李碩 -研究員-博士研究生導(dǎo)師-中國科學(xué)院沈陽自動化研究所副所長-機器人學(xué)國家重點實驗室副主任
文章摘要
水下機器人是人類探索海洋、認識海洋和開發(fā)海洋的重要技術(shù)裝備，其研發(fā)能力在一定程度上標志著國家深海資源調(diào)查、海洋科學(xué)研究的技術(shù)水平。文章簡要介紹了國外深海機器人發(fā)展現(xiàn)狀，重點介紹了中國深海4500米級、6000米級和11000米級（全海深）水下機器人的研究進展，闡述了中國深海機器人在深海礦產(chǎn)資源勘查和深?？茖W(xué)研究中發(fā)揮的重要作用以及構(gòu)建的全海深探測與作業(yè)技術(shù)裝備體系。在分析中國深海機器人面臨挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出未來發(fā)展的建議。
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海洋孕育了生命、聯(lián)通了世界、促進了發(fā)展，對人類社會生存和發(fā)展具有重要意義。地球上海洋接近90%的面積是超過1000 m的深海。深海蘊藏著豐富的油氣、礦產(chǎn)、生物等戰(zhàn)略資源。深海更是認識海洋，解決生命起源、地球演化、氣候變化等重大科學(xué)問題的前沿領(lǐng)域。地球上深度超過6500 m的區(qū)域是深淵區(qū)域，最深的馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者”深淵深度接近11000 m。
深淵被認為是驅(qū)動地球系統(tǒng)地質(zhì)、生命、環(huán)境演化的關(guān)鍵一環(huán)，而由于研究技術(shù)手段的限制，人類對深淵的了解還十分有限。隨著計算機、通信、能源技術(shù)的不斷發(fā)展，水下機器人（Unmanned Underwater Vehicle, UUV）正在成為人類探索海洋、認識海洋和開發(fā)海洋最重要的技術(shù)裝備之一。
近年來，水下機器人在海洋科學(xué)研究、深海資源勘查、海洋工程及戰(zhàn)略高技術(shù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。通常，水下機器人可分為自主水下機器人（Autonomous Underwater Vehicle, AUV）和遙控水下機器人（Remotely Operated Vehicle, ROV）。
AUV自帶能源，可以自主航行，能夠執(zhí)行大范圍探測任務(wù)，但作業(yè)時間、數(shù)據(jù)實時性、作業(yè)能力有限。ROV依靠臍帶電纜提供動力，水下作業(yè)時間長，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，作業(yè)能力較強，但作業(yè)范圍有限。
近年來發(fā)展的混合式水下機器人——自主遙控水下機器人（Autonomous & Remotely Operated Vehicle, ARV）結(jié)合了AUV和ROV的優(yōu)點，自帶能源，通過光纖微纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，既可實現(xiàn)較大范圍探測，又可實現(xiàn)水下定點精細觀測及輕作業(yè)，是信息型AUV向作業(yè)型AUV發(fā)展過程中出現(xiàn)的新型水下機器人。
此外，水下滑翔機作為一種靠浮力驅(qū)動的新技術(shù)平臺，適用于長時間、大范圍海洋環(huán)境觀測，技術(shù)逐漸成熟。
“十一五”以來，中國重點部署了4500米級、6000米級和11000米級深海技術(shù)裝備的研制，并積極開展應(yīng)用，取得了一批有影響的成果。在“十四五”規(guī)劃中，中國要在深海、極地等前沿領(lǐng)域?qū)嵤┮慌哂星罢靶浴?zhàn)略性的國家重大科技項目。其中，深海探測、海洋資源開發(fā)利用等已成為新興戰(zhàn)略性領(lǐng)域。
