“4500米级深海作业系统”是国家“十一五”863计划海洋技术领域的重点项目，由科技部委托国土资源部负责组织实施。中国地质调查局广州海洋地质调查局作为项目业主单位，联合上海交通大学、浙江大学、青岛海洋化工研究院、同济大学、哈尔滨工程大学等单位，经过6年艰苦攻关，突破相关核心技术，研制成功4500米级无人遥控潜水器（“海马”号），达到国外同类无人遥控潜水器技术水平，这是我国深海高技术领域继“蛟龙号”之后的又一标志性成果, 在我国深海技术装备研发领域具有里程碑式意义。
瞄准深海尖端 攻取“零的突破”
海洋是国家综合实力和高科技的竞技场。党的十八大报告首次提出了“提高海洋资源开发能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”的总要求。
建设海洋强国，海洋探查技术装备是关键。与世界发达国家相比，我国在海洋探查技术装备水平还存在着一定的差距。尤其是面向深海的诸多关键技术仍为少数发达国家所垄断。
作业型深海潜水器技术与装备在海洋地质探查和资源开发利用中是不可或缺的，它在一定程度上标志着一个国家海洋资源勘探开发甚至海洋权益维护的能力和科技水平。开展深海作业型潜水器的科学研发不仅对国民经济和社会发展以及国家军事安全有极为重大的意义，还对未来的海洋空间利用、海洋旅游业、深海打捞、救生等有着不可估量的价值和战略意义。与世界先进国家相比，我国的海洋装备技术水平还存在着相当大的差距，尤其是面向深海的装备技术水平差距更大，且诸多关键技术为少数发达国家所垄断。科考船上，我们使用的深海调查设备绝大多数是进口产品,即便进口，后续技术支持和技术服务也常常受制于人。这严重制约了我国参与国际海洋竞争的能力，也严重制约了我国向更深更远的海洋进军的进程。
4500米，是中国南海中央海盆的深度，更是一个具有中国海域特点的深度。这一深度，可以覆盖我国南海98%的海域，以及国际海底富钴结壳资源富集区和绝大部分的热液硫化物富集区。研制这一深度级别的深海运载和作业设备，能够满足我国绝大部分深海探测和作业的相关需求。因此,研制4500米级无人遥控潜水器,提升我国深海装备技术水平，摆脱深海装备技术受制于人的被动局面，实现我国在大深度无人遥控潜水器自主研发领域“零的突破”，成为我们海洋科技研发的重要任务。
“十一五”期间，863计划海洋技术领域经反复调研和专家论证， 2008年底启动了重点项目“4500米级深海作业系统”。2009年，科技部、国家海洋局联合发布了《国家深海高技术发展专项规划（2009－2020）》，将这一项目纳入深海潜水器技术与装备重大项目之中。
优秀的团队 完美的配合
2008年底，“4500米级深海作业系统”项目正式启动。广州海洋地质调查局作为业主单位，汇集国内业界优势研发力量，组成优秀协同创新团队共同承担研制工作。在长达6年的攻关活动中,这个优秀的组合实现了完美的配合,堪称专业合作的楷模。
上海交通大学是“海马”号4500米无人遥控潜水器（ROV）本体研制的总体设计、设备研发、系统集成和试验的主要承担单位，由校科研院副院长刘燕刚担任交大课题组负责人，海科院马厦飞副研究员技术负责。课题组技术人员来自连琏、任平带领的深海技术与装备专职研究团队。上海交通大学集中优势资源，并提供了水下环境条件综合实验室、大型水池、建造装配车间等，保证了项目的顺利实施。
总体设计是潜水器研发的关键，涉及到总体布置、材料科学、高压密封技术、总体组装和试验技术等诸多难点，马厦飞带领总体攻关小组，连琏、任平两位技术专家亲自指导，剖析、借鉴了大量的国际先进技术，形成了具有中国自主创新特色的“海马”号潜水器总体设计方案。
在4500米的深海底，指甲盖大小的面积，就要承受约半吨重的压力。“海马”的结构材料是又一重大难题。上海交大课题组依托国内技术优选出耐压、耐腐蚀、比重轻的结构材料，经反复优化设计和试验，克服了系统散热、穿舱密封等众多技术难点，研制出整体插拔式电子舱和各种耐压结构，攻克了深海设备的重要环节。
控制系统是ROV核心，也是研制工作的最难点。刘纯虎博士带领年轻的控制系统研发小组，攻克了包括ROV操作系统、计算机控制、光纤通讯、电子线路开发、控制系统集成和试验等技术，最终形成了具有完全自主知识产权，可实时控制、监测、告警等综合功能的大型ROV控制软件。
交大自主研制的重载升沉补偿装置在整个海试过程中显示了很好效果。国内首次开发的一体式深海大功率HMI照明灯、各种系列深海水下摄像机、照明灯、水下布放底盘，深海采样底盘等设备，成为“海马”号高国产化率的重要组成部分。
