水下機(jī)器人的未來(lái)前景有多大？
據(jù)中研產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2019-2025年國(guó)內(nèi)外水下機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)及投資比較分析報(bào)告》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示
國(guó)際水下機(jī)器人設(shè)備市場(chǎng)分析
一、國(guó)際市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
從全球范圍來(lái)看，美國(guó)與日本在水下機(jī)器人領(lǐng)域最具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，涉及水下機(jī)器人的能源提供、精準(zhǔn)定位、零可見度導(dǎo)航、高強(qiáng)輕質(zhì)材料等技術(shù)的研究都取得了不同程度的突破，加上市場(chǎng)需求的增加，美日兩國(guó)的水下機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化也得到迅速推進(jìn)，其產(chǎn)業(yè)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)。由于科研機(jī)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化動(dòng)力不足及企業(yè)進(jìn)入門檻相對(duì)較高等原因，我國(guó)水下機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化多年來(lái)進(jìn)展緩慢，但近幾年有加快的趨勢(shì)。
沈陽(yáng)自動(dòng)化所、上海交通大學(xué)在早年就開展了水下機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化方面的工作，但其他高校與科研院所推動(dòng)相關(guān)科研成果產(chǎn)業(yè)化還只是這兩年的事情。沈陽(yáng)自動(dòng)化所成立了沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，上海交通大學(xué)成立了南洋水下工程公司，但后者還未形成真正的生產(chǎn)能力。而在水下機(jī)器人科研方面碩果累累的哈爾濱工程大學(xué)，與企業(yè)合作較少，一般是客戶找到學(xué)校，提出自己的產(chǎn)品需求，學(xué)校就做一套。與前衛(wèi)儀表公司開展的合作，是其向產(chǎn)業(yè)化邁出的重要一步。
同時(shí)，進(jìn)入這一領(lǐng)域的資金和技術(shù)門檻較高，特別是真正作業(yè)用的水下機(jī)器人結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，研制周期相對(duì)較長(zhǎng)，產(chǎn)業(yè)化難度大。這也在一定程度上阻礙了水下機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。正因如此，業(yè)內(nèi)專家建議，鑒于目前海洋石油工程、海洋科考、海洋打撈等領(lǐng)域?qū)λ聶C(jī)器人的需求猛漲，而且呈現(xiàn)不斷增多的態(tài)勢(shì)，有關(guān)部門應(yīng)高度關(guān)注水下機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并在項(xiàng)目立項(xiàng)與實(shí)施方面給予政策傾斜。此外，相關(guān)科研單位和生產(chǎn)企業(yè)可以與實(shí)力雄厚的需求方，如大型石油集團(tuán)、海洋勘測(cè)企業(yè)或打撈企業(yè)等聯(lián)手實(shí)施產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。只有這樣，我國(guó)才不至于在水下機(jī)器人這一新興市場(chǎng)相比先進(jìn)國(guó)家"慢一拍"。
二、國(guó)際市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)分析
圖表：2018年全球水下機(jī)器人市場(chǎng)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院
三、全球主要供應(yīng)商分析
圖表：2017年全球ROV市場(chǎng)份額分布
數(shù)據(jù)來(lái)源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院
四、國(guó)際市場(chǎng)的重要?jiǎng)討B(tài)
(一)美國(guó)海軍無(wú)人潛航器的最新發(fā)展現(xiàn)狀