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國外深海機器人發(fā)展現(xiàn)狀
國外水下機器人研究已有近70年的歷史。以美國為代表的西方發(fā)達國家，先后研發(fā)了ROV、AUV、ARV以及水下滑翔機等多種不同類型的水下機器人，主要用于深海資源勘查、海洋科學(xué)考察和軍事應(yīng)用等領(lǐng)域。
目前全球有上百家ROV制造商，正在使用的ROV數(shù)以千計，而且還在繼續(xù)增長。其中，美國、加拿大、英國、法國和日本等發(fā)達國家在ROV領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，占據(jù)了絕大部分的商用市場份額。
自1991年建造出世界上首臺全深海無人遙控潛水器KAIKO以來，日本將ROV作為深潛裝備研究重點，先后研制了ABISMO、UROV11K等多型萬米級ROV產(chǎn)品。同一時期，法國的“Victor 6000”號、英國與美國合作研制的ISIS ROV、德國的“KIEL 6000”號ROV作業(yè)深度均達到6000米級，通過裝備之間的相互支持、聯(lián)合作業(yè)和安全救助等，能夠順利完成深海調(diào)查、搜索、采樣、維修、施工和救撈等任務(wù)。
自20世紀50年代美國華盛頓大學(xué)研制出世界上首臺AUV以來，其發(fā)展已歷時60余年。20世紀90年代后期，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和電子技術(shù)的日益成熟，AUV進入快速發(fā)展階段，一批有影響的AUV相繼研制成功并得到應(yīng)用，包括美國的ABE、英國的Autosub、加拿大的Theseus。
進入21世紀，AUV技術(shù)得到了進一步的發(fā)展，在自持力方面，Hugin Superior AUV在3節(jié)航速下運行時間可達70 h以上；在潛深方面，俄羅斯的Vityaz-D AUV于2020年成功下潛到10028 m的深度。
產(chǎn)品化的AUV不斷涌現(xiàn)，如美國Hydroid公司的Bluefin系列AUV、挪威Kongsberg公司的REMUS系列AUV和HUGIN系列AUV、美國Teledyne公司的Gavia系列AUV，這些系列化產(chǎn)品標志著AUV進入了實際應(yīng)用階段。
美國、日本等國家先后研制成功用于不同工作目標的ARV，其研究成果得到國際社會的一致認可。最具代表性的是美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）研制的全海深混合式遙控水下機器人（HROV）“海神”號（Nereus），其具有AUV和ROV兩種作業(yè)模式，但需要在機器人下水前現(xiàn)場進行作業(yè)工作的換裝。
自2011年起，在“海神”號基礎(chǔ)上，針對極地海冰調(diào)查，美國伍茲霍爾海洋研究所開始研制新的混合式水下機器人“Nereid UI”，攜帶長距離光纖微纜，并搭載多種生物、化學(xué)傳感器，可進行大范圍的冰下觀測和取樣等作業(yè)。
國外水下滑翔機技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用主要集中于美國、法國、英國和澳大利亞等國家。20世紀90年代，美國相繼開發(fā)成功Slocum、Seaglider和Spray三型水下滑翔機，并持續(xù)進行技術(shù)攻關(guān)和應(yīng)用。此外，歐洲和澳大利亞從21世紀開始專注于水下滑翔機的應(yīng)用和協(xié)作技術(shù)的研究，并組建了各自的水下滑翔機觀測網(wǎng)絡(luò)。
總結(jié)國外水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀可知，美國從頂層設(shè)計和研發(fā)推進兩個方面持續(xù)推動水下機器人發(fā)展升級，俄羅斯重點部署促進深潛相關(guān)基礎(chǔ)使能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，美國、挪威等國的海洋科技企業(yè)積極投入研發(fā)力量，開發(fā)升級系列化水下機器人產(chǎn)品，并有著良好的供需對接機制。
