最近幾十年，向深遠海進軍已成為發達國家海洋開發研究的重點。經過多年的努力，我國深海技術和裝備有了突破性的進展，但與先進國家相比仍處于起步階段。為此，研制具有自主知識產權、實用化的深海作業系統，打破少數發達國家的壟斷地位，成為我國當前開拓深海探查的當務之急。
一、項目簡介
國家“十一五”863計劃課題之一深海重大技術裝備“4500米級深海作業系統”由廣州海洋地質調查局作為項目的業主單位聯合上海交通大學、浙江大學、哈爾濱工程大學、海洋化工研究院、同濟大學等合作研發，研制一套實用化的強作業型潛水器及其作業工具系統，作業范圍包括深海海底觀測網布放和維護、海洋調查、海底取樣和探測等。4500米水深覆蓋了我國南海98%的海域以及國際大洋海底富鈷結殼資源富集區和95%～98%的熱液硫化物富集區。研制這一級別的深海運載和作業裝備，能夠滿足我國絕大部分深海探查和作業的相關需求。項目自2008年12月底正式啟動后，經過多年的努力，已經突破了深海潛水器的關鍵技術，完成了關鍵設備的試驗測試，所研究的關鍵技術在500米實驗樣機上通過了試驗測試，驗證了ROV動力系統、控制系統等技術。
二、核心技術突破
1．作業型ROV的總體技術
針對4500米級ROV作業系統具備多模式運動、多工具和多種作業方式以及基于海底觀測組網作業支持的特殊需求，開展了浮游模式下的任務和環境適應性研究以及運動和作業技術研究，通過計算、虛擬和物理建模相結合的方法，進行仿真和水池試驗，對總體參數進行綜合匹配和優化，使在浮游模式下具有滿意的浮性、穩性、機動性和阻力特性等。綜合考慮了作業方式、運動模式、切換要求、總體性能、布放、控制、導航等因素，進行總體結構和布置的綜合優化，采用自航模技術，通過水池試驗，驗證浮游模式下的運動特性、操縱性和控制效果，ROV本體的總體關鍵技術獲得突破。
2．ROV實時監控技術
研制了基于QNX的實時檢測控制軟件和水下電子艙內基于微控制器的分布式控制系統，攻克了多通道光纖通訊技術、推進器控制技術、信號采集與處理技術、水面操作監控系統技術、在線監測診斷技術、應急處理技術、水下設備及傳感器控制與傳輸等關鍵技術難點，實現了ROV試驗樣機相關自動控制算法包括自動定深、定高等自動控制技術的突破，使ROV系統具備更強的監控能力，提高了系統的穩定性、可靠性和可操控性。
研制了水面高壓變壓器到水下高壓電機和水下變壓器及設備的動力傳輸與控制系統，突破ROV系統的高壓動力傳輸與控制、電力分配、在線絕緣檢測等技術。
3．ROV三維軌跡跟蹤技術
為了支持海底觀測系統水下設備和電纜的布放、維修、檢測、回收等特種作業的需求，要求ROV具備水下三維位置保持和軌跡跟蹤能力，研究不同工況和浮重特性下運動與作業控制技術以及基于水聲和慣性導航相結合的組合導航技術和高精度軌跡控制技術，實現ROV三維軌跡精確控制。
4．大深度浮力材料制造技術
經過大量實驗和分析，青島海洋化工研究院突破低密度、低吸水率和高強度的深海潛水器用浮力材料的關鍵工藝和技術，通過優選高強度低比重的耐壓空心玻璃微珠和高強度的樹脂，選擇具有良好的流動性和較好的適用期的固化體系，研制出密度在0.53±0.02 g/cm3，耐全方位靜水壓強度56.25MPa的浮力材料。
5．高負荷升沉補償技術
深海ROV布放回收面臨支持母船的升沉和海洋環境的嚴重影響。對于該系統而言，其大深度、大功率和多種運動模式等特點則更增加了布放回收及安全保障的技術難度。通過優化張力絞車主纜受壓狀況，采用被動升沉補償技術減輕支持母船的升沉對ROV系統的影響；研究基于氣液彈簧阻尼原理的被動升沉補償器來補償母船升沉減輕影響；開發基于運動預測的輔助布放技術，輔助操作手，提高操作的安全性。
6．深海液壓動力系統及作業機械手開發
針對深海復雜多變的環境系統，通過多次試驗和液壓閥塊的改進設計，解決了深海液壓系統的共振和密封問題，極大地提高了深海液壓系統的可靠性。開發出用常規擺線馬達替代肘關節、腕關節回轉擺線馬達解決輸出功率較弱的問題，并克服了專用擺線馬達關節配油問題，進一步提高液壓機械手的負載能力／重量比。
7．深海海底布纜與維護作業技術
針對深海海底觀測網布放的需求，研究出針對海底布纜時ROV的操縱、控制、搭載、導航等方面的技術，以及擴展纜及設備的海底布放和回收時對放纜的路徑、長度、張力等方面的控制技術。并成功實現可搭載于上述樣機的深海光電纜專用布放底盤、海底設備布放和連接專用工具樣機，突破了水下工具驅動動力、工具與載體接口等關鍵技術，研制了高效、輕型的深海剪切器、清洗工具、帶纜工具等專用作業與救援工具，形成適合深海運載器搭載的水下作業與救援工具包。
三、主要成果
1．ROV樣機系統及4500米ROV本體
4500米級ROV開發的關鍵件通過樣機系統進行了大量的試驗測試，取得了寶貴的經驗和技術數據，為4500米級ROV后期的集成調試實現項目的目標奠定了良好的基礎，并在此基礎上完成了4500米ROV本體的總裝。
2．ROV關鍵部件國產化
通過近幾年的技術攻關，逐漸形成自主研制的國產ROV部件，以前依賴進口的浮力材料、深海水下燈、水下攝像機、水下作業工具和水下作業機械手等全部實現了國產化。
3．形成有效的管理機制
經過探索和實踐，總結出一套行之有效的項目組織方式和管理機制，制定了《國家863計劃海洋技術領域“4500米級深海作業系統”重點項目管理辦法》，引入了工程化管理，聘請專業監理機構對項目的設計、制造、組裝、調試、陸上試驗和海上試驗各階段，采取文件見證、現場見證、外協單位資質計量認證見證和停止點見證的方式進行監理。
4．培養專業技術團隊，提升科學技術水平
“4500米級深海作業系統”項目實施以來，不僅培養了多名相關專業的博士和碩士，而且逐漸培養并形成了專業的ROV技術團隊，上海交通大學成立了上海交通大學海洋研究院深海技術實驗室，推動項目順利實施。在項目的開發研究過程中，發表了45篇學術論文，其中有9篇論文被EI、SCI和ISPT收錄，提高了該項目在學術界的影響力。
專家介紹：
陶軍，廣州海洋地質調查局海洋地質勘查技術方法所所長助理，教授級工程師，1984年畢業于山東海洋學院海洋地質系。多年來一直從事深海探測技術研究，曾組織國內技術力量首次研發了目前已經廣泛應用的6000米深海彩色數字攝像技術，為我國深海多金屬結核、富鈷結殼和南海水合物礦產資源調查工作做出了重要貢獻。曾承擔多項包括863計劃項目在內的科研工作，涉及近海海底多參量測量、海底保壓取樣技術和海底原位測量技術等研究領域，獲兩次國家科技成果二等獎和多項國家發明專利。
