一、前言
21 世纪是海洋的世纪，海洋资源的开发与利用已成为全球竞争的焦点领域：世界各国纷纷加快海洋油气开发进程，从浅海逐步走向深海；海底可燃冰资源丰富，开发利用技术获得重大突破；深海多金属结核、水下富钴结壳、深海热液硫化物等矿产资源开辟了战略金属资源储备的新通道。
受战略需求牵引，海洋强国正在形成从先进水面支持母船，到可下潜 1000~11 000 m 的载人 / 无人深海潜水器，以及探测、作业技术与装备的综合谱系。人在现场的直接面对、感受、分析、判断和操作，始终是认知复杂海洋，尤其是未知深海最为有效的方式。
载人潜水器作为一种深海运载工具，可将科学技术人员与工程技术人员、各种电子装置与机械设备等快速、精确地运载到目标海底环境中，遂行高效勘探测量和科学考察任务，已经成为人类开展深海研究、开发和保护的重要技术手段和装备。载人潜水器与搭载人员配合，可以有效地收集信息、详细地描述周围环境、快速地在现场做出正确的反应。过去的 50 年中，载人潜水器的安全运行、关键技术的逐渐完善，支撑并推动了深海探测领域的重大进步 [1]。
本文从国内外载人深潜装备与技术发展历程、发展现状的角度进行了系统梳理，重点阐述我国载人潜水器的应用情况及技术成就。以“蛟龙”号和“深海勇士”号的研制与应用为例，凝练我国载人深潜关键技术体系，分析未来装备与技术发展趋势。
二、国外发展现状
（一）载人潜水器产业
在强劲市场需求和先进技术进展的共同推动下，载人潜水器产业发展势头强劲（见表 1）。2018 年，海洋技术协会载人潜水器委员会的研究数据表明 [2]，全球载人潜水器活跃数量为 160 艘，可提供 1624 个载人座位；其中 38 艘应用于援潜救生，122 艘应用于科学研究、商业作业、观光旅游等。
表 1 现役载人潜水器（工作深度＞ 1000 m）
载人潜水器产业包括制造商、运营者、研究船、行业协会等。2000 年以来，新成立了以载人潜水器设计、制造和运营为主业的众多商业公司。截至目前，载人潜水器保持着良好的安全记录，这和船级社在安全设计和建造认证等方面的努力密不可分，例如，经由第三方船级社进行认证的载人潜水器比例高达 92%。
（二）深海载人潜水器
1. 发展历程
1960 年 1 月，瑞士人皮卡德父子乘坐“的里雅斯特”号载人深潜器，到达了太平洋的马里亚纳海沟（深度 10 913 m），自此拉开了向深海进军的序幕。彼时虽然人类已经能到达海洋的绝大部分深度，但这距离认识深海、利用深海尚有较大距离。
随着计算机、材料、水声、图像等技术的发展，以法国、苏联 / 俄罗斯、日本、美国为代表，海洋大国从 20 世纪 80 年代起，完成了多艘 6000 m 级深海载人潜水器的研制（见图 1） [3~6]。这些运载器的应用，充分显示了专业人员亲临深海和洋底现场进行直接观察和勘查的优越性，到达范围遍及大陆坡、2000~4000 m 深度的海山、火山口、洋脊以及 6000 m 深度的洋底，获得了大量的地质、沉积物、生物、地球化学和地球物理的重要发现。
图 2 美国“阿尔文”号升级改造历程
（2）全新研制
针对印度洋 1000~5500 m 深处矿产资源的探测需求，印度国家海洋技术研究所研发了深海载人潜水器，工作深度为 6000 m，具有大于 30 m/min 的上升和下降速度，3 h 到达工作深度。潜水器采用传统结构设计，总质量小于 20 t，钛合金载人球舱直径为 2.1 m，可搭载 3 人，标准 / 紧急生命支持时间分别为 12 h 和 72 h。
（3）商业观光型
