俄羅斯“勇士-D”無人潛航器首探馬里亞納海溝

姜永偉

2020年5月23日，受俄羅斯政府和國防部委托，俄太平洋艦隊的官兵，在符拉迪沃斯托克軍港，舉行隆重的歡迎儀式，迎接從太平洋馬里亞納海溝遂行深潛任務(wù)凱旋的“福季·克雷洛夫”號救援拖船和“勇士-D”無人自主深潛系統(tǒng)（以下簡稱“勇士-D”系統(tǒng)）?！坝率?D”系統(tǒng)在馬里亞納海溝成功下潛10028米，創(chuàng)造了無人深潛系統(tǒng)自主下潛的世界紀錄，成為轟動世界的重大新聞。

2020年5月23日，俄太平洋艦隊司令伊格里·科羅廖夫海軍少將（前排左2），在符拉迪沃斯托克軍港歡迎“福季·克雷洛夫”號救援拖船和“勇士-D”無人深潛系統(tǒng)凱旋而歸

名不虛傳

2017年9月，根據(jù)《2025年前俄國家北極地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，俄“紅寶石”海洋技術(shù)中央設(shè)計局（以下簡稱“紅寶石”設(shè)計局），與俄前瞻研究基金會正式簽署共同研制“勇士-D”系統(tǒng)的協(xié)定。前瞻研究基金會（FPI）成立于2012年10月，該基金會與美國國防高級研究計劃局（DARPA）非常相似，是國防部的一個獨立機構(gòu)，其宗旨是促進國防和國家安全方面的研究與發(fā)展，以便在軍事技術(shù)和社會經(jīng)濟領(lǐng)域里獲取高質(zhì)量的新成果，開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)并生產(chǎn)軍用、特種和軍民兩用高技術(shù)產(chǎn)品。2020年1月，普京在國情咨文中指出，前瞻研究基金會不僅應(yīng)該在研制武器關(guān)鍵部件、新一代軍用和特種裝備中發(fā)揮決定性作用，也應(yīng)該在2025～2050年為俄軍隊和其它強力部門研制國產(chǎn)武器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

前瞻研究基金會之所以將該系統(tǒng)命名為“勇士-D”，是為了紀念蘇聯(lián)著名的“勇士”號科研船?！坝率俊焙蟮摹癉”字母，是俄語“展示”的第一個字母。

在俄羅斯海洋科學發(fā)展史上，蘇聯(lián)“勇士”號是一艘充滿傳奇色彩和對蘇聯(lián)海洋科學研究作出特殊貢獻的科研船。該船原是納粹德國的一艘客輪，于1939年在德國布萊梅港完成建造，當時以“火星”號命名。二戰(zhàn)期間，“火星”號客輪擔負軍用物資運輸任務(wù)。戰(zhàn)后，根據(jù)戰(zhàn)敗國賠償條款，德國先是將“火星”號客輪交付英國，1946年，英國又將其轉(zhuǎn)交給了蘇聯(lián)，并易名為“赤道”號。1947～1948年，“赤道”號客輪被改裝為科研船，命名為“勇士”號，以紀念沙俄海軍著名的“勇士”號護衛(wèi)艦。

“勇士”號科研船長109.44米，最大吃水深度5.86米，排水量5710噸，自主航程18500海里，主發(fā)動機功率3000馬力，航速14節(jié)。該船深水錨泊時，海底拖網(wǎng)和土壤取樣等工作深度為11000米，可搭載船員66人、科研人員70人。

1949～1979年，“勇士”號科研船懸掛著蘇聯(lián)科學院院旗，完成了65次出?？茖W考察，航行80萬海里，訪問過世界100多個港口，建立了7942個海洋科學研究站。1957年，“勇士”號曾首次完成了測量馬里亞納海溝極限深度11022米的重要任務(wù)。此外，它還發(fā)現(xiàn)了生活在200米以下海床上的須腕動物。這些探險成果寫進了蘇聯(lián)教科書。1959年，“勇士”號創(chuàng)造了深海拋錨9600米的世界記錄。蘇聯(lián)科學院曾以“勇士”號科研船為核心，組建了由蘇聯(lián)50多個科研所和國外20個科研所組成的海洋科學研究團隊。

