尺度/m7.1×2.6×3.78×2.7×3.57.8×3.6×3.09.5×2.7×3.78×3.9×3.4空氣中質(zhì)量/t1719.318.625.822最大速度/kn1.352.552.52

14、.5水下工作時間/h45451015412有效載荷/kg180200290150220每年潛水次數(shù)110-150100-115602025圖9：幾種作業(yè)型深海載人潛水器下潛深度二、載人潛水器在深海科考中的應用載人潛水器在深海科考中主要應用在地質(zhì)科學和生物科學領域。本部分將重點從載人潛水器在深海地質(zhì)、深海生物和物理海洋3個方面的應用進行論述。（一）深海地質(zhì)1、海底地質(zhì)現(xiàn)象觀察載人潛水器配置有先進的水下照明、照相和攝像設備，隨著電子信息技術的不斷改進，該類設備的性能也迅速發(fā)生著質(zhì)的飛躍。利用該類設備，科學家不僅能夠在深海海底近距離觀察各種地質(zhì)現(xiàn)象，而且還能將觀測信息進行記錄和保存，從而為深海地質(zhì)學

15、基礎理論研究提供有效的證據(jù)。如我國“蛟龍”號載人潛水器自2009年海試以來，對我國東北太平洋多金屬結核合同礦區(qū)、西北太平洋富鈷結殼礦區(qū)及西南印度洋多金屬硫化物礦區(qū)，以及中國南海發(fā)現(xiàn)的冷泉區(qū)的部分區(qū)塊進行了較為詳盡的地質(zhì)調(diào)查，開展了卓有成效的底質(zhì)地形勘測、礦物豐度評估等科考工作。圖10為“蛟龍”號搭載海洋地質(zhì)學家在2013年度西南印度洋航次中拍攝的低溫彌散流噴口。2、海底地質(zhì)取樣深海作業(yè)型載人潛水器均配置有先進的多功能機械手以及保真取樣、潛鉆取芯工具等作業(yè)工具，使科學家在海底非常方便地進行沉積物或巖石取樣。如1977年，美國的“阿爾文”號在東太平洋加拉帕斯裂谷發(fā)現(xiàn)海底熱液噴口的同時，直接抓取到了

16、熱液硫化物樣品，開啟了海底熱液硫化物研究的時代。在海試和試驗性應用航次中，“蛟龍”號利用機械手或鏟斗等作業(yè)工具也取得了大量的地質(zhì)樣品。圖11為“蛟龍”號在西南印度洋我國多金屬硫化物礦區(qū)采集硫化物煙囪體時的照片。圖10：“蛟龍”號發(fā)現(xiàn)的低溫彌散流噴口 圖11：“蛟龍”號采取硫化物煙囪體樣3、深海地球物理調(diào)查載人潛水器可搭載先進的深海多波束及側(cè)掃聲納系統(tǒng)，貼近海底目標區(qū)進行詳細勘測，這樣不僅避開了海面各種干擾的影響，而且提高了勘測的分辨率，從而可以獲得精細的海底地貌形態(tài)。在1974年的FAMOUS項目和1979年的RITA項目中，利用搭載在“阿爾文”號上的多波束測深和側(cè)掃聲納系統(tǒng)，對大西洋中脊和東

17、太平洋海隆進行了精細勘測（見圖12），獲得了大量有價值的海底地形地貌數(shù)據(jù)，為研究各種地質(zhì)現(xiàn)象提供了重要依據(jù)。1999年，美國和日本兩國利用“深海6500”號，對夏威夷群島海底火山進行了聯(lián)合勘查，并獲得了海底火山的精細地貌特征，為研究這些海底火山的成長及衰亡規(guī)律提供了第一手的資料。圖12：“阿爾文”號載人潛水器測得的洋中脊地形圖（二）深海生物載人潛水器及其搭載的探測和取樣設備，可以到達海洋深處，方便地對深海底棲生物進行直接觀察、拍照，還可以對目標物進行保真取樣，回到實驗室對其進行分析和培育，揭示深海生物生存和演化之謎。1、深海熱液區(qū)生物群落深海熱液區(qū)是目前國際上開展深海生物勘察研究最為活躍的區(qū)域

