美國載人潛水器的應(yīng)用和管理及其啟示

史先鵬 劉保華

摘要：為促進(jìn)我國載人深潛工作和載人潛水器的可持續(xù)發(fā)展，文章調(diào)研美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)及其載人潛水器的應(yīng)用和管理，重點(diǎn)介紹大學(xué)與國家海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)（UNOLS）發(fā)揮的重要作用，并提出啟示。研究結(jié)果表明：美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)主要包括伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）、夏威夷水下研究實(shí)驗(yàn)室（HURL）和佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)海港分校海洋研究所（HBOI），其中WHOI的載人潛水器升級(jí)最多和應(yīng)用最廣，而HBOI的載人潛水器下潛頻次最高;WHOI的載人潛水器運(yùn)營(yíng)良好，而HURL和HBOI已不再運(yùn)營(yíng)，其中固定經(jīng)費(fèi)至關(guān)重要，技術(shù)和服務(wù)水平也是影響因素;科學(xué)家可通過UNOLS申請(qǐng)應(yīng)用WHOI的載人潛水器開展下潛作業(yè)，操作過程嚴(yán)格、科學(xué)和有序，有利于裝備資源的高效配置和使用;我國可借鑒相關(guān)業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)載人潛水器及其保障機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

關(guān)鍵詞：載人深潛;海洋裝備;深遠(yuǎn)海;共享平臺(tái);運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)

Abstract：In order to promote the sustainable development of manned deep submergence work and manned submersible technology in China，the paper investigated the US agencies who operate and manage manned submersibles，and brought forward the enlightenment.The research showed that the operators of manned submersibles in the USA mainly include the Woods Hole Oceanographic Research Institute （WHOI），the Hawaii Underwater Research Laboratory （HURL），and the Harbor Branch Oceanography Institute （HBOI） of Florida Atlantic University，among which the manned submersible of WHOI had been most upgraded and widely used，while the manned submersible of HBOI has the highest dive frequency.Currently，the WHOI′s manned submersible operates well，while the manned submersibles of HURL and HBIO have been retired.It was found that the fixed funding for manned submersibles′ sustainable application was essential，and the technical and service level was also an influencing factor.The scientists can apply for the application of WHOI′s manned submersible through UNOLS，while the operation process is rigorous，scientific and orderly，which is conducive to the efficient allocation and use of equipment resources.China can learn from these relevant experience and promote the standardization of manned submersibles and their safeguard mechanisms.

Key words：Manned deep submergence，Marine equipment，Deep sea，Sharing platform，Operating funds

0 引言

在眾多深海運(yùn)載裝備中，載人潛水器可搭載科學(xué)家到達(dá)海底，開展近距離觀察、原位精準(zhǔn)采樣和精細(xì)化操作等活動(dòng)，具有擾動(dòng)小和噪音小等優(yōu)勢(shì)，已成為衡量國家海洋技術(shù)實(shí)力的重要標(biāo)志[1-4]。載人潛水器包括大深度型和中淺深度型2種類型，美國、俄羅斯、日本和法國等國家已研制數(shù)臺(tái)大深度型載人潛水器。目前全球可跟蹤的載人潛水器有320臺(tái)，其中有160臺(tái)較活躍，被廣泛應(yīng)用于海洋科研、海洋工程、海底觀光、商業(yè)開發(fā)和軍事安全等領(lǐng)域[5]。

我國于2002年啟動(dòng)“蛟龍”號(hào)載人潛水器的自主設(shè)計(jì)和集成工作;在原國家海洋局的領(lǐng)導(dǎo)和中國大洋協(xié)會(huì)的組織實(shí)施下，7 000米級(jí)“蛟龍”號(hào)載人潛水器于2009年研制成功，并于2012年在馬里亞納海溝完成海試，最大下潛深度達(dá)7 062 m[6-8];自2013年開始，國家深?；毓芾碇行慕M織“蛟龍”號(hào)載人潛水器的試驗(yàn)性應(yīng)用航次，先后在我國南海、東太平洋多金屬結(jié)核勘探區(qū)、西太平洋海山結(jié)殼勘探區(qū)、西南印度洋脊多金屬硫化物勘探區(qū)、西北印度洋脊多金屬硫化物調(diào)查區(qū)、西太平洋雅浦海溝區(qū)和西太平洋馬里亞納海溝區(qū)七大海區(qū)的深水區(qū)域開展100余次成功下潛，覆蓋深海海溝、海盆和洋中脊等重點(diǎn)和典型區(qū)域，前所未有地獲得對(duì)深海資源環(huán)境的新認(rèn)識(shí)，開辟深海科學(xué)研究的新領(lǐng)域。此外，我國4 500米級(jí)“深海勇士”號(hào)載人潛水器于2017年年底完成海試并投入應(yīng)用，全海深載人潛水器也計(jì)劃于2020年海試。

