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蛟龙号载人潜水器

蛟龙号载人潜水器

蛟龙号载人潜水器（Jiaolong manned submersible）简称“蛟龙”号，是中国第一艘自行设计、自主集成研制的深海载人潜水器，具有海底作业、定位系统等探秘海洋的多方面能力，能够为科学家搭建探索深海、研究深海的稳定可靠平台。

2002年，中国启动“蛟龙”号载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作；2007年9月1日，“蛟龙”号完成组装；2009年8月，“蛟龙”号先后组织开展了1000米级和3000米级海试工作；2012年6月27日，“蛟龙”号下潜深度达到7062米，创造了世界同类作业型潜水器的最大下潜深度纪录。中国成为继美、法、俄、日之后第五个掌握大深度载人深潜技术的国家，也宣告中国从此进入了载人深潜新时代。2024年5月28日，搭载“蛟龙号”载人潜水器的“深海一号”科考船顺利回到位于青岛市的国家深海基地码头，标志着中国首个大西洋载人深潜科考航次任务圆满完成。

“蛟龙”号长8.2米，宽3.0米，高3.4米，空重不超过22吨，最大荷载为240公斤，最大速度每小时25海里，巡航每小时1海里。“蛟龙”号载员3人，设计最大下潜深度为7000米级，可以在占世界海洋面积99.8%的海域自由行动。

蛟龙号载人潜水器系统包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统，具有近底自动航行和深海悬停定位、高速水声通信三大技术突破。

历程

研制背景

1990年，中国大洋矿产资源研究开发协会（以下简称“大洋协会”）经国务院批准在北京成立，标志着中国正式进入了海底矿产资源的勘探和开发领域。

1991年，大洋协会依据《联合国海洋法公约》被核准为深海采矿先驱投资者，获得了15万平方公里太平洋矿区的专属勘探权和优先开采权，而那个矿区属于多金属结核矿，位于5000多米深的海底。

1992年，中国船舶重工集团公司第702研究所（以下简称“702所”）提出要建造中国的载人潜水器。

研制历程

2002年，中国科技部将“蛟龙”号深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划（863计划）重大专项，启动“蛟龙”号载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。大洋协会作为“蛟龙号”的业主，负责统筹整个项目。702所作为研发主体，负责“蛟龙号”的整体设计和总装。徐芑南院士担任“蛟龙号”的总设计师。

2007年9月1日，在多个部门的密切协作下，蛟龙号载人潜水器终于完成组装。

2007年10月3日，蛟龙号潜器水池试验全面展开，经历了104个昼夜、53次水池试验。

2008年3月，蛟龙号潜器完成水池联调试验，具备了海试条件。

海试历程

2009年8—10月，“蛟龙”号在南中国海首次开展了1000米载人深潜试验。载人潜水器1000米海上试验中，完成20次下潜试验，其中，最大下潜深度达1109米，使中国继美国、俄罗斯、日本和法国之后成为世界上第五个具备1000米深度载人深潜能力的国家，是中国迈向深海的一大步。

2010年5—7月，“蛟龙”号在南中国海成功完成了3000米级海上试验。海试过程中，蛟龙号共完成17次下潜，其中7次穿越2000米深度，4次突破3000米，最大下潜深度3759米，并完成了坐底、巡航、插国旗、布放标志物、海水和生物抽样、海底高精度测绘学等多项海底作业，创造了水下和海底作业9小时零3分的记录。

2011年7—8月，“蛟龙”号在东北太平洋中国大洋矿产资源研究开发协会多金属结核勘探区成功开展了5000米级海上试验。蛟龙号共完成了5次下潜，最大下潜深度5188米，完成了坐底、巡航、水下摄影摄像、布放标志物、生物及微生物取样、海底高精度地形地貌测绘等多项海底作业，验证了蛟龙号载人潜水器在5000米级水深的各项性能和功能指标，标志着中国具备了载人到达全球70%以上海洋深处进行作业的能力。

2012年6月24日，“蛟龙”号在马里亚纳海沟7000米级海试大获成功。6月27日，“蛟龙”号在7000米级海试第五次下潜试验中，最大下潜深度达到7062米，并在海底发现有丰富的生物多样性存在，创造了世界同类作业型潜水器的最大下潜深度纪录。这让中国成为继美、法、俄、日之后第五个掌握大深度载人深潜技术的国家，也宣告中国从此进入了载人深潜新时代。

