中国首次进行万米深渊科考,都带了哪些神器?

新华社2016-08-20 08:21:47

8月12日,我国第一艘4500米载人潜水器及万米深潜作业的工作母船“探索一号”科考船结束首次航行,停靠在南海救助局三亚基地救助码头。新华社吴凯翔摄

  8月12日,我国第一艘4500米载人潜水器及万米深潜作业的工作母船“探索一号”科考船结束首次航行,停靠在南海救助局三亚基地救助码头。新华社吴凯翔摄

新华社北京8月20日电(记者吴凯翔、喻菲)一周前的8月12日,中国4500米载人潜水器及万米深潜作业的工作母船“探索一号”科考船从马里亚纳海沟首航归来,缓缓驶入海南三亚港。

这一幕具有历史性的意义:我国海洋科技发展史上第一次万米级深渊科考圆满成功,万米深海已不再是我国海洋科技界的禁区。

【第一次,万米级深渊科考!】

8月12日,科研人员展示从万米深渊获得的海水样品。新华社吴凯翔摄

  8月12日,科研人员展示从万米深渊获得的海水样品。新华社吴凯翔摄

“探索一号”科考船本航次载有60人的中国科学院深渊科考队。在马里亚纳海沟海域,深渊科考队共执行84项科考任务,在不同深度断面上,取得一大批珍贵的样品和数据,首航取得圆满成功。

本科考航次使用了我国自主研发的万米级自主遥控潜水器(ARV)“海斗号”、深渊着陆器“天涯号”与“海角号”、万米级原位试验系统“原位实验号”、9000米级深海海底地震仪、7000米级深海滑翔机等一系列高技术装备。

排水量6000多吨的“探索一号”科考船于今年5月下水,船上搭载了机电实验室、地质实验室、地球物理实验室、化学实验室、仪器分析室、生物实验室等11个实验室,并在甲板面设置2个可拆卸式移动实验室。

中科院重大科技任务局局长王越超在欢迎仪式上说,该航次成功验证了首航的“探索一号”科考船性能优良、作业高效,标志着我国深海重大科技装备的海上通用平台基本建成,为其成为我国4500米载人潜水器及万米深潜器作业母船奠定了坚实基础。

【海底:观测地球内部的“窗口”】

8月12日,科研人员展示从万米深渊获得的探测样品。新华社吴凯翔摄

  8月12日,科研人员展示从万米深渊获得的探测样品。新华社吴凯翔摄

海洋科学正经历着从海面做短期“考察”到海洋内部做长期“观测”的革命性变化,基于海底对海洋和海底之下的全方位长期观测系统,正成为国际海洋探测和研究的新形式。

深海海底,正是地球表面距离地球内部最近的地方,海底俯冲带的海沟深渊,大洋中脊的海底山脉,就是地球内部和表层之间的通道,也是人类观测地球内部的窗口。

海斗深渊科学是国际地球科学尤其是海洋科学最新的研究前沿。据中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤教授介绍,海斗深渊简称“深渊”或“超深渊”,专指海洋中深度大于6000米的海沟区域。

近年来,随着工程技术的进步,海斗深渊探测的技术屏障正在被突破。2014年4月,中科院“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”先导专项正式启动。专项聚焦海斗深渊科学前沿问题,在海斗深渊生命演化及适应性、海斗深渊环境演变及资源环境效应、海斗深渊构造活动和地质演变等方面争取重大科学突破,建立和发展中国海斗深渊学科体系。

【来认识下“探索一号”科考船】

8月12日拍摄的“探索一号”科考船

  8月12日拍摄的“探索一号”科考船。新华社吴凯翔摄

首航的“探索一号”是中科院深海科学与工程研究所的科考船,原为中海油公司的一艘海洋工程船,经改造后变为4500米载人潜水器的母船及具备通用深水科考、海洋工程应用能力的科考船舶。其满载排水量为6250吨,船长94.45米,型宽17.9米,无限航区,二级动力定位,主机功率为12000马力,续航能力大于10000海里,可在海上连续工作60天以上。

中科院深海科学与工程研究所深海工程技术部主任阳宁介绍,根据国家863计划的任务,“探索一号”将成为全国产的4500米载人潜水器的支持母船。同时在中科院“海斗深渊”先导专项支持下,也将作为万米深海的海上作业平台及支持母船,支撑中国万米载人、无人潜水器的海试及深潜作业。

中国首艘4500米载人潜水器计划实现国产化率90%以上,其目标是提高中国载人潜水器的自主制造能力、降低运行成本。“简而言之,就是让更多科学家能够用得起、开展好深海探测。”阳宁说。目前,该潜水器部件已经大部分制造完成,进入装配阶段,按照科技部计划将于2017年上半年进行海试任务。