與世界上其他十幾個(gè)研制UUV的國(guó)家相比，美海軍處于領(lǐng)先地位。美國(guó)海軍在國(guó)防部《無(wú)人系統(tǒng)發(fā)展路線圖》的指導(dǎo)下，先后頒布了包括《無(wú)人潛航器主計(jì)劃》在內(nèi)的大力發(fā)展各種無(wú)人系統(tǒng)的一系列綱領(lǐng)性計(jì)劃，分別指導(dǎo)不同類型無(wú)人裝備的發(fā)展。2016年美國(guó)海軍在政府國(guó)防預(yù)算中獲得了大量的資金支持，用于擴(kuò)大無(wú)人潛航器編隊(duì)的規(guī)模。美國(guó)現(xiàn)有在研、在役多項(xiàng)水下無(wú)人潛航器，覆蓋各種排水量和動(dòng)力類型，用途涵蓋海洋環(huán)境調(diào)查、偵察與反水雷、察打一體化等任務(wù)。
2015年，美國(guó)在對(duì)原有項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)、測(cè)試和部署的同時(shí)，發(fā)布多個(gè)新項(xiàng)目計(jì)劃，加大對(duì)該領(lǐng)域的研發(fā)力度。
1、"反潛戰(zhàn)持續(xù)追蹤無(wú)人艇"ACTUV
ACTUV項(xiàng)目是美國(guó)科學(xué)應(yīng)用國(guó)際公司為DARPA研制的無(wú)人潛艇探測(cè)器，該項(xiàng)目旨在應(yīng)對(duì)未來(lái)安靜型柴電潛艇的威脅。該無(wú)人艇采用光電傳感器、遠(yuǎn)程/近程雷達(dá)，以及光探測(cè)/測(cè)距設(shè)備，利用人工智能與艇載傳感器進(jìn)行導(dǎo)航，具有探測(cè)、跟蹤、告警、規(guī)避功能，能夠進(jìn)行無(wú)線和衛(wèi)星等多種通信。艇體采用復(fù)合材料，具有隱身性能;該艇暴露在水面以上的部分體積不大，雷達(dá)反射截面積較小，其主艇體潛行在10m以下，整艘艇的隱蔽性和淺海航行能力均較好;航速達(dá)到27kn，作戰(zhàn)半徑達(dá)到3000km，續(xù)航時(shí)間為期3個(gè)月，機(jī)動(dòng)性能較強(qiáng)，具有極佳的前沿部署能力及大范圍反潛能力。
2015年初，ACTUV進(jìn)行了為期6周的測(cè)試，測(cè)試范圍為35海里。測(cè)試中，共設(shè)置了100種不同的場(chǎng)景對(duì)該系統(tǒng)特性進(jìn)行測(cè)試，ACTUV成功跟蹤了1km外的目標(biāo)艇。2015年底，美海軍"反潛戰(zhàn)持續(xù)追蹤無(wú)人艇"(ACTUV)即將下水，擔(dān)負(fù)起在沿海搜索敵方潛艇的使命。
2、大直徑無(wú)人潛航器LDUUV
大直徑無(wú)人潛航器(LDUUV)能夠搭載不同傳感器和任務(wù)模塊，靈活配置，自動(dòng)控制能力更高，能夠數(shù)月、遠(yuǎn)距離執(zhí)行任務(wù)。具有掃雷、跟蹤、情報(bào)偵察、自主工作、智能化攻擊的能力，可搭載各種類型的導(dǎo)彈、炸彈甚至核彈進(jìn)行自主攻擊;既可獨(dú)立使用，也可在包括巡航導(dǎo)彈核潛艇、弗吉尼亞級(jí)攻擊核潛艇和水面艦艇等多種平臺(tái)上部署。LDUUV是察打一體化大直徑重型無(wú)人潛航器，作為未來(lái)多項(xiàng)作戰(zhàn)概念的核心節(jié)點(diǎn)，計(jì)劃2016年進(jìn)行巡航試驗(yàn)，2017年服役，2020年具備完全作戰(zhàn)能力。
2016年1月，美海軍研究局(ONR)計(jì)劃于春季開始對(duì)長(zhǎng)航時(shí)、大排量無(wú)人潛航器LDUUV進(jìn)行900~1100海里的無(wú)人自主航行測(cè)試。ONR旨在對(duì)LDUUV的耐久性進(jìn)行研究，希望該系統(tǒng)可持續(xù)在水下運(yùn)行數(shù)十年;除了進(jìn)行深海航行測(cè)試，LDUUV研制的下一個(gè)里程牌是集成新型傳感器和有效載荷。
2015年8月，美海軍批準(zhǔn)LDUUV項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)降低決議，即該項(xiàng)目達(dá)到了"里程碑A"，標(biāo)志著該項(xiàng)目獲得了進(jìn)入下一個(gè)開發(fā)階段的授權(quán)。目前，被稱為海軍創(chuàng)新原型樣機(jī)的該項(xiàng)目LDUUV-INP可續(xù)航60天以上，于2015年4月中旬在"2015海空天博覽會(huì)"首次展出，LDUUV-INP代表了無(wú)人潛航器(UUV)的研究前沿，該項(xiàng)目在自持力、功率和自主性等性能上都有跨越式發(fā)展，將給海軍作戰(zhàn)人員帶來(lái)改變游戲規(guī)則的能力。12月，美海軍對(duì)LDUUV無(wú)人潛航器通用控制系統(tǒng)(CCS)軟件進(jìn)行了系列測(cè)試，表明CCS軟件具備對(duì)LDUUV進(jìn)行指揮控制的能力，該軟件可作為海軍無(wú)人系統(tǒng)的"大腦"，為無(wú)人系統(tǒng)提供任務(wù)規(guī)劃、任務(wù)管理等能力，并可適應(yīng)從無(wú)人機(jī)到無(wú)人潛航器等各類無(wú)人平臺(tái)。圖4為"創(chuàng)新性海軍原型樣機(jī)"LDUUV-INP，圖5為美海軍潛艇導(dǎo)彈發(fā)射管發(fā)射無(wú)人潛航器系統(tǒng)示意圖，圖6為美國(guó)測(cè)試中的潛射無(wú)人潛航器原型。