18、，主要存在于水深2000m左右的大洋中脊和活動斷裂帶上。深海熱液區(qū)附近生物群落物種及數(shù)量極為繁盛，這些生物從熱液化學物質(zhì)中攝取營養(yǎng)和能量，比如H2S、CO2、H2和CH4等，它們具有獨特的生存代謝機制。自從在海底熱液噴口附近發(fā)現(xiàn)生物群落以來，逐漸掀起了深海生物研究的熱潮。在過去的30多年間，對熱液噴口生物的新種發(fā)現(xiàn)速度一直維持在平均每個月描述兩種的水平。目前已描述的熱液生物新種已有近600種，包括了原生動物門和12個后生動物門，其中超過85的熱液生物為地方特有種（見圖13）。從寄生在熱液噴口附近的嗜熱微生物中提取的嗜熱菌，可用于細菌浸礦、石油及煤炭的脫硫，在發(fā)酵工業(yè)中，可以利用其耐高溫的特性，

19、提高反應溫度，增大反應速度，減少中溫型雜菌污染的機會。此外，嗜熱菌研究中最引人注目的方向之一是深海生物基因及其遺傳工程的相關研究。圖13：深海熱液區(qū)生物群落2、深海冷泉區(qū)生物群落在大陸坡和深海區(qū)的天然氣水合物分布區(qū)域，當海底升溫或減壓，就會釋放出大量的甲烷，在海水中形成甲烷柱，即所謂的“冷泉”。在冷泉附近往往發(fā)育著依賴這些流體生存的冷泉生物群落，這是一種獨特的黑暗生物群落，最常見的生物有靠化能合成作用生存的管狀蠕蟲、雙殼類、腹足類和微生物菌等，因此又被稱為“碳氫化合物生物群落”。2013年，“蛟龍”號試驗性應用航次在南海實施，載人潛水器首次搜索觀測到了面積約為2000m2的由大量的毛瓷蟹、蜘蛛

20、蟹、深海蝦、貽貝等構成的冷泉生物群落（圖14）?？茖W家通過對冷泉區(qū)生物生存方式和狀態(tài)的各項研究，了解該冷泉區(qū)生物群落結構的獨特性以及與其他冷泉區(qū)生物群落的異同點，這對保護海洋生物多樣性和海洋生態(tài)環(huán)境具有積極的促進作用。圖14：“蛟龍”號機械手采集貽貝等冷泉區(qū)生物樣品3、深海大生物除了對深海生物群落開展綜合研究外，國內(nèi)外生物學家還搭乘載人潛水器，對生活在深海中的大生物進行了重點研究。對深海大生物的研究不僅是對現(xiàn)存的深海生物進行研究，還包括對生物遺骨及其附近生物的研究。1992年，“深海6500”號載人潛水器在日本鳥島海域4146m深處發(fā)現(xiàn)了古鯨遺骨，在22塊古鯨骨附近發(fā)現(xiàn)了大量寄生的貝類和小蝦。

21、“蛟龍”號載人潛水器自海試至試驗性應用航次以來，利用高清攝像系統(tǒng)，也拍攝記錄了眾多的深海大生物系統(tǒng)，包括深海海參、海星、海葵、鼠尾魚、獅子魚、蜘蛛蟹、磷蝦、毛瓷蟹、貽貝、端足類生物等（見圖15）。利用機械手還獲取了部分深海大生物。目前，一些深海大生物吸取、誘捕型作業(yè)工具正在被研制，潛水器有望在未來應用中獲取更多的深海大生物。圖15：“蛟龍”號拍攝的深海大生物（左上：海參；右上：鼠尾魚；左下：海葵、貽貝；右下：磷蝦）（三）物理海洋載人潛水器在物理海洋研究中也得到了廣泛的應用，主要應用在海流熱通量、大洋環(huán)流、熱液口溫度場分布等研究領域。1977年，“阿爾文”號在太平洋加拉帕哥斯群島附近的海底發(fā)現(xiàn)了

