海洋装备技术的重点发展方向

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.02.002

前瞻科技 ›› 2022, Vol. 1 ›› Issue (2): 20-35.DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2022.02.002

海洋装备技术的重点发展方向

吴有生¹^,²(), 司马灿¹^,², 朱忠¹^,³, 李龙¹^,², 倪天¹^,²

1.中国船舶科学研究中心,深海载人装备国家重点实验室,无锡 214082
2.深海技术科学太湖实验室,无锡 214082
3.上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240

收稿日期:2022-05-25 修回日期:2022-06-02 出版日期:2022-06-20 发布日期:2022-08-18
作者简介:吴有生,研究员,中国工程院院士,博士研究生导师。船舶力学与船舶工程专家,三维水弹性力学奠基人。现任中国船舶集团中国船舶科学研究中心名誉所长,工业和信息化部高技术船舶研究计划专家咨询委员会主任。长期致力于船舶与海洋工程流固耦合和战略发展研究,解决了舰船抗核加固核心技术问题,创建了三维船舶水弹性力学理论。主持从事新型高性能船舶及深海装备的研究设计,极大型浮动结构技术研究和工程开发。先后任多个国际学术组织常委、秘书长、主席。获得国家级、省部级科技成果奖10余项,发表学术论文270余篇、专著4部。电子信箱： wuys@cssrc.com.cn。

Key Development Directions of Marine Science and Technology

WU Yousheng¹^,²(), SIMA Can¹^,², ZHU Zhong¹^,³, LI Long¹^,², NI Tian¹^,²

1. China Ship Scientific Research Center, State Key Laboratory of Deep-sea Manned Vehicles, Wuxi 214082, China
2. Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science, Wuxi 214082, China
3. School of Naval Architecture, Ocean & Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China

Received:2022-05-25 Revised:2022-06-02 Online:2022-06-20 Published:2022-08-18

摘要/Abstract

摘要：

海洋装备是支撑海洋科学研究、资源开发和安全保障事业的“脊梁骨”。文章简要分析了中国当前在海洋装备领域面临的机遇和挑战,针对船舶技术与产业、海洋资源开发装备和深海装备,概要介绍了世界海洋强国和中国的相关技术现状,择要梳理了最值得关切的前沿技术内涵和重点发展方向。

关键词: 船舶, 海洋资源开发装备, 海底探测网络, 载人与无人潜水器, 深海工作站

Abstract:

Marine devices serve as the backbone of marine science research, marine resource exploitation, and marine environmental safety. This paper briefly analyzes the opportunities and challenges encountered by China in the field of marine devices. In terms of ship technologies industry, devices for marine resource exploitation and deep-sea exploration, the paper summarizes the technological status both in China and other marine powers and sorts the advanced technologies that are the most noteworthy as well as key directions for future development.

Key words: ship, devices for marine resource exploitation, sub-sea detection network, manned and unmanned underwater vehicle, deep-sea work station

吴有生, 司马灿, 朱忠, 李龙, 倪天. 海洋装备技术的重点发展方向[J]. 前瞻科技, 2022, 1(2): 20-35.

WU Yousheng, SIMA Can, ZHU Zhong, LI Long, NI Tian. Key Development Directions of Marine Science and Technology[J]. Science and Technology Foresight, 2022, 1(2): 20-35.

图/表 15

表1 中国、日本、韩国造船完工量

年份	全球完工量/ 万载重吨	占比/%
年份	全球完工量/ 万载重吨	中国	日本	韩国
2001	4610	6.0	43.0	40.0
2006	7440	19.0	38.0	34.0
2008	9771	28.5	30.0	38.0
2010	14607	41.9	21.5	31.9
2012	15215	44.4	18.3	31.8
2014	9365	39.0	24.1	27.9
2016	9997	35.9	21.9	36.3
2018	8012	43.3	25.1	24.6
2020	8944	43.1	25.2	27.3

图1 各类油气开发平台

图2 多金属硫化物采矿系统

图3 中国科学院研制的深海富钴结壳采矿机（a）及中国船舶集团有限公司研制的工作水深1700 m的水下管道扬矿中继站（b）

图4 “海洋渔场1号”平台（来源：http://www.hinews.cn/news/system/2020/08/20/032405067.shtml）

图5 “永乐科考”科学试验平台

图6 日本海沟海底地震海啸观测网（S-net）（来源：https://www.seafloor.bosai.go.jp/S-net/）

图7 “海马4500”ROV（a）和“海星6000”ROV（b）（来源：https://www.cgs.gov.cn/xwl/ddyw/201603/t20160309_299047.html;http://www.sia.cas.cn/kxcb/kpwz/201905/t20190521_5298681.html）