螺旋桨推进系统、水下机械手作业、水下分布式控制计算机、液压动力和管路系统、深海压力补偿系统，犹如潜水器的四肢、神经和血液循环系统。为了支持这套国产化潜水器的问世，浙江大学、浙江省科技厅、地方政府投入配套资金及实验用房，建立了一套完备的测试系统和试验标准。浙江大学顾临怡教授刚从美国明尼苏达大学留学回国，就代表浙江大学挑起了“4500米深海作业系统”水下液压、作业系统和控制器研发的重担。
为了把控制命令下达到每一个“器官”，课题组提出了“集散型控制”的新理念，这必须建立在水下控制计算机耐高压的基础之上。晶振，是水下计算机的“心脏起搏器”。电控组一次性买来十多种不同的晶振，进行高压环境测试，但还没超过2000米，已经没有一个能正常工作了，课题组一时陷入绝境。一个偶然的机会，顾临怡教授脑子里闪过一个念头：“为什么不能搭一个高频振荡电路来代替晶振呢？”他马上动手：设计、买元件、焊电路、高压测试。经过艰苦探索,终于取得成功。1万美元的进口电路板，国产品的成本还不到1000元人民币！
为了让“海马”号ROV在水下游得更快些，浙江大学课题组决定采用损耗更低的比例压力阀来控制螺旋桨。研发过程中，周锋博士带领的液压推进系统研发团队遭遇了系统在低转速、低压力下共振的难题，一时难以解决，研发团队曾一度打算放弃这种高效的系统，退回到最常规的伺服阀控制流量的方案，但周峰心有不甘，提出了新的想法：“如果转速低、压力不低，会不会就不振了呢？” 他马上修改参数，进行理论推导、数学建模、仿真等，为了积累反复试验的数据，周锋团队将工作地点搬到测试水池旁，现场办公，时刻改进，反推分析，彻底解决这一难题。
浙江大学罗高生博士带领团队前后花了8年时间研制深海潜水器机械手，“海马”号配套的五功能和七功能机械手，已是第六代定型产品。在深海试验中，曾两次出现五功能机械手肩关节不能左摆的问题，经反复分析，并更换元器件后，机械手的肩膀终于能够灵活摆动了。在多次下潜后的工作中,这支中国机械手通过了深海的考验。
浮力材料是潜水器的重要组成部分，青岛海洋化工研究院从“玻璃微珠”研制起步，到如今3次南海中央海盆的下潜，国产浮力材料经受住了4500米深度的挑战。
广州海洋地质调查局作为“海马”号研制项目的牵头单位，制定了“项目组织方式和运行管理机制”，成立了以现任局长温宁为组长，总工程师杨胜雄为副组长的项目领导小组和项目管理办公室，就合作单位的项目组管理、运行机制和基础配套设施问题提出业主意见并及时督促整改，持续推动项目的开展。
由广州海洋地质调查局点将的项目长陶军,统领着一批中国海洋科技界顶尖精英研发团队，直面三所大学、几家研究院所、几十家合作单位、近百家协作工厂。研发过程中，他始终把不同专业、不同风格、不同体制、不同系列的数个参研单位凝聚在一起，同心协力、同舟共济，引导研发设计方案瞄准国家海洋探查的实际需求；在项目研制的困难时期，他主动承担责任，顶起巨大压力，紧紧依靠国土资源部、科技部等上级领导协调解决问题，和科研团队共渡难关……
攻关结硕果 “海马”显神威
2015年5月8日, 4500米级无人深潜器“海马”号通过科技部验收。这是我国自主研发、迄今为止下潜深度最大的第一套大深度无人遥控作业型潜水器，整套装备实现了关键核心技术国产化，国产化率达到90％，为我国深海无人遥控潜水器的国产化和产业化奠定了坚实基础。
此前,卓越的“海马”已通过了一系列严格的检验。
2014年2－4月， “海马”号搭载作业母船“海洋六号”实施了3个航段海上试验，先后17次下潜，3次到达南海中央海盆最深处4502米水深的海底进行作业试验，通过近百项技术指标的现场考核。海试结果表明：“海马”号无人深潜器具有优良的深海作业能力，达到了在4500米深海海底作业的各项技术性能设计要求，通过了863计划海洋技术领域办公室的海试验收。
为推动4500米级深海作业系统尽快形成作业能力，服务我国深海科学考察和资源勘探。中国地质调查局广州海洋地质调查局将“海马”号首次应用于国家地勘任务。为此，项目团队又对“海马”号进行了针对性改造，同时携带多种取样器和传感器。
2015年3月，“海马”号搭载作业母船“海洋六号”赴我国南海北部某海区实施水合物目标区海底详查及海底设备回收任务，共4次下潜，完成了目标海底全覆盖观测、定点作业与观测、沉积物与生物取样、海水温度测量、海水甲烷含量测量等调查。最长单次下潜时间5小时20分，海底作业3小时10分。
