“哇！這么高大，這就是我國第一臺能進入海底4500米工作的無人遙控機器人嗎？”
2016年6月1日，北京展覽館主展區內，一臺身長4米、寬2.1米、高2.6米、重5噸的大型機器吸引了眾多觀眾，人群中不斷發出這樣的追問和感慨。
不錯，這就是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”的“海馬”號。
此次來京參加國家“十二五”科技創新成就展，“海馬”號可謂長途跋涉、全副武裝、滿載榮耀，讓人們一睹他的風采。他屹立在北京展覽館的主展區內，如一個硬漢，用偉岸的身姿講述著自己的光輝事跡。
從無到有：我們自己的汗血寶馬
海洋，一個人類一直在追尋的夢，一個中國人已落后太久的戰場！
從乘風破浪、揚帆遠航，到海底遨游、探尋寶藏，我們經受了太多的“人為刀俎，我為魚肉”。歸根結底，在于海洋科技的落后。具體到無人遙控潛水器領域，從20世紀50年代幾個美國人把攝像機密封起來送到海底開始，世界上對其研發使用已有了半個多世紀的歷程，而我國才剛剛起步。為了打破這一海洋探查和資源開發關鍵技術裝備被少數發達國家壟斷的局面，國家863計劃海洋技術領域于2008年啟動了“4500米級深海作業系統”重點項目，主要任務就是研發實用化的作業型4500米無人遙控潛水器。
于是，2014年我們如約看到了“海馬”號的海試成功。
于是，我們中國人終于有了第一套屬于自己的4500米深海無人遙控潛水器系統。


圖1 “海馬”號無人遙控潛水器本體

　　這套系統的國產化率超過了90%，突破了4500米作業級無人遙控潛水器控制系統、重型升沉補償器、4500米級浮力材料、4500米級升降裝置和系列化作業工具等核心技術，不僅打破了國外的壟斷，達到了國際同類產品的先進水平，還有多項技術解決了國外同類技術的難題，如：
“海馬”號項目團隊在國內首次突破4500米級作業型七功能和五功能機械手研制的關鍵技術，研制出作業型七功能和五功能機械手，并形成水下液壓機械手綜合制造、試驗測試、工程應用和譜系化能力，達到與國外機械手基本相當的負載能力/重量比，解決了國外機械手中肘關節、腕關節回轉擺線馬達輸出功率較弱的問題。
我國的研究人員還發明了無人遙控潛水器專用的低剛度高精度的三通電液比例減壓/溢流閥，解決了常規壓力閥直接控制速度而引發閥-槳共振的問題，研制出液壓推進關鍵元件。達到與國外液壓推進器基本相當的推力/重量比，解決國外液壓推進控制系統在額定工況下不能兼顧效率與響應速度的問題。


圖2

　　因此，我們可以毫不夸張地說——“海馬”號是我國迄今為止系統規模和下潛深度最大、國產化率最高的深海無人潛水器系統，標志著我國全面掌握了大深度無人遙控潛水器的關鍵技術，填補了這一領域的空白。
而且，“海馬”號具有國際上所有無人遙控潛水器的常規功能，能夠應用于海洋工程、救助、打撈、考古和海洋觀測、科學考察作業這兩大領域。
通俗來說，如果我國海域發生了類似2010年墨西哥灣海上鉆井平臺爆炸導致的嚴重海上漏油事故，“海馬”號能夠像當時起到關鍵作用的無人遙控潛水器那樣潛入水下執行艱巨復雜的長時間排險作業任務，制止原油泄漏。如果要打撈某個沉到海底的飛行器，“海馬”號有能力執行1999年7月在大西洋海底打撈自由鐘7號同樣的任務。同樣，“海馬”號也能夠進行海底拍攝。
從立項到計劃，從模型到設備，六年艱辛，六年努力，我們的“海馬”號一舉成功，達到世界同類深海無人潛水器的技術水平。這是我們自己研制的，馳騁在我國大洋深處的寶馬。


