文/連璉
“海馬”下潛南海
2014年4月18日，在我國南海中央海盆海域，“海洋六號”綜合科學考察船穩穩地停在蔚藍色的海面上。船上一條臍帶纜懸吊著一臺亮黃色的裝置——“海馬”號4500米遙控潛水器（以下簡稱“海馬”號ROV）。“放纜！”隨著指揮員的一聲令下，5噸多的“海馬”號ROV緩緩入水。在海面漂浮片刻後，“海馬”號開始以40米/分的速度向中央海盆深處下潛，2小時後，“海馬”號ROV抵達了4502米的海底。
這是我國自主研製的首臺4500米級深海作業系統——“海馬”號ROV在南海進行海上試驗的場景。“海馬”號ROV是主要針對深海資源探測和作業需求，以深海資源探查、探海科學考察、海底觀測網絡組網建設、水下工程作業等實用性為目標開展研製的一套大型作業級水下機器人。
在3個階段的海試中，“海馬”號ROV共完成17次下潛，3次到達南海中央海盆4500米海區海底進行作業試驗，最大作業水深4502米。完成了水下布纜、沉積物取樣、地震儀海底布放、海底自拍攝、標誌物布放等多項任務，成功實現與水下升降裝置的聯合作業，通過了91項技術指標的現場考核。
考核結果證明，“海馬”號ROV具有實用化海洋設備應具備的可靠性、穩定性和適應性，除了具備常規的強作業型ROV的功能和作業能力以外，還具有海底觀測網擴展纜布放功能，並可根據不同的任務要求進行作業功能的擴展，已達到國外同類ROV的技術水平。
此次海試的成功，標誌著我國全面掌握了大深度作業級遙控潛水器的各項關鍵技術，並在關鍵技術國產化方面（國產率達93%）取得了實質性進展。
“海馬”號ROV作業系統
ROV為無人、有纜系統，不同於載人潛水器，它通過臍帶纜與水面母船連接，臍帶纜擔負著傳輸能源和信息的使命，母船上的操作人員可以通過安裝在ROV上的攝像機實時觀察海底狀況，並通過臍帶纜遙控操縱ROV及其機械手、配套的作業工具，從而實現水下作業。ROV通常配備有水下攝像機、水下照明燈、雲臺、聲吶、深度計、高度計、羅經、機械手、控制系統等設備，其中控制系統是ROV的大腦。由於是無人有纜系統，ROV具有作業能力強、作業時間不受能源限制、無人員風險、能長時間在海底執行復雜而艱鉅的作業任務等優點，因而成為水下作業（尤其是深海作業）不可缺少的裝備。
“海馬”號ROV作業系統主要由ROV系統（ROV本體、ROV水面控制系統）、水面支持系統（作業母船“海洋六號”、甲板吊放回收系統、A形架和止蕩器）、水下作業工具組成。
“海馬”號具有強大的系統動力和搭載能力，有優良的操控性能、系統可靠性和穩定性，配備了多路高清視頻和超視距高分辨探測聲吶，有強力而靈巧的作業機械手，有精準的深海定位能力，能快速安裝各種搭載設備和作業工具以適應各種不同的深海作業任務要求。
為什麼是4500米
為什麼“海馬”號ROV將作業深度設定在4500米呢？因為我國南海中央海盆的深度約為4500米；同時，4500米水深覆蓋了我國南海98％的海域、國際大洋海底100％富鈷結殼資源富集區和95％~98％熱液硫化物富集區，4500米級深海作業裝備能夠滿足絕大部分深海探查和作業的需求。
研發歷程
深海潛水器技術與裝備是海洋探查和資源開發利用不可或缺的手段，在一定程度上標誌著國家海洋資源勘探開發甚至海洋權益維護能力和科技水平。它們不僅對國民經濟和社會發展以及國家軍事安全有極為重大的意義，還對未來的海洋空間利用、海洋旅遊業、深海打撈、救生等有著不可估量的價值和戰略意義。
與世界先進國家相比，我國的海洋裝備技術水平還存在著一定的差距，尤其是面向深海的裝備技術水平差距較大，諸多關鍵技術仍為少數發達國家所壟斷，嚴重製約了我國參與國際海洋競爭的能力。
正是基於上述背景，國家“863”計劃於2008年啟動了“十一五”重點項目“4500米級深海作業系統”，上海交通大學為項目總師單位，也是項目課題“4500米ROV本體和關鍵配套設備”的承擔單位，“海馬”號ROV即是該項目的重要成果。
“海馬”號ROV的研製和海試，不僅使我國全面掌握了大深度遙控潛水器設計建造和試驗應用方面的各項關鍵核心技術，同時還帶動了相關配套技術與產業的進步，也使我國初步具備了無人遙控潛水器的產業化基礎。基於“海馬”號ROV技術，上海交通大學已完成我國國產品牌“海馬”系列ROV研發，並形成200米、500米、2000米、4500米ROV產品。
“海馬”的征程
2015年，廣州海洋地質調查局利用“海馬”號ROV，在南海北部海域發現了與天然氣水合物有關的冷泉系統，並將其命名為“海馬冷泉”。
2017年，“海馬”號ROV在西太平洋富鈷結殼礦區的6次下潛作業中大顯身手，取得了包括海底微地形、結殼類型、水文動力學和生物多樣性等多領域探查的豐碩成果，累計獲取結殼樣品336千克，並創造了中國第一個ROV搭載鑽機作業、第一個富鈷結殼厚度在線聲學原位探測等多項新紀錄。
2018年，“‘海馬’號4500米ROV本體和關鍵配套設備”項目榮獲2017年度上海市科技進步獎一等獎。
2019年，“海馬”號成果在新中國成立70週年國慶觀禮“國家科技成就”彩車上進行了展示。
原載於《科學畫報》2020年第8期，本文受到上海科委2019年度“科技創新行動計劃”科普領域項目資助。項目名稱：“立足科創中心，傳播尖端科技——打造上海重大獲獎科技成果科普化融媒體專欄”；項目編號：19DZ2332600。