除作为深潜器的工作母船和工程试验平台外,“探索一号”还具有充分的深海科考作业能力。船上建有地质、地球物理、化学、生物、冷冻样品库等十余个实验室,另在甲板面设置2个可拆卸式移动实验室,能同时搭载60名船员、科学家及潜航员。

“探索一号”还将遵循开放共享原则,面向全国乃至全世界,为深海科学研究和技术研发试验做出贡献。

【“海斗”号:全海深水下机器人】

8月12日拍摄的“海斗”号万米级自主遥控潜水器。新华社吴凯翔摄

  8月12日拍摄的“海斗”号万米级自主遥控潜水器。新华社吴凯翔摄

“海斗”号万米级自主遥控潜水器,简称“海斗”ARV,也被称为“全海深水下机器人”,是由中国科学院先导专项“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”支持、中国科学院沈阳自动化研究所研制、面向全海深探测的水下机器人关键技术验证平台。

“海斗”ARV采用竖高立扁的形体,自带能源,搭载有全海深CTD传感器和水下摄像机,具有AUV自主模式、光纤遥控模式、光纤/AUV混合操控模式。

“海斗”ARV的最大工作水深11000米,空气中重量260千克,主尺寸为 850mm(长)X400mm(宽)X1200mm(高),其通信能力为光纤通信、铱星通信,采用GPS定位,无动力下潜速度不小于45m/min(1.5节)、无动力上浮速度不小于54m/min(1.8节)。

【深渊着陆器:“海角号”与“天涯号”】

“海角号”与“天涯号”深渊着陆器由不同的科研机构研制,但主要功能都为CTD(温盐深)和溶解氧测量、视频录像、高清拍照、生物诱捕、微生物取样、海水采集、沉积物采集等。

8月12日拍摄的“海角”号着陆器。新华社吴凯翔摄

  8月12日拍摄的“海角”号着陆器。新华社吴凯翔摄

“海角”号着陆器由海南省重大科技项目支持,中科院深海科学与工程研究所、沈阳自动化研究所联合自主研制,是集水文测量、光学观测、声学探测和生物取样等功能于一体的深海综合探测装备,原最大工作深度为3000米。后在中国科学院先导专项支持下,升级改造为7000米级深渊着陆器,主要面向深渊生物学的应用需求。

“海角”号着陆器采用分体式结构,主要由浮力组件和主框架组成,其最大工作水深7000米,空气中重量为831千克,下潜与上浮速度为每分钟30至40 米,最大工作时间30天。

  8月12日拍摄的“天涯”号着陆器。新华社吴凯翔摄

“天涯”号着陆器同样由上述单位联合自主研制,主要面向海斗深渊科学的综合应用需求。具备深渊环境参数测量、光学观测、深渊取样功能,同时预留电气接口以扩展其他科学调查设备。

“天涯”号着陆器主要采用一体式结构,使用浮力材为载体提供浮力,其最大工作水深7000米,空气中重量为1053千克,下潜与上浮速度为每分钟30至40 米,最大负载达到60千克,最大工作时间30天。

【“原位实验号”运载器】

8月12日拍摄的“原位实验号”运载器。新华社吴凯翔摄

  8月12日拍摄的“原位实验号”运载器。新华社吴凯翔摄

“原位实验号”运载器由深海所地质地化课题组研制。它通过锚系布放,主要用于海底微生物、化学实验的原位培养,系统设置有12个培养单元,可同时满足多种生物地球化学原位培养实验的要求。

运载器的系统组成包括了全海深原位实验系统、声学监听仪器、信标定位系统、声学释放系统、锚系结构、采水器及触发系统等,其电池可连续供电24小时。

【海底地震仪】

8月12日拍摄的海底地震仪。新华社吴凯翔摄

  8月12日拍摄的海底地震仪。新华社吴凯翔摄

海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, 简称OBS)是用于接收和记录海底地震波的一种海洋地震观测与勘探设备,可用于记录天然地震和人工震源信号。

本次科考所用的9000米级深海海底地震仪由中国科学院地质与地球物理研究所自主研发。仪器设计采用单球一体化结构,将检波器(地震计)、数据采集、数据存储、声学应答系统进行了一体化集成,能够记录水听计与地震计(3个分量)数据。

该设备是近年来发展起来的一种海洋地震探测高新技术产品,已广泛应用于大洋调查、海洋资源勘查、海底构造研究、海洋防灾减灾与大陆架划界等方面,成为海洋地球物理探测的关键设备之一,是海洋地球物理仪器与探测技术中的一个新亮点、新增长点。