总师讲国之重器的科学–图说深海探测的科学

1. 本书是作者在多年科研工作与科普报告的基础上，收集新资料加工整理而成，专家讲科普，内容专业、权威；2.专业知识化繁为简，搭配大量配图，通识明了；3.一本能快速、容易地了解和学习深海探测各类装备的发展历程、基本原理、主要技术和应用的知识读物；4. 通过实例剖析和历史回顾，介绍各类装备和技术的发展使用情况。包括深海科学考察船、载人潜水器器、无人遥控潜水器、无人自主潜水器、水下滑翔机、深海观测网等当前重大深海装备研发制造涉及的科学原理和关键技术，以及水下仿生机器人、水下无线通信、海底原位探测传感器研发领域的前沿科学技术。

本书以普及深海前沿科学技术为目的，以深海探测为主线，详细介绍了深海科学考察船、载人潜水器、无人遥控潜水器、无人自主潜水器、水下滑翔机、海底观测网等当前重大深海装备研发制造涉及的科学原理和关键技术，以及水下仿生机器人、水下无线通信、海底原位探测传感器研发领域的前沿科学技术，并提供了国际上近半个世纪以来深海探测的实例和研究成果。本书可为我国海洋科技工作者提供重要的参考，通过本书可以更好地了解深海探测技术研发的理论方法和前沿关键技术。同时，本书可作为高等院校深海科学和技术相关专业学生的参考教材，亦可供对深海探测科学技术感兴趣的人群阅读。

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第1章　走近深海
1.1　神奇的生命 3
1.2　无尽的宝藏 6
1.3　科学的殿堂 8

第2章　深海探测的神兵利器
2.1　深海科学考察船 12
2.1.1　第一艘深海科考船 12
2.1.2　深海探险时代的明星 12
2.1.3　全副武装的现代深海科考船 16
2.1.4　载人深潜母船 18
2.2　深潜探测装备 22
2.2.1　深海运载装备——深潜器 23
2.2.2　深海拖曳探测装备 25
2.2.3　深海原位监测装备——着陆器 27

第3章　深海载人潜水器(HOV)
3.1　载人潜水器的诞生 32
3.2　载人潜水器发展历程 34
3.2.1　第一代载人潜水器 34
3.2.2　第二代载人潜水器 35
3.3　载人潜水器核心关键技术 37
3.3.1　深海耐压结构技术 38
3.3.2　潜航推进与液压驱动技术 40
3.3.3　声学通信定位与探测技术 44
3.3.4　生命支持技术 46
3.4　中国载人深潜——蛟龙探海 49
3.4.1　“蛟龙号”的诞生 49
3.4.2　“蛟龙号”技术特色 49
3.4.3　蛟龙探海 55

第4章　深海无人遥控潜水器（ROV）
4.1　深海探测ROV的类别 60
4.1.1　世界上第一台深海探测ROV 60
4.1.2　深海科考领域的ROV标兵 61
4.1.3　现代快速数字成像ROV 62
4.1.4　超大型ROV 63
4.1.5　冰下ROV 63
4.1.6　首台万米ROV——“海沟号” 64
4.1.7　异形ROV——蛇形水下机器人 65
4.2　ROV的系统组成与核心技术 65
4.2.1　ROV系统组成  65
4.2.2　ROV核心技术 68
4.3　中国的深海ROV发展之路 79
4.4　深海探测实例——搜索打捞失事氢弹 81

第5章　深海无人自主潜水器（AUV）
5.1　深海探测AUV的类别 84
5.1.1　AUV探测时代的开始 84
5.1.2　深海探测AUV世界的“三大家族” 86
5.1.3　功能各异的现代AUV 90
5.1.4　巨型长航程AUV 93
5.2　AUV深海探测前沿技术 93
5.2.1　海底导航定位 93
5.2.2　水下入坞 98
5.2.3　航行控制 102
5.2.4　集群控制 106
5.3　中国的深海AUV发展之路 111
5.3.1　中国深海AUV先驱 111
5.3.2　有龙在渊——“探索”“潜龙”系列的诞生    112
5.3.3　“智水”“探索”——百花齐放 113
5.3.4　“悟空”大闹龙宫—走向万米深海                           114
5.4　AUV探测实例——集群温跃层与人工声源追踪 114

第6章　水下滑翔机
6.1　发展历程 118
6.1.1　水下滑翔机的诞生 118
6.1.2　水下滑翔机的杰出代表 119
6.2　水下滑翔机工作原理和关键技术 124
6.2.1　工作原理 124
6.2.2　浮力引擎 126
6.2.3　温差能引擎 127
6.2.4　最优化结构设计 129
6.3　我国的水下滑翔机发展之路 133
6.3.1　风雨中起飞的“海燕” 133
6.3.2　中国龙家族的新兵——“翼龙”系列                           134
6.4　滑翔机探测实例——海洋自主采样试验 135