22、第一個熱液口，之后又相繼在大西洋和太平洋發(fā)現(xiàn)了24余個熱液噴口。從此，海底熱液噴口附近海水的流動形態(tài)、熱液噴發(fā)對大洋環(huán)流模型的影響、洋殼熱通量等一大批新的科學問題成為物理海洋學研究的重要內(nèi)容。1988年79月，Schultz等人利用“阿爾文”號潛水器對東北太平洋Juan deFuca洋中脊Endeavour段熱液噴口熱通通量進行了測量，并利用溫度傳感器陣列獲得了熱液噴口周邊的溫度場分布。1993年12月，“鸚鵡螺”號潛水器對大洋中脊存在的表流進行了觀察。1994年，日本“深海6500”潛水器在東太平洋隆起南部進行了8次下潛，開展熱液流場等方面的觀察與研究。三、深海載人潛水器的發(fā)展趨勢為滿足勘探

23、開發(fā)利用海洋資源的迫切需求，如何發(fā)展各型深海裝備技術，更好發(fā)揮載人深潛器的作用，是我們必須要思考和解決的重大課題。對于載人深潛器的未來發(fā)展趨勢，應立足于應用性，兼顧經(jīng)濟性與舒適性等要求。在載人深潛器研制中，應根據(jù)其功能和使命的要求，提供性能更高、經(jīng)濟性更好的載人裝備。從這個角度出發(fā)，載人潛水器的應用及發(fā)展，應重視如下幾個方面。（一）面向科學應用，形成作業(yè)能力以科學作業(yè)為主要目的的載人潛水器，其任務是進行海洋探查和資源開發(fā)。對于該類載人深潛器，除了對可靠性、安全性提出更高要求外，還有一個突出要求，作業(yè)能力。以美國為例，至今“阿爾文”號載人潛水器已累計完成5000次以上的下潛作業(yè)，為深海研究工作做

24、出了巨大貢獻。為了保持在深海研究領域中處于領先地位，美國在這方面開展了大量工作。2004年，在美國國家科學基金會(NSF)的支持下，伍茲霍爾（Woods Hole）海洋研究所決定在現(xiàn)有“阿爾文”號基礎上對其部分設備進行升級更新，并將新潛水器命名為“新阿爾文”號。與“阿爾文”號相比，“新阿爾文”號具有下列特點：更大的下潛深度；更大的載人球，更好的艙內(nèi)人機環(huán)設計；電池的功率更大；在指定的工作深度工作更長的時間；更好的觀察視野，駕駛員和科學家的觀察視野有重疊；更好的內(nèi)部電子電路；更大的科學有效負載；更好的照明和成像系統(tǒng)；更強的推進馬力（更好的操縱性）；更好的數(shù)據(jù)采集和儀器接口；更好的懸停作業(yè)能力。（

25、二）面向深海探險和觀光，探索極限海底奧秘 伴隨著深海技術的日益成熟，出現(xiàn)了另一種面向深海探險載人深潛器。該類深潛器以滿足人類對深海世界的好奇心為主要目的，其使用對象為一些探險家。與前一類載人深潛器不同，該種潛水器以挑戰(zhàn)極限為主要目標，因此對深度指標提出更高要求。近期出現(xiàn)的“DEEPSEA CHALLENGE”號，“Deep Flight Challenger”號以及Triton 36000/3為該類潛器的代表。2012年3月26日，美國著名導演卡梅隆駕駛研制的“深海挑戰(zhàn)者（DEEPSEA CHALLENGE）”號抵達太平洋10898m深度的馬里亞納海溝，成為一名潛入極限海洋深處的探險家。（三）

