圖說深海探測的科學（簡體書）

本書以普及深海前沿科學技術為目的，以深海探測為主線，詳細介紹了深海科學考察船、載人潛水器、無人遙控潛水器、無人自主潛水器、水下滑翔機、海底觀測網等當前重大深海裝備研發製造涉及的科學原理和關鍵技術，以及水下仿生機器人、水下無線通信、海底原位探測傳感器研發領域的前沿科學技術，並提供了國際上近半個世紀以來深海探測的實例和研究成果。本書可為我國海洋科技工作者提供重要的參考，通過本書可以更好地了解深海探測技術研發的理論方法和前沿關鍵技術。同時，本書可作為高等院校深海科學和技術相關專業學生的參考教材，亦可供對深海探測科學技術感興趣的人群閱讀。

1. 本書是作者在多年科研工作與科普報告的基礎上，收集新資料加工整理而成，專家講科普，內容專業、權威；2.專業知識化繁為簡，搭配大量配圖，通識明了；3.一本能快速、容易地了解和學習深海探測各類裝備的發展歷程、基本原理、主要技術和應用的知識讀物；4. 通過實例剖析和歷史回顧，介紹各類裝備和技術的發展使用情況。包括深海科學考察船、載人潛水器器、無人遙控潛水器、無人自主潛水器、水下滑翔機、深海觀測網等當前重大深海裝備研發製造涉及的科學原理和關鍵技術，以及水下仿生機器人、水下無線通信、海底原位探測傳感器研發領域的前沿科學技術。

深海是人類社會進步和發展的戰略新疆域，也是除了南極、北極、珠峰以外的“第四極”。在千米乃至萬米的巨厚水層下，既擁有人類未知的豐富資源，又是生命的搖籃，也是遠離人類社會的一片凈土，環境極端複雜，其探知和呵護高度依賴深海探測技術的發展。黨的二十大報告中指出，必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，為國家深海戰略的實施進一步指明了方向。要實現深海進入、深海探測和深海開發，必須大力發展深海高新技術。在信息技術、人工智能技術以及微納新材料技術快速發展的今天，實施創新驅動發展的戰略，一定能夠探索出深海保護開發的新領域、新賽道，也必將塑造出深海活動發展的新動能、新優勢。
海洋科學是一門實驗科學，尤其是對深海的認知，高度依賴深海探測科學技術的發展。今天，利用深海探測裝備，人類可以到達萬米海底深淵進行實地觀察研究，可以獲得全球大洋乃至極地周邊海域任一角落的水面水下的樣品和數據，可以隨時偵聽幾千公裡以外深海大洋的脈動，可以近距離觀察那些遠離人類，或在幽暗海底，或在陡峭海山崖壁上，或在噴涌的熱液周邊舞動的精靈，可以大範圍感知海水的冷熱酸，還可以完成搜尋、打撈、救援等任務。但是，人類對深海大洋的認識還遠遠不夠，為了更深刻地認識深海、開發和保護深海，我們仍然要大力發展深海探測技術，認真鉆研深海探測技術背後的科學知識。
本書以普及深海探測科學知識為目的，系統地梳理了國際上近半個世紀以來的深海探測科技成果，從深海科學考察船、載人潛水器、無人遙控潛水器、無人自主潛水器、水下滑翔機、海底觀測網等當前重大深海裝備發展歷程及其涉及的科學原理和關鍵技術到具體應用實例，圖文並茂地進行了全方位的介紹。本書共9章內容：第1章介紹了深海特徵及其資源環境意義；第2章概括介紹了水面、水下重大深海探測裝備的類別和技術特徵；第3章介紹了載人潛水器的發展歷程、前沿科學技術，並對我國“蛟龍號”載人潛水器的應用成果進行了簡要介紹；第4~6章分別介紹了無人遙控潛水器、無人自主潛水器和水下滑翔機的發展歷程、工作原理和關鍵技術，並給出了探測應用的實例；第7章介紹了水下仿生機器人及其基礎科學知識和關鍵技術；第8章介紹了深海探測的通用前沿技術；第9章介紹了世界各國的海底觀測網及其科學應用方向。本書由丁忠軍組織編寫，第1章、第2章、第5章、第7章、第9章主要由丁忠軍編寫，第3章、第6章主要由趙慶新編寫，第4章、第8章主要由李德威編寫，研究生劉晨參與了部分章節的編寫工作。全書由趙慶新統稿。
本書是作者在充分借鑒國內外深海探測領域專家學者研究成果的基礎上編撰而成。在本書完成之際，特別感謝以Busby R.F.、Geyer R.A.為代表的老一輩深海探測科學家對世界深海探測科學研究做出的突出貢獻和無私奉獻，特別感謝一直致力於我國深海探測科技發展的專家學者們，向他們致以崇高的敬意！
深海探測科技十分活躍，新技術、新方法不斷刷新，涉及學科眾多、技術繁雜，作者的認識還十分淺顯，書中疏漏之處在所難免，敬請讀者不吝指正。

