【学术论文】轻型载人潜水器发展动态分析

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摘要

作者：秦升杰，王新宁，董建智，黄建波，崔静（青岛国实智能装备科技有限公司，山东青岛 266237）

摘要：轻型载人潜水器是海洋探测装备的重要组成部分，具有体积小、重量轻、易操作的特点，能够满足旅游、科考、作业等多种需求，弥补深海作业型潜水器商业化应用难的不足。本文对国内外主要轻型载人潜水器的型号及技术指标进行归纳，分析轻型载人潜水器的发展趋势，为相关机构的研发与设计提供技术参考。

关键词：载人潜水器；海洋探测；海洋科考

0、引言

载人潜水器是人类探索海洋、认识海洋的重要海洋探测装备，可以搭载科学家、工程师、游客等在常温常压环境下进入目标区域海底进行科研勘探、水下观光、探险、海上施工等活动，是人类进行海洋开发活动不可或缺的装备。我国在载人潜水器的研发和应用方面取得了重大成就，积累了大量经验，形成了蛟龙号 [1]、深海勇士 [2]、奋斗者号等具有代表性的载人潜水器，与国外研究应用水平差距逐渐缩小 [3]，但这些潜水器大都是深海作业型潜水器，需要专门母船进行支持，使用维护费用高，相对于体积小、重量轻、操作简单的轻型载人潜水器国内研究较少。随着我国海洋观光旅游的快速兴起及浅海勘探、作业任务的增加，我国对轻型载人潜水器的需求越来越高，其商业价值和市场空间逐步提高。因此，研究国内外轻型载人潜水器的发展现状和技术特征，分析其发展趋势，对促进我国轻型载人潜水器的研发与应用具有重要意义。

1、国内外研究进展

从 20 世纪 80 年代开始，美国、荷兰、加拿大等国家已经开始研制轻型载人潜水器，积累了丰富的经验，已经研制出多款成熟产品并进行投产 , 广泛应用于旅游观光、海底施工作业、海洋科考等领域 [4]。比较有代表性的公司有美国的 Hawkes、Triton Submarines、SEAmagine，荷兰的 U-Boatworx，加拿大的 Nuytco Research等公司，这五大公司约占有全球 60% 的观光载人潜水器市场份额。

美国 SEAmagine Hydrospace 成立于 1995 年，经过近 30 年的研发与生产，公司形成 Ocean Pearl 和 Aurora 2 个产品系列载人潜水器，主要型号及技术指标如表 1所示，Aurora-100 如图 1 所示，根据下潜深度和乘坐人数可对潜水器进行升级。该公司潜水器载人舱采用全透明有机玻璃制成，为乘坐者提供全方位视野，更加有利于进行水下观光与作业，载人舱从赤道环缝打开，进出舱口更大，人员进出方便。该公司潜水器可配备多种水下工具，以应对各种水下任务，包括机械臂、摄像头系统、声呐和声学成像设备等，同时潜水器拥有完善的水下导航系统，包括 DVL、USBL、INS、GPS 和水面跟踪设备，以确保准确的水下定位和精确的测量网格。其中 Ocean Pearl 体积小、重量轻、易维护，主要用于豪华游艇使用。但这 2 个产品系列载人潜水器球壳较大，导致型线变化剧烈，水下航行时阻力较大。目前，该公司潜水器下潜次数超过 12000 次，远超其他公司潜水器下潜次数。

经过 40 多年发展，Nuytco Research 公司有丰富的潜水器生产与应用经验，现 Deep Rover 、Curasub、Dual DeepWorker 2000、Dual DeepWorker 2000、ORCASUB、Aquarius 六个型号载人潜水器，主是中浅海载人潜水器，型号及技术指标如表 2 所示，DeepWorker 2000 如图 2所示。Nuytco 以“DeepWorker”系列 2000 ft 微型潜水器而闻名，包括单人和双人 2 种配置，根据客户需求搭载高清摄像机、机械手、信标等作业工具，Deep Workers 已广泛应用于科学考察、水下测量、旅游观光、拍摄电影等领域。ORCASUB 采用“飞行”概念设计，艇体采用钢制材料焊接而成，水动力性能更加优越，最大水下航行速度达到 6 kn，可兼容各种类型的电池，同时给驾乘人员提供了更加舒服的舱位。Curasub、Aquarius 分别可承载 5 人、3 人，更加容易集成水下作业工具，可提供多人观光旅游、水下科考、水下拍摄等服务。