3、無(wú)人潛航器"REMUS600"首次在潛艇上部署
水熄(Hydroid)公司的REMUS600等便攜式無(wú)人潛航器在過(guò)去10多年間已被多國(guó)海軍使用。作為低成本高效率的裝備，它們被用于淺海航道測(cè)量、水雷監(jiān)視和物體搜索等工作。
"REMUS600"潛航器重500磅，長(zhǎng)3.25m，采用模塊化設(shè)計(jì)，見圖7，可搭載多種不同類型的傳感器，配備有雙頻側(cè)掃聲吶、合成孔徑聲吶、聲學(xué)成像系統(tǒng)、攝像機(jī)以及GPS裝置等。
2015年4月，美海軍在"弗吉尼亞"級(jí)攻擊型核潛艇上首次部署"REMUS600"無(wú)人潛航器，在全球戰(zhàn)略熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行水下任務(wù)中的應(yīng)用。"REMUS600"潛航器將通過(guò)"弗吉尼亞"級(jí)潛艇上一個(gè)11m長(zhǎng)的任務(wù)模塊釋放。在2015年美海軍以沿海戰(zhàn)艦(LCS)搜索沿海水域潛艇的PLUS計(jì)劃中，REMUS600潛航器采用拖曳陣無(wú)源聲吶進(jìn)行廣域監(jiān)視，把探測(cè)的信息輸入水下探測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，由衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳輸至陸基站點(diǎn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備。PLUS的樣機(jī)由6艘REMUS600和5臺(tái)水下探測(cè)器構(gòu)成。7月，美海軍"北達(dá)科他州"號(hào)核動(dòng)力攻擊潛艇成功在水下發(fā)射并回收REMUS600無(wú)人潛航器。
4、DARPA開展"深水導(dǎo)航定位系統(tǒng)"(POSYDON)項(xiàng)目的研發(fā)
2015年4月，DARPA發(fā)布了"深水導(dǎo)航定位系統(tǒng)"(POSYDON)計(jì)劃相關(guān)跨部門公告，向工業(yè)部門征集發(fā)展可靠、精確、經(jīng)濟(jì)可承受的水下導(dǎo)航系統(tǒng)的項(xiàng)目方案，旨在為潛航器提供無(wú)所不在的穩(wěn)健定位、導(dǎo)航和授時(shí)能力(PNT)。
POSYDON項(xiàng)目是在目標(biāo)海底布放若干聲信號(hào)源，潛航器通過(guò)測(cè)量待測(cè)點(diǎn)到這些信號(hào)源的絕對(duì)距離，獲得持續(xù)、精確的定位。該項(xiàng)目的特點(diǎn)是潛航器無(wú)需浮上水面尋求GPS定位，也無(wú)需釋放任何射頻傳輸信號(hào)，因此可最大限度地降低被探測(cè)的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)可降低成本和動(dòng)力消耗。DARPA希望該系統(tǒng)主要為自主無(wú)人潛航器提供導(dǎo)航，并可接收兼容于其他潛航器。項(xiàng)目時(shí)間暫定48個(gè)月，分3個(gè)階段進(jìn)行。
5、美陸軍研發(fā)GPS拒止環(huán)境下包括無(wú)人潛航器在內(nèi)的無(wú)人系統(tǒng)感知技術(shù)
2015年10月，美國(guó)陸軍為"自主無(wú)人系統(tǒng)在GPS拒止環(huán)境下的組隊(duì)與合作"(AUSTC)項(xiàng)目向工業(yè)界發(fā)布資源尋求公告，尋求在GPS拒止環(huán)境下的無(wú)人系統(tǒng)感知能力。
該項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)可應(yīng)用到包括無(wú)人潛航器在內(nèi)的部分無(wú)人系統(tǒng)中。該項(xiàng)目將在GPS拒止下的精確測(cè)繪、定位、目標(biāo)探測(cè)、跟蹤和合作的能力上開辟一條獨(dú)特的途徑，該技術(shù)可用于自主無(wú)人系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)感知、合作和作戰(zhàn)，并包括3D及4D測(cè)繪、定位、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、跟蹤、集合3D影響、先進(jìn)實(shí)時(shí)分析、GPS拒止環(huán)境無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)、目標(biāo)打擊和合作等。
