中国测绘丨“蛟龙”潜底：在创新发展大道上逐梦深蓝

原创 中国测绘学会 中国测绘学会

本文内容摘自《中国测绘》2021年第3期

实现从600米到7000米的跨越

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书中有云：“比天空更深的是海洋。”

浩瀚的海洋蕴含着无数资源等待人类的挖掘，潜藏着无数秘密，等待人类的探索。

其实，人类对海洋的探索从没有止步，到海洋深处“看海”成为向往。

”

曾经创下7062米深潜世界纪录的海洋骄子——“蛟龙”号载人潜水器，2021年结束实验性应用，转入应用阶段，投入到深海科考中。同时，为“蛟龙”号量身打造的新母船“深海一号”也交付使用。今年以来，“蛟龙”号已经和新母船一起完成首航任务，并于2月6日回到位于青岛的国家深海基地。

在过去的8年里，“蛟龙”号累计下潜180余次，足迹遍及太平洋和印度洋，已经成为我国深海海洋科考的利器。下潜至7000米并悬停作业，标志着“蛟龙”号载人潜水器集成技术的成熟；标志着中国海底载人科学研究和资源勘探能力达到国际领先水平。

送别“⼤洋⼀号”出征刘峰合影留念

“蛟龙”是一艘首次由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器，也是国家“863计划”中的一个重大研究专项。从2002年开始研制到现在，“蛟龙”号已经走过了整整18个年头，创下骄人战绩的背后，是无数人的艰辛付出。

那么，“蛟龙”号载人潜水器闯过了多少道难关？具有哪些国际领先的技术优势？又收获几何？近日，本刊记者就此话题采访了中国大洋矿产资源研究开发协会（以下简称“大洋协会”）办公室主任、“蛟龙”号项目总体组组长、“蛟龙”号4次海试和2次试验性应用航次的现场总指挥刘峰。

勇闯难关

深度带来的挑战

“难，太难了。”回忆起当年研发的情景，刘峰感慨道，“想当初，大家谁也没见过载人潜水器，而且根本就没有机会参观一下国外的潜水器，更谈不上了解核心技术。中国专家们仅仅凭着杂志上的几张图片和原理示意图就设计建造出了当时世界上下潜最深的作业型载人潜水器。”

深海载人潜水器是运载科学家、工程技术人员和各种装置、特种设备，快速精确到达各种特定深海复杂环境，进行高效勘探、科学考察和特种作业的装备。

20世纪末，国际海底区域竞争形势越来越激烈。中国的海洋科学家们深刻认识到国际海底资源竞争的紧迫性，积极建言献策，主动上书给国家决策部门，“海底是个聚宝盆，但我们对它的了解实在太少太少了”。当时作为中国大洋协会办公室主任助理的刘峰，深知我国深海装备的落后和载人深潜器的缺失以及科学家们对深海载人潜水器的迫切需求，“它可以载着科学家真正深入海洋的内部探查，从海洋的内部研究海洋”。自主研制载人潜水器刻不容缓！

其实，大深度载人潜水器的构想早在上个世纪90年代就提出了，但由于当时没有明确的用途、技术面临巨大挑战等多重原因而没有立项。

2001年，大洋协会与国际海底管理局关于《国际海底多金属结构矿区勘探合同》的签订成为中国载人潜水器立项的直接推动因素。一个国家深海装备的能力，决定了其深海勘探的质量和效率。我国在国际海底有约24万平方千米的专属勘探权和优先开采权的矿区，所以必须有高技术的装备。就是在这样的情况下，我们国家决定研发“蛟龙号”载人潜水器。2002年，“863计划”重大专项“7000米载人潜水器项目”正式批复，该项目直接面向应用需求，采取业主负责制。

由于以前参与了“863计划”自治水下机器人、海底采矿等项目，刘峰积累了一定的技术管理经验。如今，“7000米载人潜水器项目”总体组组长这把统领大旗重压在他的肩上。“现在要真枪实弹地做，实现从无到有再到7000米级的跨越，确实困难重重。”刘峰深感重任在肩。

载人潜水器最大下潜深度指标如何确定？这是当时立项时主要争论的焦点之一。当时国际上作业型载人潜水器最大下潜深度是6500米，依靠中国的综合国力，在国际前沿的基础上，把深海技术装备向前推进一步，做出中国对世界深海科学的贡献，这既是中国科学家的豪迈气概，也是中国科学家肩负的使命和责任。

经过项目专家组的综合分析，确定深度目标7000米。“对当时中国深海装备技术水平来讲，7000米的深度目 标，既是必然选择，也是艰难选择。因为在此之前，中国载人潜水器下潜深度只有600米，这个目标意味着潜水器 下潜深度的巨大跨越。”为此，刘峰坚定地认为，确定恰 当的技术路线是保证目标实现的重要保障。我们既要依靠国内科学家的聪明智慧，艰苦攻关，在研制的过程中培养人才，又要开展国际合作，引进部分部件，进行集成创新。于是总体达成的“自主设计、集成创新”共识很快得 到了咨询专家组认同和项目领导小组的批准。