美国 Triton 公司成立于 2007 年，现有 Leisure、Commercial、Professional 、Ultra-Deep 四个系列 13 个型号的潜水器，载人舱全部采用有机玻璃圆球壳，视野更加开阔，该公司已经形成从 100~11000 m 的谱系化潜水器装备体系 [5]，可满足不同客户的需求，具体参数、型号如表 3 所示。Leisure 系列主要针对个人海底旅游、探险等需求而设计的，现有 Triton 1000/2、Triton 1650/3、Triton Neptune 三个型号，由于下潜深度在 305~1000 m之间，相比其他系列效费比较高。Commercial 具有载客多、潜深小、视野开阔的特点，载人球壳尺寸较大，适合团体游客进行水下旅游观光，现有 Triton 1650/7、Triton 660 /2（见图 3）和 Triton Deep-View 三个型号，下潜深度在 100 ~500 m。Professional 主要用于 1000 m 以浅海底观光、科学考察、施工作业、电影拍摄等领域，现有Triton 3300/1、Triton 3300/3、Triton 3300/6 三个型号，均配置 2 个主推进器和 2 个垂直推进器，操作性更灵活，同时可搭载机械手、高清摄像机、传感器等作业工具，现已完成百慕大海域海底考查、Britannic 号沉船海底考古等多个任务。Ultra-Deep 主要用于 2000 m 以深海底科考、取样、探险等领域，现有 7500/3、13000/2、36000/2三个型号，下潜深度分别为 2286 m、4000 m、11000 m，其中 Triton 7500/3 依旧采用透明有机玻璃耐压壳，承载压力已经达到现有有机玻璃压力极限。

荷兰 U-Boat Worx 公司成立于 2005 年，现在是世界上最大的潜水器造商，共有 NEMO 、SUPER YACHT SUB 3 、C-Explorer（见图 4）、C-Researcher 四个系列 21 种不同型号的轻型载人潜水器。NEMO 、SUPER YACHT SUB 3 两个系列主要用于私人海底旅游观光使用，由于具有起吊点灵活、结构紧凑和重量轻（NEMO 2.1/2.5 t，SUPER YACHT SUB3 3.8 t）的特点，比较容易集成到游艇上，出海时可搭载在游艇上进行回收布放。C-Explorer、C-RESEARCHER两大系列产品除进行海底旅游探索外，还可搭载机械臂、4K 相机、多普勒等作业工具进行海洋开发、勘探和采样、水下系统装置安装和检修、电影拍摄等多种工作，2 个系列产品均采用锂电池驱动推进系统（主推进器 2 个、垂直推进器 2 个），水下作业时间可达 16 h。C-Explorer 系列包含 CE3、CE5 两个型号，分别搭载 3 名和 5 名乘员，整体结构采用双体形式，在结构两侧对称放置多组充气气囊，增加了水面航行过程中的稳定性。C-Researcher 系列包含 CR2、CR3、CR3LH、CR5 四个型号，下潜深度 500 ～ 2500 m，可根据客户需求选择不同的型号和配置，水下作业时间达到 18 h，该系列潜水器外观与常规船舶相似，通过 4 个对称分布的压载水舱控制潜水器的上浮下潜、纵倾调整，同时作业平台能够搭载更多的作业工具。

美国 Hawkes 公司主要产品为 Deep flight 系列潜水器，包含 Deep Flight Dragon（见图 5）、Deep Flight Falcon、Deep flight Ⅱ等多个型号，该系列产品外观多采用水下飞行原理设计，流线外形更加优异，水动力性能良好。Deep Flight Dragon、Deep Flight Falcon 两个型号主要满足民用需求使用，广泛应用于水下旅游观光、考古、视频拍摄等，Deep flight Ⅱ是全海深载人潜水器，下潜深度达到 11000 m，可根据任务需求搭载作业工具进行海底观测、取样等活动。

