美國載人潛水器的應用和管理及其啟示

史先鵬 劉保華

摘要：為促進我國載人深潛工作和載人潛水器的可持續發展，文章調研美國載人潛水器運營機構及其載人潛水器的應用和管理，重點介紹大學與國家海洋學實驗室系統（UNOLS）發揮的重要作用，并提出啟示。研究結果表明：美國載人潛水器運營機構主要包括伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）、夏威夷水下研究實驗室（HURL）和佛羅里達大西洋大學海港分校海洋研究所（HBOI），其中WHOI的載人潛水器升級最多和應用最廣，而HBOI的載人潛水器下潛頻次最高;WHOI的載人潛水器運營良好，而HURL和HBOI已不再運營，其中固定經費至關重要，技術和服務水平也是影響因素;科學家可通過UNOLS申請應用WHOI的載人潛水器開展下潛作業，操作過程嚴格、科學和有序，有利于裝備資源的高效配置和使用;我國可借鑒相關業務經驗，促進載人潛水器及其保障機制的標準化和規范化。

關鍵詞：載人深潛;海洋裝備;深遠海;共享平臺;運營經費

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

在眾多深海運載裝備中，載人潛水器可搭載科學家到達海底，開展近距離觀察、原位精準采樣和精細化操作等活動，具有擾動小和噪音小等優勢，已成為衡量國家海洋技術實力的重要標志[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臺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，其中有160臺較活躍，被廣泛應用于海洋科研、海洋工程、海底觀光、商業開發和軍事安全等領域[5]。

我國于2002年啟動“蛟龍”號載人潛水器的自主設計和集成工作;在原國家海洋局的領導和中國大洋協會的組織實施下，7 000米級“蛟龍”號載人潛水器于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7 062 m[6-8];自2013年開始，國家深海基地管理中心組織“蛟龍”號載人潛水器的試驗性應用航次，先后在我國南海、東太平洋多金屬結核勘探區、西太平洋海山結殼勘探區、西南印度洋脊多金屬硫化物勘探區、西北印度洋脊多金屬硫化物調查區、西太平洋雅浦海溝區和西太平洋馬里亞納海溝區七大海區的深水區域開展100余次成功下潛，覆蓋深海海溝、海盆和洋中脊等重點和典型區域，前所未有地獲得對深海資源環境的新認識，開辟深海科學研究的新領域。此外，我國4 500米級“深海勇士”號載人潛水器于2017年年底完成海試并投入應用，全海深載人潛水器也計劃于2020年海試。

美國載人潛水器建造最早，運營也最成熟。本研究通過對美國載人潛水器運營機構的系列調研，分析其載人潛水器的應用和管理以及UNOLS的作用，并提出啟示。

1 美國載人潛水器運營機構

美國載人潛水器運營機構主要包括伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）、夏威夷水下研究實驗室（HURL）和佛羅里達大西洋大學海港分校海洋研究所（HBOI）。

WHOI屬于私人非營利機構，擁有強大的載人潛水器技術支撐團隊，其“Alvin”號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，應用領域十分廣泛。“Alvin”號被多次升級改造，與1964年建造時相比，幾乎所有部件都被更換。自2012年開始，WHOI將“Alvin”號升級為6 500米級載人潛水器，其具有更大的載人艙，觀察窗由3個增至5個，并配置更先進的燈光系統、攝像系統、浮力材料和操控系統等，這是有史以來“Alvin”號的最大升級。“Alvin”號將于2020年完成最終升級[8]，已有眾多科學家排隊等待其海試和業務化應用。

HURL成立于1980年，由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的國家海底研究計劃（NURP）資助，同時運營2 000米級“Pisces IV”號和“Pisces V”號。2臺載人潛水器均于1973年由加拿大溫哥華混合動力公司建造，海試后即由加拿大漁業與海洋部應用，并由加拿大海洋科學中心運營，在大西洋、北冰洋和太平洋開展下潛作業;后因加拿大政府削減財政支持，“Pisces IV”號被停止應用，并與“Pisces V”號分別于1987年和2000年由HURL收購。HURL偏重于載人潛水器的應用，主要在夏威夷群島附近開展海底生態環境調查，技術支撐團隊人員較少，對載人潛水器的升級改造也較小。由于2012年NURP停止對HURL等6個國家海底實驗室的資助，HURL自2013年由夏威夷大學資助并開展系列下潛作業;后因經費短缺，夏威夷大學于2018年宣布將停止載人潛水器的運營，HURL面臨解散，包括“Pisces IV”號和“Pisces V”號在內的相關裝備將被停止應用。

HBOI于1970—2007年屬于私人非營利機構，2008年至今隸屬佛羅里達大西洋大學，但僅依托海軍和相關科研項目獲得少量資助。HBOI偏重于載人潛水器的工程應用和科學研究，其載人潛水器均為淺深度型。同樣因經費短缺，HBOI于2010年出售載人潛水器的支持母船，并于2011年解散技術支撐團隊。目前其300米級“Johnson Sea-Link I”號和914米級“Johnson Sea-Link II”號均置于倉庫，300米級“Clelia”號因部件零散僅供參觀和研究。

2 載人潛水器的應用和管理

2.1 業務機構

“Alvin”號載人潛水器的應用和管理主要依托于WHOI的國家深潛設施中心（NDSF）。NDSF由美國政府資助成立，同時負責大深度型“Jason”號纜控水下機器人（ROV）、“Sentry”號自治水下機器人（AUV）和“Nereus”號混合型潛水器（HROV，2014年在克馬德克海溝9 990 m水深處丟失）的應用和管理。NDSF負責“Alvin”號載人潛水器的海上作業、日常維護、大修和升級等具體工作，相關業務由WHOI和美國政府聯合指導，并由大學與國家海洋學實驗室系統（UNOLS）監督。

