水下军事救援装备现状及发展建议

石恒源，王仁杰，云 晨，李正超，陈淑莲，刘 军，陈旭义*，郭春良

（1.武警后勤学院学兵二大队四队，天津300162；2.武警特色医学中心海上维权医学保障研究所，天津300162）

0 引言

相比内陆，海上事故发生概率高。目前海上贸易、海上维权演习训练较为频繁，水下军事救援需求提高的同时，对水下军事救援装备的配置也有了更高的要求。水下军事救援装备即参与事故搜索救援的一系列载人及非载人工具，主要是用于海上且针对大型事故所采用的先进装备。目前水下军事救援装备是未来海上救援发展的重点，已逐步从人为行动向机械化、智能化方向发展。相比国外水下军事救援装备的发展，我国水下军事救援装备仍处于相对落后状态。美国、德国等国家的水下军事救援装备已可在10 000 m 的深海进行专门作业任务，这些国家的水下救援装备已经向产业化、模块化发展，同时装备的标准化以及多功能化在核心部件以及技术方面也有了充分的体现[1]。国内水下军事救援装备发展迅速，但在核心技术、装备材料、整体适应性以及功能性方面仍存在较大欠缺。目前，国内水下军事救援装备分为载人援潜救生装备以及无人潜水器两大类。以下将综述国内外水下军事救援装备的研究现状，为未来水下军事救援装备的发展提供建议。

1 水下军事救援装备现状

1.1 载人援潜救生装备

载人援潜救生装备主要是用于救援人员以及被救援人员的水下运载装备，主要分为深潜救生艇、潜水钟、潜水吊笼、饱和潜水系统以及单人常压潜水装备几大类。

1.1.1 深潜救生艇

在船只装具发生故障后，等待深潜救生艇救援是目前最有效、可靠的方式，也是未来水下军事救援装备发展的主要方向[1]。

美国作为潜艇救生方面研究的先行者，其研制的DSRV 深潜救生艇[2]（如图1 所示）由操纵室、救生舱以及动力舱三部分构成。DSRV 深潜救生艇可达到1 066 m 的最大救援深度，且每次可以救出24名伤员，0.5 MPa 的抗内压强度使得其能在约40 m的水下进行高压暴露的援救工作[3]。英国的LR-7 深潜救生艇[2]（如图2 所示）作为现如今世界上最先进的深潜救生艇，已广泛应用于深潜救援当中。LR-7 深潜救生艇将长度降低至约7.6 m，增强其水下灵活性的同时将潜航时间提高至12 h 以上，每次最多能搭载约20 名受难者，可作为恶劣环境下的援救工具[3]。MSM-I/S[3]作为意大利目前主要使用的深潜救生艇，长约10.7 m，宽约3.0 m，高约4.1 m，可完成水下深度300 m 的援潜救生任务，一次可最多援救8 名艇员；SRV-300 深潜救生艇在MSM-I/S 的基础上完善了抗压以及转动能力，更加适应如今水下的救援工作[3]。韩国的LRSK[3]以及日本的“千代田”号[3]则更多地参考他国深潜救生艇进行一定的改造，在结构功能上相似相仿[1-3]。

中国于20 世纪70年代研制的7103 深潜救生艇[4]（如图3 所示）主要用于遇难潜艇的营救，长约14.88 m，宽约2.6 m，高约4 m，下潜深度300 m 左右，一次可救助22 名伤员，它的研制成功使得我国援潜救生水平跃居世界先进水平行列[5]。

图2 LR-7 深潜救生艇[2]

图3 7103 深潜救生艇[4]

深潜救生艇拥有动力、探测、通信、导航等功能，其配置的均压救生转运通道通过平衡气压能尽可能多地实现人员的转移，同时保证施救人员的生命安全，因此目前深潜救生艇一般适合于大规模的人员救援[5]。但目前国内深潜救生艇的均压救生转运通道与船只装具的对接操作需要复杂的维生系统设计来维持气压的稳定；针对不同情况的施救，往往需要大规模数据的计算和评估；在设计方面存在不合理性，材质的选择在防锈防燃方面较差，在人员登梯的设计上缺乏全面的考虑，存在硬件损坏且属具缺失等现象。

1.1.2 潜水钟

图1 DSRV 深潜救生艇[2]

潜水钟作为一种压力容器可以运送人员，可用于水下观察，也可用于潜水作业，主要分为开式潜水钟和闭式潜水钟两大类。

图4 开式潜水钟[6]