圖3 安裝在“海馬”號頂部的浮力材料

無人，一個明顯的優勢
潛水器是人類進軍海洋必須借助的裝備，潛水器分無人和載人兩種，目前，國際上絕大多數現役潛水器是無人潛水器，但是載人潛水器數量很少，原因何在？
一個顯而易見的原因是載人潛水器首先要保證人的生命安全，因為人的存在，潛水器就要多一個“生命保障系統”的附加要求，比如，要維持水下工作人員在狹小密閉空間里的正常呼吸和體溫，要具有緊急情況下的“脫身”功能。同時，載人潛水器的電能是由自身攜帶的電池供電，電能有限，要在電能耗盡之前停止作業，浮升至海面，在水下潛行作業的時間因此受到了很大的限制。上述這些問題決定了載人潛水器必然存在的致命弱點。
與載人潛水器相比，無人遙控潛水器就具有了無可替代的優勢：一是適應性強、功能強大，幾乎可以應用于所有海洋開發活動，受海況和海底環境影響小，推進系統和機械手功率大，覆蓋海底作業鏈各個環節，在海洋地質調查中應用前景廣闊，可大幅提升調查能力；二是作業靈活、經濟高效，可根據不同的海底作業任務進行功能擴展配置，收放便捷，不需要專門支持母船，占用甲板空間和作業人力等資源少，建造、運行和維護成本低；三是無載人風險，可在母船實時遙控操作，不需水面工作艇支持；四是能夠長時間駐留海底，母船通過臍帶纜提供電能，可無限時地執行高強度、復雜的海底定點作業任務。所以，“海馬”號的研制目標是靈活、高效的實用化深海作業設備。


圖4 “海馬”號水面控制系統

4500米，一個優化的深度
據文獻報道：人類自由潛水的世界紀錄是2000年1月，由古巴人弗朗西斯科?費里拉在墨西哥灣創下的162米。而在常規潛水中，60米水深下，潛水員只能工作半個小時。“飽和深潛”，這一世界各國正在攻克的尖端難關，目前的最大深度是美國的723米。一般的常規潛艇都是200到300米，核潛艇可以在400米以下，最深的核潛艇記錄最深潛到了1200米。
與此相較，“海馬”號的優勢顯而易見。但是，目前美、日、俄、法等國家已經擁有從先進的水面支持母船到可下潛3000至11000米的潛水器系列裝備。與同類相比，我們的“海馬”號是不是還很落后？
答案絕非如此簡單。
首先，海底4500米的深度可以覆蓋我國98%的海域，以及絕大部分國際海域多種資源富集區。研制這一深度級別的深海作業系統，能夠滿足目前我國深海探查和作業的需求。可見，“海馬”號研制任務的定位是為了我國突破和掌握深海無人遙控潛水器的核心技術，為深海作業提供急需的實用化國產化裝備，打破國外的技術壟斷和禁運，而并非一味追逐潛深記錄。
其次，在對潛水器下潛深度的通常級別分類中，1000米以內為淺海級，1000米——3000米屬于中深海級，超過3000米為深海級。“海馬”號4500米的深海作業能力，不僅實用性、適應性強，而且已經是目前我國自主研制的下潛深度和系統規模最大，國產化率最高的無人遙控潛水器，為我國研制更大深度潛水器積累了技術儲備，使得我們完全有能力向更深處潛行。
當然，與具有40多年產業化基礎的世界先進國家相比，我國在潛水器方面尚存在著諸多技術差距。但是我們已經實現了從無到有，這匹屬于我們自己的深海寶馬，升級改造均由我們自己做主，通過不懈的努力，我們日后一定能徹底打破受制于人的局面，在未來的海洋競爭中獲取更多的話語權。


圖5 “海馬”號投入海上應用

從有到有用：大洋深處顯身手
古語云：千錘方可成利器。
“海馬”號于2014年4月順利通過科技部海上驗收后，名聲大震，但他和他的設計者們并沒有陶醉于這些鮮花和掌聲中，他們心頭壓著的那塊石頭依然沉重——應用！要將“海馬”號迅速投入實際應用！不僅要能用，還要好用！他們要在半年時間里，把“海馬”號從科研成果轉化為實用化設備，實際上就是要實現“一步正樣”，這在中國大型海洋裝備研制項目中是不多見的。
“海馬”號及其團隊馬不停蹄，先后于2015年3月、6月和2016年3月執行了南海北部陸坡水合物資源調查、大洋第36航次、水合物資源詳查和冷泉生態環境調查工作，累計作業下潛24次，水下作業時間累積超過180小時。
首次發現“海馬冷泉” 旗開得勝慰軍心
針對南海水合物有利區詳查任務的實際需要，“海馬”號進行了針對性的改造。2015年3月，“海馬”號隨母船海洋六號開赴南海，受命搜尋海底“冷泉”活動和與水合物賦存相關的微地貌特征。
肩負重任的“海馬”號不負眾望，第一次下潛就在我國南海北部陸坡西部海底首次發現了雙殼類生物群、甲烷生物化學礁、碳酸鹽結殼、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”），獲取了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。
這些頗為專業的詞匯理解起來有些晦澀，那么究竟何謂“冷泉”？“海馬”號的這一發現有什么重大意義？
通俗來講，海底冷泉就像荒漠海底中的一片綠洲，在這片綠洲里生存著大量海底生物，看上去很像我們常見的海鮮產品——貽貝，而且這些生物深處海底生存，依靠的不是光合作用，而是依靠海底不斷滲出的甲烷、硫化氫等還原性化學物質自養，這完全是不同于平常的另一套生命體系，這就具有了生命科學的價值，是開展地球生命起源和冷泉生態環境等前沿科學研究的重要窗口。同時，在冷泉所在的海底極有可能存在天然氣水合物，這一點，被該海區后續調查獲取的海底樣品中含有天然氣水合物所證實，并成為2015年度我國南海天然氣水合物資源調查的一個重大突破性進展。
事實勝于雄辯，“海馬冷泉”的發現是在我國管轄海域內第一個由我國自主研發的深海高科技探查裝備發現的海底活動性“冷泉”，這不僅證明了“海馬”號的總體運行狀態良好，各項性能滿足“冷泉”探查的技術要求，而且取得了國產化深海技術設備應用和地勘調查成果雙豐收。首戰告捷，對于六年攻堅克難的“海馬人”來說，足慰平生！
2016年2月27日～3月23日，“海馬”號及其作業母船“海洋六號”再次開赴“海馬冷泉”區域，執行以水合物資源詳查和冷泉生態環境調查研究為目的的海底作業任務。
這次出征，為了達到“冷泉”區資源和環境的調查研究要求，“海馬”人對“海馬”號進行了多項適應性改造，提高了精細觀測和樣品獲取能力。同時，開展了與國內“冷泉”研究科學家之間的合作，加強了對“海馬”號的現場科學作業指導，使本次調查作業工作同樣取得了豐碩的成果。


