1994年，中国第一台潜深1000米的无缆水下机器人“探索者号”由沈阳自动化研究所等单位研制成功，其整机主要技术性能和指标达到国际上20世纪90年代同类水下机器人的先进水平。它的研制成功开创了我国无缆水下机器人研究的新历史，标志着中国自主研发的自治水下机器人技术已趋成熟。本项目于1995年获得中国科学院科学技术进步奖一等奖。

中国水下机器人的艰难起步

1956年，我国掀起了一个向科学进军的热潮，周恩来总理亲自领导制订我国科学发展十二年规划。规划中有四项紧急措施，决定在中国科学院建立四个新型研究所，中国科学院自动化研究所就是其中之一。1971年，周恩来总理在抓科研工作时更是明确了“科学院应该在广泛深入实际的基础上，把科学研究往高里提”的指导方针。

被誉为“中国机器人之父”的蒋新松是机器人研究领域的开拓者。而早在1972年，沈阳自动化研究所的科研人员就提出机器人研究的想法。学术思想活跃的蒋新松瞄准自动化学科的前沿，于1972年和同事们一起向中国科学院提出了《关于人工智能及机器人研究》的申请报告，得到有关专家与领导的认同。1978年中国科学院在十年学科发展规划中确定，沈阳自动化研究所侧重机器人学和系统控制理论及其应用的研究。1982年，我国第一台机器人在这里诞生，为进一步开展机器人相关单元技术研究提供了平台。

▲蒋新松院士

早在1980年，蒋新松就提出了研究水下机器人的设想，他带着自己的方案四处游说，向领导、专家和相关部门反复汇报。当时有人说这是异想天开。于是，在没有任何经费支持的条件下，研究所自己立项，开展各项单元技术研究和总体方案设计，直至1983年才正式列入中国科学院重点课题。立项课题为“智能机械在海洋中的应用研究”，即“海人一号”海洋机器人。在蒋新松的组织领导下，经过两年的攻关，研究所于1985年在三亚南海完成了潜深199米的海上试验。蒋新松亲临现场参加调试，冒着巨大的风浪指挥试验。这次试验的成功受到国际同行的极大关注，它标志着我国水下机器人研究水平迈入世界先进行列。

▲20世纪70年代研制成功的示教再现机器手

“探索者”开创新天地

我国自主水下机器人（autonomous underwater vehicle，AUV）研究始于20世纪90年代初期，1994年中国科学院沈阳自动化研究所牵头成功研制我国第一台1000米级“探索者”AUV。1995年沈阳自动化研究所牵头与俄罗斯合作研制成功我国第一台6000米级AUV，并在太平洋锰结核调查中成功应用，开启了我国水下机器人研究的新领域。

为了研发具有世界先进水平的水下机器人，蒋新松提出了自行研制与技术引进相结合的中国水下机器人发展战略。当时美国在机器人技术方面处于世界领先地位，他通过对美国从事水下机器人研究有关单位的考察，选定引进美国沛瑞公司的水下机器人技术。经过艰苦谈判，美方最终同意转让技术，负责培训中方人员。他同时向专家、领导和用户汇报，经过评审，海洋和水下机器人技术开发被列入国家“七五”攻关项目。蒋新松用自己的辛勤汗水和聪明才智为我国水下机器人的研究开发搭建了平台，创造了条件。

1994年10月从南海传来捷报，完全自主研制的1000米无缆水下机器人“探索者号”完成了5个航次的海上试验，成功地下潜1000米水深，成为我国海洋设备到达深海的先驱者。该型号机器人主要技术性能指标均达到国际最先进水平。特别是在回收方式上，“探索者号”在水下应用声学、光学技术组合进行自动跟踪回收，消除了传统回收方式的弊端。它的研制成功，标志着我国水下机器人技术已趋于成熟，使我国在国际海洋权益开发维护上开始有了发言权。

“十二五”期间，特别是党的十八大提出“海洋强国”战略指导思想之后，我国AUV研究迎来了快速发展的新阶段。在国家“863计划”、中国大洋矿产资源研究开发协会办公室和中国科学院战略先导专项等的支持下，面向深海资源调查和海洋科学研究，沈阳自动化研究所成功研制了“潜龙”和“探索”两个系列AUV，开展了大量的调查应用。

“潜龙”与“探索” 探索海洋的国之利器

深海海底蕴藏着丰富的稀有金属和矿藏。研制深海资源勘查型的深海AUV，对提升我国深远海资源开发的国际竞争能力、提高我国深远海资源开发利用规模与水平，具有重要的战略意义。面对陆地、近海资源的日益枯竭和新一轮激烈的科技和产业竞争，在中国大洋矿产资源开发协会办公室和国家“863计划”的支持下，中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体单位，先后牵头研制了“潜龙”系列三型深海AUV系统，工作水深为4500～6000米。

“潜龙一号”以海底多金属结核资源调查为主要目的，可进行海底地形地貌、地质结构、海洋环境参数等精细调查，为海洋科学研究及资源勘探开发提供必要的科学数据。2013年3月完成湖上试验，潜水器正式由中国大洋协会命名为“潜龙一号”。

“潜龙一号”于2017年9—10月在西太平洋执行了专项航次任务，共下潜6个潜次，在5000多米深的复杂海底累计航行120多小时，获取大量声学探测数据和温盐等物理海洋数据。

“潜龙一号”是我国拥有自主知识产权的首台实用型6000米级AUV装备，实现了地形地貌、地质结构和海洋环境参数的综合精细调查，为中国履行与国际海底管理局签订的勘探合同提供了有效的、不可或缺的技术手段。