目前，ROV已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，部分達到了商業(yè)化水平并被廣泛使用，其未來發(fā)展更關(guān)注作業(yè)能力，目標在于提高其作業(yè)的自主性和臨場感。由于水下能源、通信和導(dǎo)航技術(shù)的限制，AUV還是當前研究的熱點，正在經(jīng)歷產(chǎn)品化的過程，系列化的產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。ARV技術(shù)在極地和深淵科考中的應(yīng)用，有效拓展了水下機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。水下滑翔機作為低成本、大范圍海洋觀測設(shè)備，通過獲取海量數(shù)據(jù)，正在改變?nèi)祟悓Ｑ蟮恼J識。
不同類型的水下機器人發(fā)揮著不同探測與作業(yè)功能，ROV、AUV、ARV主要用于海底的探測與作業(yè)，水下滑翔機則更聚焦大范圍海洋水體觀測。
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中國深海機器人研究進展
中國水下機器人研究工作始于20世紀70年代末期。40多年來，中國水下機器人技術(shù)得到了快速發(fā)展。進入21世紀，在科技部、中國科學(xué)院、中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會（簡稱中國大洋協(xié)會）等機構(gòu)的支持下，中國深海裝備實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，其中最具影響力和代表性的是4500米級“深海勇士”號、7000米級“蛟龍”號和11000米級“奮斗者”號載人潛水器，這些潛水器引領(lǐng)了中國深海裝備的系列化發(fā)展。
在載人潛水器發(fā)展的同時，無人潛水器（水下機器人）也在同步發(fā)展，形成了有人和無人裝備協(xié)同發(fā)展的態(tài)勢。以“潛龍”“探索”“悟空”系列自主水下機器人、“海星”“海龍”“海馬”系列遙控水下機器人、“海斗”“思源”系列自主遙控水下機器人、“海翼”“海燕”系列水下滑翔機等為代表的深海無人裝備得以成功研制與應(yīng)用，培養(yǎng)了一批水下機器人研發(fā)團隊，極大地推動了中國深?？茖W(xué)研究與深海資源勘查水平。
本文以4500米級、6000米級和11000米級的無人技術(shù)裝備為例，重點介紹中國深海機器人的研究進展。
2.1 4500米級水下機器人研究進展
2009年，科技部、國家海洋局聯(lián)合印發(fā)《國家深海高技術(shù)發(fā)展專項規(guī)劃（2009—2020年）》，該規(guī)劃提出進一步強化對深海高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的指導(dǎo)和部署，將深海潛水器技術(shù)與裝備作為重大項目列入其中。
“十二五”時期，在成功研制“蛟龍”號取得重大應(yīng)用突破后，中國重點研制4500米級載人潛水器、深海作業(yè)系統(tǒng)、自主潛水器（自主水下機器人）和水下滑翔機，提高自主研發(fā)能力，提高裝備的國產(chǎn)化率，構(gòu)建了中國4500米級的深海裝備體系，使中國具備了4500米級深海綜合探查和作業(yè)能力。
· 2.1.1 “潛龍二號”和“潛龍三號”自主水下機器人
深海資源是人類可持續(xù)發(fā)展的重要保障，世界海洋強國紛紛加強深海裝備的研發(fā)力度，以提高資源的勘查能力?！笆晃濉睍r期，中國缺乏復(fù)雜海底地形下深海資源的自主勘查裝備，這嚴重影響了其對深海多金屬硫化物等資源的勘查以及國際海底礦區(qū)圈定的進程和效率。
