摘要：本文介绍了我国与世界其它国家潜水器发展状况，提出目前我国潜水器研制中存在的一些关键技术问题和解决方式。
关键词：潜水器
引言
潜水器设计是一项综合性的复杂工程，它涉及到流体、结构、材料、生命支持、液压、水声、光学、计算机控制等多门学科。
潜水器研制水平，往往体现了一个国家的综合技术力量，典型的如 6000m 深潜器，目前仅美、法、日、俄、中等国家才能研制。二十一世纪是海洋的世纪，作为一个海洋大国，理应在深潜器研制、应用方面占据一席之地。
国外潜水器发展状况
人类从二十年代开始现代潜水器研制，一直到六十年代，主要是向深度挑战。 1934 年，美国潜水器潜入 914m 深度，开始了人类第一次在深海对生物进行观察。 1960 年，人类终于下潜到海洋最深处 10913m ，即太平洋马里亚纳海沟。这段时期研制的潜水器一般仅限于观察，无运动、作业能力，发展也较为缓慢。
六十年代，以美国 “ 阿尔文 ” 号为代表的第二代潜水器得到发展。这类潜水器带有动力，还配置了水下 TV 、机械手等，不仅可以观察，还可以进行一些简单作业和海洋资源调查等任务。 “ 阿尔文 ” 号以铅酸电池作为动力，下潜深度 3658m ， 1966 年， “ 阿尔文 ” 号和另一潜水器配合，在西班牙海域打捞出一颗失落的氢弹，其影响不可估量。
1963 年，美国长尾鲨号核潜艇失事，造成艇上官兵全部遇难的恶性事故。前苏联共青团号核潜艇失事，艇上官兵也有几十人遇难。这促使了美、苏等国研究深潜遇难潜艇的营救问题。 1970 年，美国深潜救生艇 DSRV 下水，最大下潜深度 1069m ，一次可营救 24 名人员，并配有 7 自由度机械手。 1979 年，美、英联合进行 DSRV 救援演习获得成功，这是人类历史上第一次在水下由救生艇向另一潜艇进行人员干转移。同时，也把载人潜水器技术推向了顶峰。
七十年代中后期，受两次石油危机的影响，近海石油开采迅猛发展，新一代无人遥控潜水器 ROV 使潜水器发展到了鼎盛时期。它突出了作业能力及商业应用，目前，已发展到 500 多艘，其中 90% 用于石油平台作业。
进入八十年代末，九十年代初，由于大陆石油资源枯竭并不如原先估计的那样严重，海洋石油开采受成本、风险影响，处于修整期。潜水器发展同样也处于停顿，甚至萎缩状态。连一些世界上著名大公司如 OSEL 、 AMETEK 等都倒闭或被其它公司合并。
我国潜水器技术发展状况
我国从七十年代开始较大规模地开展潜水器研制工作， 20 多年来，广大科技工作者付出辛勤汗水，紧跟世界先进水平，先后研制成功以援潜救生为主的 7103 艇 ( 有缆有人 ) 、 Ⅰ 型救生钟 ( 有缆有人 ) 、 QSZ 单人常压潜水器 ( 有缆有人 ) 、 8A4 水下机器人 ROV( 有缆无人 ) 和军民两用的 HR-01 ROV ， RECON IV ROV 及 CR-01A 6000m 水下机器人 AUV( 无人无缆 ) 等，使我国潜水器研制达到国际先进水平。我国潜水器研制也有几个显著阶段特征：
七十年代，主要研制载人援潜救生潜器。典型代表是 Ⅰ 型救生钟和 7103 艇。 Ⅰ 型救生钟是我国第一代潜水钟，它以湿救为主，兼顾干救，下潜深度 130m ，一次可救助艇员 6-8 人。在良好海况下，失事艇座沉海底倾角不大时，也可以与失事艇救生平台对口干救。 7103 深潜救生艇主要是吸取美、苏潜艇失事的惨痛教训而研制的，它下潜深度达 300m ，一次可救助 22 名艇员。 7103 艇和失事艇对接成功后，可以实现艇与艇人员的干转移。它的研制成功，使我国援潜救生水平跃居世界先进水平行列。