第7章　水下仿生机器人（鱼）
7.1　水下仿生机器人（鱼） 139
7.2　水下仿生机器人（鱼）中的前沿技术 141
7.2.1　控制技术 141
7.2.2　材料技术 144
7.2.3　机电一体化技术 147
7.3　典型实例——万米水下柔性仿生机器人（鱼） 148

第8章　深海探测通用前沿技术
8.1　水下燃料电池技术 152
8.1.1　燃料电池系统发展现状 152
8.1.2　燃料电池动力系统关键核心技术  155
8.2　水下无线通信技术 159
8.2.1　水下声通信技术  159
8.2.2　水下光通信技术  160
8.2.3　水下电磁波通信技术  162
8.3　海底原位探测传感器技术 163
8.3.1　地热探测技术 163
8.3.2　海洋化学原位探测传感器技术 166
8.3.3　海底原位激光探测传感器技术 168

第9章　海底观测网
9.1　海底观测网络是怎样发展起来的 175
9.2　国际知名海底观测网 178
9.3　海底观测网可解决哪些科学问题 184

参考文献 186

深海是人类社会进步和发展的战略新疆域，也是除了南极、北极、珠峰以外的“第四极”。在千米乃至万米的巨厚水层下，既拥有人类未知的丰富资源，又是生命的摇篮，也是远离人类社会的一片净土，环境极端复杂，其探知和呵护高度依赖深海探测技术的发展。党的二十大报告中指出，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，为国家深海战略的实施进一步指明了方向。要实现深海进入、深海探测和深海开发，必须大力发展深海高新技术。在信息技术、人工智能技术以及微纳新材料技术快速发展的今天，实施创新驱动发展的战略，一定能够探索出深海保护开发的新领域、新赛道，也必将塑造出深海活动发展的新动能、新优势。
海洋科学是一门实验科学，尤其是对深海的认知，高度依赖深海探测科学技术的发展。今天，利用深海探测装备，人类可以到达万米海底深渊进行实地观察研究，可以获得全球大洋乃至极地周边海域任一角落的水面水下的样品和数据，可以随时侦听几千公里以外深海大洋的脉动，可以近距离观察那些远离人类，或在幽暗海底，或在陡峭海山崖壁上，或在喷涌的热液周边舞动的精灵，可以大范围感知海水的冷热酸，还可以完成搜寻、打捞、救援等任务。但是，人类对深海大洋的认识还远远不够，为了更深刻地认识深海、开发和保护深海，我们仍然要大力发展深海探测技术，认真钻研深海探测技术背后的科学知识。
本书以普及深海探测科学知识为目的，系统地梳理了国际上近半个世纪以来的深海探测科技成果，从深海科学考察船、载人潜水器、无人遥控潜水器、无人自主潜水器、水下滑翔机、海底观测网等当前重大深海装备发展历程及其涉及的科学原理和关键技术到具体应用实例，图文并茂地进行了全方位的介绍。本书共9章内容：第1章介绍了深海特征及其资源环境意义；第2章概括介绍了水面、水下重大深海探测装备的类别和技术特征；第3章介绍了载人潜水器的发展历程、前沿科学技术，并对我国“蛟龙号”载人潜水器的应用成果进行了简要介绍；第4~6章分别介绍了无人遥控潜水器、无人自主潜水器和水下滑翔机的发展历程、工作原理和关键技术，并给出了探测应用的实例；第7章介绍了水下仿生机器人及其基础科学知识和关键技术；第8章介绍了深海探测的通用前沿技术；第9章介绍了世界各国的海底观测网及其科学应用方向。本书由丁忠军组织编写，第1章、第2章、第5章、第7章、第9章主要由丁忠军编写，第3章、第6章主要由赵庆新编写，第4章、第8章主要由李德威编写，研究生刘晨参与了部分章节的编写工作。全书由赵庆新统稿。
本书是作者在充分借鉴国内外深海探测领域专家学者研究成果的基础上编撰而成。在本书完成之际，特别感谢以Busby R.F.、Geyer R.A.为代表的老一辈深海探测科学家对世界深海探测科学研究做出的突出贡献和无私奉献，特别感谢一直致力于我国深海探测科技发展的专家学者们，向他们致以崇高的敬意！
深海探测科技十分活跃，新技术、新方法不断刷新，涉及学科众多、技术繁杂，作者的认识还十分浅显，书中疏漏之处在所难免，敬请读者不吝指正。

编著者
2022年12月