知识窗▏无人潜航器的发展简史与应用现状

无人潜航器（简称UUV），又称无人潜水器、水下机器人或潜水机器人，是一种无需搭载乘员、通过遥控或自主控制在水下执行探测、作业、侦察、反潜、扫雷等任务的智能化水下装备。无人潜航器的出现，让科学家和工程师们能够更有效地进入过去难以触及的深海区域，进行资源勘探、环境监测以及科研等工作。

“Nereus”自主/遥控式水下机器人

无人潜航器按控制方式分类可分为遥控潜水器（ROV）、自主水下航行器（AUV）、混合式潜水器（ARV/HROV）、深海长期驻留AUV（LRAUV），其中：ROV通过脐带缆与母船连接，由操作员实时操控，适合高精度作业；AUV自带能源和控制系统，按预设程序自主航行，无需实时干预；ARV/HROV兼具AUV与ROV特点，可切换模式，兼顾灵活性与实时性。LRAUV系统能够在没有支撑船只的情况下部署数月至数年，将提高海洋环境时间和空间变化的检测能力。

遥控无人潜水器（ROV）无人遥控潜水器最早于1953年诞生。1960年代，美国海军研究实验室（NRL）率先开发了早期的（ROV），最初被用于水下排雷、沉船打捞等军事任务。1966年的“氢弹打捞事件”成为遥控式无人潜水器发展史上的重要里程碑，在此次任务中，改进后的遥控式无人潜水器凭借更高精度的机械臂控制和稳定的推进系统，在复杂的深海环境中成功回收了坠落的氢弹，充分证明了它在高风险任务中的技术优势。

1970年代，随着液压驱动技术与水下成像技术的发展，使得遥控式无人潜水器性能显著提升，耐压材料的进步增强了它的深潜能力；而光纤通信技术的应用则提升了数据传输的实时性，使其在更深、更复杂的海洋环境中具备更强的作业能力。为此，美国PerryTritech公司推出的Scorpio系列ROV，因其高效、可靠的操作性能，被广泛应用于深海油气管道铺设、海洋钻井平台维护等领域。

1990年代，因为高分辨率摄像系统、多传感器融合技术及精密机械臂的发展，遥控式无人潜水器的应用逐步扩展至科学探测领域。伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）研发的Jason系列ROV因具备在复杂环境中维持精准操控的能力，多次深入太平洋、大西洋及印度洋的热液喷口区域，完成数百次深海探测潜航，为深海生物学与地球科学研究开辟了全新的观测途径。

近年来，遥控式无人潜水器正向着智能化和提高深潜能力的方向迈进。如英国的Seaeye Falcon ROV就具有智能化的自主导航技术，并融合了多模态的传感器网络，可在复杂水下环境中实现高精度定位与动态避障，在水下深海管道巡检、海底结构维护等高精度作业中，它可以实时解析水下流场变化，精准调整航迹，有效规避潜在风险，其智能化作业得益于新型能效管理与高效的数据处理架构的支撑，在长时间高负荷的任务中仍可保持稳定性，实现了能耗优化与作业精度的高度平衡。

1986年，由中国科学院沈阳自动化研究所和上海交通大学合作研制成功首台国产作业型遥控水下机器人“海人一号”，最大作业水深200米。后续发展了4500米级的“海马”号深海遥控潜水器，是我国自主研发的首台4500米级深海作业系统，和万米级的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器等代表性装备。“海斗一号”于2021年实现了对马里亚纳海沟“挑战者深渊”西部凹陷区的大范围全覆盖声学巡航探测，标志着我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考应用的新阶段。

AUV作为海洋探索与开发、海上无人作战的重要装备，是世界各国研究的热点。自20世纪50年代开始，世界上已有十余个国家先后开展了对AUV的研究。进入21世纪，随着人工智能技术、导航与控制技术、传感器技术和能源技术的发展，AUV也实现了快速发展，其智能性、续航力、作业能力都得到了大幅的提升，目前已广泛应用于军民领域。