确定走“自主设计、集成创新”的技术路线还有一个原因，在当时，美国的“阿尔文”号载人潜水器已下水近40年，俄罗斯的“和平”号已下水13年，日本的“深海6500”号已下水11年。相比之下，中国起步较晚，只能奋力追赶，缩短周期。

那么，7000米是什么概念呢？意味着“蛟龙”号可以在占世界海洋面积99.8%的广阔海域使用。刘峰告诉记者，“蛟龙”号是中国第一艘自主设计研制的深海载人潜水器。在此之前，中国在深海科研装备领域仅仅开展过600米载人潜水器的研制。

2002年4月，中国100多家科研机构组成了庞大的“蛟龙”号载人潜水器项目研发团队，担任总体组组长的刘峰，负责四大系统技术接口的统筹协调，组织相关技术的联合攻关。因为研发经验不足，每攻克一个技术难题都要花费研发团队的大量心血。

从600米到7000米的跨越，“蛟龙”号载人潜水器用了4年时间。“研制过程中遇到的困难难以计数，非常艰辛。”刘峰表示，难就难在潜水器的每一个部件都必须面对7000米的海洋环境。

“蛟⻰”号7000⽶海域现场指挥部，刘峰全神贯注指挥“蛟⻰”号下潜

首先就是面临压力考验。在海洋中，每下潜10米就会增加一个大气压，下潜7000米，每平方米就要承受7000吨水的压力。

其次，面临低温或高温考验。7000米深度水温在1℃～2℃，而在热液区，“黑烟囱”（热液喷口）处，温度高达近400度。“所以，需要解决耐压问题、密封问题,还有球舱里3个人的生命保障问题、水下通讯问题等。这些都需要经过科研人员夜以继日地攻关，那不是轻轻松松就能把这些问题全解决掉的，需要巨大的付出。”

第三，潜航员心理与体力的考验。此外，还需要母船、水面支持系统和潜器紧密配合以及水声通讯和定位系统的保障，这就需要每个环节、每个岗位精密、熟练配合，才能保证每次深潜圆满成功。

领先优势

让载人潜水器耳聪目明

从前期立项到7000米海试成功的这10年里，“蛟龙”号集结了中船重工702所、701所、中科院声学所、中科院沈阳自动化所等100多家科研机构和企业联合攻关。

“蛟龙”号

“它是第一台我国自行设计、拥有自主知识产权的深海载人潜水器，形成了标志性的四大技术特点。”谈起“蛟龙”号，刘峰很是自豪，创下世界上同类型载人潜水器的最大下潜深度7000米；具有针对作业目标稳定的悬停定位能力；具有先进的水声通信和海底微地形地貌探测能力；配备多种高性能作业工具，能够在特殊条件下完成复杂任务。

“从测绘角度讲，潜水器碰到的更大难题是导航定位问题。”刘峰直言，在水下，海水阻隔了电磁波的远距离传播，在幽深的海底，要想知道潜水器所在的位置并不容易。只有用（中低频）声波才能做到在水下长距离通信，所以声学系统在“蛟龙号”中发挥了重要作用。

据介绍，“蛟龙”号上有六种声学设备，分别完成水声通讯系统传送语音、文字、指令、数据和图像等信息、成像声呐观察周围的物体形态等功能。水声通信系统就像是潜水器的嘴巴和耳朵。通过发射声波、接收声波，以海水为介质来进行各种通讯、定位以及地形地貌的测绘、小目标的搜寻。

在声学定位系统中，超短基线定位系统，是母船对“蛟龙”号进行实时定位、跟踪潜水器水下作业运动轨迹的重要设备，当“蛟龙”号身处海底时，它在水下每8秒钟发出一次声学信号，信号到达船上的超短基线定位系统，各接收传感器会有先后顺序，利用这种时延差，超短基线系统就能计算出“蛟龙”号的具体位置、所处的深度以及与母船的距离，从而为“蛟龙”号定位。

此外，针对海底地形测量，研发团队为“蛟龙”号研发了测深侧扫系统，潜水器从海底扫过，便能把海山、海崖等地势地形测量出来，精度可达分米级、厘米级。当然，这些声呐设备同样要能承受住700个大气压的压强。

“现在国内已能自行解决‘蛟龙'号试验应用所需的设备和部件，‘蛟龙'号国产化率已经可以达到90%。”“蛟龙”号载人潜水器副总设计师胡震曾在去年的一次学术会议上表示，通过“蛟龙”号载人潜水器的研制，推进器、机械手等设备逐渐在国内形成产业化装备，为海洋石油开采、深海勘探等装备发展起到引领作用，带动了我国新材料、新能源在深海工程上的应用发展。比如，高强度钛合金厚板和11000米钛合金载人舱的加工制造等。

