2020年水下机器人发展情况

一、概述

近年来，世界各国越来越重视水下机器人（unmanned underwater vehicle，UUV）的发展，水下机器人在海洋科学研究、海洋工程作业以及国防军事等领域得到了广泛应用。

水下机器人通常可分为：自主水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）、有缆遥控水下机器人（remotely operated vehicle，ROV）和自主/遥控水下机器人（autonomous&remotely operated vehicle，ARV）。AUV自带能源自主航行，可执行大范围探测任务，但作业时间、数据实时性、作业能力有限；ROV依靠脐带电缆提供动力，水下作业时间长，数据实时性和作业能力较强，但作业范围有限；ARV是一种兼具AUV和ROV特点的混合式水下机器人，它结合了AUV和ROV的优点，自带能源，通过光纤微缆实现数据实时传输，既可实现较大范围探测，又可实现水下定点精细观测，还可以携带轻型作业工具完成轻型作业，是信息型AUV向作业型AUV发展过程中的新型水下机器人。

水下机器人通过水下目标探测和识别、水下导航定位、水下通信等高新科学技术，可实现水下打捞救援、水下探测、水下资源开采等功能。20世纪70年代末期，为了使我国的水下机器人技术早日跻身国际先进行列及适应海洋开发的需要，我国开始着手水下机器人的研制工作。40多年来，我国水下机器人快速发展，尤其是进入21世纪以来，以“海翼”系列水下滑翔机、“潜龙”系列自主水下机器人、“海星/海龙/海马”遥控水下机器人、“蛟龙”号和“深海勇士”号载人潜水器、“海斗/海极”自主遥控水下机器人等为代表的深海技术装备的成功研制与应用，特别是“十三五”部署的万米系列潜水器研发，带动了一大批深海技术的进展，同时也极大地推动了我国深海科学研究与深海资源勘探水平。

二、2020年典型产品技术成果

2020年是我国“十三五”收官之年，在我国科技工作者的不懈努力下，深远海装备领域硕果累累，捷报频传。回首2020年，“海斗一号”完成万米海试、“奋斗者”号成功坐底等，不胜枚举。下面重点介绍2020年我国水下机器人的技术成果。

1.全海深潜水器加速实现我国进入万米科考新时代

2020年，我国全面进入万米深潜新时代，多个标志性的事件举世瞩目。

（1）“海斗一号”自主遥控水下机器人成功万米海试。2020年5月14日，我国自主研制的“海斗一号”自主遥控水下机器人在马里亚纳海沟成功完成首次万米海试与试验性应用任务，最大下潜深度10907m，为我国开展深渊科考获取了首批重要数据和样品，填补了我国万米级作业型无人潜水器的空白。该项目在国内率先突破了全海深无人潜水器核心关键技术，使我国具有了万米深海装备自主研发能力。

（2）“海燕”万米级水下滑翔机再破工作潜深世界纪录。2020年7月，在万米深渊观测科学考察航次中，我国万米级深海水下滑翔机最大下潜深度首次达到10619m，获得了大量深渊的温盐、声学及影像等同步调查资料。两台万米级“海燕-X”水下滑翔机开展了连续6天的综合调查，共获得观测剖面45个，其中万米级剖面3个，充分验证了“海燕-X”水下滑翔机在深渊环境下的工作可靠性，标志着我国在万米级水下滑翔机关键技术方面取得重大突破。

（3）“奋斗者”号载人潜水器完成万米深潜作业。自2020年10月10日起，“奋斗者”号载人潜水器赴马里亚纳海沟开展万米海试，成功完成13次下潜，8次突破万米。11月10日8时12分，“奋斗者”号创造了10909m中国载人深潜新纪录，并多次在马里亚纳海沟完成深潜作业，获取了大量生物、地质等深渊海底样品，标志着我国在大深度载人深潜领域达到世界领先水平。

（4）全海深视频直播系统完成万米海底4K视频直播。2020年11月，全海深视频直播系统中的“沧海”号视频着陆器开展了6次万米试验，其中“沧海”号与“奋斗者”号在万米海底开展了三次联合作业，建立并实现了“奋斗者”号载人潜水器→“沧海”号视频着陆器→“探索二号”船水面控制中心→卫星→中央广播电视总台演播室的实时通信链路。

以“奋斗者”号、“海斗一号”等为代表的系列万米级潜水器的成功研制，标志着我国深海潜水器跨入了一个可覆盖全海深探测与作业的新时代，将为我国海洋强国战略发挥不可替代的作用。

