萬(wàn)米深海已不再是中國(guó)海洋科技界的禁區(qū)
我國(guó)萬(wàn)米深??瓶柬?xiàng)目圓滿成功
2016年08月29日 9:35 4485次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類: 新材料前沿
8月23日,中科院舉行發(fā)布會(huì),宣布“探索一號(hào)”深海探索任務(wù)順利完成,我國(guó)第一次綜合性萬(wàn)米深淵科考行動(dòng)圓滿成功,并取得了一系列重要成果。這標(biāo)志著我國(guó)深??瓶际状芜M(jìn)入“萬(wàn)米時(shí)代”。這是繼“蛟龍?zhí)?rdquo;7000米海試成功后我國(guó)海洋科技又一里程碑,標(biāo)志著我國(guó)的深潛科考開(kāi)始進(jìn)入萬(wàn)米時(shí)代。從此,萬(wàn)米深海不再是我國(guó)海洋科技界的禁區(qū)。
6月22日,中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所“探索一號(hào)”科考船從三亞母港啟航遠(yuǎn)赴馬里亞納海溝,執(zhí)行首次深海裝備海試及科考航次。此次航次是為了攻克深海6000米以下科考任務(wù)而設(shè)立的一個(gè)專項(xiàng)的航次之一。
此次為期50多天的深??瓶既蝿?wù),共執(zhí)行了84項(xiàng)科考任務(wù),在國(guó)際和國(guó)內(nèi)深海領(lǐng)域共取得13項(xiàng)突破。其中“原位試驗(yàn)”號(hào)深淵升降器搭載實(shí)驗(yàn)裝置在海底成功進(jìn)行深淵底部氮循環(huán)的原位培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),“無(wú)涯”號(hào)深淵著陸器單次獲取大量海底水樣(大約)100升;使用國(guó)產(chǎn)海底地震儀成功獲得一條完整的地震剖面;利用船載絞車(chē)系統(tǒng)和沉積物采樣設(shè)備獲取9150米水深的箱式沉積物樣品等3項(xiàng)取得了國(guó)際深海領(lǐng)域的突破,在國(guó)際同等或類似作業(yè)中史無(wú)前例。
長(zhǎng)94.45米、寬17.9米的“探索一號(hào)”,是一座移動(dòng)的“海上實(shí)驗(yàn)室”。船上有11個(gè)固定實(shí)驗(yàn)室、2個(gè)可拆卸式移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室,包括1間綜合實(shí)驗(yàn)室、1間機(jī)電實(shí)驗(yàn)室、地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室、地球物理實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生物實(shí)驗(yàn)室、低溫樣品庫(kù)、信息處理室等,不僅能開(kāi)展多學(xué)科、多種實(shí)驗(yàn),還能很好地保存各種樣品和數(shù)據(jù)。
最令人矚目的,是“探索一號(hào)”搭載的許多核心深海科研設(shè)備和探測(cè)“神器”均為我國(guó)自主研發(fā)。比如,萬(wàn)米級(jí)自主遙控潛水器“海斗號(hào)”、深淵著陸器“天涯號(hào)”與“海角號(hào)”、萬(wàn)米級(jí)原位試驗(yàn)系統(tǒng)“原位實(shí)驗(yàn)號(hào)”、9000米級(jí)深海海底地震儀、7000米級(jí)深海滑翔機(jī)等。
10767米,“海斗”號(hào)無(wú)人潛水器創(chuàng)造深潛紀(jì)錄
在此次科考中,我國(guó)自主研制的“海斗”號(hào)無(wú)人潛水器成功進(jìn)行了一次8000米級(jí)、兩次9000米級(jí)和兩次萬(wàn)米級(jí)下潛應(yīng)用,最大潛深達(dá)10767米,創(chuàng)造了我國(guó)無(wú)人潛水器的最大下潛及作業(yè)深度紀(jì)錄,使我國(guó)成為繼日、美兩國(guó)之后第三個(gè)擁有研制萬(wàn)米級(jí)無(wú)人潛水器能力的國(guó)家。
“海斗”號(hào)萬(wàn)米級(jí)自主遙控潛水器,也被稱為“全海深水下機(jī)器人”。它采用豎高立扁的形體,自帶能源,搭載有全海深CTD傳感器和水下攝像機(jī)。最大工作水深11000米,空氣中重量260千克。
這次“海斗”號(hào)不僅創(chuàng)造了我國(guó)水下機(jī)器人的最大下潛深度紀(jì)錄,并為我國(guó)首次獲取了萬(wàn)米以下深淵及全海深剖面的溫鹽深剖面數(shù)據(jù)。
深淵著陸器:“海角號(hào)”與“天涯號(hào)”
“海角號(hào)”與“天涯號(hào)”深淵著陸器由不同的科研機(jī)構(gòu)研制,但主要功能都為CTD(溫鹽深)和溶解氧測(cè)量、視頻錄像、高清拍照、生物誘捕、微生物取樣、海水采集、沉積物采集等。
“海角”號(hào)著陸器由海南省重大科技項(xiàng)目支持,中科院深??茖W(xué)與工程研究所、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合自主研制,是集水文測(cè)量、光學(xué)觀測(cè)、聲學(xué)探測(cè)和生物取樣等功能于一體的深海綜合探測(cè)裝備,原最大工作深度為3000米。后在中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)支持下,升級(jí)改造為7000米級(jí)深淵著陸器,主要面向深淵生物學(xué)的應(yīng)用需求。
