纪永强，张 超，石宇豪，谢 岚，徐高正

(1. 中国船舶工业系统工程研究院，北京 100190；2. 海军装备部装备项目管理中心，北京 100071)

0 引 言

海洋覆盖了地球表面积的71%，蕴含着丰富的矿产、生物等重要资源，随着全球人口的增长、陆地资源的消耗和海洋工程装备的发展，许多国家都将注意力转向海洋。其中，潜水员潜水活动是人类驾驭海洋的重要形式，海洋资源开发、水中工程建设、援潜救生打捞、科学研究探索、水下活动竞技等活动均需要潜水技术的支持。潜水技术主要是指人类等陆生生物，采取某种方式主动从陆地空气环境穿过气-水界面进入水下，在一定深度停留一段时间并完成一定活动后，按一定程序上升出水的过程[1-2]。

装备体系是指为完成一定使命任务而有不同类型的装备系统组成具有整体功能的系统集合[3]。装备体系是“需求牵引”和“技术推动”的共同产物，“需求牵引”解决有效性的问题，重在从“需求端”明确装备使用需求，“技术推动”针对特定需求从“供给端”的具体实现[4]。潜水活动发生在不同于空气的水下环境，水下作业装备为潜水员在水下高压环境开展作业活动提供适宜生存的微小环境，解决潜水员水下作业的呼吸、抗寒等生理活动和实施水下作业。本文分析了潜水员实施潜水活动的作业剖面，进一步结合水下环境特点从“需求端”明确了对潜水员水下装备的功能需求，进而根据功能需求建立了潜水作业装备体系，并从“供给端”探讨潜水员水下作业装备体系的发展趋势。

1 潜水员水下作业装备需求分析

1.1 水下作业环境分析

水下环境作为潜水作业的环境介质，与空气环境具有截然不同的特点。水的温度、阻力、静水压、水流、光声传播特性等因素，与地表正常大气环境迥然不同，都将对潜水员水下作业的生存和作业活动产生影响。

1）水温

多数情况下，海水温度要低于人体温度，且潜水多在一定深度下完成，因此潜水作业的水下环境多为低温环境。因此，潜水员水下作业应采取必要措施降低人体在水下环境的热量散失问题。

2）阻力

潜水员水下移动时会受到水的阻力。阻力对潜水员水下作业的影响主要包括妨碍潜水员水下活动，影响作业效率，同时还消耗潜水员体力；延迟了潜水员到达现场的时间。

3）光声传播特性

由于无线电波和光波在海水中传播会产生严重的衰减，造成潜水员的水下作业环境能见度较差，无法单独借助视觉手段进行信息互通。

4）水下作业活动

潜水员可在水下焊接、水下应急救援、反水雷作战等水下作业中发挥独特作用。因此，针对不同的作业活动需要，潜水员要携带特定的水下作业工具实施水下作业。

祝国寺和驻祝国寺的东川区佛协，是政府对佛教进行有效管理的重要力量。祝国寺对东川大小佛寺的影响，不单单是一个先进模范那样的榜样作用，而且是有效的管理者。按照《宗教事务条例》规定，根据东川实际情况，区民族宗教局、区佛协、祝国寺共同制定了《小寺小庙管理办法》。对区属17所小寺小庙的登记、组织建设、僧人管理、监督等进行了具体规定。特别重要的一点是，祝国寺与17所小寺小庙签订了《托管承诺书》，经区民族宗教局批准建立的寺庙纳入“承诺书”规定的范围进行管理。

1.2 水下作业过程分析

潜水员水下作业过程一般可分为航渡阶段、潜航阶段、作业阶段和返航阶段。为提高作业效率，一般情况下潜水员乘水面快艇等快速抵达作业水域；随后，潜水员在作业水域入水潜航接近作业现场，抵达预定位置；抵达作业现场后，在指挥信息设备的支持下，潜水员在水下开展救援打捞、工程建设等水下作业活动；水下作业结束后，潜水员采用安全方式缓慢上升至水面，并根据潜水员身体状况实施进行医疗干预[4]。受人体生理条件的限制结合水下作业实际情况，可根据需要增派潜水员通过接力方式协同完成水下作业活动。潜水员水下作业的主要流程如图1所示。