2013年6月，“蛟龙”号开始第一个试验性应用航次，为科学家搭建了探索深海、研究深海的稳定可靠平台。自此，中国科学家们迎来了亲入海底开展研究的新时代。

2014年12月18日，搭载着“蛟龙”号载人潜水器的“向阳红09”母船驶离毛里求斯路易港，前往中国西南印度洋多金属硫化物矿区开展科考作业，这将是中国载人潜水器首次在印度洋下潜。

2015年1月14日，中国载人潜水器“蛟龙”号在西南印度洋龙热液区执行印度洋科考首航段的最后一次下潜，这也是“蛟龙”号在这个航段的第9次下潜。

2016年4月30日，“蛟龙”号载人潜水器在西北太平洋维嘉海山西北侧成功完成科学应用下潜，也是其首次在这一海域搭载科学家进行下潜作业。

2016年5月22日，“蛟龙”号载人潜水器成功完成在雅浦海沟的最后一次科学应用下潜，最大下潜深度达6579米。

2017年，中国国家重点研发计划——深海关键技术与装备专项“蛟龙号载人潜水器科学应用与性能优化”由国家深海基地管理中心牵头承担，围绕热液区、深渊区前沿科学研究需求，从提高潜水器水下作业效率及安全性，降低运行成本等角度，对“蛟龙号”的结构、电气、机械、控制、声学等关键系统进行技术性能优化。

2018年底，“蛟龙号”完成载人球壳结构全寿命监测、框架结构调整设计与建造、水下灯光视频系统改进、作业接口规范与增加、测深侧扫技术与控制系统适应性升级等9大类技术升级。

2019年，“蛟龙号”完成水池试验，潜水器各系统技术状态良好，具备海试条件。

2020年12月1日~18日，“深海一号”船搭载“蛟龙号”赴南海开展1000~3000米级海试，对“蛟龙号”技术升级的2大类8小项进行验收。

2021年2月21日～4月2日，“深海一号”船搭载“蛟龙号”赴西北太平洋深渊区开展7000米级海试，完成12次下潜，对7大类18小项进行验收。

大修改造后的“蛟龙”号和新建造的“深海一号”船在西太平洋区域分别开展了为期39天、41天和59天的海上调查，“蛟龙”号载人潜水器共完成37次下潜作业，取得中国船级社7000米级复检证书，实现了在海山区8天6潜、深渊区5天4潜新作业纪录，作业效率显著提升。

截至2024年3月，蛟龙号、深海勇士号、奋斗者号三台潜水器累计下潜1100多次，承担了自2021年以来全球一半以上载人深潜任务。2024年5月28日，搭载“蛟龙号”载人潜水器的“深海一号”科考船顺利回到位于青岛市的国家深海基地码头，标志着中国、国首个大西洋载人深潜科考航次任务圆满完成。科考船先后在印度洋、南大西洋和北大西洋开展调查作业，总航程约5.7万公里，成功开展载人深潜作业46次。2024年8月18日，抵达西太平洋首个作业区的“蛟龙号”，搭载2024西太平洋国际航次首席科学家许学伟，潜航员齐海滨、张奕完成航次首潜，这也是蛟龙号完成的第300次下潜。同年8月28日，“蛟龙号”载人潜水器完成2024西太平洋国际航次科考第9次下潜作业，当日在西太平洋海域一处海盆进行下潜，最大下潜深度4706米。在约5小时的海底作业中，科研团队共观察及拍摄到肉食海绵、根足虫等近10种海绵生物，采集到海参、海绵、海百合、海星纲、珊瑚5种代表性生物样品。9月1日，“蛟龙号”载人潜水器在2024西太平洋国际航次科考的第十一次下潜作业中，顺利完成深海羽流絮凝实验。

工作原理

下潜、上浮原理

“蛟龙号”是无动力自主下沉与上浮，当它入水下潜试验前，需要根据海底作业区的海水密度，确定“蛟龙号”需要搭载压载铁的重量。由于有压载铁，潜器为负浮力，进入海水中后开始下沉；当到一定深度，潜器根据作业需要抛掉部分压载铁，以使潜器的比重最大程度接近海水密度，减少螺旋桨的工作压力。“蛟龙号”坐底后，潜航员操作潜器进行标志物布防、沉积物采样和海底微型地貌勘测等；在完成所有作业后，潜航员操作再次抛掉压载铁，潜器变为正浮力，开始上升。