6、DAPRA提出面向遠(yuǎn)洋與未來(lái)的發(fā)展計(jì)劃
美國(guó)DAPRA提出了分布式敏捷反潛(DASH)項(xiàng)目計(jì)劃，該計(jì)劃由水下傳感器網(wǎng)對(duì)潛艇進(jìn)行探測(cè)和定位，在遠(yuǎn)距離探測(cè)、識(shí)別、通信、能源管理、傳感器與平臺(tái)的集成、半自主處理、傳感器平臺(tái)的搭建等方面實(shí)現(xiàn)了突破。DASH目前已進(jìn)入樣機(jī)制作階段。
此外，作為UUV應(yīng)用構(gòu)想之一，美海軍研究部門還提出了跨越未來(lái)計(jì)劃(LeapAheadProject)，2015年該計(jì)劃已進(jìn)入廠家聽證階段。該計(jì)劃的核心是開發(fā)與LDUUV進(jìn)行集成的反潛戰(zhàn)(ASW)任務(wù)包(ASWMP)，并對(duì)自主執(zhí)行任務(wù)、態(tài)勢(shì)識(shí)別、水下傳感器等領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。
(二)歐洲無(wú)人潛航器的最新發(fā)展現(xiàn)狀
AUV62-MR(AUV：自主式水下潛航器)水雷探測(cè)系統(tǒng)水雷探測(cè)系統(tǒng)是新型自主水下航行器(AUV)，具有水雷探測(cè)、反水雷、遠(yuǎn)程作業(yè)與高階自主能力，采用模塊化設(shè)計(jì)，可執(zhí)行多任務(wù)。載荷包括：各獨(dú)立載荷模塊、合成孔徑聲納(SAS)、前向聲納、聲納陣列、圖像傳感器、環(huán)境傳感器，發(fā)射機(jī)與應(yīng)答機(jī)等。
多功能水下潛航器SUBROV一種最新型的遠(yuǎn)程操作UUV，可被任何潛水艇運(yùn)載發(fā)射，適于21英寸標(biāo)準(zhǔn)級(jí)魚雷發(fā)射管。可執(zhí)行多任務(wù)，SUBROV采用模塊化設(shè)計(jì)，具有偵察/干擾、掃雷、通信/監(jiān)視、自主水下潛航器的恢復(fù)等功能。其載荷包括：HD照相機(jī)、避障聲吶、分析器、無(wú)刷推進(jìn)器、用于導(dǎo)航的USBL/MEMS/DVL/INS、AUV恢復(fù)工具(操控引導(dǎo)AUV進(jìn)入魚雷發(fā)射管)。
多點(diǎn)水雷排除系統(tǒng)(MuMNS)具有現(xiàn)場(chǎng)清除水雷、水雷探測(cè)和水下破壞等多功能，模塊化使MuMNS具有天生的靈活性。載荷包括：導(dǎo)航傳感器、各類照相機(jī)、聲納，水雷破壞器。
海黃蜂(SEAWASP)是一種水下非常規(guī)爆炸處理裝置，采用模塊化設(shè)計(jì)，具有優(yōu)異的適航性，可執(zhí)行多任務(wù)，重要設(shè)計(jì)包括水下機(jī)器人(ROV)的傳感器和導(dǎo)航組件，亦可整合成一個(gè)完整的系統(tǒng)。載荷包括：傳感裝置(可靈活配置)、寬頻聲納、LED燈和視頻攝像機(jī)、iCON智能控制系統(tǒng)、多普勒測(cè)速器(DVL)、內(nèi)部測(cè)量單元(IMU)等。
(三)俄羅斯無(wú)人潛航器的最新發(fā)展現(xiàn)狀
俄羅斯對(duì)無(wú)人系統(tǒng)研制工作可以追溯到前蘇聯(lián)時(shí)期，但解體后由于缺乏經(jīng)費(fèi)等原因發(fā)展降速。近年來(lái)俄軍方不斷加大對(duì)無(wú)人系統(tǒng)研發(fā)的投入，依仗其雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)和技術(shù)實(shí)力，取得了很大的發(fā)展。
2016年俄羅斯正在發(fā)展無(wú)人潛航器顛覆性技術(shù)。1月，俄羅斯海軍正在投資一項(xiàng)包括無(wú)人潛航器與無(wú)人水面艇在內(nèi)的具有"變革海軍戰(zhàn)爭(zhēng)"潛力的未來(lái)技術(shù)，據(jù)防務(wù)專家稱，俄有可能同時(shí)開發(fā)上述兩種無(wú)人裝備，但開發(fā)長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人潛航器的可能性更大，UUV的任務(wù)將可能擴(kuò)大到包括反潛和電子戰(zhàn)，以及情報(bào)收集。
2015年8月，負(fù)責(zé)生產(chǎn)專業(yè)潛水設(shè)備的特提斯公司計(jì)劃2016年將向俄海軍提供5艘"馬爾林-350"型遠(yuǎn)程控制水下無(wú)人潛航器，用于替換此前從英國(guó)采購(gòu)的"虎"型潛航器。目前已成功完成了國(guó)家試驗(yàn)工作。該潛航器用于在水下350米搜索目標(biāo)和調(diào)查工作。
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