2.系列长续航潜水器连创佳绩

（1）“海翼”水下滑翔机和“海燕”水下滑翔机再创佳绩。“海翼”水下滑翔机和“海燕”水下滑翔机的无故障工作时间、续航力、剖面数再创我国水下滑翔机新纪录，标志着我国水下滑翔机具备跨年作业的能力。

（2）“海鲸1000”自主水下机器人圆满完成海上验收试验。“海鲸1000”AUV是一种面向海洋环境多参数自主观测需求而研制的新型AUV观测系统，其特点是重量轻、续航时间长、智能。2020年，两台“海鲸1000”AUV开展海上验收试验，经受了多次台风过境的高海况考验，完成了温跃层智能跟踪观测、湍流自主观测、中尺度涡自主观测等功能验证和试验性应用，验证了AUV高效的中小尺度海洋过程精细观测能力和良好的海洋环境适应能力。

3.异构无人潜水器组网系统圆满完成海上验收试验及应用示范

面向海洋观测实际需求，完成了“探索100”自主水下机器人和“海翼”水下滑翔机的适应性改造与小批量生产，由18台“探索100”AUV和水下滑翔机组成的异构无人潜水器组网观测系统开展了多项海洋特征组网观测海上试验及应用示范，圆满完成海上验收试验。在历时100余天的海上验收试验和示范应用中，18台（套）潜水器平台性能可靠，获得的观测数据准确、有效。

4.新概念潜水器深海多位点着陆器与漫游者潜水器系统成功研制

“鹿岭号”深海多位点着陆器通过2个潜次的试验，完成了海上试验考核。“鹿岭号”最大下潜深度为3252m，单个潜次完成了11个位点、累计10.3km的近海底移动，深海蓄能式浮力调节、基于浮标中继的组合通信、浮游/爬行双模新型ROV、声学引导自主回坞、镁/海水燃料电池及组合能源管理等系列关键技术得到全面验证。

5.系列自主水下机器人圆满完成我国大洋和极地科考任务

2020年初，“探索1000”自主水下机器人成功应用于我国第36次南极科考，完成了17个剖面的科学观测，获得了海流、温度、盐度、浊度、溶解氧及叶绿素等大量水文探测数据，也充分验证了我国自主水下机器人在极端海洋环境下开展科学探测的实用性和可靠性，为极地冰盖冰架下科学研究取得突破进展提供了重要手段。

“潜龙二号”在大洋58航次的西南印度洋典型热液区开展了4个潜次的科学考察任务。经过技术升级后的“潜龙二号”，续航能力大幅提高，具备超短基线在线校正和无船值守能力，增加了水样采集功能，成功采集了保压近底水样。首次搭载了自然电位仪，获得了质量良好的数据，为我国多金属硫化物资源勘查提供了支撑。

“潜龙一号”和“潜龙四号”两台“潜龙”家族的深海AUV，搭乘“大洋号”科考船圆满完成2020年太平洋调查航次任务。这是交付后的“潜龙四号”首次开展科考应用，同时，对“潜龙一号”技术升级后的技术性能进行了全面验证，并开展了试验性应用。

三、趋势分析与预测

据市场统计分析，2014—2018年，我国水下机器人行业市场规模由12.4亿元增长至40.7亿元，年均复合增长率为34.6%。未来五年，预计我国水下机器人行业将呈现稳定增长的趋势，水下机器人智能化趋势及核心硬件国产化趋势将促进水下机器人行业进一步发展。

未来，从提升深渊综合作业效率和提升影响力的角度，多个水下机器人平台协同作业，将是一个重要的应用趋势。集群异构体系有望在深渊综合科考、资源勘探等领域发挥重要作用。

深海深渊重大装备的普及化应用及其取得的重大科技成果，将带动与之相关的基础材料、单元器件、传感器设备等基础学科或单元技术的发展，引领深海探测与作业单元技术与设备的发展和深渊技术体系的建立，带动万米相关领域设备的产业化进程，推动我国全海深科学研究与技术装备的跨越式前进和发展。

从水下机器人装备、作业及科考模式和应用领域的角度考虑，水下机器人未来有以下发展趋势：

一是水下机器人装备从单次科考作业模式向水下长期驻留式发展。针对深渊科考、深海采矿等技术需求，实现对深海区域的海底开展长时间连续的科考与作业。为此，需开展水下能源供应、水下设备模块化更换、科考区域全场景监控等关键技术研究。

二是在深海科考模式与水下作业控制模式方面，在未来应构建无人或少人科考船，以及基于远程遥控操纵的水下科考与作业体系，以缩小海上科考队规模，减少人员、补给及航渡恶劣海况对科考进度的影响，使科学家能够基于远程遥控参与深海科考，提高科考效率。

〔撰稿人：中国科学院沈阳自动化研究所李硕、赵宏宇〕