蘇聯(lián)“勇士”號科研船

在蘇聯(lián)解體前的11年時間里，蘇聯(lián)科學院曾就這艘功勛船的去向進行過多次的討論，但沒有結(jié)果。當時，停泊在加里寧格勒“琥珀”造船廠碼頭的“勇士”號科研船，由于年久失修已破舊不堪。1992年，俄科學院將“勇士”號正式轉(zhuǎn)交給了文化部下屬的加里寧格勒市世界海洋博物館。1994年7月12日，停泊在加里寧格勒市中心碼頭的“勇士”號已經(jīng)修復一新，船體一側(cè)出現(xiàn)了“11022”的字樣，向國內(nèi)外觀眾展示該船為世界海洋科學研究做出的豐功偉績。

左上、右上：蘇聯(lián)“勇士”號科研船展品 左下：加里寧格勒海洋博物館展示的“勇士”號測繪馬里亞納海溝地理概貌的模型。 右下：博物館展示的“勇士”號當年測量馬里亞納海溝極限深度的位置

2019年，俄政府在加里寧格勒市世界海洋博物館，隆重舉行了“勇士”號科研船下水80周年、首次科學考察70周年、退役40周年和停泊博物館碼頭25周年的紀念活動。該船已成為博物館的主要展區(qū)和該城市標志性景點。該船設(shè)有一個地理發(fā)現(xiàn)展覽館和一個航海史展覽館。此外，博物館還展出了許多記載地理發(fā)現(xiàn)和航海歷史的展品，保留了修繕一新的船長室和休息艙等該船歷史原貌。

今天，“勇士”號科研船，既是一所培養(yǎng)青少年學習海洋科學和增強海洋探險興趣的學校，也是一所進行愛國主義教育和弘揚俄民族戰(zhàn)斗精神的基地。

精心籌劃

“勇士-D”系統(tǒng)主要用于完成深度為12000米的海底勘探和研究工作，開發(fā)在極限深度條件下的無人深潛技術(shù)。為此，“紅寶石”設(shè)計局在研制出下潛深度6000米的“大鍵琴-2R-PM”無人潛航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，決定研制下潛深度為12000米的“勇士-D”系統(tǒng)。同時，設(shè)計局專門組建了機器人系統(tǒng)實驗室。

“勇士-D”系統(tǒng)的最復雜難題是確保系統(tǒng)的儀器和設(shè)備，在最大靜水壓力條件下的工作能力。因此，在建造系統(tǒng)殼體和堅固的儀器儀表艙時，“紅寶石”設(shè)計局運用了自己在研制載人潛航系統(tǒng)、無人潛航系統(tǒng)積累的豐富實踐經(jīng)驗。同時，設(shè)計局還與“無風”聲吶通信科研所、機器人技術(shù)和控制中央科研所、俄科學院遠東分院海洋技術(shù)問題研究所等俄國內(nèi)骨干科研機構(gòu)進行密切的合作。

“紅寶石”設(shè)計局總經(jīng)理伊格里·維爾尼特指出，設(shè)計局專家在研制“勇士-D”系統(tǒng)過程中，廣泛采用了最先進的3D建模技術(shù)和終端模型計算技術(shù)，對其進行大量的試驗，以確定“勇士”系統(tǒng)的工作能力和檢測其結(jié)構(gòu)部件受最大靜水壓力時的特征。“勇士-D”系統(tǒng)擬定技術(shù)文件采用“無紙化”技術(shù)，零部件的制造則直接由數(shù)控機床按程序自動完成。根據(jù)設(shè)計構(gòu)想，“勇士-D”無人潛航器和海底站，在無人參與的條件下，可借助控制系統(tǒng)的計算自主運行。在下潛前，母船操控員將具體任務(wù)輸入控制系統(tǒng)，隨后，無人潛航器和海底站按照程序下潛水中，開始自主工作。同時，它們可以通過聲吶信道向地面操控員傳遞各種信息?！凹t寶石”設(shè)計局和研制控制系統(tǒng)的科研人員，將在母船控制臺旁對試驗實施全程監(jiān)控。為了培養(yǎng)系統(tǒng)操控員，“紅寶石”設(shè)計局專門研制出“勇士-D”系統(tǒng)綜合模擬訓練器，以確保操控員獲得操控經(jīng)驗，并擬定出大量的操控技術(shù)方案。

