我國(guó)海洋科技創(chuàng)新不斷取得突破 海底一萬(wàn)米有什么？
前不久，我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢(mèng)想”號(hào)在廣東廣州正式入列。這標(biāo)志著我國(guó)在深海進(jìn)入、深海探測(cè)、深海開(kāi)發(fā)上邁出了重要一步，是建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)取得的又一重大成果。
逐夢(mèng)深藍(lán)，科技助力。我國(guó)海洋科技創(chuàng)新不斷取得新突破，持續(xù)推進(jìn)深海事業(yè)邁上新臺(tái)階。
“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(shí)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(guó)立大學(xué)的一名海洋科學(xué)家，從事多金屬結(jié)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(guó)自然資源部組織的2024年西太平洋國(guó)際航次科考任務(wù)，跟隨“蛟龍”號(hào)載人潛水器潛入海底。
執(zhí)行科考任務(wù)時(shí)，“蛟龍”號(hào)在海底隨走隨停，蔡嘉慧和中方潛航員默契配合，記錄透過(guò)舷窗觀察到的海底生物，并提出采樣目標(biāo)建議。“海底海山的生物多樣性非常豐富，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(yuǎn)超閱讀文獻(xiàn)或者觀看紀(jì)錄片?！辈碳位壅f(shuō)。
在2024年西太平洋國(guó)際航次科考中，我國(guó)首次面向全球開(kāi)放“蛟龍”號(hào)載人潛水器，中外科學(xué)家一同下潛采樣。作為我國(guó)自主設(shè)計(jì)、自主集成的首臺(tái)7000米級(jí)大深度載人潛水器，“蛟龍”號(hào)自2009年首次下潛以來(lái)，已完成317次下潛，累計(jì)搭載900余人次下潛，為我國(guó)乃至全球深海探測(cè)提供了有力支撐。
2020年11月10日，由我國(guó)自主研制的全海深載人潛水器“奮斗者”號(hào)，完成萬(wàn)米級(jí)海試，首次探底馬里亞納海溝“挑戰(zhàn)者深淵”，使我國(guó)成為世界上第二個(gè)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)米載人深潛的國(guó)家。截至目前，“奮斗者”號(hào)累計(jì)下潛329次，其中萬(wàn)米下潛25次，萬(wàn)米深潛次數(shù)和人數(shù)均居世界首位，標(biāo)志著我國(guó)在全海深載人深潛領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
深海深淵，一度被認(rèn)為是海洋科考的“禁區(qū)”。但越是漆黑、高壓、低溫和地質(zhì)運(yùn)動(dòng)活躍的“深海荒漠”研究，越能成為海洋研究的前沿領(lǐng)域。曾任“蛟龍”號(hào)載人潛水器主任設(shè)計(jì)師、“奮斗者”號(hào)載人潛水器總設(shè)計(jì)師的葉聰感慨：“載人深潛讓人更加體會(huì)到技術(shù)自主可控、自立自強(qiáng)的重要。中國(guó)人要把深海關(guān)鍵技術(shù)牢牢掌握在自己手中?！?/p>
馬里亞納海溝1萬(wàn)米深處，水壓接近1100個(gè)大氣壓，相當(dāng)于2000頭非洲象踩在一個(gè)人的背上?！皧^斗者”號(hào)如何做到不懼高壓極端環(huán)境，在萬(wàn)米海底自由行走？其關(guān)鍵就在于載人艙。
以往使用的材料都已不能達(dá)標(biāo)，需要研制一種高強(qiáng)度、高韌性、可焊接的鈦合金材料。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員、全海深載人潛水器載人艙項(xiàng)目負(fù)責(zé)人楊銳說(shuō)：“國(guó)際上沒(méi)有制造先例，唯一的辦法就是我們自己造。”
于是，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)調(diào)研論證、研究實(shí)驗(yàn)，攻克了載人艙材料、成型、焊接等一系列技術(shù)難關(guān)。“我們獨(dú)創(chuàng)的新型鈦合金材料成功滿足了載人艙材料所需的強(qiáng)度、韌性和可焊性等要求。”楊銳說(shuō)。
突破光纖纜控技術(shù)，采取抗低溫設(shè)計(jì)、研制固體浮力材料從下潛600米到挺進(jìn)萬(wàn)米深淵，涉及材料科學(xué)、高精度制造、導(dǎo)航定位和數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域，我國(guó)科研人員取得的一系列技術(shù)突破，不僅推動(dòng)我國(guó)深海探測(cè)能力邁上新臺(tái)階，也為深?？茖W(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)和國(guó)際合作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是助推深海大洋探測(cè)的重中之重，考察站是開(kāi)展極地科考的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)。以我國(guó)今年新建成的南極秦嶺站為例，其研制建造的精細(xì)程度令人驚嘆。
“秦嶺站建設(shè)采用裝配式建設(shè)方式，所有建筑設(shè)施均在國(guó)內(nèi)完成加工定制，現(xiàn)場(chǎng)只需按要求安裝建筑模塊?！敝袊?guó)第四十次南極考察隊(duì)新站隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)王哲超說(shuō)，這種精細(xì)制造，減少了大量現(xiàn)場(chǎng)加工量，顯示出嚴(yán)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(shì)。
對(duì)設(shè)備配置、建設(shè)材料的要求同樣精益求精。秦嶺站采用輕質(zhì)高強(qiáng)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(qiáng)腐蝕，清潔能源占比也超過(guò)60%。
中國(guó)第四十次南極考察中，國(guó)產(chǎn)極地特種載具“雪豹”2馳騁冰雪，不懼嚴(yán)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(jiān)冰與砂石路面等各類復(fù)雜地形，同時(shí)可以根據(jù)考察實(shí)時(shí)需求，改裝為站區(qū)快速運(yùn)輸、陸空協(xié)同指揮、緊急醫(yī)療救援等模塊化方艙，標(biāo)志著我國(guó)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(yuǎn)距離傳播，如何實(shí)現(xiàn)水下長(zhǎng)距離通信與數(shù)據(jù)傳輸？