為滿足現(xiàn)有國際海底礦區(qū)詳查和新礦區(qū)圈定的迫切需要，“十二五”時期在國家“863”計劃的支持下，中國大洋協(xié)會組織實施，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所作為技術(shù)總體單位，并與國家海洋局第二海洋研究所等單位合作，于2015年成功研制出了一套具有水體異常探測、微地形地貌測量、海底照相、磁力探測等能力，可實現(xiàn)復(fù)雜海底地形下多種資源大范圍、全覆蓋的“潛龍二號”自主水下機器人（圖1），填補了中國在多金屬硫化物等資源自主勘查領(lǐng)域的空白。
圖1 “潛龍二號”自主水下機器人
2016年3月，“潛龍二號”圓滿完成中國大洋40航次應(yīng)用任務(wù)，取得了多項歷史性的突破。首次使用中國自主知識產(chǎn)權(quán)的AUV開展洋中脊熱液區(qū)大洋探測任務(wù)，獲得了斷橋、龍旂熱液區(qū)的近海底精細三維地形地貌數(shù)據(jù)和磁力數(shù)據(jù)，同時發(fā)現(xiàn)斷橋、龍旂熱液區(qū)多處熱液異常點，獲得洋中脊近海底高分辨率照片（圖2），取得中國大洋熱液探測的重大突破。
圖2 “潛龍二號”拍攝的熱液區(qū)海底圖像
“潛龍二號”隨后又連續(xù)3年參加中國印度洋多金屬硫化物資源調(diào)查任務(wù)，為熱液硫化物成因機理及熱液羽狀流三維空間分布等熱點科學(xué)問題研究提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為中國西南印度洋多金屬硫化物合同區(qū)的礦化區(qū)異常圈定以及資源評估等作出了重大貢獻。
“潛龍二號”已成為中國多金屬硫化物資源調(diào)查最重要的高新技術(shù)裝備之一，并可為富鈷結(jié)殼、天然氣水合物等深海資源調(diào)查提供重要技術(shù)支撐，極大提升了中國深海資源勘查的技術(shù)水平和國際影響力。
為滿足中國大洋海底多金屬硫化物資源的調(diào)查評估和探測的需求，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所在“潛龍二號”的基礎(chǔ)上，于2018年成功研制出“潛龍三號”自主水下機器人（圖3），進一步提升了自主水下機器人的可靠性、實用性、安全性和國產(chǎn)化率。
在2018年南海試驗性應(yīng)用任務(wù)中，“潛龍三號”完成了對南海結(jié)核試采區(qū)的聲學(xué)、光學(xué)以及相關(guān)水體參數(shù)的探測，獲得了微地形地貌和結(jié)核區(qū)海底高清照片（圖4）。
圖3 “潛龍三號”自主水下機器人
圖4 “潛龍三號”拍攝的深海海底生物
2019年，“潛龍三號”完成大洋第52航次科考任務(wù)，在大西洋和印度洋開展資源勘探和環(huán)境調(diào)查。這是中國深海AUV首次在南大西洋中脊開展航次應(yīng)用，同時開啟了AUV與母船深海裝備的“點、線、面”協(xié)同作業(yè)新模式，極大提高了母船作業(yè)效率。
在大洋第57航次應(yīng)用中，“潛龍三號”在西北印度洋獲得高分辨率地形地貌，水體和磁力探測數(shù)據(jù)，為多金屬硫化物資源勘查和海底熱液成礦理論研究提供重要支撐。
2021年，“潛龍三號”在完成驗收后，已經(jīng)正式向國家深?；毓芾碇行囊平弧?/p>
· 2.1.2 “探索4500”自主水下機器人
2018年，在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，面向海底“冷泉”科學(xué)探測的需求，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所聯(lián)合中國科學(xué)院海洋研究所等成功研制“探索4500”AUV。經(jīng)過兩年的適應(yīng)性改造，“探索4500”于2021年參加了中國第12次北極科考（圖5），在北緯85°完成北極高緯度海冰覆蓋區(qū)科學(xué)考察任務(wù)。
這是中國首次利用自主水下機器人在北極高緯度地區(qū)開展近海底科考應(yīng)用?！疤剿?500”在海底連續(xù)工作，成功獲取了近底高分辨多波束、水文及磁力數(shù)據(jù)，為超慢速擴張的加克洋中脊地形地貌、巖漿與熱液活動等北極深海前沿科學(xué)研究提供了一種先進的探測技術(shù)手段。