航次调查中，“海马”号综合了海底摄像、地质取样和物理海洋调查等多种常规调查手段，发现了目标区内一系列与天然气水合物相关的“冷泉”活动标志。通过“海马”号多角度高清摄像系统等，实时观测到依赖于甲烷气体存活的贻贝类生物、菌席等，海底甲烷气体渗漏现象，以及反映海底水合物历史演变过程的甲烷生物化学礁、碳酸盐结壳等。“海马”号还抓获到贻贝类生物活体、甲烷生物化学礁、碳酸盐结壳等一批实物样品，并实时获取调查区海水温度、甲烷含量异常数据等一系列显示天然气水合物赋存的直观标志。为现场科学家提供了更为丰富和直观的海底调查资料。
调查情况表明,“海马号”已经具备开展海底多角度摄像、机械手作业、声光电探测、海底原位实验等综合作业手段，可进行海底全覆盖测绘、沉积物与生物取样、物理海洋测量、现场地球化学分析，具有海底观测网与仪器设备布设和回收、海底管线维护、深海打捞等扩展作业功能，具有作业风险低、建造运行维护成本低的特点，不需要专门母船支持，能够长时间驻留海底作业，可广泛应用于我国资源、环境、工程、救捞、渔业和考古等众多领域，同时具有军事应用价值。
在整个作业过程中，“海马”号无人潜水器系统运行状态良好，操控性、可靠性、稳定性和各种扩展功能均通过严格考验，已达到实用化装备的各项技术要求。
“海马”的研制成功，不仅标志着我国已全面掌握深海无人遥控潜水系统各项关键技术，并在关键技术国产化方面取得实质性的进展，打破了国外技术垄断，带动了相关配套产业的进步,而且实现了科研成果向地质调查应用的快速转化。
“海马”的研制成功，还得到了社会各界给予的高度评价,荣获中国科学院、中国工程院“两院院士评选2014年中国/世界十大科技进展新闻”(第二)；中国海洋学会、中国太平洋学会、中国海洋湖沼学会“2014 年度中国海洋十大科技进展”(第一)；国土资源部中国地质调查局“2014年度地质科技十大进展”(第二)；中国地质学会2014年度 “十大地质科技进展”和“十大地质找矿成果”(第七)
全新的模式 宝贵的经验
“4500米级深海作业系统”的成功研制及应用，是科技部实行业主制管理模式的成功范例，实践了多部门协作创新、联合攻关、产学研用相结合的科技研发创新模式。回顾6年的研制和海试过程，我们取得了一些重要的经验和体会：
1.上级主管部门以及各参与单位领导高度重视。项目在实施管理过程中遇到的重大问题都能及时得到协调、干预和解决,在2011年12月项目年度工作会议后，遵照上级领导和专家的意见，成立了项目总体技术组，有效地组织开展了研制工作。
2. 成功的组织实施模式。本项目以国土资源部为组织实施部门、广州海洋地质调查局为业主单位、海洋六号综合科学考察船为作业母船，全力支撑协调上海交通大学为技术负责单位的科研团队研发活动，构建了产学研用协同创新的组织实施和管理模式。项目始终与我国基础性、公益性、战略性资源调查需求密切结合，以直接服务于深海资源探查应用为目标，充分发挥产学研用相结合的作用，调动和协调相关资源，有力地保障了项目的顺利实施。
3. 立足自主研发。长期以来，我国海洋技术与装备水平和国际先进水平存在着很大的差距，尤其是深海技术与装备水平尚处于起步阶段，关键技术受到国外垄断。因此，立足自主研发，攻克海洋技术装备相关配套水平低的难点，全面开展深海潜水器国产化技术研究，是我们掌握关键技术的必由之路。
4.业主单位技术人员参与各子课题的科研工作。由于“4500米级深海作业系统”是一个由多个单位参与的合作研发项目，特别是进入到安装调试阶段，项目组高度重视各参与单位之间的技术协商、配合和衔接环节的工作，并采取了科研人员互派进驻现场联合调试等有效措施，确保了工程的进度和质量。
5. 形成了一支多学科交叉、研发与作业应用融合的团队。研发团队经过6年来长期协作创新，以及海上的联合试验应用，在“海马”号ROV的研发与试验过程中积累了丰富的实际经验，同时业主单位的操作应用人员从项目伊始就参加了研发工作，对“海马”号ROV的海试成功起到了关键作用。通过项目的实施，培养出了一支集总体技术、机电、控制、材料等多学科研发团队及技术作业队伍。
目前，“海马”号正搭载在作业母船“海洋六号”上，开赴太平洋执行科学考察任务。下一步，在国土资源部、中国地质调查局的组织领导下，广州海洋地质调查局将把“海马”号列入深海调查的自主常规装备，更加广泛投入我国深海资源探测和科学研究，为建设海洋强国做出更大贡献。
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