表2 现役载人潜水器

名称	国家	深度/m	载员/人	建成年份
极限因子	美国	11000	1	2019
奋斗者	中国	11000	3	2020
蛟龙	中国	7000	3	2009
深海6500	日本	6500	3	1989
Rus	俄罗斯	6000	3	2001
Consul	俄罗斯	6000	3	2011
Nautile	法国	6000	3	1985
阿尔文	美国	6500	3	2022（升级）
深海勇士	中国	4500	3	2017

图8 “奋斗者”号载人潜水器

图9 美国“NR-1”号核动力工作站（来源：https://man.fas.org/dod-101/sys/ship/docs/nr_1.htm）

表3 俄罗斯深海工作站

俄罗斯型号	北约编号	俄罗斯编号	俄罗斯名称	服役年份
1910型	军服级	AS-13	抹香鲸	1986
		AS-15		1991
		AS-33		1994
1851型	X射线级	AS-23	三文鱼	1986
		AS-21	大比目鱼	1991
		AS-35	大比目鱼	1995
10831型	Norsub-5级	AS-12	小马驹	2003

图10 俄罗斯10831型“小马驹”深海工作站（来源：http://www.hisutton.com/Spy%20Sub%20-%20Project%2010831%20Losharik.html）

表4 国外典型水下实验室

名称	国家	最大深度/m	最大载员/人	自持力/d
Conshelf Ⅲ	法国	102	6	12
Helgoland	德国	100	4	14
Bentos-300	俄罗斯	300	25	14

