海洋科技創(chuàng)新不斷取得突破 海底一萬米有什么？

圖①：“奮斗者”號注水下潛。中國科學院深?？茖W與工程研究所供圖

圖②：大洋86航次任務期間，潛水器布放前，技術人員拆除“蛟龍”號限位銷和潛水器系固。自然資源部國家深?；毓芾碇行墓﹫D

圖③：執(zhí)行中國第四十次南極考察任務的“雪龍2”號在阿蒙森海開展大洋考察作業(yè)。新華社發(fā)

前不久，我國自主設計建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號在廣東廣州正式入列。這標志著我國在深海進入、深海探測、深海開發(fā)上邁出了重要一步，是建設海洋強國、科技強國取得的又一重大成果。

逐夢深藍，科技助力。我國海洋科技創(chuàng)新不斷取得新突破，持續(xù)推進深海事業(yè)邁上新臺階。

深度不斷拓展

從下潛600米到挺進萬米深淵，一系列關鍵技術大顯身手

“深海里有許多發(fā)光的浮游生物，它們仿佛是夜空中的流星，出現(xiàn)的時間雖然短暫，卻五彩斑斕，令人嘆為觀止?！碧崞疬@段經(jīng)歷，蔡嘉慧難掩興奮。

蔡嘉慧是新加坡國立大學的一名海洋科學家，從事多金屬結核礦區(qū)大型底棲生物的生態(tài)研究。今年8月，她參加了我國自然資源部組織的2024年西太平洋國際航次科考任務，跟隨“蛟龍”號載人潛水器潛入海底。

執(zhí)行科考任務時，“蛟龍”號在海底隨走隨停，蔡嘉慧和中方潛航員默契配合，記錄透過舷窗觀察到的海底生物，并提出采樣目標建議?！昂５缀Ｉ降纳锒鄻有苑浅ＸS富，這次終于能在水下親眼觀察深海海綿群和珊瑚林，受到的震撼遠超閱讀文獻或者觀看紀錄片?！辈碳位壅f。

在2024年西太平洋國際航次科考中，我國首次面向全球開放“蛟龍”號載人潛水器，中外科學家一同下潛采樣。作為我國自主設計、自主集成的首臺7000米級大深度載人潛水器，“蛟龍”號自2009年首次下潛以來，已完成317次下潛，累計搭載900余人次下潛，為我國乃至全球深海探測提供了有力支撐。

2020年11月10日，由我國自主研制的全海深載人潛水器“奮斗者”號，完成萬米級海試，首次探底馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”，使我國成為世界上第二個實現(xiàn)萬米載人深潛的國家。截至目前，“奮斗者”號累計下潛329次，其中萬米下潛25次，萬米深潛次數(shù)和人數(shù)均居世界首位，標志著我國在全海深載人深潛領域達到世界領先水平。

深海深淵，一度被認為是海洋科考的“禁區(qū)”。但越是漆黑、高壓、低溫和地質(zhì)運動活躍的“深?；哪毖芯浚侥艹蔀楹Ｑ笱芯康那把仡I域。曾任“蛟龍”號載人潛水器主任設計師、“奮斗者”號載人潛水器總設計師的葉聰感慨：“載人深潛讓人更加體會到技術自主可控、自立自強的重要。中國人要把深海關鍵技術牢牢掌握在自己手中?！?/p>

潛入萬米海底，要攻克的首道難關就是巨大的水壓。

馬里亞納海溝1萬米深處，水壓接近1100個大氣壓，相當于2000頭非洲象踩在一個人的背上?！皧^斗者”號如何做到不懼高壓極端環(huán)境，在萬米海底自由行走？其關鍵就在于載人艙。

以往使用的材料都已不能達標，需要研制一種高強度、高韌性、可焊接的鈦合金材料。中國科學院金屬研究所研究員、全海深載人潛水器載人艙項目負責人楊銳說：“國際上沒有制造先例，唯一的辦法就是我們自己造?！?/p>

于是，中國科學院金屬研究所團隊經(jīng)過調(diào)研論證、研究實驗，攻克了載人艙材料、成型、焊接等一系列技術難關?！拔覀儶殑?chuàng)的新型鈦合金材料成功滿足了載人艙材料所需的強度、韌性和可焊性等要求?！睏钿J說。

突破光纖纜控技術，采取抗低溫設計、研制固體浮力材料……從下潛600米到挺進萬米深淵，涉及材料科學、高精度制造、導航定位和數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I域，我國科研人員取得的一系列技術突破，不僅推動我國深海探測能力邁上新臺階，也為深?？茖W研究、資源開發(fā)和國際合作奠定了堅實基礎。

精度持續(xù)提升

分辨率、位置精度令人驚嘆，深海探測日益精密化、智能化

科學基礎設施建設是助推深海大洋探測的重中之重，考察站是開展極地科考的基礎支撐平臺。以我國今年新建成的南極秦嶺站為例，其研制建造的精細程度令人驚嘆。

“秦嶺站建設采用裝配式建設方式，所有建筑設施均在國內(nèi)完成加工定制，現(xiàn)場只需按要求安裝建筑模塊。”中國第四十次南極考察隊新站隊隊長王哲超說，這種精細制造，減少了大量現(xiàn)場加工量，顯示出嚴酷環(huán)境中整體建筑高度集成、質(zhì)量可靠、施工迅速、綠色環(huán)保的優(yōu)勢。

對設備配置、建設材料的要求同樣精益求精。秦嶺站采用輕質(zhì)高強的建筑材料，能夠抵御零下60攝氏度的超低溫和海岸環(huán)境的強腐蝕，清潔能源占比也超過60%。