圖5 “探索4500”北極高緯度海冰覆蓋區(qū)布放（來源：自然資源部第二海洋研究所）
· 2.1.3 “海馬”號遙控水下機器人
為提升中國深海潛水技術(shù)與裝備水平，擺脫深海裝備技術(shù)受制于人的被動局面，2008年底國家“863”計劃啟動“4500米級深海作業(yè)系統(tǒng)”重點項目。
該項目由國土資源部組織實施，中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局作為業(yè)主單位牽頭，上海交通大學(xué)作為項目的技術(shù)負責單位，聯(lián)合國內(nèi)業(yè)界多家優(yōu)勢力量協(xié)同攻關(guān)，于2014年成功研發(fā)出實用化的“海馬”號遙控水下機器人（圖6）。
圖6 “海馬”號遙控水下機器人（來源：http://scitech.people.com.cn/n1/2016/0531/c1007-28395309.html）
2015年3月，“海馬”號在地勘應(yīng)用中首戰(zhàn)告捷，在中國南海北部陸坡西部海底首次發(fā)現(xiàn)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”標志（該“冷泉”被命名為“海馬冷泉”），并獲取高清視頻記錄和實物樣品，同時記錄了海底低溫異常和超高甲烷含量異常，這些成果都顯示出該海域具有良好的天然氣水合物賦存前景。
在“海馬”號探查成果的指引下，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局隨后在“海馬冷泉”區(qū)開展了多次地質(zhì)取樣工作（圖7）。在“海馬冷泉”區(qū)獲取了海底表層高純度的水合物實物樣品，取得了中國在南海新海域采獲水合物實物樣品的又一次重大突破性進展?！昂ｑR冷泉”成為中國海洋資源與生態(tài)環(huán)境前沿科學(xué)研究的重要海域。
圖7 “海馬”號ROV拍攝的“海馬冷泉”照片（來源：http://scitech.people.com.cn/n1/2016/0531/c1007-28395309.html）
· 2.1.4 “翼龍4500”水下滑翔機
面向多金屬硫化物礦區(qū)熱液異常普查的需求，在中國大洋協(xié)會的支持下，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所研制出“翼龍4500”水下滑翔機（圖8），成功應(yīng)用于中國大洋第58航次調(diào)查任務(wù)。
“翼龍4500”在國內(nèi)首次突破了水下滑翔機深海環(huán)境密度變化自適應(yīng)補償技術(shù)，在國際上首次實現(xiàn)小鋸齒波浪式近底加密剖面觀測技術(shù)，使中國水下滑翔機研制水平得到了提升，成為又一類深海調(diào)查高技術(shù)無人裝備。
圖8 “翼龍4500”水下滑翔機
2.2 6000米級水下機器人研究進展
在構(gòu)建中國4500米級的深海裝備體系的同時，面向深海多金屬結(jié)核礦產(chǎn)資源和深海地質(zhì)調(diào)查等需求，中國自主研發(fā)了6000米級系列深海機器人。
其中，最具有代表性的深海探測和作業(yè)裝備主要包括：“潛龍一號”和“潛龍四號”AUV、“海星6000”深?？瓶夹蚏OV、“問海一號”ARV等，初步構(gòu)建了中國6000米級深海技術(shù)裝備體系。
· 2.2.1 “潛龍一號”和“潛龍四號”自主水下機器人
面向多金屬結(jié)核資源調(diào)查等需求，在中國大洋協(xié)會的支持下，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所先后研制6000米級“潛龍一號”和“潛龍四號”自主水下機器人，執(zhí)行海底地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和海洋環(huán)境參數(shù)等精細調(diào)查任務(wù)，為海洋科學(xué)研究及資源勘探開發(fā)提供必要的科學(xué)數(shù)據(jù)。