由于救生钟无自航能力及作业能力，当失事艇处于较复杂的海况中，或救生平台有其他杂物时，便很难进行对接作业。故八十年代中，我国开始研制作业型载人潜水器，典型代表是 QSZ 单人常压潜水器。
QSZ 内部保持常压，载员一名，工作深度 300m 。它带有中继站，巡航半径 50m ，潜水员操作机械夹持器，可以完成简单的水下作业任务。当深度超过 300m 时，由于海水压力的存在，潜水员作业很容易疲劳。因此，它适合下潜不深、较短时间的作业任务。
三级援潜救生作业是一项很复杂的作业任务，有剪切钢缆，开花甲板，拧阀门等。显然， QSZ 是难以胜任的，因此，八十年代末，中国船舶工业总公司组织二所二校联合攻关，研制 8A4 水下机器人。其目标是研制一台以军用援潜救生为主，兼顾海洋油气开发，具有局部智能的无人缆控作业型水下机器人 -ROV 。它有三个显著的技术特征：
a ：总体性能大于当时国内正在研制的各种缆控潜水器，技术层次上区别于 “863” 无缆水下机器人。
b ：吸取引进的 AMETEK 2006 ROV 先进技术，按作业要求，改进其不足之处。
c ：以援潜救生为主，逐步实现抢险救生作业智能化。
8A4 水下机器人工作深度 600m ，设有中继站，巡航半径为 150m ，配有五功能锚定手和六功能作业手，并配有六种作业工具支持。
8A4 水下机器人 1993 年通过海试，并成功地打开了失事潜艇模拟花甲板，在当时是国内潜水器中作业能力最强的一个。但由于经费原因，取消了中继站，潜水器直接拖带 600m 铠装缆下潜作业，机动性、抗流能力、作业能力大受影响，远未发挥出其应有的功能。
同时期，我国 ROV 另一典型代表是 RECON ⅠV 水下机器人，它是沈阳自动化所引进美国 PERRY 公司关键技术研制成功的，在南海石油平台作业中投入商业应用，并拟在海军各救捞大队配备使用。上海交通大学和加拿大 ISE 公司通过政府合作方式，联合研制成功 Hysub 10 及 Hysub 40 ROV 。其中 Hysub 10 功率仅 10HP ，主要用于教学、演示及简单的水下观察任务。 Hysub 40 则一直在上海打捞局使用，是国内引进的潜水器中，使用、经营较为成功的潜水器之一。
进入九十年代，我国深潜器研制取得了重大突破，其典型代表是 “ 探索者 ” 号 1000m 无人无缆遥控潜器和 CR-01 A 6000m 无人无缆遥控潜器 AUV 。它借助了俄罗斯有关技术力量，其中后者设计深度 6000m 。 1995 年 10 月，在夏威夷附近海域，成功地下潜到 5300m ，拍摄到海底锰结核矿分布情况，海底地势等重要图片，收集到大量珍贵数据。同时，也使我国成为继美、法、俄、日等国之后，能研制 6000m 深潜器的国家之一，为今后大洋锰核矿探测和大规模开采，创造了先决条件。
我国潜水器研制中存在的一些问题
我国潜水器研制主要目的就是三级援潜救生，同时，兼顾海洋油气开发的需要。经过 20 多年的努力，取得了骄人的成绩，解决了一大批关键技术，其主要技术水平已赶上国际先进水平，形成了二所三校一厂 ( 沈阳自动化所， 702 所，哈尔滨工程大学，上海交通大学，华中理工大学及武昌造船厂 ) 为主要的科研格局，培养了一大批中青年科技队伍。应该说，我国已基本具备了研制各种不同类型潜水器的能力。
目前，存在的主要关键技术问题有：
1 援潜救生作业
援潜救生是我国也是世界各国潜水器研制的首要目标，尽管我国已基本上具备了援潜救生条件，但实际应用中，由于海况的复杂性，离真正完成三级援潜救生尚有一段距离。关键问题有两个：
a 全方位抗流能力