对比欧美国家，我国在载人潜水器研究、开发等方面发展较晚，经过近20年不断发展，研发了“蛟龙号”、“深海勇士号”、“奋斗者号”等多艘具有代表性的载人潜水器，具体主要技术指标如表 4 所示，不断刷新世界同类作业型潜水器的最大下潜深度纪录，这些大都是深海作业型载人潜水器，主要用于深海科考与探测，在商用、民用等领域应用较少。在轻型载人潜水器领方面，我国从 20世纪 90 年代开始设计研究，先后研发出“HT- Ⅰ”、“金涛号”、“天清号”、“海泰一号”、“海泰二号”等多人旅游观光潜水器，国内比较具有代表性的是中国船舶科学研究中心设计的“寰岛蛟龙”号全通透观光潜水器如图 6 所示，已经在三亚投入运营，该潜水器最大下潜深度 40 m，最大可搭载 12 人，起吊重量 23.9 t，载人舱采用了全通透机玻璃作为耐压壳体，配备生命支持系统和先进的导航控制系统，采用单点起吊模式。总体来说，国内已有潜水器在性能与作业性能方面与国外差距不大，但成熟的商用旅游观光潜水器较少，没有形成系列化产品，也没有形成特色产业和产业链，在外观设计、集成方面还有待提高。

2、轻型载人潜水器发展趋势

在市场趋势和新技术的驱动下，轻型载人潜水器发展趋势主要体现在以下方面：

1）安全保障多样化。建立潜水器健康管理系统，实时监测潜水器各系统运行状态，自主判断故障类型，分析故障风险，为驾乘人员提供参考，提高潜水器安全等级。

2）市场化。形成谱系化产品，研发多个型号，满足不同客户和任务的使用需求；控制使用维护成本，降低租用价格，吸引更多用户使用，提高商业利用率和经济性。

3）操作简便化。除支持母船外，搭载平台多样化，方便潜水器的起吊、布放、回收；舱内操作装置智能化、自动化，满足不同操作人员的使用需求。

4）模块化。接口更加通用，根据任务不同快速搭载不同工具。

5）舒适化。通过人机工程优化舱内布置，提高驾乘舒适性；采用全透明耐压球壳，提高视野的开阔性，方便进行观光和作业。

5、结语

随着我国国民收入的增加以及消费观念的改变，海底观光逐渐成为海洋旅游的热点，轻型载人潜水器的使用需求与日俱增，工程、科学等领域也有巨大的应用需求。但与欧美海洋强国相比，我国在轻型载人潜水器设计制造等方面技术力量还相对薄弱。本文通过分析世界五大潜水器公司产品的规格和技术特点，结合国内潜水器发展现状，分析了轻型载人潜水器发展趋势，安全保障多样化、市场化、操作简便化、模块化、舒适化等将是轻型载人潜水器发展的重要方向。

【参考文献】

[1] 徐芑南 , 叶聪 , 王帅 , 等 . 蛟龙号载人潜水器在大洋勘探中的发展回顾与展望 [J]. 中国有色金属学报 ,2021,31(10):2738-2745

[2] 宇红 ." 深海勇士号 " 载人潜水器 [J]. 现代物理知识 ,2020, 32(1):50+74.

[3] 杜志元 , 杨磊 , 陈云赛 , 等 . 我国与美国潜水器的发展和对比 [J]. 海洋开发与管理 ,2019,36(10):55-60.

[4] 任玉刚 , 刘保华 , 丁忠军 , 等 . 载人潜水器发展现状及趋势 [J].海洋技术学报 ,2018,37(2):114-122.

[5] 徐纪伟 , 郑恒持 , 李彬彬 , 等 .“Triton”系列载人潜水器型谱分析及设计思想 [J]. 船舶物资与市场 ,2021,29(11):28-32.

作品来源

本文整理自《船舶物资与市场》期刊 2023年7月第31卷第7期，由“智慧海洋公众交流平台”微信公众号整理。