依靠水聲通信技術(shù)，“蛟龍”號(hào)實(shí)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(guò)優(yōu)化信號(hào)調(diào)制和抗干擾算法，實(shí)現(xiàn)深海環(huán)境中穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，通信距離超過(guò)10公里。該系統(tǒng)使用自適應(yīng)糾錯(cuò)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸精度，確保在復(fù)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(fù)雜，“奮斗者”號(hào)要避免“觸礁”風(fēng)險(xiǎn)，控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)指揮尤其關(guān)鍵。為此，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的科研人員攻關(guān)技術(shù)難題，讓“奮斗者”號(hào)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)的在線智能故障診斷、基于在線控制分配的容錯(cuò)控制和海底自主避碰等功能。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研究員、“奮斗者”號(hào)載人潛水器副總設(shè)計(jì)師趙洋說(shuō)：“我們?cè)O(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，能夠讓奮斗者號(hào)在海底自動(dòng)匹配地形巡航、定點(diǎn)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(biāo)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！?/p>
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(guò)多波束測(cè)深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度海底地形測(cè)繪，垂直分辨率達(dá)到10厘米，水平分辨率達(dá)到1米
深海大洋的探測(cè)精度持續(xù)提升，離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)的有力支撐，得益于科研人員對(duì)高精度設(shè)備和算法的不懈追求。借助人工智能、高性能計(jì)算等更多新技術(shù)，深海科考有望實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的地形勘探、生物及礦物樣品采集。
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(guó)科學(xué)家將填補(bǔ)在太平洋扇區(qū)長(zhǎng)期科學(xué)觀測(cè)的空白，從而對(duì)南極長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建，更好地回答氣候變化、冰雪和生態(tài)環(huán)境變化機(jī)理等前沿科學(xué)問(wèn)題。
極地求索四十載，中國(guó)極地科考的腳步從南極邊緣深入內(nèi)陸，活動(dòng)范圍和科學(xué)考察領(lǐng)域持續(xù)拓展。
今年，“蛟龍”號(hào)實(shí)現(xiàn)首探大西洋，將我國(guó)載人深潛由“兩洋一?！蓖卣沟健叭笱蟆保磥?lái)還將拓展至極區(qū)。依托“奮斗者”號(hào)，我國(guó)深淵海溝科考已經(jīng)從馬里亞納海溝擴(kuò)展至全球多個(gè)深淵海溝。2022年10月到2023年3月，中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所組織國(guó)際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考，“奮斗者”號(hào)搭乘“探索一號(hào)”母船，歷時(shí)157天，完成了2.2萬(wàn)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(jié)核、沉積物和水體樣品。
我國(guó)的深海大洋探測(cè)腳步越邁越深，“朋友圈”也越擴(kuò)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(tuán)隊(duì)都有許多珍貴動(dòng)人的“攜手”時(shí)刻。
9月6日，“蛟龍”號(hào)成功完成2024年西太平洋國(guó)際航次第十四潛，一名來(lái)自香港浸會(huì)大學(xué)的加拿大籍科學(xué)家參加了此次下潛。本航次共有8名外籍科學(xué)家和3名中國(guó)香港科學(xué)家搭乘“蛟龍”號(hào)下潛，下潛區(qū)域包括西太平洋6座海山和1個(gè)海盆。
航次聯(lián)合首席科學(xué)家、香港浸會(huì)大學(xué)教授邱建文表示：“啟航以來(lái)，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(jì)劃，分享下潛經(jīng)歷和感受，共同推動(dòng)深海生物多樣性國(guó)際合作?！?/p>
轟鳴聲近，紅白相間的“雪鷹601”固定翼飛機(jī)穩(wěn)穩(wěn)降落在南極中山站中山冰雪機(jī)場(chǎng)，標(biāo)志著中國(guó)第四十次南極考察隊(duì)圓滿完成了一項(xiàng)重大極地國(guó)際合作南極毛德皇后地和恩德比地冰蓋邊緣航空科學(xué)調(diào)查國(guó)際合作計(jì)劃。該計(jì)劃是南極研究科學(xué)委員會(huì)下“環(huán)”行動(dòng)組發(fā)起的首個(gè)南極航空科學(xué)調(diào)查國(guó)際合作計(jì)劃。
任務(wù)完成后，我國(guó)將同其他國(guó)家共享“雪鷹601”航空觀測(cè)數(shù)據(jù)，并開(kāi)展合作研究，為各國(guó)科學(xué)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(dòng)組首席科學(xué)家、挪威極地研究所教授松岡健一給中國(guó)第四十次南極考察隊(duì)專門(mén)發(fā)來(lái)郵件，感謝中方的重要貢獻(xiàn)。