2020年4月，俄海軍太平洋艦隊SB-135“福季·克雷洛夫”號救援拖船，搭載“勇士-D”無人深潛系統(tǒng)駛往馬里亞納海溝進行下潛試驗

挑戰(zhàn)海溝

2020年5月8日，前瞻研究基金會副總經(jīng)理兼物理技術(shù)研究負責人伊格里·杰尼索夫，在接受塔斯社記者采訪時具體介紹了“勇士-D”系統(tǒng)在馬里亞納海溝完成下潛試驗的情況。

“勇士-D”系統(tǒng)采用了魚雷外形設(shè)計，重5600千克、長4米、直徑1.5米、高1.471米，全部采用俄國產(chǎn)材料和工藝研制而成。系統(tǒng)由主要設(shè)備和輔助設(shè)備，以及海底站、系統(tǒng)器材和零部件等設(shè)備組成。主要設(shè)備即無人自主潛航器，安裝了測量物理環(huán)境參數(shù)（外部溫度、壓力、水電導率）的設(shè)備、照明設(shè)備、照相和視頻設(shè)備、側(cè)視聲吶、慣性導航系統(tǒng)、視覺感知與規(guī)避控制系統(tǒng)等設(shè)備。在水下航行時，無人自主潛航器依靠慣性導航系統(tǒng)、照相和視頻設(shè)備、側(cè)視聲吶提供的信息。海底站是一個中繼信標，它可以幫助潛航器在海底定位。潛航器和海底站殼體完全采用了國產(chǎn)鈦合金和高強度球體塑料材料?！坝率?D”系統(tǒng)的動力裝置，由4臺主電動機和10臺側(cè)推電動機組成。

“ 勇士-D” 無人深潛系統(tǒng)安裝的俄電子公司研制的耐水深度12000米的KT-1200水下彩色攝像機

2018年1～2月，“勇士-D”系統(tǒng)完成了組裝，2019年春，在喀瑯施塔得地區(qū)完成工廠試驗。隨后，該系統(tǒng)無人自主潛航器在黑海進行下潛試驗。由于馬里亞納海溝區(qū)域的氣象條件險惡，2019年夏天和秋天，“勇士-D”系統(tǒng)抵達距離馬里亞納海溝海域不遠的日本海海域進行下潛前的準備。2020年4月，“福季·克雷洛夫”號救援拖船搭載“勇士-D”系統(tǒng)從符拉迪沃斯托克軍港出發(fā)，歷時29晝夜航行5200多海里，抵達太平洋馬里亞納海溝海域。

在此期間，太平洋艦隊司令部發(fā)揮了巨大作用。從符拉迪沃斯托克到馬里亞納海溝，是一個極為復雜的航線。如果沒有“福季·克雷洛夫”號救援拖船，下潛試驗將無從談起。為完成此次下潛任務(wù)，根據(jù)“勇士-D”系統(tǒng)的設(shè)計需求，專門對“福季·克雷洛夫”號進行了技術(shù)改裝?！案＜尽た死茁宸颉碧柺鞘澜缟献畲蟮暮Ｑ笸洗潘?000噸，長99米，寬19.5米，航速19.5節(jié)，船員50人，搭載直升機1架。由于可以在海浪8級和以4節(jié)航速拖曳排水量達25萬噸的船舶，“福季·克雷洛夫”號救援拖船被列入吉尼斯世界大全。

由于無人潛航器是第一次在馬里亞納海溝海域進行下潛試驗，試驗前該海域的水聲波分布參數(shù)來自文獻資料，所以首先釋放了海底站，但這未必能夠保證無人潛航器安全下潛。為確保萬無一失，潛航器與母船“福季·克雷洛夫”號救援拖船建立了通信聯(lián)系。

“紅寶石”設(shè)計局為俄海軍研制的“大鍵琴-2R-PM”無人潛航系統(tǒng)

“勇士-D”系統(tǒng)共完成了兩次下潛：第一次是5月8～9日，第二次是5月10～13日。5月8日莫斯科時間22點34分，“勇士-D”系統(tǒng)無人潛航器下潛到馬里亞納海溝海底10028米，5月9日莫斯科時間6點2分浮出水面。