美國載人潛水器建造最早，運(yùn)營(yíng)也最成熟。本研究通過對(duì)美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)的系列調(diào)研，分析其載人潛水器的應(yīng)用和管理以及UNOLS的作用，并提出啟示。

1 美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)

美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)主要包括伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）、夏威夷水下研究實(shí)驗(yàn)室（HURL）和佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)海港分校海洋研究所（HBOI）。

WHOI屬于私人非營(yíng)利機(jī)構(gòu)，擁有強(qiáng)大的載人潛水器技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)，其“Alvin”號(hào)載人潛水器已搭載約15 000人次下潛，并于2018年11月完成第5 000次下潛，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛?！癆lvin”號(hào)被多次升級(jí)改造，與1964年建造時(shí)相比，幾乎所有部件都被更換。自2012年開始，WHOI將“Alvin”號(hào)升級(jí)為6 500米級(jí)載人潛水器，其具有更大的載人艙，觀察窗由3個(gè)增至5個(gè)，并配置更先進(jìn)的燈光系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)、浮力材料和操控系統(tǒng)等，這是有史以來“Alvin”號(hào)的最大升級(jí)?！癆lvin”號(hào)將于2020年完成最終升級(jí)[8]，已有眾多科學(xué)家排隊(duì)等待其海試和業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

HURL成立于1980年，由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的國家海底研究計(jì)劃（NURP）資助，同時(shí)運(yùn)營(yíng)2 000米級(jí)“Pisces IV”號(hào)和“Pisces V”號(hào)。2臺(tái)載人潛水器均于1973年由加拿大溫哥華混合動(dòng)力公司建造，海試后即由加拿大漁業(yè)與海洋部應(yīng)用，并由加拿大海洋科學(xué)中心運(yùn)營(yíng)，在大西洋、北冰洋和太平洋開展下潛作業(yè);后因加拿大政府削減財(cái)政支持，“Pisces IV”號(hào)被停止應(yīng)用，并與“Pisces V”號(hào)分別于1987年和2000年由HURL收購。HURL偏重于載人潛水器的應(yīng)用，主要在夏威夷群島附近開展海底生態(tài)環(huán)境調(diào)查，技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)人員較少，對(duì)載人潛水器的升級(jí)改造也較小。由于2012年NURP停止對(duì)HURL等6個(gè)國家海底實(shí)驗(yàn)室的資助，HURL自2013年由夏威夷大學(xué)資助并開展系列下潛作業(yè);后因經(jīng)費(fèi)短缺，夏威夷大學(xué)于2018年宣布將停止載人潛水器的運(yùn)營(yíng)，HURL面臨解散，包括“Pisces IV”號(hào)和“Pisces V”號(hào)在內(nèi)的相關(guān)裝備將被停止應(yīng)用。

HBOI于1970—2007年屬于私人非營(yíng)利機(jī)構(gòu)，2008年至今隸屬佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)，但僅依托海軍和相關(guān)科研項(xiàng)目獲得少量資助。HBOI偏重于載人潛水器的工程應(yīng)用和科學(xué)研究，其載人潛水器均為淺深度型。同樣因經(jīng)費(fèi)短缺，HBOI于2010年出售載人潛水器的支持母船，并于2011年解散技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)。目前其300米級(jí)“Johnson Sea-Link I”號(hào)和914米級(jí)“Johnson Sea-Link II”號(hào)均置于倉庫，300米級(jí)“Clelia”號(hào)因部件零散僅供參觀和研究。

2 載人潛水器的應(yīng)用和管理

2.1 業(yè)務(wù)機(jī)構(gòu)

