我国发展现状
1.系统协同智能控制
国内对深海采矿系统协同智能控制开展了初步研究。针对采矿装置控制、布放回收作业控制的研究已经逐渐展开，控制技术也基本达到了世界领先水平；在矿浆的预分选和分舱布置及外输等过程的控制研究较少。在多设备智能协同控制方面，针对采矿车与支持船的同时运动，矿浆运输过程中的采矿设备的整体动力学分析研究较为深入，但是通过升沉补偿装置和中继站等进行管道运动姿态的研究处于起步阶段、在多浮体的耦合运动分析与控制方面，海上油气的相关研究较多，但矿石外输过程的多浮体相关研究较少。
2.水下导航定位装备
哈尔滨工程大学、中国科学院声学所、东南大学、厦门大学、国家海洋技术中心、中船重工第七一五研究所等多家单位在声学定位技术领域都进行过广泛研究。2004年，中国测绘科学研究院与第七一五所联合开发出国内第一套基于差分GPS的水下定位导航系统[22]。在国家“十五”计划阶段，哈尔滨工程大学与国家海洋局第一海洋研究所共同开发，历时五年成功研制出“长程超短基线定位系统”。在国家863计划重点项目的支持下，哈尔滨工程大学又进行了“深海高精度水下综合定位系统”的研制，深海定位精度首次达到0.3米。近几年来，得益于国家政策引导和市场需求，水声定位导航行业涌现出一大批技术研发、生产及服务公司，例如江苏中海达、嘉兴易声电子、海声科技等。其中，嘉兴易声电子为天津深之蓝水下机器人配套的Esonar超短基线定位系统，是目前国内最小型化的超短基线定位系统（见图7－33）。江苏中海达自2014年以来逐步推出了iTrack系列的超短基线、长基线等水声定位产品，主要应用于浅水定位。
图7－33 国内水声定位系统
（a）嘉兴易声电子科技有限公司的浅水型超短基线定位系统；（b）哈尔滨工程大学的深水超短基线定位系统、长基线定位系统
3.水声物联装备
近两年，我国的水声通信技术得到了长足的进步。中国科学院声学所、哈尔滨工程大学、中船重工七一五所、厦门大学、浙江大学、西北工业大学、东南大学等单位均开展了扩频通信、非相干通信、单载波相干通信、多载波相干通信、时反技术、MIMO技术、纠错编码技术、水声通信网络协议等水声通信领域各方面的研究工作，并开展了样机研制和湖海试验。研究的水声通信体制多样化，包含OFDM、PSK、FSK、DSSS、OSDM和仿生通信等体制，覆盖了国际上所有公开发表的水声通信方法。水声组网技术研究活跃，应用需求显著。哈尔滨工程大学乔刚团队在国际上首创具有全双工通信能力和组网能力的水声通信机，并在海试中成功实现了5公里距离的双向同步数据传输。中国科学院研制了深海水下通信设备，“蛟龙”号在7 000米深的海底通过水声通信系统与太空的“天宫一号”实现了海天对话。针对水下通信组网，中国科学院、哈尔滨工程大学、中船重工七一五所等多家研究机构联合开展了面向不同应用的水声通信网络协议仿真研究，并主要针对海洋调查应用制定完成了一套水声通信网络协议规范，利用项目组研制的半物理仿真平台完成了实验室测试后，在海南近海开展了持续45天的海上试验，实现了对海区水温、压力和流场的连续、实时观测，验证了水声通信节点、网络协议的功能和性能，展示了水声通信网在组网观测方面的能力。
4.水下声通信装备