图1 潜水员水下作业流程图Fig. 1 The flow chart of underwater operation process for frogman

1.3 水下作业装备体系

根据潜水员水下作业环境等因素及水下作业环境的分析，明确了对潜水员水下作业过程的功能需求，按功能这里将潜水员水下作业装备划分为生命支持设备、运输投送设备、指挥信息设备、作业工具设备。

1.3.1 生命支持设备

生命支持设备为处于水下环境作业的潜水员提供安全、可控环境。潜水员生命支持设备主要为水下作业的潜水员正常生理活动提供氧气，同时去除人体新陈代谢产生的二氧化碳等并保证潜水员身体处于相对舒适的温湿度微环境空间。生命支持设备是潜水员开展水下作业的基础保障类设备[5]。生命支持设备主要包括呼吸支持设备、环境检测控制设备和水下保暖设备。

呼吸支持设备作为生命支持设备的核心设备，支持潜水员长时间内在水体中完成呼吸，保障水下作业活动的顺利开展。按照呼吸气体回路不同，呼吸支持设备可以分为开放式呼吸器、闭式呼吸器和半闭式呼吸器。开放式呼吸器只需要考虑人的呼吸对气体供应质量流量的生理要求，但因向水体中排放呼出气泡，隐蔽性不足；闭式呼吸器可确保所有气体在封闭回路中循环，消除了呼吸过程向水体排出的气泡，可提高潜水员水下作业的隐蔽性[6]。

环境检测控制设备用于监测和控制潜水作业过程潜水员局部微环境的相关信息，防止呼吸气体中氧气、二氧化碳和氦气的分层，保障二氧化碳被二氧化碳吸收剂的充分吸收。同时，通过温度湿度的控制检测，使得潜水员处于舒适良好的温度湿度局部工作环境。

水下保暖设备主要为潜水服，将潜水员与外界水环境隔离开来，不仅可防止潜水员体温散失过快、造成失温，起到保暖作用，还可避免潜水员受到伤害。

1.3.2 运输投送设备

“干式”运载器类似于微型潜艇，里面充满空气，潜水员可在内部空间活动，可载十几名潜水员，并可通过水下感知装置自动规避水下障碍物[7]。

“湿式”运载器主要包括小型推进装置DPV（1～2人）和大型推进装置SDV（4～8人）。DPV是辅助潜水员潜行的装备，能够提供推力，降低体能消耗；SDV可搭载于潜艇，达到作业地点后再行释放[7]。

此外，为提高潜水员投送效率，也可通过水面输送设备完成潜水员的远距离运输。

1.3.3 指挥信息设备

潜水员指挥信息设备主要为潜水员在持续的水下作业过程提供指挥通信、引导定位、水下导航和水下探测等信息保障，主要包括指挥通信设备、信标定位设备、水下导航设备和水声探测设备等[8]。

指挥通信设备用于潜水员与岸上或水面平台指挥员之间的通信。基于水下环境特点，指挥通信设备一般采用水声通信技术，在不同介质间传输通过换能器设备完成电信号和水声信号的转换[8]。

信标定位设备可为指挥员提供水下作业潜水员的位置信息，一般有信标和信标定位装置组成，潜水员通过随身佩戴的信标可向信标定位装置发送声信号，通过信息处理等过程可掌握潜水员的水下活动动态[8]。

水下导航设备基于方向、位置等导航类信息，为潜水员水下活动提供导引服务，主要可分为潜水指北针、电磁罗盘导航仪、水声多普勒导航仪和GPS导航仪[8]。导航设备通过对水下潜水员航向、俯仰、摇摆等信息的累计，实现对潜水员运动过程的跟踪，并进一步基于需到达位置的信息，解算得到潜水员相对于目标点位置的相对信息，从而为潜水员在能见度很低的水下环境的作业活动提供导引能力。