作业流程

蛟龙号载人潜水器海上作业流程：潜水器维护—下潜准备—起吊—布放—水面漂浮—下潜—坐底—作业—上浮—水面漂浮—回收—母船系固。

下潜过程

“蛟龙”号从母船甲板布放到水中后，“蛙人”解下主吊缆和拖曳缆，潜航员完成潜水器水面检查、得到下潜许可后，潜水器压载水箱注水下潜。下潜过程中，需要关注下潜速度、阻力、接地等数值，1000米、2000米潜水器功能检查。在离底合适高度抛弃下潜压载，均衡调整，复核潜水器的各系统功能。

作业过程

到达预定下潜深度后开始作业，拍摄海底生物和海底地形地貌视频、照片，采集多参数环境数据。同时，视情况采集生物、底层非保压海水、底层保压海水、沉积物和岩石样品，直至作业结束、选择远离作业点位置抛弃上浮压载，返回水面。

水下作业时，3名下潜人员需密切关注潜水器各系统运行情况。驾驶潜水器是四面悬空航行，右操作杆前进后退、左转右转，左操作杆是上浮下潜。近底航行时，左右舷人员需密切关注观察周围环境，适时为主驾驶提供路径规划参考。同时，左舷副驾驶还需负责与水面的通讯联络，以及舱内氧气、温度和湿度等相关情况的监控。

组成

系统组成

蛟龙号载人潜水器系统包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统，是个复杂的大系统工程。载人潜水器本体系统则被划分为总体、结构、舾装、电力与配电、推进、水声、生命保障等12个分系统。

控制系统

蛟龙号载人潜水器有三大控制系统，主要包括航行控制系统、综合显示系统和水面监控系统。

航行控制系统主要完成潜水器传感器信息采集、导航定位、执行机构控制、信息传递等功能。航行控制计算机控制潜水器执行各种动作，采集潜水器各种传感器信息，包括导航信息、液压系统信息，生命支持系统信息、能源信息等，并对各耐压罐、接线箱的泄漏和补偿液位进行检测。

综合显控系统可为操作员提供全程操作指导与数据监视功能，信息显控功能主要实现了潜器位置坐标、母船位置坐标、目标点位置坐标的显示、生命支持系统显示、传感器信息系统显示、液压系统信息显示、推进器信息显示等功能。

水面监控系统是监视母船与潜器位置及潜器主要自然信息的水面监控系统，可以为指挥员实时提供所需的信息，从而对母船姿态与潜水器位置进行正确判断，进而指挥进行相应的操作。

声学系统

蛟龙号载人潜水器的声学系统包括水声通信机、高分辨率测深侧扫声呐、避碰声呐、成像声呐、声学多普勒测速仪和定位应答器等。

“蛟龙”号的水声通信机有4种功能：一是相干水声通信，又称高速水声通信，传输速率约每秒数千比特，用于传输图像；二是非相干水声通信，传输速率约每秒数百比特，属于中速通信，传输文字、指令和数据；三是扩频通信，属于远程低速通信，传输速率约每秒数十比特，用于传输指令；四是水声语音通信，采用模拟信号传输语音。

生命保障系统

“蛟龙”号设有生命支持系统和两套氧气供给系统，可提供氧气、水、食品、药品等，可保证3人84小时安全。在舱内生命支持系统方面，下潜时“蛟龙”号载人舱里保持大气常压水平，氧气浓度维持在17%～23%之间，二氧化碳则小于0.5%。当下潜开始后，载人舱内的一套自动控氧装置就会根据实际情况增加或者减少氧气供应量，同时吸收潜航员排出的二氧化碳。

部件组成

外壳

蛟龙号载人潜水器采用钛合金外壳，厚70多毫米，能抗超高压。

尾翼

蛟龙号载人潜水器采用X型稳定翼，4个推进器向量布置，具有较高的垂直稳定性和水平稳定性，提高了“蛟龙”号的整体机动性。

电池

蛟龙号载人潜水器使用的是充油银锌蓄电池，是中国完全自主研发的大容量蓄电池，电量超过110千瓦时，能为“蛟龙”号提供超过几十个小时的动力，充分保证水下作业时间。

压载铁

蛟龙号载人潜水器搭载的4块压载铁可使潜水器按照一定速度下潜，当潜水器到达设定深度时，可抛置其中两块压载铁，使潜水器处于零浮力悬停状态，任务完成后，抛置另外两块压载铁，使潜水器浮出水面。