开式潜水钟[6]（如图4 所示）用于60 m 以内中浅深度的潜水，遇到呼吸器故障或者供气不足时，潜水员可潜入潜水钟内卸下面罩吸取气体，增加了水下搜救的安全性和效率，机动灵活，操作简便。开式潜水钟系统具有独特的优势，其在国外得以标准化生产，用于潜水作业。美国于20 世纪70年代就开始研制开式潜水钟并装备部队；南非的LG360开式潜水钟采用集装箱底座，可根据需要运送至救援地点，相对灵活[6]。中国于20 世纪80年代研制的SWZ1.2K90/2 型开式潜水钟由潜水钟、脐带、控制箱以及吊放装置组成，作为国内最新一代的开式潜水钟，同样采用集装箱式底座，可用于90 m 以内的水下作业[6-8]。

闭式潜水钟[2]（如图5 所示）可以当作居住舱进行水下作业，适合不同工作时长救援工作的进行。闭式潜水钟作为潜水系统中的一部分，由加减压系统、通信系统、电力系统等组成。但以往闭式潜水钟整体较为笨拙，机动性不强，不仅不适于船运和集装箱拖车装运，也无法适用于不同平台角度的对口施救[8]。目前闭式潜水钟多采用集装箱集成，主要用于失事潜艇的救援，上室为救生室，下室为潜艇对接通道[9]，对于母船的专门配件要求也较低，一般的民用船均可作为临时母船使用，选择范围大大增加，成本相对降低，在减少对接时间的同时，可以进行多次降压对接。闭式潜水钟目前被广泛用于水下救援。美国海军1928 年最早研制的麦坎恩闭式潜水钟[6]1939 年在72 m 深的海底解救了33 名艇员。如今的麦坎恩潜水钟在原基础上配备了水面支持设备及轻型锚泊系统，可实现在深度259 m、倾角30°的情况下一次解救8 名失事艇员[6]。法国闭式潜水钟则更注重于推进器的研制，具有较强的机动能力[6]。国内闭式潜水钟则更多地与饱和潜水系统协同进行水下救援，具备移位和对口作业动力系统，提高了对救援工作的适应能力[10-11]。

目前国内潜水钟虽使用广泛，但在施救人员水下区域选择方面的可操作性与深潜救生艇等比较仍存在差距。

图5 闭式潜水钟[2]

1.1.3 潜水吊笼

潜水吊笼与开式潜水钟相似，是一个轻架构的笼子，但不形成气垫，在水深超过20 m 时用于潜水人员的下送工作，如同在水下安装了电梯，使安全性得到显著提高。

国外根据国际潜水承包商协会（Association of Diving Contractors International，ADCI）《商业潜水与水下作业公认标准》将潜水吊笼划为潜水钟一列，当救援或者任务要求达到20 m 乃至更深的位置时，潜水吊笼充当载人工具，并配套以应急供气系统保证工作人员的安全运送。国内潜水吊笼[12]（如图6 所示）已能完成90 m 深度的潜水，由上海打捞局研制成功，采用先进进口载人绞车，已达到国际海事承包商协会（International Marine Contractors Association，IMCA）的规范标准，能满足潜水员在最大潜水深度潜水30 min 的要求[6]。

图6 潜水吊笼[12]

但国内潜水吊笼容易受到水下水流速度等因素的影响，无法保证具体位置的投放，故适用性较差。

1.1.4 饱和潜水系统

饱和潜水系统一般适用于作业深度超过120 m、时长超过1 h 的救援工作，作为唯一一种能让潜水员直接暴露于高压环境下工作的潜水方式，其受到了各国的重视[13]。

在世界饱和潜水系统发展史上，下潜深海300 m是一道难以逾越的门槛，只有少数国家能突破此深度。目前，美国、英国、日本等国家已先后突破400 m深度[14]。而法国COMEX 公司的饱和潜水系统在“HYDRA”实验中利用氢氦氧混合原理，更是创造了海上饱和潜水534 m 的记录[13]。2006 年上海打捞局自行开发的200 m 饱和潜水作业技术实现了我国饱和潜水技术零的突破，随后上海打捞局与澳大利亚DIVEX 公司共同设计建造了SS300 饱和潜水系统[14]（如图7 所示），并于2009 年正式投入使用。其移动式的系统设计能保证潜水深度达到300 m；其液压释放系统的配置结束了“脐带”时代，开启了水下装备“独立”时代，大大保障了潜水员的安全；机械集装系统可以支持母船固定，同时也适于其他配置船舶；气体回收系统大大减轻了潜水作业中的负荷问题，保证了潜水员的休息和生活[13-14]。