“Alvin”號(hào)載人潛水器的應(yīng)用和管理主要依托于WHOI的國家深潛設(shè)施中心（NDSF）。NDSF由美國政府資助成立，同時(shí)負(fù)責(zé)大深度型“Jason”號(hào)纜控水下機(jī)器人（ROV）、“Sentry”號(hào)自治水下機(jī)器人（AUV）和“Nereus”號(hào)混合型潛水器（HROV，2014年在克馬德克海溝9 990 m水深處丟失）的應(yīng)用和管理。NDSF負(fù)責(zé)“Alvin”號(hào)載人潛水器的海上作業(yè)、日常維護(hù)、大修和升級(jí)等具體工作，相關(guān)業(yè)務(wù)由WHOI和美國政府聯(lián)合指導(dǎo)，并由大學(xué)與國家海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)（UNOLS）監(jiān)督。

HURL和HBOI均直接應(yīng)用和管理其載人潛水器，其中HURL的相關(guān)業(yè)務(wù)由夏威夷大學(xué)和NOAA聯(lián)合指導(dǎo)，HBOI的相關(guān)業(yè)務(wù)由佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)指導(dǎo)。

2.2 下潛作業(yè)

根據(jù)官方數(shù)據(jù)、可查的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和各技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)提供的數(shù)據(jù)，3家運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)的載人潛水器下潛情況如表1所示。

其中：HBOI的載人潛水器下潛深度最小，且主要在近海作業(yè)、海上作業(yè)時(shí)間短和故障率低，下潛頻次最高;WHOI的載人潛水器在大修和升級(jí)期間無法應(yīng)用，下潛頻次較高;HURL的載人潛水器下潛頻次最低。

“Alvin”號(hào)載人潛水器主要應(yīng)用于生命科學(xué)和地球科學(xué)的研究，其應(yīng)用領(lǐng)域如表2所示。

“Alvin”號(hào)載人潛水器主要在深遠(yuǎn)海開展下潛作業(yè)，作業(yè)海域范圍較大，其科學(xué)研究應(yīng)用潛次占全球所有載人潛水器的50%。而HURL和HBOI的載人潛水器的應(yīng)用領(lǐng)域和作業(yè)海域范圍均較小。

2.3 經(jīng)費(fèi)來源

WHOI的載人潛水器運(yùn)營(yíng)由海軍提供長(zhǎng)期資助，此外可獲得國家自然科學(xué)基金會(huì)（NSF）、NOAA、大學(xué)和研究所的大量科研項(xiàng)目支持，經(jīng)費(fèi)充足。而HURL和HBOI的載人潛水器運(yùn)營(yíng)分別由NOAA和海軍提供少量資助，此外可獲得NSF和NOAA等的少量科研項(xiàng)目支持，經(jīng)費(fèi)不穩(wěn)定且較缺乏。

海軍每年投入大量的固定資金用于“Alvin”號(hào)載人潛水器的運(yùn)營(yíng)，即使?jié)撍魍７旁趥}庫，也可保障其技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)的基本工資和潛水器的日常維護(hù)，且對(duì)潛水器的大修和升級(jí)提供額外經(jīng)費(fèi)。NSF和NOAA的科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)主要用于技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)除基本工資外的海上作業(yè)補(bǔ)貼和裝備（船舶和潛水器）的應(yīng)用，這些經(jīng)費(fèi)無須通過WHOI，而是由UNOLS統(tǒng)一管理，“Alvin”號(hào)載人潛水器是目前美國唯一納入U(xiǎn)NOLS管理的載人潛水器。此外，NDSF可獲得私人、基金會(huì)和企業(yè)等非政府部門的捐贈(zèng)支持，保障其靈活開展更多的創(chuàng)新工作。

3 在UNOLS申請(qǐng)應(yīng)用載人潛水器

UNOLS是美國國家海洋裝備的共享服務(wù)平臺(tái)，“共享”是該平臺(tái)的精髓，將科研項(xiàng)目、裝備應(yīng)用和經(jīng)費(fèi)預(yù)算有機(jī)聯(lián)系起來?！癆lvin”號(hào)載人潛水器及其支持母船等大型海洋裝備都由UNOLS調(diào)度，而其他載人潛水器由于尚未納入U(xiǎn)NOLS，獲得科研項(xiàng)目支持難免受限。