“潛龍一號”是中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的首臺實用型6000 m自主水下機器人，多次執(zhí)行大洋科考應(yīng)用航次。
2020年，“潛龍一號”和“潛龍四號”聯(lián)合完成太平洋科考航次任務(wù)（圖9），兩型裝備的成功研制，使中國具備了對占世界海洋面積97%的海域進行大范圍精細探測的能力，標志著中國深海資源勘查自主裝備已達到實用化水平。
圖9 “潛龍一號”和“潛龍四號”聯(lián)合完成太平洋科考航次任務(wù)
· 2.2.2 “海星6000”遙控水下機器人
在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持下，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所主持研發(fā)了“海星6000”ROV，這是中國首臺自主研制的6000米級遙控水下機器人（圖10）。
2018年“海星6000”完成了深海生物、沉積物、水樣、巖石等系列化取樣及激光拉曼的原位測量等作業(yè)（圖11），最大下潛深度6001 m，創(chuàng)造了中國深海ROV最大深潛紀錄，填補了中國深海ROV 6000米級深度科考的空白。
圖10 “海星6000”海上布放
圖11 “海星6000”海底探測與作業(yè)
· 2.2.3 “問海1號”自主遙控水下機器人
面向深海地質(zhì)調(diào)查任務(wù)，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所與中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所聯(lián)合研制了6000米級“問海1號”自主遙控水下機器人，其具備自主、遙控、混合3種工作模式，可搭載高分辨率測深側(cè)掃、淺剖、高清攝像機及機械手等探測載荷和作業(yè)工作，開展大范圍近海底自主航行探測和坐底定點精細取樣作業(yè)。
“問海1號”在完成海上驗收和試驗性應(yīng)用后（圖12），已列裝“海洋地質(zhì)九號”船，將服務(wù)于海洋環(huán)境調(diào)查、生物多樣性調(diào)查、海底特定目標物探查、深海極端環(huán)境原位探測和深海礦產(chǎn)資源調(diào)查等深?？瓶脊ぷ?。
圖12 “問海1號”海上準備布放場景（來源：中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所）
2.3 11000米級水下機器人研究進展
針對中國在深淵科學(xué)研究和深淵地質(zhì)調(diào)查等方面的重大需求，圍繞深海進入和深淵跨越這一主線，在基本掌握了具有全部自主知識產(chǎn)權(quán)的深海4500米級和6000米級水下機器人研發(fā)的基礎(chǔ)上，瞄準世界科技前沿，在“十三五”期間，中國布局開展了11000米級全海深載人潛水器項目群、多型全海深無人潛水器裝備研制，以及深淵前沿關(guān)鍵技術(shù)研究。
通過中國科技工作者的不懈努力，圓滿完成了研制任務(wù)，并積極開展海上試驗和試驗性應(yīng)用，取得了一批令人振奮的科研成果，部分成果達到了國際先進水平。
· 2.3.1 “海斗”號和“海斗一號”自主遙控水下機器人
海斗深淵已逐漸成為國際地球科學(xué)，尤其是海洋科學(xué)的前沿陣地和研究熱點。面向深淵探測，在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項支持下，由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自主研發(fā)的“海斗”號全海深自主遙控水下機器人（圖13）于2016年研制成功。
“海斗”號是一種新型的混合式水下機器人，用于開展全海深無人潛水器關(guān)鍵技術(shù)研究及驗證。2016—2018年，“海斗”號連續(xù)3年參加馬里亞納海溝深淵科考航次，11次到達萬米以下深度，最大下潛深度10905 m，獲得中國首批全海深溫鹽數(shù)據(jù)和視頻直播影像，實現(xiàn)中國首次全海深高清視頻現(xiàn)場直播。
圖13 “海斗”號海上布放