26、構建深海裝備體系，實現(xiàn)載人與無人裝備之間相互支持和協(xié)同作業(yè)面對日益增多的潛水器以及日益完備的裝備體系，如何協(xié)調(diào)好載人與無人潛器的關系，發(fā)揮載人與無人潛水器的各自優(yōu)勢，是亟待解決的問題。在這一方面，應注重構建深海裝備體系，實現(xiàn)載人和無人裝備之間的相互支持、聯(lián)合作業(yè)和協(xié)同工作，充分發(fā)揮綜合技術體系的作用。西方各國已在ROV、AUV和HOV等裝備方面取得了十分顯著的成果。美國繼續(xù)保持在海洋探測和深海礦產(chǎn)資源勘探、開發(fā)方面的領先地位；日本政府投入巨資建設了水面母船支持的多類型深海潛水器，其擁有的無人遙控潛器潛水深度達到11000m?；谶@些裝備，日本和美國、法國聯(lián)合對太平洋、大西洋進行了較大范圍的海底

27、資源和環(huán)境勘探。美國、日本、俄羅斯、法國等發(fā)達國家目前已經(jīng)擁有了從先進的水面支持母船，到深海（有的工作深度達11000m）遙控潛水器（ROV，ARV）、深海（6000m）自治機器人（AUV）、深海（6500m）載人潛水器（HOV）、600m 單人常壓潛水服（ADS）、深海（6000m）可移動長期工作站和深海（6000m）資源開采機器人等完整的技術裝備體系，實現(xiàn)了裝備之間的相互支持、聯(lián)合作業(yè)、安全救助，能夠順利完成水下調(diào)查、搜索、采樣、維修、施工、救撈等使命任務，充分發(fā)揮了綜合技術體系的作用。（四）重視新技術及新裝備的開發(fā) 深海高強度材料如陶瓷材料、水下高能量密度的能源、水下微細光纜技術以及通信

28、導航等核心技術的進展，將極大提升深海裝備研制能力和水平，如美國的下潛11000m的“海神號”混合型無人潛水器就采用了上述高新技術。美國的載人潛水器 Alvin(HOV)、無人自治潛水器ABE(AUV)、無人遙控潛水器Jason（ROV）以及單人常壓潛水服（ADS）等裝備，在深?？茖W研究和資源勘查作業(yè)中以其技術先進性和高效率應用而著稱。有關研究機構在新型深海運載器如 Sentry（AUV）、Nereus（HROV）等研發(fā)方面也是不遺余力。除發(fā)展1000m以深科學探測和資源勘探開發(fā)的無人裝備外，一些國家開始規(guī)劃分階段地進行居住型載人深?？臻g站的研究與建設，包括固定式海底觀測系統(tǒng)和移動式載人平臺。美

29、國在規(guī)劃中也提出，應通過重視新技術及新裝備的研發(fā)，確保其在深海運載器技術發(fā)展和應用方面繼續(xù)保持領先地位。四、“彩虹魚”號萬米級載人潛水器（一）現(xiàn)有萬米級載人潛水器概況迄今為止，能夠下潛到馬里亞納海溝的載人潛水器已經(jīng)建造了4艘，分別是美國海軍的“的里雅斯特”號，法國海軍的“阿基米德”號，電影導演卡梅隆出資建造的“深海挑戰(zhàn)者”號，英國維珍航空公司老板理查德·布蘭森出資建造的“深海飛行式挑戰(zhàn)者”號。前2艘是上世紀五十年代建造的第一代無航行能力的載人潛水器，“阿基米德”號因為種種原因沒有下到挑戰(zhàn)者深淵，而是下到日本海溝的最深處，其深度記錄是9500m。“深海飛行式挑戰(zhàn)者”號2011年建造成功