編著者
2022年12月

第1章　走近深海
1.1　神奇的生命 3
1.2　無盡的寶藏 6
1.3　科學的殿堂 8

第2章　深海探測的神兵利器
2.1　深海科學考察船 12
2.1.1　第一艘深海科考船 12
2.1.2　深海探險時代的明星 12
2.1.3　全副武裝的現代深海科考船 16
2.1.4　載人深潛母船 18
2.2　深潛探測裝備 22
2.2.1　深海運載裝備——深潛器 23
2.2.2　深海拖曳探測裝備 25
2.2.3　深海原位監測裝備——著陸器 27

第3章　深海載人潛水器(HOV)
3.1　載人潛水器的誕生 32
3.2　載人潛水器發展歷程 34
3.2.1　第一代載人潛水器 34
3.2.2　第二代載人潛水器 35
3.3　載人潛水器核心關鍵技術 37
3.3.1　深海耐壓結構技術 38
3.3.2　潛航推進與液壓驅動技術 40
3.3.3　聲學通信定位與探測技術 44
3.3.4　生命支持技術 46
3.4　中國載人深潛——蛟龍探海 49
3.4.1　“蛟龍號”的誕生 49
3.4.2　“蛟龍號”技術特色 49
3.4.3　蛟龍探海 55

第4章　深海無人遙控潛水器（ROV）
4.1　深海探測ROV的類別 60
4.1.1　世界上第一臺深海探測ROV 60
4.1.2　深海科考領域的ROV標兵 61
4.1.3　現代快速數字成像ROV 62
4.1.4　超大型ROV 63
4.1.5　冰下ROV 63
4.1.6　首臺萬米ROV——“海溝號” 64
4.1.7　異形ROV——蛇形水下機器人 65
4.2　ROV的系統組成與核心技術 65
4.2.1　ROV系統組成 65
4.2.2　ROV核心技術 68
4.3　中國的深海ROV發展之路 79
4.4　深海探測實例——搜索打撈失事氫彈 81

第5章　深海無人自主潛水器（AUV）
5.1　深海探測AUV的類別 84
5.1.1　AUV探測時代的開始 84
5.1.2　深海探測AUV世界的“三大家族” 86
5.1.3　功能各異的現代AUV 90
5.1.4　巨型長航程AUV 93
5.2　AUV深海探測前沿技術 93
5.2.1　海底導航定位 93
5.2.2　水下入塢 98
5.2.3　航行控制 102
5.2.4　集群控制 106
5.3　中國的深海AUV發展之路 111
5.3.1　中國深海AUV先驅 111
5.3.2　有龍在淵——“探索”“潛龍”系列的誕生 112
5.3.3　“智水”“探索”——百花齊放 113
5.3.4　“悟空”大鬧龍宮—走向萬米深海 114
5.4　AUV探測實例——集群溫躍層與人工聲源追蹤 114

第6章　水下滑翔機
6.1　發展歷程 118
6.1.1　水下滑翔機的誕生 118
6.1.2　水下滑翔機的杰出代表 119
6.2　水下滑翔機工作原理和關鍵技術 124
6.2.1　工作原理 124
6.2.2　浮力引擎 126
6.2.3　溫差能引擎 127
6.2.4　最優化結構設計 129
6.3　我國的水下滑翔機發展之路 133
6.3.1　風雨中起飛的“海燕” 133
6.3.2　中國龍家族的新兵——“翼龍”系列 134
6.4　滑翔機探測實例——海洋自主采樣試驗 135

第7章　水下仿生機器人（魚）
7.1　水下仿生機器人（魚） 139
7.2　水下仿生機器人（魚）中的前沿技術 141
7.2.1　控制技術 141
7.2.2　材料技術 144
7.2.3　機電一體化技術 147
7.3　典型實例——萬米水下柔性仿生機器人（魚） 148

第8章　深海探測通用前沿技術
8.1　水下燃料電池技術 152
8.1.1　燃料電池系統發展現狀 152
8.1.2　燃料電池動力系統關鍵核心技術 155
8.2　水下無線通信技術 159
8.2.1　水下聲通信技術 159
8.2.2　水下光通信技術 160
8.2.3　水下電磁波通信技術 162
8.3　海底原位探測傳感器技術 163
8.3.1　地熱探測技術 163
8.3.2　海洋化學原位探測傳感器技術 166
8.3.3　海底原位激光探測傳感器技術 168

第9章　海底觀測網
9.1　海底觀測網絡是怎樣發展起來的 175
9.2　國際知名海底觀測網 178
9.3　海底觀測網可解決哪些科學問題 184

參考文獻 186