图①:“奋斗者”号注水下潜。 中国科学院深海科学与工程研究所供图
图②:大洋86航次任务期间,潜水器布放前,技术人员拆除“蛟龙”号限位销和潜水器系固。 自然资源部国家深海基地管理中心供图
图③:执行中国第四十次南极考察任务的“雪龙2”号在阿蒙森海开展大洋考察作业。 新华社发
不久前,我国自主设计建造的首艘大洋钻探船“梦想”号在广东广州正式入列,标志着我国在深海进入、深海探测、深海开发上迈出了重要一步,这是建设海洋强国、科技强国取得的又一重大成果。
逐梦深蓝,科技助力。我国海洋科技创新不断取得新突破,持续推动深海事业迈上新台阶。
深度不断拓展
从下潜600米到挺进万米深渊,一系列关键技术大显身手。
“深海里有许多发光的浮游生物,它们仿佛是夜空中的流星,出现的时间虽然短暂,却五彩斑斓,令人叹为观止。”蔡嘉慧难掩兴奋,她是新加坡国立大学的一名海洋科学家,从事多金属结核矿区大型底栖生物的生态研究。今年8月,她参加了我国自然资源部组织的2024年西太平洋国际航次科考任务,跟随“蛟龙”号载人潜水器潜入海底。
“蛟龙”号在海底随走随停,蔡嘉慧和中方潜航员默契配合,记录透过舷窗观察到的海底生物,并提出采样目标建议。这次,她终于能在水下亲眼观察深海海绵群和珊瑚林,受到的震撼远超阅读文献或者观看纪录片。
2020年11月10日,由我国自主研制的全海深载人潜水器“奋斗者”号,完成万米级海试,首次探底马里亚纳海沟“挑战者深渊”,使我国成为世界上第二个实现万米载人深潜的国家。截至目前,“奋斗者”号累计下潜329次,其中万米下潜25次,万米深潜次数和人数均居世界首位,标志着我国在全海深载人深潜领域达到世界领先水平。
潜入万米海底,要攻克的首道难关就是巨大的水压。马里亚纳海沟1万米深处,水压接近1100个大气压,相当于2000头非洲象踩在一个人的背上。“奋斗者”号如何做到不惧高压极端环境,在万米海底自由行走?其关键就在于载人舱。
以往使用的材料都已不能达标,需要研制一种高强度、高韧性、可焊接的钛合金材料。中国科学院金属研究所团队经过调研论证、研究实验,攻克了载人舱材料、成型、焊接等一系列技术难关。“我们独创的新型钛合金材料成功满足了载人舱材料所需的强度、韧性和可焊性等要求。”
突破光纤缆控技术,采取抗低温设计、研制固体浮力材料……从下潜600米到挺进万米深渊,涉及材料科学、高精度制造、导航定位和数据传输等领域,我国科研人员取得的一系列技术突破,不仅推动我国深海探测能力迈上新台阶,也为深海科学研究、资源开发和国际合作奠定了坚实基础。
精度持续提升
分辨率、位置精度令人惊叹,深海探测日益精密化、智能化。
科学基础设施建设是助推深海大洋探测的重中之重,考察站是开展极地科考的基础支撑平台。以我国今年新建成的南极秦岭站为例,其研制建造的精细程度令人惊叹。
“秦岭站建设采用装配式建设方式,所有建筑设施均在国内完成加工定制,现场只需按要求安装建筑模块。”中国第四十次南极考察队新站队队长王哲超说,这种精细制造,减少了大量现场加工量,显示出严酷环境中整体建筑高度集成、质量可靠、施工迅速、绿色环保的优势。
数千米深的海水阻隔了电磁波的远距离传播,如何实现水下长距离通信与数据传输?依靠水声通信技术,“蛟龙”号实现“千里传音”。科研人员研发了水声通信系统,通过优化信号调制和抗干扰算法,实现深海环境中稳定的数据传输,通信距离超过10公里。
深海一片漆黑,地形环境高度复杂,“奋斗者”号要避免“触礁”风险,控制系统的精准指挥尤其关键。为此,中国科学院沈阳自动化研究所的科研人员攻关技术难题,让“奋斗者”号的控制系统实现了基于数据与模型预测的在线智能故障诊断、基于在线控制分配的容错控制和海底自主避碰等功能。
挺进深海大洋,探测精度不断刷新。聚焦极地海底地形和冰下海洋环境的高分辨率成像,误差已小于5厘米;通过多波束测深系统和侧扫声呐技术,实现高精度海底地形测绘,垂直分辨率达到10厘米,水平分辨率达到1米……
广度继续延伸
中外科学家携手,海洋科考国际“朋友圈”越来越大。
南极罗斯海恩克斯堡岛海岸边,秦岭站巍然屹立。依托这座科考站,我国科学家将填补在太平洋扇区长期科学观测的空白,从而对南极长期观测网进行系统构建,更好地回答气候变化、冰雪和生态环境变化机理等前沿科学问题。
我国的深海大洋探测脚步越迈越深,“朋友圈”也越扩越大。不论是“蛟龙”探海、“雪龙”破冰,还是“奋斗者”遨游,中外科考团队都有许多珍贵动人的“携手”时刻。
9月6日,“蛟龙”号成功完成2024年西太平洋国际航次第十四潜,一名来自香港浸会大学的加拿大籍科学家参加了此次下潜。本航次共有8名外籍科学家和3名中国香港科学家搭乘“蛟龙”号下潜,下潜区域包括西太平洋6座海山和1个海盆。
加强海洋科技创新,深化国际海洋合作,深海大洋探测事业将不断迈上新台阶。
(责编:王雅蝶、张永生)