30、后在海試過程中因為載人艙被大浪打壞，隨后又重新建造新的載人艙，現(xiàn)在正開展海試，究竟能否下到挑戰(zhàn)者深淵還有待觀察。目前國際上正在開展設計或研制的載人深淵器有美國DOER公司的“Deep Search”，美國Triton公司的“Triton 36000/3”，日本的“深海12000”。“載人深淵器”是目前海洋領域最有標志性且影響重大的高科技項目。 （二）現(xiàn)有萬米級載人潛水器存在的問題雖然“的里雅斯特(Trieste)”號和“深海挑戰(zhàn)者”號能夠下潛到海洋最深處，但對于海洋科學家來說，這兩類載人潛水器都沒有多大用途，前者因為沒有航行能力，下去一次呆在原地可能發(fā)現(xiàn)不了什么。而后一種單人式的，則要求科學家

31、同時具有駕駛員的能力，需要很長時間的培訓才能使用。它們未能在海底開展航行和作業(yè)活動，并且隨著下潛深度的增加均出現(xiàn)了不同程度的技術故障。為達到認識海洋、探索海底的目的，以現(xiàn)有技術制造的載人深潛器因需具備可航行作業(yè)、循環(huán)使用、安全可靠、性能穩(wěn)定等要求，距離到達海底10911米，尚存在很大距離。（三）“彩虹魚”號載人深潛器的創(chuàng)新之處“彩虹魚”號載人深潛器是國際上首個作業(yè)型全海深載人潛水器，主要由載人艙、機電設備、外部設備、重量與浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及觀察與作業(yè)模塊5個部分構成，作為中樞的載人艙可乘坐一名駕駛員和兩名科學家。其中，“彩虹魚”號載人潛水器除了水下攝像機、水下燈和部分電纜進口外，布放與回收系統(tǒng)、

32、中繼站系統(tǒng)、光纖纜、水面控制系統(tǒng)均實現(xiàn)100%國產(chǎn)化，潛水器本體系統(tǒng)國產(chǎn)化率達到95%。其創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1、在國際上首次突破3人作業(yè)型全深海載人潛水器的總體集成、總裝制造和調(diào)試技術。2、在國際上首次攻克了萬米超大潛深超高強度鋼耐壓結構設計與密封技術，包括：超大潛深、大直徑、大厚板球艙結構設計準則與安全評估體系；超高壓環(huán)境下有機玻璃與金屬材料接觸面的非線性接觸和變形協(xié)調(diào)分析、疲勞載荷譜與結構響應分析技術；超大潛深多開口載人艙及其水密門、觀察窗的優(yōu)化設計方法等。3、突破微細光纖大深度應用技術，實現(xiàn)潛水器水面水下的實時多點控制。潛水器海底現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)與母船、岸基實時共享。4、將國內(nèi)

33、潛水器配套裝備應用能力從7000米提高到11000米并形成相關知識產(chǎn)權，包括：大密度、耐超高壓鋰離子水下電池與配電技術、超高壓集成化浮力調(diào)節(jié)技術、全海深水下推進技術、全海深低密度浮力材料技術、全海深水下液壓控制技術等。圖16：“彩虹魚”號萬米級載人深潛器及載人艙第二部分 觀光型載人潛器一、觀光潛水器發(fā)展歷程（一）觀光潛水器概念界定觀光潛水器（Tourist/Passenger Submersibles）是能夠運載乘客在水下運行、浮出水面并保持水面航行的自航運載器。是一種可搭載未經(jīng)任何特殊訓練的游客遨游海底的高科技旅游設施，它已廣泛地應用于當今的海洋旅游中。自1964 年世界上第一艘觀光潛水器“

34、Auguste Piccard”在瑞士投入使用以來，世界各國已陸續(xù)建造了大約 60 艘觀光潛水器，在開曼群島、巴巴多斯、維京群島、夏威夷、墨西哥灣、加那利群島、地中海、關島、塞班島、巴厘島、臺灣、濟州島和沖繩等旅游勝地運營。每年有超過200萬游客乘坐觀光潛水器，產(chǎn)值達到1.5億美元。（二）觀光潛水器發(fā)展歷程1、國外發(fā)展歷程世界上第一艘民用觀光潛水器是瑞士的“Auguste Piccard”，如圖1所示，于1964年瑞士國家展覽會期間在日內(nèi)瓦湖上亮相?！癆uguste Piccard”的出現(xiàn)引起了世人的極大關注和興趣。它可以攜帶40名乘客，另加4名船員，設計最大潛深820m。在其運營的16個月中