目前，各种自航式潜水器多为流线型，前后方向阻力小，侧向阻力大，为提高航速，前进方向一般布置两个桨，同时兼顾左右转向之用。介向一般布置一个桨，这样潜器侧向抗流能力较小，而潜器靠近失事目标时，海流是多向的，加上失事艇周围产生较大涡流，这就要求潜器有全方位抗流能力，否则，很难靠临目标，更谈不上救生了。
另一方面，以往研究潜器抗流能力时，都是基于机械手处于收藏位置，以此为基点来研究潜器水动力特性、螺旋桨设计、布置等等。实际操作当中，特别是潜器靠临失事目标时，机械手必须展开，抓取目标、锚定，然后才能作业。而机械手在不用伸展状态时，海流的影响是不同的，海流作用力通过机械手传递到潜器本体，当海流作用力足够大时，便会影响到潜器水动力性能。如果控制系统不能及时予以修正，潜器抗流能力便会降低。
该问题的求解要根据齐次坐标变换矩阵，建立起系统力传递变换矩阵，这是非线性的、多耦合系统，求出解析解相当困难。因此，只能通过数值分析理论，求出实时解，计算机实时控制。目前，该问题尚未很好解决。
b 潜器作业能力
潜器作业能力实际是和抗流能力紧密相连的，当潜器靠临失事目标、尚未锚定， “ 悬浮 ” 作业时，海流的影响使潜器很难精确定位，而作业时，机械手不同的伸展状态、工具作业时反作用力又影响到潜器的抗流、定位能力。以往研究潜器动力定位时，多是研究潜器在海水中的 “ 悬浮 ” 能力，而作业条件下动力定位，则是一个尚未研究解决的关键技术。因此，援潜救生中，若是打开失事艇救生平台花甲板、接送气管等，关键是潜器如何靠临失事艇，如何在救生平台附近锚定。若是从鱼雷发射管送食品、淡水等，关键是潜器如何在动力定位下作业。一旦这些关键技术有所突破，三级援潜救生技术必然有一个大飞跃了。
2 石油平台支持作业
潜水器发展到今天，最成功、最广泛的商业应用便是石油平台支持作业。石油平台支持作业目标明确，如井口水平仪观察、更换 0 形圈等，作业范围小，仅井口附近，四周有众多桩、管可以锚定。故对于石油平台支持作业，潜器抗流能力、动力定位能力要求相对较弱。关键在于潜器的可靠性、可维护性、操纵方便性。
由于石油开采是巨额投资项目，一般平台出现故障时，要求潜器能立即下潜排除故障，时间不能超过 24 小时。一旦 24 小时内不能排除故障 ( 无论是潜器本身故障不能工作，或是石油平台故障 ) ，潜器提供方都要支付平台公司巨额赔偿费用。故要求潜器时刻处于 “ 待命 ” 状态，还要有足够的备品备件。
从我国目前已有潜器来看，一般为研制产品，极少能 “ 复制 ” ，故可靠性都较低，很难上平台作业。而潜器无 “ 作业记录 ” ，又不能参与平台投标。因此，目前，我国石油平台作业中使用的潜器，基本上为国外引进，如上海打捞局 SCOPIN Ⅳ ，广州打捞局 AMETEK 2006 等，尚未有一台真正全部国内研制的潜器。我们研制的潜器不能上平台使用，无法批量生产、商业应用，即使研制成功的产品，也只能封存于仓库，时间一长，技术设备落后，只好淘汰。而国家又不能无限度投资，这又使大批中青年科技人员流失，无法将老一辈技术水平继承和发展下去，这正是我国潜器研制处于的艰难状态。
小结
经过几十年努力，我国潜水器设计研制已达到相当的水平，主要技术基本解决，目前，正处于关键阶段。一旦在全方位抗流能力、作业能力及可靠性方面有较大突破，使潜水器能在石油平台广泛应用，则必然大大促进我国潜水器研制事业的发展。有关部门应制订一些特殊政策，如发挥各研制单位优势，集中投资；限制国外潜器引进，扶持国内潜器；建立基金项目，留住科技人才等。否则，我们只能让国外潜器占领我们的市场。 “ 九五 ” 以后，老一辈专家基本退休，年青一代未能及时接上，必然使我国潜水器研制水平大大倒退，这是我们所不愿看到的。