水下探测设备主要用于潜水员实时获取水下一定范围内的环境信息，完成水下作业目标的探测，主要包括水下灯光设备和声呐设备，其中水下强光灯可完成潜水员在近距离范围内的信息感知，声呐设备基于声波在水下环境的远距离传播特性，实现较大范围内水下目标的探测[8]。

1.3.4 作业支撑设备

作业工具设备为潜水员完成水下特定作业过程的重要手段。根据水下作业类型的不同，作业工具设备也不同。例如，特种兵水下行动所需要的水下枪械、水下爆炸装备、水下非致命武器和水下刀箭等兵器装备。工程作业人员所需的水下焊接设备、水下风动钻孔紧固工具、水下测量工具等，潜水爱好者所需的水下摄像机等。

综合上述，潜水员水下作业装备体系如图2所示。

1.4 装备体系运用及指标体系

依据潜水员装备体系组成设备的基本功能及潜水员水下作业过程，潜水员水下作业对装备体系的运用过程如图3所示。图中，虚线表示该阶段不使用对应的设备，实线表示作业过程使用相应的设备。

指标体系是反映能力各个要素指标所构成的有机整体和集合。构建指标体系是正确评估装备能力的基础和先决条件[9,10]。基于“活动-能力”匹配的思想，建立潜水员水下作业装备的指标体系，如表1所示。

表1 潜水员水下作业装备指标体系Tab. 1 The index system of frogman underwater operation equipment

2 装备发展展望

2.1 生命支持设备系列化

随着潜水员在水下作业技术的不断进步，潜水员将越来越多地在不同水域承担多样化水下作业任务。针对不同的水下环境，根据人机结合的基本原则，发展成成体系系列化的潜水员生命支持设备，涵盖多种类型的作战任务，并匹配水面舰船、潜艇乃至航空平台等相应的潜水员搭载平台。

2.2 运输投送设备隐身化

隐身能力的优劣直接关系潜水员开展秘密渗透行动的成败。当前，反潜水员声呐对潜水员运载器投送构成巨大挑战。英国奎奈蒂克公司（QinetiQ）研发的“冥府守门狗”便携式潜水员探测器，已经装备北约部队。当潜水员、游泳者、自主无人潜航器或潜水员运载装备出现时，该探测器将向作战人员发出告警信号。潜水员运载装备的动力噪声、通信信号都容易暴露自身位置，而潜水员水下进出舱时系统最不稳定，很容易被探测到。改进运载器的隐身性能、降低可探测性和采取更安全隐蔽的出舱方式，是亟待解决的问题。

2.3 指挥信息装备集成化

指挥信息设备涵盖了潜水员水下作业活动所需要的水下通信、引导、导航和探测设备，设备种类繁杂。为进一步减少潜水员佩戴设备种类和质量、改善潜水员水下活动的便捷性和信息感知能力、提升设备的兼容工作能力，需提升信息设备的集成优化水平，研制通用的潜水员水下信息处理器，根据作业任务的不同，配备不同的任务终端。基于信息基础的快速发展，未来其信息处理器将向着更加通用、综合、可靠的方向发展，终端设备将趋向模块化、标准化和系列化。

2.4 作业工具设备便携化

因水下环境作业的特殊性，潜水员水下作业需要携带作业工具设备以保障水下作业活动的有效实施。基于降低潜水员水下作业载荷，应将作业工具设备便携化处理，保障潜水员能够快捷携带作业工具设备，高效完成水下作业活动。水下作业工具设备设计过程应通过体积小、质量轻及多功能等途径实现设备的便携化。

3 结 语

潜水员水下作业是海事救援、海洋工程等领域的重要手段，本文在分析潜水员水下作业环境及潜水员水下作业过程的基础上，建立潜水员水下作业装备体系，将潜水员水下作业装备体系划分为生命支持设备、运输投送设备、指挥信息设备和作业支撑设备；进一步研究了装备的运用过程及指标体系，并展望了未来作业装备的发展趋势。本文的分析主要是针对潜水员在民事水下作业领域的分析为基础的，对于军事领域的水下作业，还需要针对特定的作业形式，增配适合不同水下任务特点的装备。