中国科学院声学研究所、中国船舶重工集团第七一五研究所、哈尔滨工程大学、浙江大学、厦门大学、西北工业大学、东南大学等开展了水声通信与组网技术理论研究、样机研制和湖海试验，一些试验结果和国外水平相当，在一些技术点上有所创新。声学所为“蛟龙”号、“深海勇士”号和“奋斗者”号研制了性能优异的水声通信系统，开发的ACN系列水声通信机产品在AUV遥测遥控、科研教学等方面有一定应用；厦门大学开发了AMLink系列水声Modem；深圳智慧海洋公司推出了水声通信机产品（见图7－34）。但就总体而言，我国在理论研究上滞后于美国等国家，也还没有被用户广泛认可的水声通信产品。
图7－34 声学所ACN系列水声通信机产品(https://www.daowen.com)
5.矿石预分选装备
国内深海采矿所使用的预分选装备的研究工作尚处于起步阶段。采矿船上的矿石预分选装备主要采用重力式脱水，主要设备有振动筛、离心脱水机、水力旋流器和压滤机。部分设备可借鉴陆地矿物脱水系统的现有技术，但是船舶具有甲板面积小、空间小以及设备装船的规范和标准等因素的限制，船用脱水系统需对陆地上的处理系统重新进行设备选择和布置以及流程设计，才能让船用设备在恶劣的海况下也能正常、高效、稳定地工作。中国五矿集团和中船第七〇二所等单位正在开展有关矿石预分选装备的研究，但船用脱水设备在一定程度上与国外同类产品还有差距，有些产品甚至处于空缺状态。我国必须充分吸收和借鉴国外设计制造的先进经验，研制出适合船用的矿石预分选设备。
6.存储和外输装备
国内有关深海采矿所采用存储与外输装备的研究工作尚处于起步阶段，还没有专用于深海采矿船上的存储和外输装备，但是可以借鉴在陆地上和自卸式散货船上使用的类似设备。我国在20世纪80年代起开始设计制造自卸式散货船，并成功开发了多种型号的自卸式载货船，深海采矿船对存储转运设备在甲板上的布置设计和运动的稳定性要求更高。由福建马尾造船公司建造的全球首艘深海采矿船上配置有完整的矿物储运与转运系统，证明我国已有相应的集成能力。我国应该在其他领域中已有的存储和外输装备的基础上，开展有关存储外输设备的研究和设计，使其更加高效、智能、稳定，满足深海采矿船在恶劣海况下长期作业的要求。
7.辅助作业ROV
国内在最近的海试中均引入辅助作业ROV来确保联动海试的顺利进行。目前辅助作业ROV主要用于水下设备的布放和回收过程，辅助作业ROV会对被布放设备和缆线进行观测，避免缆线发生缠绕导致布放作业失效；在布放和回收作业前后完成部分线缆与水下设备的连接和断开工作。我国先后成功研制了观察型ROV和作业型ROV（见图7－35），拥有在深海采矿作业中使用辅助作业ROV进行观测作业的能力，也有其他的相关研究开展，例如辅助作业ROV与采矿装置间的高精度相对定位和联合控制方法等。目前，辅助作业ROV在商业开采作业中的功能仍然有待开发，如何高效利用辅助作业ROV上的各种传感设备，增强在采矿扬尘环境下的作业信息感知能力等问题也有待研究。
图7－35 我国自主研发的作业型ROV
8.重型布放回收装备
我国关于重型布放回收装备已经开展了相关的研究和制造。中船第七〇四所完成了“深海勇士”号载人潜器布放回收系统研制，该系统负载大、工作水深深、安全性要求高（见图7－36）。但与国外的布放回收装备相比，国内产品的适用水深较浅、吊放承重能力较低、海况适应性较差。在深海采矿设备的布放回收的理论研究方面，国内研究团体对布放回收装备作业中可能受到的波浪砰击载荷、内应力波等相关问题进行了数值计算和实验研究。在实际作业上，我国在2001年于云南抚仙湖完成了布防回收装备的湖试试验，在2018年和2019年于中国南海的两次海上试验中完成了布放回收装备的试验。
图7－36 中船第七〇四研究所研制的用于载人航行器的布放回收系统