1957年，华盛顿大学开发了第一台真正意义的自主式水下航行器（SPURV）。作为全球首款自主式水下航行器（AUV），SPURV配备早期惯性导航系统，能够在无外部控制的情况下完成短程自主航行，主要应用于海洋学研究。

进入1980年代，由于微电子技术和传感器的进步，自主式水下航行器的自主导航能力和环境适应性显著提升，使其逐步适应更复杂的军事任务需求。自主式水下航行器以其高机动性和低可探测性获得了广泛应用，推动了现代水下作战模式的变革。随着导航系统与能源管理技术的持续优化，它的续航能力和自主决策水平得到了进一步提升。

到了21世纪，自主式水下航行器的应用范围开始从军事领域扩展至民用市场，模块化设计的引入提升了设备的灵活性和适应性，进一步推动了其在科学研究与环境监测方面的应用。伍兹霍尔海洋研究所研制的REMUS系列，尤其是REMUS-6000，成为这一阶段自主式水下航行器民用化的代表性成果。2014年，美国国家海洋和大气管理局部署SentryAUV，实现了在6000米深海环境下24小时自主巡航，大大提高了深海生物多样性研究的精确度和效率。其技术成果不仅彰显了自主式水下航行器在科学探测、资源开发和环境保护等方面的重要价值，也预示着未来智能化自主水下航行器将在海洋更广泛的应用领域中扮演关键角色。

中国机器人的发展起步较晚，1980年蒋新松院士提出把‘智能机器人在海洋中的应用’作为研究重点。1992年，沈阳自动化所与俄罗斯合作，着手研制6000米级自主水下机器人 ‘CR-01’。1995年，‘CR-01’研制成功，并分别于1995年、1997年两次赴太平洋我国多金属结核开辟区开展调查工作。它的成功，使中国成为了当时世界上少数几个拥有6000米级水下机器人的国家。2012年12月，我国第一台自主研制的无缆遥控潜水器‘潜龙一号’成功诞生，它的最大工作水深可以达到6000米。2011-2020年实现深海与智能化突破，‘悟空’号完成全球首次全海深(10896米)探测，‘海斗’号融合AUV/ROV功能，智能控制、集群协同技术形成完整谱系。2021年至今加速产业化进程，‘海魟Ⅱ号’实现自主对接、‘沙丁鱼-200’攻克集群导航难题，中海油服3000米AUV等工程化应用达国际领先水平。

自主/遥控式水下机器人（ARV）融合了最新的ROV和AUV技术，既能通过细微光纤进行信息交互并实现遥控作业，又可以切断光纤进行大面积水下探测或执行混合任务，其自主/遥控混合模式和探测作业一体化技术代表了可执行更复杂使命的第三代深海水下机器人的发展方向。深海ARV可同时搭载光学、声学、水文调查传感器以及重力/磁力仪等，能为深海多金属结核、热液硫化物、冷泉和深海生物资源的调查等提供技术支撑。

自主/遥控式水下机器人（ARV）融合了自主式水下航行器的自主作业能力与遥控式潜行器的高精度操控特性，是水下机器人技术的重要发展方向。该概念由中国科学院沈阳自动化研究所于2003年首次提出，并于2005年研制出我国首款ARV——“北极”，标志着我国在该领域实现了从无到有的突破，为极地科学考察提供了先进的技术支撑。在2008年第三次北极科考中，“北极”ARV在北纬84.6°完成冰下调查任务。2014年第六次北极科考期间，升级版“北极”ARV在长期冰站连续作业，并首次拍摄了“雪龙号”船底的完整冰下视频，为我国新一代破冰船设计提供了珍贵数据。

国际上，伍兹霍尔海洋研究所于2008年研制出混合动力ARV“Nereus”，2009年成功下潜至马里亚纳海沟10902米，成为首个抵达地球海洋最深处的无人潜水器，验证了ARV在极端深海环境中的稳定性与技术潜力，极大推动了全球深海探索技术的发展。