在科技部國家重點研發(fā)計劃支持下，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所牽頭，聯(lián)合國內(nèi)10余家科研單位共同攻關(guān)，研制出全海深自主遙控水下機器人——“海斗一號”，其具有獨特的“三合一”多模式操控（AUV、ROV、ARV）和作業(yè)模式，既能大范圍自主巡航探測，又能實現(xiàn)實時定點精細觀測，還能夠通過所攜帶的機械手采集樣品。
2020年，“海斗一號”（圖14）在馬里亞納海溝實現(xiàn)4次萬米下潛，最大下潛深度10907 m，刷新了當時中國潛水器最大下潛深度紀錄。2021年，“海斗一號”在馬里亞納海溝10800 m以深深淵海區(qū)成功實現(xiàn)多次萬米下潛及科考應(yīng)用，完成了深淵海底樣品抓取、沉積物取樣（圖15）、水樣采集等科考作業(yè)。
在無纜自主（AUV）模式下，最大下潛深度達到10908 m，海底連續(xù)作業(yè)時間超過8 h，填補了中國全海深A(yù)UV技術(shù)與裝備空白。在國際上首次對“挑戰(zhàn)者”深淵西部凹陷區(qū)進行大范圍的全覆蓋聲學(xué)巡航探測。
在自主遙控混合（ARV）模式下，“海斗一號”在萬米海底連續(xù)工作超過10 h，創(chuàng)造了中國潛水器萬米海底最長工作時間的紀錄，實現(xiàn)了萬米海底定點實時高清精細觀測。
圖14 “海斗一號”海上布放
圖15 “海斗一號”搭載電動機械手采集沉積物樣品
· 2.3.2 “思源”號自主遙控水下機器人
在科技部國家重點研發(fā)計劃項目支持下，上海交通大學(xué)成功研制“思源”號自主遙控水下機器人（圖16）。
2021年，“思源”號在西太平洋公海海域完成深海試驗，最大下潛深度8072 m，最長海底工作時間超過8 h，完成海底探測和取樣等多種測試，驗證了裝備的穩(wěn)定性和強大的海底作業(yè)能力。
圖16 “思源”號自主遙控水下機器人（來源：https：//naoce.sjtu.edu.cn/xy_news/10844.html）
· 2.3.3 “悟空”號自主水下機器人
在科技部國家重點研發(fā)計劃項目支持下，哈爾濱工程大學(xué)成功研制“悟空”號全海深自主水下機器人（圖17）。
繼2021年初“悟空”號創(chuàng)造了7709 m的亞洲深潛紀錄后，2021年10月在馬里亞納海溝完成了4次超萬米深度下潛——10009、10888、10872和10896 m，超過國外AUV于2020年5月創(chuàng)造的10028 m的AUV潛深世界紀錄，并順利完成海試驗收。
圖17 “悟空”號自主水下機器人（來源：哈爾濱工程大學(xué)微信公眾號）
· 2.3.4 “海燕-X”水下滑翔機
2020年7月，由青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室與天津大學(xué)共同研發(fā)的“海燕-X”水下滑翔機，在萬米深淵觀測科學(xué)考察航次中，最大下潛深度達到10619 m，獲得大量深淵的溫鹽、聲學(xué)，以及影像等同步調(diào)查資料。
2臺萬米級“海燕-X”水下滑翔機（圖18）開展了連續(xù)6 d的綜合調(diào)查，共獲得觀測剖面45個，其中萬米級剖面3個，充分驗證了“海燕-X”水下滑翔機在深淵環(huán)境下的工作可靠性，標志著中國在萬米級水下滑翔機關(guān)鍵技術(shù)方面取得重大突破。
圖18 “海燕-X”水下滑翔機（來源：https://wap.peopleapp.com/article/5747704/5669494）
歷經(jīng)“十二五”和“十三五”的發(fā)展，中國深海機器人技術(shù)研發(fā)能力有了長足的進步，形成了4500、6000和11000 m 3個系列深海裝備體系，多型裝備填補了國內(nèi)的空白，潛深、航程和作業(yè)能力等多項技術(shù)指標達到國際先進水平。
通過連續(xù)的海上試驗與應(yīng)用，無人裝備的可靠性和實用化程度不斷提高，面向深海礦產(chǎn)資源勘查、海洋科學(xué)研究等領(lǐng)域，初步構(gòu)建了中國深海譜系化技術(shù)裝備體系，形成了全海深探測與作業(yè)能力，使中國具備了深海、深淵、大洋和極地的探測與作業(yè)能力。
