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探訪深海無人遙控潛水器“海馬號”

信息來源: 日期:2020-03-31

5月14日,上海交通大學海洋水下工程科學研究院水下環境條件模擬實驗室迎回了一個“深海歸來的遊子”,我國自主研製的首台4500米級深海無人遙控潛水器作業係統—“海馬號”ROV,完成海上試驗驗收後“回了娘家”,此刻正在實驗室裏進行係統維護、完善,並將正式投入海上應用。

突破“開拓深海和大洋”的瓶頸

據了解,深海潛水器技術與裝備是海洋探查和資源開發利用不可或缺的手段,也是製約我國“開拓深海和大洋”的瓶頸,其技術水平在一定程度上標誌著國家海洋資源勘探開發甚至海洋權益維護能力和科技的水平。發展該項技術不僅對國民經濟和社會發展以及國家軍事安全有極為重大的意義,還對未來的海洋空間利用、海洋旅遊業、深海打撈、救生等有著不可估量的價值和戰略意義。

但是,與世界先進國家相比,我國的海洋裝備技術水平還存在著一定的差距,尤其是麵向深海的裝備技術水平差距比較大,諸多關鍵技術為少數發達國家所壟斷,嚴重製約了我國參與國際海洋競爭的能力,也嚴重製約了我國向更深更遠的海洋進軍的進程。因此,自主研製實用化的4500米級深海作業係統,實現裝備係統的國產化,擺脫深海裝備技術受製於人的被動局麵,具有重要的戰略意義。

根據《國家深海高技術發展專項規劃(2009-2020年)》的戰略規劃,國家863計劃提出了在“十二五”期間實現我國4500以淺深海作業能力,部署了“4500米深海作業係統”、“4500米載人潛水器”和“4500米級深海資源自主勘查係統”三大研製課題。其中“4500米深海作業係統”—“海馬號”ROV研製 是863計劃海洋技術領域實施以來最大的單項投入課題,該課題以國土資源部廣州海洋地質調查局為業主單位,上海交通大學、浙江大學,青島海洋化工研究院,同濟大學和哈爾濱工程大學作為主要研製單位,以上海交大海洋水下工程科學研究院的水下環境條件模擬實驗室為研究建造基地實施完成。

推動我國深海科學研究進程

ROV(Remotely Operated Vehicle)是國際潛水器係列中發展最早、應用最廣泛的水下作業設備之一。相對於載人潛水器(HOV)需要人員海底駕駛和作業,成本高、危險性大的弱點,以及無纜自治潛水器(AUV)和水下滑翔機(Glider)等無纜潛水器不能實時傳輸數據和實時作業的弱點,ROV的水下本體是通過臍帶電纜與水麵遙控係統連接,由水麵實時提供能源和通訊控製,由操作手在水麵遙控潛器作業。具有作業深度大、不受動力供給限製、作業時間長、設備支持功能強、數據實時傳輸顯示、操作人員無水下安全問題等優點。ROV可替代水下人員進行海底極端環境下的觀察、取樣、搜索定位等作業,也可用機械手和專用工具等執行較高強度的海洋調查和水下工程作業。目前已廣泛應用在海洋科學研究、海底資源調查、水下油氣工程和水下軍事救援領域。

“海馬號”研製涉及的技術層麵繁多,包括:潛水器總體設計和研製、耐壓防腐材料與加工工藝,實時通訊與控製、深海耐壓與密封、水下動力與推進、強電與弱電、視頻監控與照明、深海浮力材料、多功能機械手、臍帶纜、吊放回收係統、升沉補償係統等等。幾乎每一個環節都存在著有待突破的技術難關。盡管走過很多彎路,但項目組人員經過不懈的努力克服了一個又一個難關,實現了所有關鍵技術的突破。

“海馬號”裝備有水下攝像/照相係統、聲納、作業工具、多功能機械手,並有可更換的、不同功能的水下作業底盤,除了具有水下攝像/照相、定位和取樣等功能外,還具有輔助海底觀測網布放維護的功能。相關技術和裝備國產化率達到90%以上,是我國迄今為止我國自主研製的下潛深度最大、國產化率最高的大型無人遙控潛水器作業係統。經過近6年的研發,突破了本體結構、浮力材料、液壓動力和推進、作業機械手和工具、觀通導航、控製軟硬件、升沉補償裝置和升降裝置等關鍵技術。研究成果標誌著我國全麵掌握了大深度無人遙控潛水器的各項關鍵技術,並在關鍵技術國產化方麵取得實質性的進展,是我國深海高技術領域繼“蛟龍號”之後又一標誌性成果,實現了我國在大深度無人遙控潛水器自主研發領域“零的突破”,對我國深海大型ROV技術的工程化和產業化起到示範和輻射作用,也將有力推動我國深海科學研究的進程。