“海斗一号”是由中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的全海深自主遥控潜水器，具备AUV（自主水下机器人）、ROV（遥控水下机器人）和ARV（混合模式）三种工作模式。2020年至2021年，“海斗一号”全海深自主遥控水下机器人(ARV)在马里亚纳海沟多次实现万米下潜并创造多项纪录，如最大下潜深度10908米（AUV模式）、万米海底连续作业超10小时（ARV模式）。2025年，“探索三号”科考船完成“国产化无人潜水器及其搭载设备的功能验证”共享航次，标志着深海装备共享试验体系进入常态化阶段。

近年来，深海自主/遥控式水下机器人逐渐引起了国内科研单位的重视和投入，相关技术和产品得到了快速的发展，并在极地冰下调查、深渊调查等复杂海域得到了广泛的应用。

自主水下机器人（AUV）作为一种常用的深海探测工具，能够搭载各种传感器进行海洋探测，在军事、民用以及科学研究中发挥着越来越重要的作用。然而，AUV携带的能源有限，工作时间严重受限，AUV在完成一次科学任务后，需要浮出水面与母船或水面支持平台对接进行能源补充、数据交换和维护保障，消耗了大量的时间，打断了作业的连续性。为了延长深海监测的时间，近年来，深海长期驻留AUV（LRAUV）系统应运而生。

LRAUV系统利用水下对接技术，可实现AUV与海底基站等水下平台的连接，进而实现能源补充、数据交换和维护保障，延伸和扩展了海底基站的探测范围，增加了AUV水下作业时间，是对深海环境进行大范围、长时间连续探测作业的有效方式，能为海洋科学研究提供连续性的长周期探测数据。因此，可与水下平台进行对接并能够长期驻留的LRAUV系统成为AUV技术发展中的一支重要力量，得到了世界各国的高度重视并在快速发展。

LRAUV系统能够在没有支撑船只的情况下部署数月至数年，将提高海洋环境时间和空间变化的检测能力。此外，LRAUV系统能够取代人工船只和遥控水下机器人（ROV），采用远程交互的方式维护海底基础设施，大大节省了维护费用。LRAUV系统需要增强AUV单体的自主能力，涵盖整个AUV活动周期。无人值守出坞探测和回坞、自主任务规划、现场充电、健康监测等技术，是AUV的重大发展方向。

相比于传统深海探测AUV的单航次探测策略，LRAUV系统能够对深海环境开展持续监测，了解深海环境的变化过程，为海底地质成因分析、固体矿产资源评估、海洋生物极端环境适应性分析、极端事件对海底环境影响分析等科学问题的研究提供长时间、连续性的探测数据。

随着水下作业任务的难度和复杂性不断增加，单一无人潜航器作业模式逐渐无法满足需求，无人潜航器集群模式应运而生。与单一无人潜航器作业模式相比，集群模式能够完成个体无法独立完成的任务。同时，集群系统具有较高的可扩展性，个别个体的增减不会对整体性能产生决定性影响，从而增强了集群系统的鲁棒性。目前，各国的相关研究正朝着集群化方向发展。例如，欧盟资助的CoCoRo自主水下航行器集群由41个无人潜航器组成，能够协同执行水下监测和搜索任务；美国海军研究办公室赞助的PLUSNet利用固定和移动水下平台，包括具有检测系统的底部节点和配备拖曳阵列的无人潜航器集群，它们与其他集群协同工作，进行大范围行动。此外，2016年英国在“Unmanned Warrior”军事演习中也展示了无人潜航器集群在军事应用中的巨大潜力。

当前，海上无人集群技术研究主要聚焦五大核心方向：①协作式自主与数据共享技术，显著提升了无人潜航器网络的环境监测能力；②多代理自主导航与控制系统，实现了集群的智能导航与协同控制；③基于强化学习的多智能体算法，优化了无人舰队的分布式协作与任务执行效能；④先进的编队行为协调系统，可实时预测和调整编队行为，确保整体协同性；⑤采用商用技术、开源软件和模块化组件的低成本解决方案，则大幅提高了集群的经济性。

相较于传统集中式控制模式易受单点故障影响的缺陷，创新的去中心化决策方案赋予单个潜航器自主路径规划、障碍规避和任务执行能力。通过优化集群内部的信息交互机制和决策算法，无人潜航器在动态环境中展现出卓越的协作效率、操作灵活性和系统鲁棒性。特别是在大规模水下作业场景中，高效的信息分配和任务调度方案不仅显著提升了数据采集的覆盖范围和精度，还保障了广域探测任务的持续稳定运行，为海洋科研、环境监测、军事应用等领域提供了革命性的技术支撑。