首先，無人潛航器下潛到海底需要大約10個小時。在距離馬里亞納海溝底部3米時，無人潛航器停止下潛，開始航行。它先以2米/秒的速度向前航行了1.5個小時，然后轉(zhuǎn)彎上升到30米處，開始折返。這大約花費了約3個小時。期間，無人潛航器在海底安插了紀念衛(wèi)國戰(zhàn)爭勝利75周年的紅旗，還繪制了海底地圖、制做照片和視頻，研究了海洋環(huán)境的參數(shù)。隨后，潛航器用了大約4～5個小時的時間浮出了水面。按照預定計劃，潛航器應(yīng)在距母船較近的海域浮出水面，但它實際浮出水面時距母船遠達9千米，這說明馬里亞納海溝的洋流條件非常復雜。為了確保下潛深度的科學性和真實性，俄科學院科研人員在對“勇士-D”號無人深潛系統(tǒng)主要設(shè)備和輔助設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進行嚴密檢查后，又將其與國外報道的數(shù)據(jù)進行了對比。隨后，科研人員再次對數(shù)據(jù)進行驗證。

日本Kaiko無人深潛系統(tǒng)

2020年5月8日，“勇士-D”無人深潛系統(tǒng)在馬里亞納海溝準備下潛

在“勇士-D”系統(tǒng)實施此次下潛探險之前，前瞻研究基金會專家曾對馬里亞納海溝極限深度做過預測：深度為10994米，正負誤差為40米。此外，還預先測量出了馬里亞納海溝長1500千米，寬5千米。那么為何會出現(xiàn)正負40米的誤差呢？杰尼索夫解釋說，馬里亞納海溝深度是通過聲速測量出來的，其誤差很大，這主要取決于水物理參數(shù)。目前，尚不清楚“勇士-D”下潛10028米是否到達了最深的深度。但此次下潛的結(jié)果可以證明，1957年蘇聯(lián)“勇士”號科研船測量馬里亞納海溝深度11022米的數(shù)據(jù)是錯誤的。同時，這次下潛試驗告訴人們，現(xiàn)階段對馬里亞納海溝了如指掌是絕對不可能的。馬里亞納海溝是一個相當活躍的地質(zhì)構(gòu)造，它在不斷發(fā)生變化。

1995年3月24日，日本Kaiko無人深潛系統(tǒng)下潛到了馬里亞納海溝的11911米深處。2009年5月，美國“海神”號無人深潛系統(tǒng)下潛到了馬里亞納海溝的10902米深處。此外，1960年，皮卡德的兒子雅科斯和美國海軍上尉唐沃爾什駕駛“迪里亞斯特”號深潛系統(tǒng)，下潛到了馬里亞納海溝的10919米的深處。2012年3月26日，加拿大導演詹姆斯·卡梅隆獨自駕駛“深海挑戰(zhàn)者”號深潛系統(tǒng)，下潛到了馬里亞納海溝的10898米深處。

與日本Kaiko和美國“海神”號無人深潛系統(tǒng)不同的是，“勇士-D”系統(tǒng)完全未借助光纖電纜實現(xiàn)了自主下潛，而Kaiko和“海神”號，則是借助“繩子”即光纖電纜完成下潛。“勇士-D”系統(tǒng)下潛后，可24小時自主遂行水下科學考察任務(wù)。該系統(tǒng)的蓄電池充電主要依靠母船來提供。總之，俄羅斯科學家創(chuàng)造了深潛系統(tǒng)自主下潛的歷史性突破。“勇士-D”系統(tǒng)的試驗再次證明，該系統(tǒng)可以在世界海洋任何深海底部工作。

2020年6月7日，俄國防部紅星電視臺《軍事驗收》節(jié)目主持人阿列克謝·葉戈羅夫，專程前往“紅寶石”設(shè)計局“勇士-D”制造車間采訪了總設(shè)計師帕維爾·科洛奇科夫。科洛奇科夫向葉戈羅夫透露了“勇士-D”系統(tǒng)創(chuàng)新成果的某些細節(jié)。例如，目前一般的潛航器大都依靠鰭板穩(wěn)定器進行轉(zhuǎn)彎，而“勇士-D”則依靠改變螺旋槳轉(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)彎。這種推進-操舵設(shè)計結(jié)構(gòu)，可以確?！坝率?D”系統(tǒng)的水下安全。此外采用余度設(shè)計，即在每個垂直和水平的表面都有兩臺螺旋槳，即使某一個螺旋槳出現(xiàn)故障，也可以保證“勇士-D”以較低的速度安全行進。