成功完成海上試驗驗收

2014年2月20日-4月22日,我國自主研製的首台4500米級深海遙控無人潛水器作業係統—“海馬號”搭乘“海洋六號”綜合科學考查船分三個航段在南海圓滿完成海上試驗,並通過海試現場專家驗收。

海試前兩個航段為考核試驗航段,第一航段從2月20日至3月7日完成,第二航段從3月25日至4月6號完成。在兩個航段中,項目組完成了兩個航段14次ROV下潛考核試驗,最大下潛深度4460米,已經達到4500米級深海作業係統下潛作業深度驗收要求;實施完成了76項海上項目試驗,對所規定的項目進行了充分的考核試驗,下潛試驗的次數和時間滿足要求。海馬號ROV係統的耐壓、水密及各項功能滿足4500米深海作業的要求;對海馬號ROV作業能力進行了功能考核:在570米深海攜帶擴展纜底盤成功實施擴展電纜布放模擬作業,在1525米深海攜帶采樣籃底盤完成取樣作業,在1365米水深海域海馬號ROV與水下升降裝置完成了聯合作業;完成了操作維護人員的技術能力考核:每一潛次完成後,項目組都能及時地判斷故障並提出解決問題的辦法,做到在下一潛次前對係統進行故障歸零處理,特別是針對係統的補償密封的問題,項目組軟件技術人員能夠根據海上試驗的需要,迅速編製調試出一套實時監控分析軟件;液壓技術組人員在現場迅速改裝了ROV液壓泵站聯軸器密封機構,保證了驗收海試的順利進行。

第三航段為海試驗收航段,在南海中央海盆4500米海區海底進行作業試驗,成功實現與升降裝置聯合作業,完成水下布纜、沉積物取樣、熱流探針試驗、OBS海底布放、海底自拍攝、標誌物布放等多項作業任務,進行了定向、定高、定深航行等91項技術指標的現場考核。

未來實現我國作業型ROV產業“零的突破”

據悉,近年來交大海洋水下工程科學研究院與海洋研究院的深海技術與裝備專職研究團隊,依托上海交大海科(集團)有限公司,以無人遙控潛水器、拖曳潛水器、水下滑翔機和相關通用配套技術為研究開發重點,建設了國內稀有的深海裝備研究、製造、集成和試驗設施,培養了一支專業研究隊伍。近5年來已承擔了國家863計劃、國家重大科技專項、國家海洋公益性項目和上海市科技攻關計劃的科考作業型、重載作業型等多種型號的大、中型ROV係統研製任務,在國內形成了鮮明的特色和優勢。4500米無人遙控潛水器係統的成功研製將進一步提升該基地的影響和作用。

下一步,該基地將在現有研究基礎上,進一步拓展研究領域,並以深海裝備的工程化應用、產品化和產業化為重點發展方向之一,力爭將該基地建設為對接國家海洋戰略需求的深海技術與裝備研發試驗基地。

在圓滿完成前一階段目標任務之際,交大深海技術與裝備專職研究團隊將在“海馬號”成功的基礎上,運用所掌握的關鍵技術以及在研發過程中所積累的經驗,在國家863計劃的支持下,開展作業型ROV係列的產品化、產業化工作,以實現我國作業型ROV產業“零的突破”。

“海馬號”的一係列成果也是多部門協作創新、聯合攻關、產學研用相結合的成果。通過該項目的實施,不僅突破了深海潛水器的關鍵技術,實現了裝備研製的國產化,還要探索研發成果的有效運行、應用機製和管理模式,形成國家級公共試驗平台、為今後更大水深潛水器的研製和應用奠定了基礎。下一步,將與相關部門共同製定“海馬號” 的運行管理模式,針對深海特殊環境探查作業、深海前沿領域科學研究的需求,加快推動4500米深海作業係統的示範應用和成果轉化,更好地發揮高技術成果的輻射引領作用,帶動相關配套產業發展,服務於我國深海資源開發和深海科學研究,推進我國海洋科技事業發展。(焦達)

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