35、，總計下潛1112次，下潛深度250m，共攜帶32000名乘客飽覽日內(nèi)瓦湖景色。盡管“Auguste Piccard”非常龐大，長度約28.5m，總質(zhì)量約180t。但是作為一種新型的旅游工具，為用戶提供了一種全新水下旅游體驗，開創(chuàng)了一個新興的水下旅游觀光產(chǎn)業(yè)。在20世紀80 年代中后期，觀光潛水器迎來了發(fā)展的黃金時期，在此后20年的時間內(nèi)，觀光潛水器發(fā)展十分迅猛。圖1：Auguste Piccard 觀光潛水器2、國內(nèi)發(fā)展歷程我國從20世紀90年代中后期開始介入觀光潛水器產(chǎn)業(yè)。1996年年底武昌船廠為海南航空旅業(yè)開發(fā)股份有限公司制造的40客位觀光潛水器“航旅一號”交付使用。2004年武昌船廠又

36、制造了一款48客位的觀光潛水器“天清號”，并交付使用。2001年，大連造船廠研制、建造了一艘10客位的觀光潛水器“金濤”號。同年，大連海韻潛游技術發(fā)展有限公司投資的10客位觀光潛水器“全濤”號在大連誕生。該公司為泰國恒發(fā)投資有限公司建造的兩艘48客位的潛水器“海泰一號”和“海泰二號”在2004年底交付使用。我國在觀光潛水器的制造方面有著很好的基礎，但是相關制造標準和規(guī)范、管理法規(guī)等還不健全，致使觀光潛水器的建造和營運存在不少問題。制約了觀光潛水器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。二、全球主要觀光潛水器概覽 本節(jié)將觀光潛器分為小型觀光潛器和大型觀光潛器兩部分進行介紹，小型載人潛水器通常用于科學考察和探險；大型觀光潛水

37、器主要用于攜帶普通乘客觀光旅游。小型觀光潛水器具有工作深度大、乘員數(shù)量少（通常為1-5名）的特點，載人艙通常都是球形耐壓結構；大型觀光潛水器的載人艙通常由兩端半球形封頭和中間圓柱耐壓殼體組成。（一）小型觀光潛水器（載人6人，下潛深度100米）表1 全球主要小型觀光潛水器基本特點序號機構名稱國籍特點下潛深度（m）1TRITON SUBMARINES美國潛艇制造、改裝，提供駕駛、技術、培訓服務305/500/1000/2000/110002SEA MAGINE美國小型個人潛水器設計、制造300/370/15003DEEPFLIGHT 美國造型獨特、注重駕駛感受的潛水器，形如“水下飛機”120/26

38、04OCEANGATE美國潛器制造，提供海洋勘探服務305/500/40005U-BOATWORX荷蘭最先進的私人潛水器，體積與重量同類領先，便攜100/200/300/17001、美國TRITON SUBMARINESTriton潛艇公司成立于2007年，專門為游艇設計和制造載人潛水器，Triton在深潛水工程設計、制造和運營方面已經(jīng)具有全球領先水平，Triton是US Submarines Inc.的一家子公司，該公司自1993年就開始從事載人潛水器的設計和制造工作。專注領域：潛艇制造商、潛艇改裝、豪華潛水器市場、潛艇設計。表2 Triton系列觀光潛器型號載客數(shù)量設計下潛深度TRITON