“海角”號(hào)著陸器采用分體式結(jié)構(gòu),主要由浮力組件和主框架組成,其最大工作水深7000米,空氣中重量為831千克,下潛與上浮速度為每分鐘30至40米,最大工作時(shí)間30天。
“天涯”號(hào)著陸器同樣由中科院深海科學(xué)與工程研究所、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合自主研制,主要面向海斗深淵科學(xué)的綜合應(yīng)用需求。具備深淵環(huán)境參數(shù)測(cè)量、光學(xué)觀測(cè)、深淵取樣功能,同時(shí)預(yù)留電氣接口以擴(kuò)展其他科學(xué)調(diào)查設(shè)備。
“天涯”號(hào)著陸器主要采用一體式結(jié)構(gòu),使用浮力材料為載體提供浮力,其最大工作水深7000米,空氣中重量為1053千克,下潛與上浮速度為每分鐘30至40米,最大負(fù)載達(dá)到60千克,最大工作時(shí)間30天。
深海環(huán)境比較復(fù)雜,而在水下,隨著下降深度,壓力逐漸增大,這對(duì)深海裝備的壓力也提出了很高的要求。這次深海作業(yè)的完成,不僅說(shuō)明了我國(guó)已經(jīng)具備深??睖y(cè)的能力,也說(shuō)明了我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)耐深海環(huán)境的材料也經(jīng)受住了考驗(yàn)。
在進(jìn)行深海作業(yè)時(shí),固體浮力材料是必不可少的。深海的“深”,堪稱是比天空的高更難的障礙。海下每深10米,物體承受的海水壓力就多一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,如是1萬(wàn)米深度,就是1000個(gè)大氣壓,相當(dāng)于一個(gè)手指甲蓋大小的面積上就得承受約1噸的重量,這足以摧毀大部分的科考設(shè)備。“科學(xué)家研究深海,要有樣品、有數(shù)據(jù)。儀器裝備下不去,就沒(méi)有樣品沒(méi)有數(shù)據(jù)。這涉及很多領(lǐng)域。在材料領(lǐng)域,造不出能夠承受6000米~11000米深度壓力的浮力材料、鈦合金耐壓艙體,潛水器就下不去。
高強(qiáng)度固體浮力材料(簡(jiǎn)稱SBM)是人們?yōu)榱私鉀Q深潛拖體、深潛器和水下機(jī)器人等的耐壓性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問(wèn)題,并提供足夠的凈浮力的問(wèn)題。SBM是發(fā)展現(xiàn)代深潛技術(shù)的重要組成部分,對(duì)保證潛器所必須的浮力,提高潛器的有效載荷,減少其外型尺寸,尤其是在建造大深度的潛器中,有著重要的作用。此次科考作業(yè)的深潛器所用的固體浮力材料就是由深海所主持的中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類項(xiàng)目。
深海裝備使用的固體浮力材料應(yīng)具有耐水、耐壓、耐腐蝕和抗沖擊的特性。對(duì)于在不同深度使用的固體浮力材料的強(qiáng)度要求不同,水深增加,浮力材料的強(qiáng)度相應(yīng)增加,密度隨之增大,但浮力系數(shù)減小。此外,深海裝備上使用的高強(qiáng)度浮力材料還應(yīng)具有吸水率低、吸水平衡的時(shí)間短等特點(diǎn)。在浮力材料本身不能滿足防水要求的前提下,還需在浮力材料外表面包敷防水層。同時(shí)還要保證外表面包敷材料耐腐蝕和抗沖擊,以延長(zhǎng)深海裝備浮力材料的使用壽命。
近年來(lái),世界上許多國(guó)家都對(duì)深海浮力材料開(kāi)展了廣泛的研究工作,已研制出一些深海裝備上使用的浮力材料。這些高強(qiáng)度的浮力材料已在民用、商業(yè)及軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,如在水中設(shè)備的配重,漂浮于水面或懸浮于水中的浮纜、浮標(biāo)、海底埋纜機(jī)械及聲多卜勒流速剖面儀(ADCP)平臺(tái)、零浮力拖體和無(wú)人遙控潛水器(ROV)等上使用。目前,國(guó)內(nèi)是中科院深海所、中船重工725所、青島?;⒅锌圃豪砘?、中船重工702所、701所等從事浮力材料的研究,能生產(chǎn)制備的公司有臺(tái)州中浮新材料、河南泛銳復(fù)合材料研究院等。
中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮表示,本航次取得的成果,表明了萬(wàn)米深海已不再是中國(guó)海洋科技界的禁區(qū),此次航次所獲得的深度序列完整的原位探測(cè)數(shù)據(jù)及水體、沉積物和大生物樣本,填補(bǔ)了中國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法獲得超大深度特別是萬(wàn)米海底數(shù)據(jù)和樣品的空白。本航次的成功縮短了中國(guó)與美、日、英等世界海斗深淵科考先驅(qū)國(guó)家在萬(wàn)米科考能力上的差距,標(biāo)志了中國(guó)的深潛科考開(kāi)始進(jìn)入萬(wàn)米時(shí)代。
責(zé)任編輯:淮金
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