图11 德国“Helgoland”号水下实验室

参考文献 45

[1]	黄晓勇, 崔民选. 世界能源蓝皮书: 世界能源发展报告(2017)[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2017.
[2]	于淼, 邓希光, 姚会强, 等. 世界海底多金属结核调查与研究进展[J]. 中国地质, 2018, 45(1): 29-38.
[3]	Lloyd s Register, Qineti Q, University of Southampton. Global marine technology trends 2030[EB/OL]. [2022-05-01]. .
[4]	Odunton N A. Deep seabed polymetallic nodule exploration: Development of environmental guidelines[R]. Kingston: International Seabed Authority, 1998.
[5]	Mcfarlane J, Brockett T, Huizingh J P. Analysis of mining technologies developed in the 1970,s and 1980,s[R]. Kingston: International Seabed Authority, 2008.
[6]	Yamada H, Yamazaki T. Japan,s ocean test of the nodule mining system[C]// Proceedings of Eighth International Offshore and Polar Engineering Conference. Cupertino: ISOPE, l998.
[7]	Rajesh S, Gnanaraj A A, Velmurugan A, et al. Qualification tests on underwater mining system with manganese nodule collection and crushing devices[C]// Proceedings of the 9th ISOPE Ocean Mining Symposium. Cupertino: ISOPE, 2011.
[8]	Hong S, Kiw H W, Choi J S. A self-propelled deep-seabed miner and lessons from shallow water tests[C]// Proceedings of the ASME 29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering. New York: ASME Press, 2010: 75-86.
[9]	吴有生, 顾学康, 柳淑学, 等. 海洋超大型浮体重大科学问题的基础研究进展[J]. 中国基础科学, 2017, 19(4): 28-44.
[10]	Wu Y S, Ding J, Gu X K, et al. The progress in the verification of key technologies for floating structures near islands and reefs[J]. Journal of Hydrodynamics, 2021, 33(1): 1-12. DOI URL
[11]	汪品先. 深海浅说[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2020.
[12]	汪品先. 从海底观察地球——地球系统的第三个观测平台[J]. 自然杂志, 2007, 29(3): 125-130.
[13]	金翔龙. 中国海洋工程于科技发展战略研究海洋探测与装备卷[M]. 北京: 海洋出版社, 2014.
[14]	李风华, 路艳国, 王海斌, 等. 海底观测网的研究进展与发展趋势[J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(3): 321-330.
[15]	朱大奇, 胡震. 深海潜水器研究现状与展望[J]. 安徽师范大学学报(自然科学版), 2018, 41(3): 205-216.
[16]	葛彤. 作业型无人遥控潜水器深海应用与关键技术[J]. 工程研究——跨学科视野中的工程, 2016, 8(2): 192-200.
[17]	Christ R D, Wernli R L Sr. The ROV manual: A user guide for remotely operated vehicles[M]. Amsterdam: Elsevier, 2013.
[18]	Barry J P, Hashimoto J. Revisiting the challenger deep using the ROV KAIKO[J]. Marine Technology Society Journal, 2009, 43(5): 77-78. DOI URL
[19]	连琏, 魏照宇, 陶军, 等. 无人遥控潜水器发展现状与展望[J]. 海洋工程装备与技术, 2018, 5(4): 223-231.
[20]	沈克, 严允, 晏红文. 我国深海作业级ROV技术现状及发展展望[J]. 控制与信息技术, 2020(3): 1-7.
[21]	钟宏伟, 李国良, 宋林桦, 等. 国外大型无人水下航行器发展综述[J]. 水下无人系统学报, 2018, 26(4): 273-282.
[22]	潘光, 宋保维, 黄桥高, 等. 水下无人系统发展现状及其关键技术[J]. 水下无人系统学报, 2017, 25(1): 44-51.
[23]	Purcell M, Gallo D, Sherrell A, et al. Use of REMUS 6000 AUVs in the search for the Air France Flight 447[C]// Proceedings of OCEANS,11 MTS/IEEE KONA. Piscataway: IEEE Press, 2011, doi: 10.23919/OCEANS.2011.6107253. DOI
[24]	李硕, 刘健, 徐会希, 等. 我国深海自主水下机器人的研究现状[J]. 中国科学: 信息科学, 2018, 48(9): 1152-1164.
[25]	吴有生, 赵羿羽, 郎舒妍, 等. 智能无人潜水器技术发展研究[J]. 中国工程科学, 2020, 22(6): 26-31.
[26]	A Group of Authorities. Submersible vehicle systems design[M]. Jersey City: The Society of Naval Architects and Marine Engineers, 1990.
[27]	Kohnen W. Exploration of the deep seas: Fifty years and the inspiration continues[J]. Marine Technology Society Journal, 2009, 43(5): 42-62. DOI URL
[28]	任玉刚, 刘保华, 丁忠军, 等. 载人潜水器发展现状及趋势[J]. 海洋技术学报, 2018, 37(2): 114-122.
[29]	刘峰. 深海载人潜水器的现状与展望[J]. 工程研究——跨学科视野中的工程, 2016, 8(2): 172-178.
[30]	刘令梅. “和平”号深海载人潜器使用10周年[J]. 海洋技术, 2000(增刊1): 77-88.
[31]	刘峣. “奋斗者”号探秘万米深蓝[N]. 人民日报(海外版). 2021-12-10( 11).
[32]	Parsons B S, Vogt P R, Haflidason H, et al. Sidescan and video exploration of the Storegga slide headwall region by submarine NR1[J]. Marine Geology, 2005, 219(2): 195-205. DOI URL
[33]	Gardner W D, Glover L K, Hollister C D. Canyons off northwest Puerto Rico: Studies of their origin and maintenance with the nuclear research submarine NR-1[J]. Marine Geology, 1980, 37(1-2): 41-70. DOI URL
[34]	Lee V, Don D. Dark waters: An insider,s account of the NR-1, the cold war,s undercover nuclear sub[M]. New York: New American Library, 2003.
[35]	Lacroix F W, Button R W, Johnson S W, et al. A concept of operations for a new deep-diving submarine[EB/OL]. [2022-05-01]. https://www.rand.org/pubs/monograph_reports/MR1395.html.
[36]	朱忠, 杨立华, 司马灿. 美俄水下载人探测作业装备发展[J]. 中国造船, 2019, 60(2): 217-226.
[37]	Liang J, Feng J C, Zhang S, et al. Role of deep-sea equipment in promoting the forefront of studies on life in extreme environments[J]. iScience, 2021, doi: 10.1016/j.isci.2021.103299. DOI
[38]	渠继东, 周念福, 张亦驰, 等. 深海载人原位研究装备发展概述[J]. 舰船科学技术, 2021, 43(15): 148-153.
[39]	Kalvaitis A, Rounds R, Delery H. A mobile undersea laboratory[C]// Oceans,87. piscataway:IEEE Press, 1987: 1206-1211.
[40]	Malahoff A, Wiltshire J C, Crook K, et al. New research directions and enhanced potential at the Hawaii Undersea Research Laboratory[C]// IEEE Oceans 2001. piscataway:IEEE Press, 2001: 807-811.
[41]	Squire R. Companions, zappers, and invaders: The animal geopolitics of sealab I, II, and III (1964-1969)[J]. Political Geography, 2020, doi: 10.1016/j.polgeo.2020.10224. DOI
[42]	Squire R. Immersive terrain: The US navy, sealab and cold war undersea geopolitics[J]. Area, 2016, 48(3): 332-338. DOI URL
[43]	Gantt S E, Mcmurray S E, Stubler A D, et al. Testing the relationship between microbiome composition and flux of carbon and nutrients in caribbean coral reef sponges[J]. Microbiome, 2019, 7(1): 1-13. DOI URL
[44]	Mcmurray S E, Johnson Z I, Hunt D E, et al. Selective feeding by the giant barrel sponge enhances foraging efficiency[J]. Limnology and Oceanography, 2016, 61(4): 1271-1286. DOI URL
[45]	Deignan L K, Pawlik J R, López-legentil S. Evidence for shifting genetic structure among caribbean giant barrel sponges in the Florida keys[J]. Marine Biology, 2018, doi: 10.1007/s00227-018-3355-6. DOI

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