39、36000/33人11000米TRITON6600/22人6600米TRITON1000/88人1000米TRITON1650/3LP3人1650米TRITON1000/1HS1人1000米2、美國Sea MagineSeaMagine是一家領先的小型個人潛水器設計和制造商，其為游艇和科研制造的潛水器有超過12000次的下潛。所生產(chǎn)的小型潛水器和私人潛水器的使用深度為150m到1500m之間。表3 SeaMagine系列觀光潛器型號載客數(shù)量設計下潛深度OCEAN PEARL2人300米AURORA-3C3人1500米AURORA-33人1500米AURORA-44人370米AURORA-55人

40、1000米3、美國DEEPFLIGHTDeepFlight公司是一家私人擁有的公司，創(chuàng)建這家公司的目的是發(fā)展人類通向海洋的一系列創(chuàng)新技術。公司經(jīng)過多年潛心研究取得了重大的技術突破，包括創(chuàng)造出了復合水下飛行要求的個人潛器，為海洋探索體驗游和超級豪華游艇產(chǎn)業(yè)提供一系列先進的個人潛器。公司產(chǎn)品不僅關注于把人送到深海，更注重于駕駛者的探索感受，依靠先進的動力系統(tǒng)，其速度行業(yè)領先，獨特的造型凸顯其水下飛機的理念。2016年9月，美國潛器公司DEEPFLIGHT與彩虹魚公司發(fā)表聯(lián)合聲明，共同投資設立新公司DeepFlight Adventures。新公司將通過推出系列水下觀光型載人潛器，共同開發(fā)海洋探索體

41、驗游市場，并計劃于2017年在全球濱海旅游度假區(qū)及其他可能的地方為公眾提供海洋觀光探索體驗服務。“Super Falcon3S（探海先鋒獵鷹3號）”則是與彩虹魚公司合作開發(fā)的項目?！癝uper Falcon3S（探海先鋒獵鷹3號）”為乘客提供了舒適的獨立座艙，打磨精光的玻璃穹頂讓360度水下美景盡收你的眼底。在上一代具有兩個座艙產(chǎn)品的基礎上增加了一個座艙，這樣一個潛航員就可以同時帶著兩名游客飛行到最深可達水下120m的地方。圖3：在巴布亞新幾內(nèi)亞成功完成海下60米的下潛探索體驗，DeepFlight “Super Falcon3S（探海先鋒獵鷹3號）”4、美國OceanGateOceanGat

42、e公司位于華盛頓西雅圖，成立于2009年，為工業(yè)，研究和勘探提供載人潛水服務。核心能力包括提供深海技術測試平臺，水下現(xiàn)場調(diào)查和檢查，水下科學研究和數(shù)據(jù)收集，水下電影和媒體捕獲。表4 OceanGate系列觀光潛器型號載客數(shù)量設計下潛深度Antipodes Submersible 5人305米Cyclops 1 Submersible 5人500米Cyclops 2 Submersible 5人4000米5、荷蘭U-BoatWorxU-Boat Worx致力于開發(fā)完美而安全的潛水器，其潛水器是最先進的私人潛水器，其產(chǎn)品在整個私人潛水器市場處于領先地位，特點是其產(chǎn)品的體積和重量控制在同類中處于領先

43、地位。表5 U-BoatWorx系列觀光潛器型號載客數(shù)量設計下潛深度SUPER YACHT SUB 33人300米HIPER SUB 22人100米CRUISE SUB9人1100米C-EXPLORER 55人200米C-EXPLORER 33人300米C-RESEARCHER 33人1700米C-EXPLORER 22人100米（二）大型觀光潛水器（載人6人，下潛深度100米）表6 全球主要大型觀光潛水器基本特點序號研制單位國籍潛器名稱載客數(shù)量下潛深度（m）1中船重工702所中國寰島蛟龍1號12902武昌船舶重工中國天清號48503大連河谷海洋裝備中國全濤號48304Atlantis美國Atlantis-46/64385美國鳳凰10003006Mobimar 芬蘭Mark-65577ISE潛器公司加拿大Odyssey/II36458SUBCAT西班牙SUBCAT28309圣彼得堡紅寶石設計局俄羅斯Sadko4010010韓國大宇重工韓國Yong-Googn484875