国外商业公司的观光与探险型载人潜水器发展也独具特色。尽管潜深指标一般，但在材料、总体结构、动力、操纵性能、布放回收、生命支持与应急自救等方面都有新的突破，为深海载人潜水器发展提供了样板。
1995 年，美国 SEAmagine 公司研制的商业型潜水器，可搭载 2~6 人，深度级别为 150~1500 m。2005 年起，荷兰 U-Boat Worx 公司发展了系列产品：2 人型号深度级别为 3000 m、3 人型号深度级别为 2500 m、5~11 人型号深度级别为 200~1700 m。2008 年以来，美国的 Triton 公司发展了覆盖全海深范围、搭载 1~7 人的多类潜水器。此外，加拿大和俄罗斯等国均有各自的小型观察型载人潜水器，已投入市场应用。
（4）新技术发展型
2018 年，美国 OceanGate 公司完成了 Titan 载人潜水器的建造，可搭载 5 人潜入 4000 m 水深，用于深海的商业探索和研究冒险。Titan 载人潜水器主要分为两部分：可搭载 5 人的潜水器本体，集成式布放回收平台（见图 3）。
Titan 载人潜水器的亮点设计包括：复合材料耐压壳体、大型丙烯酸观察窗、集成式布放回收平台。集成式布放回收平台将用于布放回收载人潜水器，同时还可作为运行维护的浮动平台，运行在偏远地区实现更简单、低成本的部署。Titan 载人潜水器采用了新型的实时船体健康监测（RTM）系统，利用部署在压力边界上的 9 个声学传感器和 18 个应变计，能够分析潜水器下潜时压力变化对壳体的作用力并准确评估结构的完整性。
此外，美国 Triton Submarines 公司和 EYOS 考察公司牵头开展了万米深度极限探险活动，建造了Triton LF 全海深载人潜水器，选择了较大高宽比的立扁型方案（见图 3）。
图 4 “蛟龙”号大修与技术升级
表 2 “蛟龙”号载人潜水器基本参数
2. “深海勇士”号载人潜水器实现 4500 m 深度的高频次应用
2017 年，国产化达到 95% 的“深海勇士”号载人潜水器完成了研制和海试，成功交付用户（见图 5 和表 3）。该潜水器最大作业深度为 4500 m，广泛采用国产化技术，包括载人舱、浮力材料、定位声呐、推力器、液压源、机械手、充油锂电池组、超高压海水泵、水下照明、声学设备等，重点提升了实用性、经济性和可维护性。
图 6 复合材料耐压壳体
（2）全透明材料应用于大视野观察窗的设计、建造技术。观光型载人潜水器已大量采用全透明材料应用于大视野观察窗的设计与建造（见图 7），美国 SEAmagine 公司 AURORA 系列的工作深度达到1000 m。
图 8 潜水器新概念外形设计
（4）新型高密度耐压蓄电池组技术。西班牙和美国合作，开发能在全海深运行的电池模块，免维护、循环周期达 4000 次、即插即用。
（5）多人多舱技术。日本提出的全海深载人潜水器研究计划，将为 6 名船员提供舒适的乘坐体验和长达 48 h 的任务时间，设置有休息和盥洗空间。
五、结语
我国载人深潜领域经过近 20 年的跨越式发展，在 4500~7000 m 深度工作范围，整体上已处于国际前沿，基本构建了具有自主知识产权的载人深潜关键技术体系。
未来，我国载人深潜技术向着全海深、全海域的谱系化发展思路已经逐渐明朗。依托新一代载人潜水器装备，有望在 15 年内，巩固并提升全海深、江河水库、油气矿产、热液冷泉的作业能力，有效拓展搜索、打捞、考古、观光、极地、核能等新应用领域。同时，不断革新载人潜水器的智能化、轻量化、重载化和集群协同水平，培育打造产业链条，支撑海洋强国建设。