前景展望

2020年5月23日，俄太平洋艦隊負責武器裝備發(fā)展的副司令伊戈里·科羅廖夫海軍少將，在符拉迪沃斯托克軍港為“福季·克雷洛夫”號救援拖船和“勇士-D”系統(tǒng)舉行的歡迎儀式上指出，“勇士-D”的下潛成功，不僅是為紀念蘇聯(lián)衛(wèi)國戰(zhàn)爭勝利75周年送上的一份最厚重的禮物，也是俄征服海洋的重大歷史事件?！坝率?D”系統(tǒng)將成為俄海軍發(fā)展深潛系統(tǒng)的重要平臺。下潛深度超過10000米的深潛系統(tǒng)，將可以確保俄海軍在世界海洋任何海底遂行作戰(zhàn)任務(wù)?！坝率?D”系統(tǒng)設(shè)計方案，可以確保俄海軍研制更加完善的自主深潛系統(tǒng)。他殷切希望“勇士-D”系統(tǒng)能夠在太平洋艦隊列裝。目前，太平洋艦隊已建立潛航系統(tǒng)基地并裝備了自主深潛系統(tǒng)。同時，艦隊積累了使用自主深潛系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗。

2020年4月，俄海軍太平洋艦隊SB-135“福季·克雷洛夫”號救援拖船，搭載“勇士-D”無人深潛系統(tǒng)駛往太平洋馬里亞納海溝進行下潛試驗，途中遇美國軍艦跟蹤

2020年6月10日，“紅寶石”設(shè)計局總經(jīng)理伊格里·維爾尼特，在接受塔斯社記者采訪時指出，“勇士-D”系統(tǒng)下潛試驗成功已經(jīng)引起俄政府和國防部的高度重視。俄政府負責軍工生產(chǎn)的副經(jīng)理尤里·鮑里索夫給予“勇士-D”系統(tǒng)高度評價，他認為這是俄軍工科技近年來取得的最優(yōu)異成果之一，它將極大提升俄軍工科技在世界造船業(yè)的地位。在不久的將來，“勇士-D”系統(tǒng)將與潛艇、水面艦艇和保障船等各種各樣的載體實現(xiàn)深度的融合。使用以自主和遙控技術(shù)為基礎(chǔ)研制而成的“勇士-D”系統(tǒng)，不僅將確保人類完全脫離高風險地區(qū)，而且可以對有效完成任務(wù)提供更充分和更全面的信息保障。在開發(fā)和研制水下機器人技術(shù)裝備方面，“紅寶石”設(shè)計局有著雄厚的科技潛力和豐富的實踐經(jīng)驗，能夠在“勇士-D”系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為國內(nèi)外潛在客戶制造各種新型無人深潛系統(tǒng)。

“勇士-D”系統(tǒng)無人潛航器采用余度技術(shù)，即在每個垂直和水平的表面都有兩臺螺旋槳

維爾尼特接著指出，從長遠來看，“紅寶石”設(shè)計局專家計劃建立一個由無人潛航器、滑翔機、水下照明設(shè)備、無人機、通信設(shè)備和其它遂行科研任務(wù)的保障設(shè)備組成的全球網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。未來水下機器人技術(shù)發(fā)展的主要方向是優(yōu)化無人潛航器的自主性，增加水下續(xù)航力和提高水下定位精確度，完善網(wǎng)絡(luò)化控制能力，將各種技術(shù)裝備和通信裝備融為一體。發(fā)展各種新技術(shù)，確保未來建立由導航、通信和控制系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)，為各種機器人系統(tǒng)在海洋、深海和空中遂行任務(wù)提供保障?？傊?，這將有助于建立能夠控制無人潛航器、水面艦艇和空中飛行器的一體化指揮中心，以便向俄國防部和俄科學院，以及俄羅斯其它強力部門實時提供全方位的導航服務(wù)和技術(shù)信息支持。

據(jù)2020年6月18日俄海軍網(wǎng)站透露，目前，前瞻研究基金會正與俄國防部就將“勇士-D”系統(tǒng)交付俄海軍使用進行談判。如果談判順利，俄海軍將成為世界上首個裝備無人深潛系統(tǒng)的國家?！坝率?D”系統(tǒng)的列裝，不僅將提升俄海軍深海搜救能力，而且為實現(xiàn)普京的海洋強國夢增加了一份有分量的籌碼。