2008年，美国StoneAerospace开发的Endurance自主式水下航行器深入南极泰勒冰川下的封闭湖泊，成功完成了湖底地形的高精度测绘，并分析了水体的化学特性。Endurance集成了先进的自主导航、避障技术以及高效的数据采集与传输系统，能够在复杂的冰下环境中稳定运行。其核心技术包括惯性导航系统与声学导航技术的结合，确保了在狭窄水域中的精确定位和障碍规避能力。

“海斗一号”是由中国科学院沈阳自动化研究所和国内多家科研机构联合研制的中国首台全海深作业型自主遥控潜水器。该潜水器率先在国内应用全海深高精度声学定位与多传感器信息融合技术，配备拥有自主知识产权的七功能全海深电动机械手，能够进行深渊海底样品抓取、沉积物取样、标志物布放和水样采集等多项科考任务。

Bluefin-21无人潜航器在马航MH370失联事件的深海搜寻行动中，担负着海底探测任务。该设备全长4.93米，直径0.533米，重量750千克，最大下潜深度可达4500米，配备高分辨率侧向扫声呐和多波束回声测深仪，使其在复杂地形条件下，能够进行高精度扫描和目标识别，每天可绘制海底面积90平方千米。虽然此次搜索未能找到飞机残骸，但Bluefin-21在长航时自主探测、复杂环境适应性和高精度数据采集等方面的优异表现，使无人潜航器在执行深海搜救任务中的技术可行性得到了充分验证，为今后的深海探测和搜寻行动积累了宝贵经验。

日本海洋研究开发机构研制的ABISMO专为超深海探测任务设计，该设备全长1.3米，高1.1米，重量300千克，最大下潜深度达11000米，并集成高分辨率成像声呐、CTD（电导率-温度-深度）传感器及机械采样系统，能够在极端深海环境下执行高精度海底地形测绘、目标探测与样本采集任务。相较于Bluefin-21，ABISMO具备更强的深潜能力和更全面的探测手段，在深海极端环境下的作业稳定性得到了多次实测验证，其在深海科学探测、目标搜索以及复杂环境数据采集方面的成功应用，进一步证明了无人潜航器在深海搜救及无人探测领域的广阔应用前景。

2011年，德国AtlasElektronik公司研制的“海狐”无人潜航器被部署到利比亚附近，执行高危水雷探测和排雷任务，为作战舰艇提供了安全航行保障。波音公司研制的“回声航行者”（EchoVoyager）无人潜航器采用模块化设计，具有长航时、高续航的优势，能够在无母船依靠的情况下执行远距离侦察、目标监视和水下通信中继等任务。该装备的航速可达7.8千米/小时，最大航程可达12100千米，具备长达6个月的续航能力,并可使其持续执行深海区域隐蔽侦察和战略预警任务，为海军提供更广阔的战场态势感知能力，增强海上作战的灵活性和隐蔽性。

我国拥有约300万平方千米的海洋国土面积和1.8万千米的海岸线，以及众多内陆湖泊和重要水库大坝，这为无人潜航器的发展提供了广阔的应用空间。作为海洋探索领域的重要技术装备，水下无人潜航器已在深海探测、极地科考、海上搜救、环境监测及军事应用等多个领域展现出显著价值。通过充分整合现有成熟技术，持续加大研发力度，并在关键技术领域实现创新突破，无人潜航器将为推动我国海洋科学研究、海洋工程技术创新和海洋装备升级发挥关键作用。

【参考文献】

高泽鹏、李丙瑞，等，无人潜航器的发展与应用，科学，2026年第1期

徐会希、吕凤天，等，深海长期驻留自主水下机器人系统研究现状与发展趋势，机器人，2023年第6期

周吉祥、刘慧敏，等，深海ARV在海洋资源调查中的应用及展望，海洋地质前沿，2024年第2期

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