中國第四十次南極考察中，國產(chǎn)極地特種載具“雪豹”2馳騁冰雪，不懼嚴寒，盡顯身手。

這種新型極地特種載具能行駛于南極內(nèi)陸硬雪、軟雪、海冰、堅冰與砂石路面等各類復雜地形，同時可以根據(jù)考察實時需求，改裝為站區(qū)快速運輸、陸空協(xié)同指揮、緊急醫(yī)療救援等模塊化方艙，標志著我國南極考察向精密化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展。

數(shù)千米深的海水阻隔了電磁波的遠距離傳播，如何實現(xiàn)水下長距離通信與數(shù)據(jù)傳輸？

依靠水聲通信技術，“蛟龍”號實現(xiàn)“千里傳音”。十年磨一劍，科研人員研發(fā)了水聲通信系統(tǒng)，通過優(yōu)化信號調(diào)制和抗干擾算法，實現(xiàn)深海環(huán)境中穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，通信距離超過10公里。該系統(tǒng)使用自適應糾錯技術，提高了數(shù)據(jù)傳輸精度，確保在復雜水文條件下信息傳輸?shù)耐暾浴?/p>

深海一片漆黑，地形環(huán)境高度復雜，“奮斗者”號要避免“觸礁”風險，控制系統(tǒng)的精準指揮尤其關鍵。為此，中國科學院沈陽自動化研究所的科研人員攻關技術難題，讓“奮斗者”號的控制系統(tǒng)實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)與模型預測的在線智能故障診斷、基于在線控制分配的容錯控制和海底自主避碰等功能。

中國科學院沈陽自動化研究所研究員、“奮斗者”號載人潛水器副總設計師趙洋說：“我們設計的神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化算法，能夠讓‘奮斗者’號在海底自動匹配地形巡航、定點航行以及懸停定位。其中，水平面和垂直面航行控制性能指標，達到國際先進水平?！?/p>

挺進深海大洋，探測精度不斷刷新。

聚焦極地海底地形和冰下海洋環(huán)境的高分辨率成像，誤差已小于5厘米；通過多波束測深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶技術，實現(xiàn)高精度海底地形測繪，垂直分辨率達到10厘米，水平分辨率達到1米……

深海大洋的探測精度持續(xù)提升，離不開關鍵技術的有力支撐，得益于科研人員對高精度設備和算法的不懈追求。借助人工智能、高性能計算等更多新技術，深?？瓶加型麑崿F(xiàn)更加精準的地形勘探、生物及礦物樣品采集。

廣度繼續(xù)延伸

中外科學家攜手，海洋科考國際“朋友圈”越來越大

南極羅斯海恩克斯堡島海岸邊，秦嶺站巍然屹立。依托這座科考站，我國科學家將填補在太平洋扇區(qū)長期科學觀測的空白，從而對南極長期觀測網(wǎng)進行系統(tǒng)構建，更好地回答氣候變化、冰雪和生態(tài)環(huán)境變化機理等前沿科學問題。

極地求索四十載，中國極地科考的腳步從南極邊緣深入內(nèi)陸，活動范圍和科學考察領域持續(xù)拓展。

今年，“蛟龍”號實現(xiàn)首探大西洋，將我國載人深潛由“兩洋一海”拓展到“三大洋”，未來還將拓展至極區(qū)。依托“奮斗者”號，我國深淵海溝科考已經(jīng)從馬里亞納海溝擴展至全球多個深淵海溝。2022年10月到2023年3月，中國科學院深海科學與工程研究所組織國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考，“奮斗者”號搭乘“探索一號”母船，歷時157天，完成了2.2萬多海里的大洋洲探索之旅，采集了豐富的深淵宏生物、巖石、結核、沉積物和水體樣品。

我國的深海大洋探測腳步越邁越深，“朋友圈”也越擴越大。不論是“蛟龍”探海、“雪龍”破冰，還是“奮斗者”遨游，中外科考團隊都有許多珍貴動人的“攜手”時刻。

9月6日，“蛟龍”號成功完成2024年西太平洋國際航次第十四潛，一名來自香港浸會大學的加拿大籍科學家參加了此次下潛。本航次共有8名外籍科學家和3名中國香港科學家搭乘“蛟龍”號下潛，下潛區(qū)域包括西太平洋6座海山和1個海盆。

航次聯(lián)合首席科學家、香港浸會大學教授邱建文表示：“啟航以來，大家共同采集和處理深海生物、底泥、海水等樣品，共同制定下潛作業(yè)計劃，分享下潛經(jīng)歷和感受，共同推動深海生物多樣性國際合作?！?/p>

轟鳴聲近，紅白相間的“雪鷹601”固定翼飛機穩(wěn)穩(wěn)降落在南極中山站中山冰雪機場，標志著中國第四十次南極考察隊圓滿完成了一項重大極地國際合作——南極毛德皇后地和恩德比地冰蓋邊緣航空科學調(diào)查國際合作計劃。該計劃是南極研究科學委員會下“環(huán)”行動組發(fā)起的首個南極航空科學調(diào)查國際合作計劃。

任務完成后，我國將同其他國家共享“雪鷹601”航空觀測數(shù)據(jù)，并開展合作研究，為各國科學家研究南極冰蓋快速變化和全球海平面上升提供寶貴資料?！碍h(huán)”行動組首席科學家、挪威極地研究所教授松岡健一給中國第四十次南極考察隊專門發(fā)來郵件，感謝中方的重要貢獻。

加強海洋科技創(chuàng)新，深化國際海洋合作，深海大洋探測事業(yè)將不斷邁上新臺階。（劉詩瑤 吳月輝）