圖6 “海馬”號在“海馬冷泉”區調查作業

圖7 “海馬”號在“海馬冷泉”進行取樣（碳酸鹽結殼）

圖8 “海馬”號在“海馬冷泉”進行取樣（貽貝）

圖9 “海馬”號拍攝的“冷泉”區海底生物群落

投身大洋礦產調查 于無聲處立國威
2015年6月，“海馬”號轉戰西太平洋，投入大洋第36航次的應用作業，在采薇海山復雜陡坡的地形環境中圓滿完成了6個站位富鈷結殼資源探查任務，拍攝并記錄了近百分鐘海底高清視頻，利用機械手抓取了數十公斤結殼樣品和鈣質沉積物樣品，獲取了全程物理海洋測量數據和海底原位水樣，首次對自主研制的小型鉆機和切割機進行了實際應用試驗。
本次實戰，近10天的緊張工作，不僅考驗了“海馬”號針對結殼資源調查任務的作業功能，而且考驗了“海馬”號的航行動力性能及其技術團隊在復雜而危險的海山陡坡環境中的操控和作業能力。事實證明，“海馬”號及其技術團隊經受住了考驗，圓滿完成各項任務，達到了預期的科學目標。這同時意味著“海馬”號的應用環境已經由安全性較高的平坦泥質海底拓展到危險性較高的復雜海山環境；由較為簡單、無須考慮海底障礙物的定向/定高航行與任選著陸點進行定點的作業運行方式，改變為需要時刻注意規避危險因素并需要在險峻的海山地形中謹慎選擇著陸作業點的運行方式。
更值得驕傲的是，“海馬”號在采薇海山的成功作業實踐，是我國自1997年起，在開展了近20年海山區結殼資源調查工作中的一個質的飛躍，填補了我國在該領域技術手段的一項空白。而且還在西太平洋采薇海山結殼資源分布區放置了帶有中華人民共和國科技部、中國地質調查局、廣州海洋地質調查局、中國大洋礦產資源研究開發協會等參研單位徽標的金屬錐體物。這一永久標志物，象征著中國海洋技術發展的足跡！這一永久標志物，在茫茫大洋深處閃耀著中國智慧！在波濤洶涌的國際海洋競爭領域，彰顯著中國力量！


圖10 “海馬”號在海山區進行結殼調查作業

圖11 “海馬”號機械手進行富鈷結殼取樣

　　從研制成功至今，短短兩年的時間，“海馬”號已經順利執行了多次深海作業任務，并以出色的表現取得了多項驕人的成績，充分證明了“我不是一個擺設”！正如他設計者們給他的命名一樣，做一匹踏實肯干的駿馬，馳騁在祖國的大洋深處，為國計民生默默地奉獻自己的力量。而由中國地質調查局廣州海洋地質調查局牽頭實施，聯合上海交通大學、浙江大學、海洋化工研究院、同濟大學和哈爾濱工程大學等單位組成的精英團隊，更是一群真正具有“工匠精神”的創新者，是一群真正為國奉獻的實干者！
此番來京參展，于“海馬”號而言，是一次忙里偷閑的亮相！于“海馬”人而言，是一個當之無愧的禮贊！于公眾而言，是一次千載難逢的機會！
我們期待著，“海馬”號不斷完善與升級，不斷服務于國家海洋戰略，將我們的強國夢植根深海！

“海馬號”大洋顯真容

圖文簡介

此次來京參加國家“十二五”科技創新成就展，“海馬”號可謂長途跋涉、全……