最近几十年，向深远海进军已成为发达国家海洋开发研究的重点。经过多年的努力，我国深海技术和装备有了突破性的进展，但与先进国家相比仍处于起步阶段。为此，研制具有自主知识产权、实用化的深海作业系统，打破少数发达国家的垄断地位，成为我国当前开拓深海探查的当务之急。
一、项目简介
国家“十一五”863计划课题之一深海重大技术装备“4500米级深海作业系统”由广州海洋地质调查局作为项目的业主单位联合上海交通大学、浙江大学、哈尔滨工程大学、海洋化工研究院、同济大学等合作研发，研制一套实用化的强作业型潜水器及其作业工具系统，作业范围包括深海海底观测网布放和维护、海洋调查、海底取样和探测等。4500米水深覆盖了我国南海98%的海域以及国际大洋海底富钴结壳资源富集区和95%～98%的热液硫化物富集区。研制这一级别的深海运载和作业装备，能够满足我国绝大部分深海探查和作业的相关需求。项目自2008年12月底正式启动后，经过多年的努力，已经突破了深海潜水器的关键技术，完成了关键设备的试验测试，所研究的关键技术在500米实验样机上通过了试验测试，验证了ROV动力系统、控制系统等技术。
二、核心技术突破
1．作业型ROV的总体技术
针对4500米级ROV作业系统具备多模式运动、多工具和多种作业方式以及基于海底观测组网作业支持的特殊需求，开展了浮游模式下的任务和环境适应性研究以及运动和作业技术研究，通过计算、虚拟和物理建模相结合的方法，进行仿真和水池试验，对总体参数进行综合匹配和优化，使在浮游模式下具有满意的浮性、稳性、机动性和阻力特性等。综合考虑了作业方式、运动模式、切换要求、总体性能、布放、控制、导航等因素，进行总体结构和布置的综合优化，采用自航模技术，通过水池试验，验证浮游模式下的运动特性、操纵性和控制效果，ROV本体的总体关键技术获得突破。
2．ROV实时监控技术
研制了基于QNX的实时检测控制软件和水下电子舱内基于微控制器的分布式控制系统，攻克了多通道光纤通讯技术、推进器控制技术、信号采集与处理技术、水面操作监控系统技术、在线监测诊断技术、应急处理技术、水下设备及传感器控制与传输等关键技术难点，实现了ROV试验样机相关自动控制算法包括自动定深、定高等自动控制技术的突破，使ROV系统具备更强的监控能力，提高了系统的稳定性、可靠性和可操控性。
研制了水面高压变压器到水下高压电机和水下变压器及设备的动力传输与控制系统，突破ROV系统的高压动力传输与控制、电力分配、在线绝缘检测等技术。
3．ROV三维轨迹跟踪技术
为了支持海底观测系统水下设备和电缆的布放、维修、检测、回收等特种作业的需求，要求ROV具备水下三维位置保持和轨迹跟踪能力，研究不同工况和浮重特性下运动与作业控制技术以及基于水声和惯性导航相结合的组合导航技术和高精度轨迹控制技术，实现ROV三维轨迹精确控制。
4．大深度浮力材料制造技术
经过大量实验和分析，青岛海洋化工研究院突破低密度、低吸水率和高强度的深海潜水器用浮力材料的关键工艺和技术，通过优选高强度低比重的耐压空心玻璃微珠和高强度的树脂，选择具有良好的流动性和较好的适用期的固化体系，研制出密度在0.53±0.02 g/cm3，耐全方位静水压强度56.25MPa的浮力材料。
5．高负荷升沉补偿技术
深海ROV布放回收面临支持母船的升沉和海洋环境的严重影响。对于该系统而言，其大深度、大功率和多种运动模式等特点则更增加了布放回收及安全保障的技术难度。通过优化张力绞车主缆受压状况，采用被动升沉补偿技术减轻支持母船的升沉对ROV系统的影响；研究基于气液弹簧阻尼原理的被动升沉补偿器来补偿母船升沉减轻影响；开发基于运动预测的辅助布放技术，辅助操作手，提高操作的安全性。
6．深海液压动力系统及作业机械手开发
针对深海复杂多变的环境系统，通过多次试验和液压阀块的改进设计，解决了深海液压系统的共振和密封问题，极大地提高了深海液压系统的可靠性。开发出用常规摆线马达替代肘关节、腕关节回转摆线马达解决输出功率较弱的问题，并克服了专用摆线马达关节配油问题，进一步提高液压机械手的负载能力／重量比。
7．深海海底布缆与维护作业技术
针对深海海底观测网布放的需求，研究出针对海底布缆时ROV的操纵、控制、搭载、导航等方面的技术，以及扩展缆及设备的海底布放和回收时对放缆的路径、长度、张力等方面的控制技术。并成功实现可搭载于上述样机的深海光电缆专用布放底盘、海底设备布放和连接专用工具样机，突破了水下工具驱动动力、工具与载体接口等关键技术，研制了高效、轻型的深海剪切器、清洗工具、带缆工具等专用作业与救援工具，形成适合深海运载器搭载的水下作业与救援工具包。
三、主要成果
1．ROV样机系统及4500米ROV本体
4500米级ROV开发的关键件通过样机系统进行了大量的试验测试，取得了宝贵的经验和技术数据，为4500米级ROV后期的集成调试实现项目的目标奠定了良好的基础，并在此基础上完成了4500米ROV本体的总装。
2．ROV关键部件国产化
通过近几年的技术攻关，逐渐形成自主研制的国产ROV部件，以前依赖进口的浮力材料、深海水下灯、水下摄像机、水下作业工具和水下作业机械手等全部实现了国产化。
3．形成有效的管理机制
经过探索和实践，总结出一套行之有效的项目组织方式和管理机制，制定了《国家863计划海洋技术领域“4500米级深海作业系统”重点项目管理办法》，引入了工程化管理，聘请专业监理机构对项目的设计、制造、组装、调试、陆上试验和海上试验各阶段，采取文件见证、现场见证、外协单位资质计量认证见证和停止点见证的方式进行监理。
4．培养专业技术团队，提升科学技术水平
“4500米级深海作业系统”项目实施以来，不仅培养了多名相关专业的博士和硕士，而且逐渐培养并形成了专业的ROV技术团队，上海交通大学成立了上海交通大学海洋研究院深海技术实验室，推动项目顺利实施。在项目的开发研究过程中，发表了45篇学术论文，其中有9篇论文被EI、SCI和ISPT收录，提高了该项目在学术界的影响力。
专家介绍：
陶军，广州海洋地质调查局海洋地质勘查技术方法所所长助理，教授级工程师，1984年毕业于山东海洋学院海洋地质系。多年来一直从事深海探测技术研究，曾组织国内技术力量首次研发了目前已经广泛应用的6000米深海彩色数字摄像技术，为我国深海多金属结核、富钴结壳和南海水合物矿产资源调查工作做出了重要贡献。曾承担多项包括863计划项目在内的科研工作，涉及近海海底多参量测量、海底保压取样技术和海底原位测量技术等研究领域，获两次国家科技成果二等奖和多项国家发明专利。