科學(xué)家可通過UNOLS申請(qǐng)應(yīng)用載人潛水器開展下潛作業(yè)，整個(gè)過程以嚴(yán)格、科學(xué)和有序的評(píng)估機(jī)制進(jìn)行控制和保障，載人潛水器、支持母船和技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)等的經(jīng)費(fèi)預(yù)算可在UNOLS中一目了然地體現(xiàn)。操作流程如圖1所示。

科學(xué)家可在UNOLS查看船舶等裝備的各項(xiàng)信息，從而便捷和靈活地選擇船舶、載人潛水器和搭載的儀器，相關(guān)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)清晰，有利于裝備資源的高效配置和使用。UNOLS將科學(xué)家的選擇結(jié)果反饋至項(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)，經(jīng)確認(rèn)或調(diào)整后執(zhí)行，并統(tǒng)一管理相關(guān)裝備及其費(fèi)用。

WHOI接到UNOLS的用船通知后，將相應(yīng)船舶全年和近期的航次計(jì)劃通過網(wǎng)站公開：近期航次計(jì)劃包括出發(fā)和返航時(shí)間、出發(fā)和停靠港口、首席科學(xué)家、航次支撐項(xiàng)目、海上作業(yè)總天數(shù)以及可能的調(diào)整等;全年航次計(jì)劃除此之外還包括下潛作業(yè)的資助機(jī)構(gòu)。

WHOI的技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)會(huì)盡其所能為科學(xué)家提供下潛作業(yè)支持，并與科學(xué)家各司其職?？茖W(xué)家如隨載人潛水器下潛，除水下電話外，不宜操作其他艙內(nèi)設(shè)備。

4 啟示

根據(jù)美國載人潛水器運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展?fàn)顩r，本研究主要獲得6個(gè)啟示。

（1）單純依靠科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)難以維持載人潛水器的運(yùn)營(yíng)，須確保固定經(jīng)費(fèi)投入。

（2）UNOLS是連接科學(xué)家、科研項(xiàng)目、船舶和載人潛水器等的紐帶，基于該平臺(tái)形成的應(yīng)用和管理機(jī)制是確?？蒲许?xiàng)目有效實(shí)施以及裝備資源高效配置和使用的關(guān)鍵。

（3）WHOI的載人潛水器建造較早、下潛深度較大，在裝備應(yīng)用和人才培養(yǎng)等方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，從而在同行競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，承擔(dān)大部分科研項(xiàng)目的下潛作業(yè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（4）在經(jīng)費(fèi)充足的條件下，由于主要在近海作業(yè)、海上作業(yè)時(shí)間短和故障率低，淺深度型載人潛水器的下潛頻次更高。

（5）階段性地開展載人潛水器的升級(jí)改造有利于其保持良好狀態(tài)?！癆lvin”號(hào)載人潛水器每3～5年開展1次中修，每10年開展1次大修，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行必要升級(jí)，保障其安全和高效應(yīng)用以及技術(shù)領(lǐng)先。

（6）WHOI從技術(shù)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)部件、儀器種類和航次計(jì)劃等多方面，通過互聯(lián)網(wǎng)全方位展現(xiàn)“Alvin”號(hào)載人潛水器及其技術(shù)支撐團(tuán)隊(duì)的能力，并為全球科學(xué)家提供開放式和人性化的服務(wù)。

我國載人深潛工作起步較晚，現(xiàn)有載人潛水器在深海資源勘探和生態(tài)環(huán)境調(diào)查等方面的支撐力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。隨著我國對(duì)深?？茖W(xué)認(rèn)知需求的擴(kuò)大，應(yīng)促進(jìn)載人潛水器及其保障機(jī)制的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化：從載人潛水器的數(shù)量和下潛深度方面，應(yīng)加強(qiáng)科學(xué)體系建設(shè);從載人潛水器的應(yīng)用和管理方面，應(yīng)加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)?？山梃bNSF和UNOLS的經(jīng)驗(yàn)，研究并實(shí)施適應(yīng)我國國情的載人潛水器運(yùn)行機(jī)制，樹立國家投入和公益服務(wù)的理念，保障其可持續(xù)發(fā)展。

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