饱和潜水系统作为潜水行业的顶级核心技术及前沿技术，集成化强、技术水平高、适用范围广，代表着目前最主流的生产力水平。但目前国内饱和潜水系统全套设备复杂且价格昂贵，救援单位的普及率较低，且系统装备或者配件的损坏会导致整体运行的阻滞或者崩溃[15]。

图7 SS300 饱和潜水系统[14]

1.1.5 单人常压潜水装备

单人常压潜水装备为潜水员水下个体救援装备。保持大气压内部环境的单人常压潜水装备[14]（如图8 所示）突破了仿人形耐压、中继站以及液压支撑等关键技术，目前可进行500 m 深度的水下救援工作[16]。由英国滨海深潜器公司研制的“黄蜂号”单人常压潜水装备[17]由优质铝制成，由一根脐带电缆与水面连接，玻璃纤维的包裹使其在水下工作较为轻便，可在610 m 的深度进行工作。其内部的生命支持自动、半自动控制系统可在故障之后供以60 h 左右的生命支持。美国的MANTIS 系列单人常压潜水装备[18]可达到600～700 m 的作业深度，能消除水压变化给潜水员水下工作带来的不适感，保证了工作时长和效率，同时可利用腕部活动关节，通过夹持等操作完成水下救援作业。国内单人常压潜水装备（ADS）[16]近些年突破了液压支撑技术、耐压技术等关键技术，作为国内成功研制的首个单人常压潜水装备，顺利通过试验考核后，现已逐步应用于市场。

图8 单人常压潜水装备[14]

但国内单人常压潜水装备总体相对笨重，水下阻力较大，作业效率较低，稳定性欠缺。

1.2 无人潜水器

无人潜水器即非载人且能遥控或者自主进行水下探测勘察的一系列装备，主要分为遥控潜水器以及自主式潜水器两大类[16]。

1.2.1 遥控潜水器

遥控潜水器通过与母船相连的脐带，由工作人员远程进行操控，适用于高强度、高风险、长时间的水下工作[19]。

从1974 年全球总共20 台遥控潜水器发展到1982 年底的500 台，遥控潜水器的技术发展已经成熟可靠。目前美国、英国、法国、日本等国家在遥控潜水器的发展上占据领先位置[19]。美国20 世纪90年代研发的CURVⅢ潜水器以及ATV 潜水器已经可以完成下潜6 000～7 000 m 的作业，英国的ISIS潜水器以及法国的IFREMER 遥控潜水器均可完成水下深度6 000 m 以上的水下作业，日本研发的KAIKO 11000 则成为世界上第一套突破10 000 m 的遥控潜水器[19]。

“海马-4500”[16]（如图9 所示）是国内下潜深度最大的遥控潜水器，具有较强稳定性、可靠性以及扩展性，同时支持水下液压和电器设备。“海马-4500”的研发标志着我国全面突破了深海遥控潜水器的相关核心技术[19]。

图9 “海马-4500”遥控潜水器[16]

相比欧美发达国家，“海马-4500”在多模式、多工具作业方式的设计上仍存在一些问题：（1）在配置方面，开放式金属框架结构带来的浮力有限，需要高强度耐压浮力材料进行平衡；需要装备不同的作业工具包，模块化较为复杂；同时脐带缆技术制约遥控潜水器的发展。（2）在操作方面，遥控潜水器均为半自主救援，离不开熟练的操作，无法保证救援的安全性。

1.2.2 自主式潜水器

自主式潜水器利用了人工智能、模式识别、信息融合、自动控制与系统集成技术，是一种自主、能回收利用，且能长期在水下航行的无人潜器，可用于复杂海洋环境中的救援任务[20]。

美国在自主式潜水器的研发中注重体系化的建设，由美国HYDROID 公司生产的REMUS 系列自主式潜水器[21]（如图10 所示）主要用于水下环境的探测及救援工作，主要有REMUS 100、REMUS 600、REMUS 3000、REMUS 6000 等型号，能在100～600 m不等的水下深度持续工作15～22 h，可装备声呐摄像机等传感器设备，代表着自主式潜水器的最高水平。德国的“长尾鲛”长约1.3 m，可在水下1 200 m 范围内进行水下救援工作[22]。法国的“剑鱼”全长8.3 m，可与全球系统联动搜集声呐影像，使得救援信息的获取更为快速[23-25]。

图10 REMUS 系列自主式潜水器[21]