观察窗

蛟龙号载人潜水器有3个观察窗，为了对抗深海的压强，观察窗非常厚，外直径大内直径小。其中，最大的直径为20厘米。

机械手

蛟龙号载人潜水器有两个机械手，左右各一个，可以伸缩，各有多个关节。

照明摄像

蛟龙号载人潜水器头部位置，安装有16个灯，分为3种类型，“蛟龙”号还安装有高清摄像机、ECCD摄像机和500万像素照相机，配备灯光与摄像设备构成了一个完整系统。

载人耐压舱

蛟龙号载人潜水器舱内直径2.1米，标准载员3人。

配套组成

“深海一号”船

“深海一号”科考船于2019年下水，它接替了已退役的“向阳红09号”科考船，成为中国第一台作业型深海载人潜水器“蛟龙号”的母船。

“深海一号”是一艘满足无限航区要求、具有全球航行能力专用载人潜水器支持母船。“深海一号”不仅能为“蛟龙号”深潜作业提供水下、水面支持，还具备数据、样品的现场处理和分析能力，同时还拥有专门的维护保养机库，极大提升有效下潜次数，提高作业效率。

“深海一号”船船总长90.2米，型宽16.8米，设计吃水5.5米，型深8.3米，设计航速16节以上，续航能力超过12000海里，在重量控制、材料与工艺以及内装、照明等方面按照国际先进理念和跨学科技术合作进行设计和建造。

专属机库

“深海一号”的船身后部，为“蛟龙号”设置了一个专属机库，并通过轨道与船尾相连。在非下潜作业时，可以让“蛟龙号”船身免受风吹雨淋，还可以让“蛟龙号”在室内完成维护维修工作。

DP-1动力定位系统

深海一号”采用了DP-1动力定位系统，能够在情况复杂多变的海上精确固定在需要的方位上。当“蛟龙号”下潜的时候，母船需要停留在下潜位置的上方水面，配备的该动力定位系统，可以确保母船精准停留在潜水器上方，更好地提供通信等保障服务。

信息化系统和科考设备

为了给“蛟龙号”深潜作业提供合适的水下、水面支持，“深海一号”也配备了多个信息化系统和科考设备，例如浅地层剖面仪、多波束探测系统，船身底部的超短/长基线水声通信、CTD等。下潜前，“深海一号”需要对潜水器下潜位置的海底地形地貌进行前期勘查，通过这些信息化设备，母船可以提前行驶到下潜位置的水面上方，对不同深度海域的温度、盐度以及微生物的情况进行探测并获得数据，为下潜做好前期准备。

大型实验室

在“深海一号”主甲板层，分布有微生物实验室、生物化学实验室、地质实验室等。“深海一号”还配备了满足科学调查及数据处理所需要的多种类型、超过300平方米的大型实验室和专用6000米级无人缆控潜水器作业系统，具备数据、样品的现场处理和分析能力。

关键技术

"蛟龙”具有近底自动航行和深海悬停定位、高速水声通信三大技术突破。

近底自动航行

"蛟龙号”具备自动航行功能，可以完成三种自动航行：自动定向航行，驾驶员设定方向后，"蛟龙号” 可以自动航行；自动定高航行，可以让潜水器与海底保持一定高度，避免出现碰撞，从而可以让"蛟龙号”轻而易举地在复杂环境中航行；自动定深功能，可以让”蛟龙号”保持与海面固定距离。

深海悬停定位

“蛟龙号”在海底作业发现目标时，由驾驶员行驶到相应位置，"定住” 位置，与目标保持固定的距离。海底洋流会导致”蛟龙”号摇摆不定，机械手运动也会带动整个潜水器晃动，针对作业目标做到精确地”悬停”，这可以运载科学家和工程技术人员进入深海，在海山、洋脊、盆地和热液喷口等复杂海底进行机动、悬停、正确就位和定点坐坡，有效执行海洋地质、海洋地球物理、海洋地球化学、海洋地球环境和海洋生物等科学考察。

高速水声通信

科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信和海底微貌探测技术，”蛟龙号”潜入深海数千米也能与母船保持联系，可以高速传输图像和语音，探测海底的小目标。这一技术可使"蛟龙号”具备深海探矿、海底高精度地形测量、可疑物探测与捕获、深海生物考察等功能，可以开展对多金属结核资源进行勘查，可对小区地形地貌进行精细测量，可定点获取结核样品、水样、沉积物样、生物样，可通过摄像、照相对多金属结核覆盖率、丰度等进行评价等；对多金属硫化物热液喷口进行温度测量，采集热液喷口周围的水样，并能保真储存热液水样等；对富钴结壳资源的勘查，利用潜钻进行钻芯抽样作业，测量钴结壳矿床的覆盖率和厚度等；可执行水下设备定点布放、海底电缆和管道的检测，完成其他深海探询及打捞等各种复杂作业。