▲“潜龙一号”6000米级AUV

▲“潜龙一号”拍摄到的太平洋海底照片

“潜龙二号”集成了热液异常探测、磁力探测、微地形地貌测量和海底照相等技术手段，主要应用于多金属硫化物等深海矿产资源勘探作业。“潜龙二号”也是我国首台获得中国船级社（CCS）入级证书的无人潜水器。

2016—2018年，“潜龙二号”连续三年执行了我国西南印度洋多金属硫化物矿区的航次调查任务，累计下潜35潜次，工作时间700多小时，获取大量的近海底精细三维地形、区域水体异常、海底照片及近底地磁等分布特征数据，发现多处热液异常点，为该海域海底矿区资源评估奠定了科学基础。

▲“潜龙二号”4500米级AUV

▲“潜龙二号”拍摄到的深海热液硫化物

“潜龙三号”以完成大洋多金属硫化物矿区的资源调查任务为主要目标，具备微地貌测深侧扫声呐成图、温盐深剖面探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测、高清照相以及三分量磁力探测等热液异常探测功能。2018年5月，“潜龙三号”完成总计4个潜次的海试和试验性应用任务。在海试中，“潜龙三号”在4000米海域近底连续工作近46小时，航程157千米，创下我国深海AUV单潜次航程最远纪录。

在试验性应用中，“潜龙三号”顺利完成了对南海结核试采区的声学、光学以及相关水体参数的探测，获得了几十千米2的地形地貌数据和上千张结核区海底清晰照片。“潜龙三号”在水下自主探测的同时，还实现了母船在附近海域开展其他科考作业，大大节约了船时，提高了母船的利用率。“潜龙三号”还成功实现了跨区域探测，在完成结核试采区探测后，长途跋涉几十千米，航行至新区域继续进行海底探测作业。

▲“潜龙三号”4500米级AUV

“潜龙”系列深海AUV的研发成功，填补了我国深海资源自主勘查技术的空白，达到国际先进水平，有力推动了我国深海资源勘查技术的发展。“潜龙”系列深海AUV在多金属结核区和多金属硫化物区的连续成功应用，标志着我国深海勘探型深海AUV开始步入实用化和业务化应用阶段，已经成为我国深海资源勘探的利器，必将在未来的深海资源勘探中发挥更重要的作用。

“探索”系列AUV是面向海洋科学研究需求研制的拥有自主知识产权的系列AUV，工作水深覆盖100～4500米。“探索”系列AUV在我国海洋观测等领域成功开展了应用，获得了大量观测数据，为我国海洋环境探测、海洋观测和海洋科学研究等领域提供了先进的高技术装备。

“探索100”AUV是“十二五”国家“863计划”海洋技术领域“深海潜水器技术与装备”重大项目支持研制的便携式AUV，主要用于水文调查、水下搜索、环境监测等海洋科学使命。

▲“探索100”AUV

▲AUV编队

围绕应用需求，我国组织开展了多次湖海试验，逐步开展应用，包括基于水声通信的多AUV水下编队试验、羽流跟踪试验等，取得了重要研究成果。通过大量湖海试验，AUV的功能不断扩展、系统的可靠性不断提高，平台技术趋于成熟。

“探索1000”AUV由中国科学院战略性先导科技专项支持研制，主要用于获取黑潮海域的水文观测数据，为开展黑潮及其变异对我国近海生态系统影响的研究提供装备支撑。

“探索1000”AUV具备航行、潜浮及休眠等多种工作模式，可灵活配置，能够对水深小于1000米海域的特定观测点进行剖面连续观测，观测时间不少于30天，也可以在该海域进行指定间距的多点连续剖面观测。

▲“探索1000”AUV

2018年6月，针对黄海冷水团三维结构调查的需求，“探索1000”AUV水下连续工作近10天，航程超过800千米。期间，连续获取了29个剖面的温盐深、叶绿素、溶解氧、浊度以及海流等观测数据。从获取的剖面数据中，研究人员发现了一个有12℃温度梯度变化的温度跃层，与黄海季节性冷水团现象相吻合。

“探索4500”是在中国科学院战略性先导科技专项支持下，由沈阳自动化研究所联合中国科学院海洋研究所、中国科学院声学研究所共同研制的深海AUV。

“探索4500”仍然采用“潜龙二号”的立扁鱼形设计，根据科学需求，加装了更多的传感器，包括温盐深、溶解氧、浊度、pH等水文传感器，同时还安装有测深侧扫声呐、浅地剖面仪等仪器，集成自主导航、高机动航行、智能避障决策、热液异常探测、微地形地貌测量、近底水体探测、海底照相等技术，可用于深海热液区复杂环境和生态系统的科学调查研究。

▲“探索4500”AUV

2016年7月和2017年7月，“探索4500”先后两次对南海冷泉区进行科学调查应用，累计下潜9个潜次，获取超过40千米2冷泉区精细地形地貌图、近2万张海底照片和100小时的理化环境多参数探测数据，为复杂环境下的科学研究提供了大量的数据和有力的技术支持。

改革开放40年来，我国的水下机器人技术研究实现了从遥控到自主，从浅海到深海的跨越式发展，水下工作时间从十几小时发展到十天，航程从几十千米发展到近千千米，实现了自主水下机器人的谱系化发展，通过大量的实际应用，进一步提升了装备的可靠性，进一步加强了技术与应用的紧密结合，整体研制能力已达到国际先进水平。

“潜龙”和“探索”系列AUV的成功研制和应用，初步构建了我国面向深海资源探测和海洋科学研究的自主探测技术装备体系，实现了AUV装备的国产化，为深海资源探测和海洋科学研究提供了重要的技术手段。随着深海技术的不断进步，AUV研究将向智能化和集群化方向发展，有效提升AUV的自主作业能力，必将在海洋科学、资源调查、水下搜寻、环境监测等多个领域发挥更重要的作用。

图文/中国科学院沈阳自动化研究所