“‘蛟龙’号载人舱的耐压球壳就是采用钛合金材料，是在俄罗斯完成制造的，能在7000米深海承受每平方米7000吨的压力。”刘峰说，然而，不仅载人球壳是我们自主设计的，它内部的生命维持系统也是自主研发的，还有高速水声通信系统、自动航行和悬停定位系统已经具备国际领先技术优势。“蛟龙”号走出了一条“自行设计，技术集成”的成功之路。

50米、300米、1000米、3000米、5000米、7000米，“蛟龙”号载人潜水器在一次次测试和海试中历练完善、在一次次出征中锤炼。未来，他们将在深海资源勘查和科学研究中有着更广阔的空间。

宝贵经验

培养起一批中坚力量

有人说，21世纪是“海洋世纪”。今天的中国，正在从海洋大国向海洋强国迈进。一群中国深潜人正在以实际行动、以果敢的魄力和胆识在深潜装备领域打造出一片新天地。

一位研发者坦言，“蛟龙”号载人潜水器上的12个系统，拿出任何一个，都曾经是一道难解的题，而且每一道难题的解决都挑战着设计人员的智慧极限，研究团队经历了数不清的失败，却仍然不放弃，且越挫越勇。有时，为解决一个细节问题，研发人员要熬上两个通宵。

一位深载人表示，“整个研究的过程和经历是宝贵的，在压力最大、最接近崩溃的时候，能挺过来，能坚持下来，最终扛过去就是一种‘美好的体会’。就像我们常常回想起下潜工作时那几乎让人崩溃的‘噪声’，对我们声学系统调制人来说非常不利。但是，顶着这些压力，能够最终把结果做出来，就是最大价值。”

“我觉得‘蛟龙’号的研发最宝贵的是培养了一批年轻的研究深海的骨干，他们成为我国深海高技术发展的中坚力量。从对引进的设备连拆都不太敢，到现在可以自己研发，这支队伍将在我国进军深海的过程中发挥重要作用。”

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刘峰这样总结“蛟龙”号团队，“我觉得主要是培养了他们的自主创新能力和自信心。失败了多少次不要紧，失败了可以推倒再来，只要自信心还在，一切都不是问题。”

刘峰表示，“在安排‘蛟龙’号研发工作时，我们穿插安排了几个前沿题目进行研究，当时也没指望能把这个研究成果用上，只是为了后续发展做准备，包括浮力材料、接插件等，没想到这么快一些成果就出来了，还发挥了大作用。”

业界专家坦言，“蛟龙”号载人潜水器突破7000米深度，表明我国真正开始具备进入深海的能力，初步具备深海探测的能力。但是，从整体上来看，我国深海技术还处于跟踪研发阶段，技术水平还落后于国际先进水平至少20年，技术能力还不足以支撑我国海洋大国、强国的战略需求，还需要方方面面的突破和创新。

同时，我们也看到我国深海装备制造能力在不断提高。“龙家族”的业主单位中国大洋协会认为，“龙”系统潜水器可以优势互补，点线面结合，对作业区进行综合勘察。

如无人有缆的“海龙”号由水面船供电和操控，比较适合在相对平坦的海底长时间、长距离作业；无人无缆的“潜龙”号优势在于开展区域地形测量、拍照、摄像等作业；“蛟龙”号能够定点悬停作业，科学家可以亲临海底直接观测,直接测绘,直接取样,对海底某个点进行“解剖麻雀”式精细化研究。未来，伴随我国海洋事业进一步发展，通过发展深海钻探的“深龙”技术、深海开发的“鲲龙”技术、海洋数据云计算的“云龙”技术等，我国有望形成国家级的深海装备品牌和专业化队伍，以有效支撑海洋强国建设。

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“我希望把深海装备用好，为国家的海洋强国战略需求服务，不断发挥作用；我希望把载人潜水器用起来，让中国科学家更多地走出国门，参与世界科技前沿活动；我希望把潜水器统筹起来，力争在未来的国际合作中发挥引领作用。同时，进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋，推动我国海洋强国建设不断取得新成就。毕竟认识海洋不是一家一户的事，是大家不断积累的过程，有了对海洋新的认识，也是对世界的一个贡献。”刘峰表示。

党中央、国务院授予“蛟⻰”号7000⽶级海试团队“载⼈深潜英雄集体”荣誉称号

中国深海装备技术将会有更大的突破。以“蛟龙”号载人潜水器、“深海勇士”号载人潜水器、“奋斗者”号载人潜水器为代表的我国载人潜水器体系将成为深海资源勘察的主力军，并正在创新发展的大道上逐梦深蓝。

原标题：《中国测绘丨“蛟龙”潜底：在创新发展大道上逐梦深蓝——访中国大洋矿产资源研究开发协会办公室主任刘峰》