主要成果

南海

在南海，初步查明了南海冷泉区和海山区生物群落特征，获取了冷泉区的地球化学特征，6个新种和生物群落的3个优势种的新发现，为中国科学家在深海大型底栖生物分类学和生物多样性领域的研究提供了支撑。初步圈定了1000米级多金属结核试采区的目标靶区，在试采区及参照区开展了多学科调查，获得了高质量结核、结壳样品及数据资料，为深入研究南海铁锰成矿作用等科学研究提供了支撑，为后续开展采矿环境影响评价打下了基础。

西太平洋

2013年，在西太平洋深渊海沟区，初步查明雅浦海沟北段西侧生物群落结构，认识了其微生物、细菌、古菌和真菌的多样性，揭示了食腐端足目在近底层的分布规律；认识了马里亚纳海沟生态系统基本特征，获取了大批量马里亚纳海沟深渊底部保压海水样品。在西太平洋海山结壳勘探区，探查了采薇海山区的结壳、结核的分布特征，初步了解维嘉海山区富钴结壳的分布范围，初步探明采薇海山与维嘉海山巨型底栖生物分布具有良好的连通性。

2021年，蛟龙号在西太平洋区域分别开展了为期39天、41天和59天的海上调查，“蛟龙”号载人潜水器共完成37次下潜作业，取得中国船级社7000米级复检证书，实现了在海山区8天6潜、深渊区5天4潜新作业纪录，作业效率显著提升。深渊区科学应用航次中，“蛟龙”号围绕超深渊地形地貌特征及地质构造演变、超深渊生物群落结构及空间分异机制、超深渊地震活动与地质灾害特征等科学问题，获取一批高精度定点定位的高质量生物地质样品、高分辨率地形地貌数据和高清视像资料。探明相邻深渊底部烃氨来源、分布及原位氧化速率，获得参与烃氨化学循环微生物作用记录，揭示深渊及海山特定底栖物种分布模式及其环境适应性，揭示地幔源区性质，探讨海沟沟 - 弧 - 盆系统的俯冲过程，揭示深渊底部生态系统物质、能量等来源和相互交换提供基础地质背景。

东太平洋

在东太平洋中国多金属结核勘探区，调查发现，在海水较深且比较平坦的海盆结核覆盖率稍低，为37.5%；在海丘斜坡上结核覆盖率有增高的趋势，最高达60%，基本查明中国多金属结核合同区的结核分布特征。

西南印度洋

在西南印度洋中国多金属硫化物勘探区，基本确定了典型热液区的活动状况及发育范围，采集了热液流体样品，并对热液喷口及附近进行了多次温度观测，基本查明龙旂热液区热液活动及热液产物分布特征，进一步了解了底栖生物群落结构，揭示了龙旂热液区共附生微生物的多样性。

西北印度洋

在西北印度洋中国热液硫化物调查区，初步查明“卧蚕1号”“卧蚕2号”“天休”“大”4个作业区的热液区位置，对热液区环境特征及生物群落结构有了基本认识。

价值意义

“蛟龙”号在7000米级海试中创造了中国载人深潜新纪录，实现了中国深海技术发展的新突破和重大跨越，标志着中国深海载人技术达到国际领先水平，使中国具备了在全球99.8％的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。

科学价值

深渊科学研究是当前国际海洋学研究的前沿和热点。“蛟龙”号的投入使用，使中国成为世界上少数能够开展深渊科考特别是载人深渊科考的国家之一，彰显了中国在深海装备研发领域的实力，所获得的成果将增加人们对深渊底部地球化学过程以及生命活动规律的认知。利用“蛟龙”号载人潜水器性能优化后所具备的稳定、持续的大深度作业能力，所开展的一系列深渊科学应用将为中国的深渊科学研究提供可靠的支撑，使中国不断缩小与发达国家的差距，进而达到国际领先水平。

经济价值

以高温、高压、高硫化氢和甲烷以及缺氧的海底热液区为代表的深海极端环境区域，可能孕育着地球生命初始形态，是现代地球科学和生命科学的重大前沿性研究领域之一。同时，正在不断形成的热液硫化物又是富有经济前景的重要矿产资源。“蛟龙”号的投入使用，可以为未来大尺度海底硫化物资源的快速评估提供重要的精确量化参数，提升海底热液资源的勘探和评估效率，有效维护中国在国际海底区域的重大经济权益。