3
中國深海機器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及建議
從1994年中國首臺1000 m“探索者”號AUV研制成功，拉開中國深海機器人研制的序幕，到2022年4月“問海1號”ARV完成海上試驗與應(yīng)用，中國深海機器人研發(fā)將近30年，經(jīng)過幾代人的不懈努力，中國水下機器人具備了正向的設(shè)計、研制、試驗?zāi)芰Α?/p>
經(jīng)過不斷應(yīng)用迭代，水下機器人的研制和應(yīng)用與科學(xué)問題和實際需求的結(jié)合更加緊密，在超大潛深密封、自主航行控制、高精度導(dǎo)航定位、高密度能源應(yīng)用和高效推進等關(guān)鍵技術(shù)上不斷取得突破，不斷刷新深海裝備研制和應(yīng)用的一項項紀錄。
中國深海機器人研制不斷取得進步的同時，也面臨著一些挑戰(zhàn)。
（1）中國深海機器人或多或少都能看到國外水下機器人的技術(shù)痕跡。如何結(jié)合科學(xué)需求，研制出具有中國特色的水下機器人，用中國原創(chuàng)的水下機器人技術(shù)解決科學(xué)問題，為人類認知海洋作出更大的貢獻。
（2）中國深海機器人通常都是單臺套作業(yè)，發(fā)揮作用有限。如何建立深海裝備協(xié)同管控平臺，加強深海機器人的任務(wù)協(xié)調(diào)和調(diào)度，加強數(shù)據(jù)共享，提高深海機器人體系貢獻率。
（3）中國深海機器人譜系相對分散，缺乏頂層設(shè)計和規(guī)劃。國外已經(jīng)或正在形成水下機器人產(chǎn)業(yè)。如何破解中國水下機器人產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，推動深海傳感器和載荷的系列化和國產(chǎn)化等，建立與中國深海機器人發(fā)展相配套的工業(yè)化體系。
以上都是下一步需要解決的問題。對于中國深海機器人的發(fā)展，建議如下。
（1）全面提升水下機器人的智能化、實用化和業(yè)務(wù)化應(yīng)用水平。持續(xù)改進、不斷創(chuàng)新，提高水下機器人自主感知、自主作業(yè)，以及極端復(fù)雜環(huán)境下的自適應(yīng)能力。圍繞重大科學(xué)問題，提出中國原創(chuàng)水下機器人的新概念、新原理，突破高效應(yīng)用的高海況布放回收、自動化運維保障等瓶頸技術(shù)，進一步提高可靠性和操作便捷性，推動規(guī)?；?、集群化組網(wǎng)應(yīng)用。
（2）加快建立中國大型深潛裝備共享機制和運維管理平臺。基于此類平臺，實現(xiàn)需求協(xié)同、任務(wù)協(xié)同、裝備協(xié)同和大數(shù)據(jù)時代成果分級、分類共享，形成規(guī)范化運維保障能力和業(yè)務(wù)化科考能力，為提升海洋強國建設(shè)核心競爭力作出新貢獻。
（3）加快培育中國深海機器人產(chǎn)業(yè)，逐步建立中國水下機器人的工業(yè)體系，研制系列化、標準化、規(guī)范化、高可靠性的產(chǎn)品，全面帶動材料、能源、傳感器等領(lǐng)域的發(fā)展，為推動中國海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻。
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結(jié)束語
中國深海機器人研發(fā)的成功經(jīng)驗表明，堅持走深海技術(shù)國產(chǎn)化道路是中國的正確選擇。全面自主掌握深海核心關(guān)鍵技術(shù)是建設(shè)海洋強國的必經(jīng)之路。要堅持“戰(zhàn)略先導(dǎo)先行—重大研發(fā)任務(wù)攻關(guān)—示范應(yīng)用”的路線，加強原創(chuàng)性、前瞻性、引領(lǐng)性科技攻關(guān)，把裝備研制牢牢抓在自己手里，為海洋強國建設(shè)發(fā)揮更大作用。
全文刊載于《前瞻科技》2022年第2期“深潛科學(xué)與技術(shù)?？?。