目前“潜龙三号”[26]（如图11 所示）作为国内自主研发的潜水器新成员，相比“潜龙一号”以及“潜龙二号”，其将工作时长由30 h 增加至40 h，同时扁鱼型设计使其抗流能力出色，机动性强，稳定性好，提高了搜索作业能力。其附带高精度侧扫声呐及深海热液异常探测装备，可实现海底米级探测水平，有利于水下救援工作的进行[23-25]。

图11 “潜龙三号”自主式潜水器[26]

但国内自主式潜水器的发展水平不高，总体集成性低、功能单一，需要不同功能的配套设备协同完成任务，对救援任务适应性较差；在能源动力方面，受限于能源种类问题，自主式潜水器的水下工作效率并不高；在材料方面，主要依靠进口，国内材料的精确度、可靠性、稳定性方面的研究还比较欠缺。以上种种因素使得国内自主式潜水器在水下救援当中的使用率并不高。

2 水下军事救援装备的发展建议

2.1 强化防护能力

海水是一种强电解质溶液，水下军事救援装备在长时间的恶劣环境中会受到化学、微生物腐蚀破坏作用，因此不仅在装备的结构设计上要采取密封结构，还需要考虑材料的耐高压性能以及防腐蚀性能。在涂料方面，应采用多层涂层，使用保护性能强的环氧树脂涂层。在材料方面，可选取钛合金。钛合金作为一种航天领域的材料，其强度大、适应性强，不仅有着良好的弹性，还具有很好的抗腐蚀能力，在水下高盐的环境中不易被腐蚀。壳体材料也可以选取超疏水材料，不仅能提供防水能力，还能在一定程度上提高装备的浮力，使得遭受严重损伤的装备也能继续保持漂浮状态，从而提高救援装备的安全性。

2.2 提高通信能力

传统的电缆通信技术依赖于装备的基础设施，受到电缆长度、救援距离的影响，限制了水下军事救援装备的发展，应注重“有缆”到“无缆”的发展。在救援装备通信方式的选取上，近距离应选取无线电或者光通信，远距离则采用声通信或者电磁波；也可在特定的区域设立声信道，加大通信距离，在水下乃至深海建立通信网络，利用网络拓扑结构实现水下救援数据的多方位获取[27-33]。在现有通信技术的基础上，应研发水下中微子通信、引力波通信、量子通信等通信技术，从而提高通信的稳定性。

2.3 提升续航能力

水下军事救援装备续航能力的提升即能源供应的优化，在能源供应方面应选取氢氧、核能等高性能材料。新型铝-水电池以及铝-镍电解质系统相比锂离子电池有着更为耐用及安全的特点，可替换成为水下军事救援装备的供能材料[34-36]。也可在水下配以海底能源补给船舰，利用能源转化技术将海底生物能、温差转化为动能对救援装备进行补给。

2.4 强化导航能力

导航系统能为操作者以及控制系统提供位置、速度、方向等水下关键信息，同时也决定是否可以安全完成任务并返回。应该保证2 种及以上导航技术的结合运行，加大容错率；深化航位的推算、惯性导航、声学导航、地球物理导航、天文导航等关键技术的研究；也可结合重力学、水声学与海底地形相匹配，形成低成本、高精度的水下导航系统，综合地对水下军事救援装备进行精确导航。

2.5 把握控制能力

水下环境恶劣，受到水流、水压等因素的影响，救援人员及水下军事救援装备进行水下工作时无法保证动作的准确性和稳定性，控制技术影响水下援潜救生的发展。应以水下动力学、运动学为基础，利用矢量装置实现装备方向、速度以及姿势的保持与改变，从而搭建航行器以及单人水下作业装备的数字运动模型；研发智能装备，根据水下救援人员的运动状态、能量消耗以及即时状态的变化进行自主决策与规划，也可对不同类型、流程、要求的水下作业开展信息监测，进行数据方面的分析，并辅以精确的执行反馈，在评估与规划的同时，实现智能控制，克服水下艰难环境带来的不便。

3 结语

21 世纪是属于海洋发展的时代，水上载具的增加、军事行动的频繁使得发生事故的概率大大提升，同时水下环境较为恶劣，使得目前救援形势险峻，任务艰巨，对于水下救援有了更高的技术水平要求，水下救援也成为了当今需要着重发展的要点。未来，水下军事救援装备将会向着优质化、智能化以及稳定化的方向发展。相信随着水下军事救援装备的普及、核心技术的提升以及潜水人员素质的提升，水下救援能向着正规化、安全化、高效化的方向发展。