HURL和HBOI均直接應用和管理其載人潛水器，其中HURL的相關業務由夏威夷大學和NOAA聯合指導，HBOI的相關業務由佛羅里達大西洋大學指導。

2.2 下潛作業

根據官方數據、可查的網絡數據和各技術支撐團隊提供的數據，3家運營機構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、海上作業時間短和故障率低，下潛頻次最高;WHOI的載人潛水器在大修和升級期間無法應用，下潛頻次較高;HURL的載人潛水器下潛頻次最低。

“Alvin”號載人潛水器主要應用于生命科學和地球科學的研究，其應用領域如表2所示。

“Alvin”號載人潛水器主要在深遠海開展下潛作業，作業海域范圍較大，其科學研究應用潛次占全球所有載人潛水器的50%。而HURL和HBOI的載人潛水器的應用領域和作業海域范圍均較小。

2.3 經費來源

WHOI的載人潛水器運營由海軍提供長期資助，此外可獲得國家自然科學基金會（NSF）、NOAA、大學和研究所的大量科研項目支持，經費充足。而HURL和HBOI的載人潛水器運營分別由NOAA和海軍提供少量資助，此外可獲得NSF和NOAA等的少量科研項目支持，經費不穩定且較缺乏。

海軍每年投入大量的固定資金用于“Alvin”號載人潛水器的運營，即使潛水器停放在倉庫，也可保障其技術支撐團隊的基本工資和潛水器的日常維護，且對潛水器的大修和升級提供額外經費。NSF和NOAA的科研項目經費主要用于技術支撐團隊除基本工資外的海上作業補貼和裝備（船舶和潛水器）的應用，這些經費無須通過WHOI，而是由UNOLS統一管理，“Alvin”號載人潛水器是目前美國唯一納入UNOLS管理的載人潛水器。此外，NDSF可獲得私人、基金會和企業等非政府部門的捐贈支持，保障其靈活開展更多的創新工作。

3 在UNOLS申請應用載人潛水器

UNOLS是美國國家海洋裝備的共享服務平臺，“共享”是該平臺的精髓，將科研項目、裝備應用和經費預算有機聯系起來。“Alvin”號載人潛水器及其支持母船等大型海洋裝備都由UNOLS調度，而其他載人潛水器由于尚未納入UNOLS，獲得科研項目支持難免受限。

科學家可通過UNOLS申請應用載人潛水器開展下潛作業，整個過程以嚴格、科學和有序的評估機制進行控制和保障，載人潛水器、支持母船和技術支撐團隊等的經費預算可在UNOLS中一目了然地體現。操作流程如圖1所示。

科學家可在UNOLS查看船舶等裝備的各項信息，從而便捷和靈活地選擇船舶、載人潛水器和搭載的儀器，相關費用標準清晰，有利于裝備資源的高效配置和使用。UNOLS將科學家的選擇結果反饋至項目承擔機構，經確認或調整后執行，并統一管理相關裝備及其費用。

WHOI接到UNOLS的用船通知后，將相應船舶全年和近期的航次計劃通過網站公開：近期航次計劃包括出發和返航時間、出發和停靠港口、首席科學家、航次支撐項目、海上作業總天數以及可能的調整等;全年航次計劃除此之外還包括下潛作業的資助機構。

WHOI的技術支撐團隊會盡其所能為科學家提供下潛作業支持，并與科學家各司其職。科學家如隨載人潛水器下潛，除水下電話外，不宜操作其他艙內設備。

4 啟示

根據美國載人潛水器運營機構的發展狀況，本研究主要獲得6個啟示。

（1）單純依靠科研項目經費難以維持載人潛水器的運營，須確保固定經費投入。

（2）UNOLS是連接科學家、科研項目、船舶和載人潛水器等的紐帶，基于該平臺形成的應用和管理機制是確保科研項目有效實施以及裝備資源高效配置和使用的關鍵。

（3）WHOI的載人潛水器建造較早、下潛深度較大，在裝備應用和人才培養等方面積累了豐富的經驗，從而在同行競爭中保持領先優勢，承擔大部分科研項目的下潛作業，實現可持續發展。

（4）在經費充足的條件下，由于主要在近海作業、海上作業時間短和故障率低，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改造有利于其保持良好狀態。“Alvin”號載人潛水器每3～5年開展1次中修，每10年開展1次大修，并根據實際應用需求進行必要升級，保障其安全和高效應用以及技術領先。

（6）WHOI從技術指標、結構部件、儀器種類和航次計劃等多方面，通過互聯網全方位展現“Alvin”號載人潛水器及其技術支撐團隊的能力，并為全球科學家提供開放式和人性化的服務。

我國載人深潛工作起步較晚，現有載人潛水器在深海資源勘探和生態環境調查等方面的支撐力度遠遠不足。隨著我國對深海科學認知需求的擴大，應促進載人潛水器及其保障機制的標準化和規范化：從載人潛水器的數量和下潛深度方面，應加強科學體系建設;從載人潛水器的應用和管理方面，應加強人才隊伍建設。可借鑒NSF和UNOLS的經驗，研究并實施適應我國國情的載人潛水器運行機制，樹立國家投入和公益服務的理念，保障其可持續發展。

參考文獻

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