万米深海已不再是中国海洋科技界的禁区

我国万米深海科考项目圆满成功

2016年08月29日 9:35 4258次浏览 来源:   分类: 新材料前沿

  8月23日,中科院举行发布会,宣布“探索一号”深海探索任务顺利完成,我国第一次综合性万米深渊科考行动圆满成功,并取得了一系列重要成果。这标志着我国深海科考首次进入“万米时代”。这是继“蛟龙号”7000米海试成功后我国海洋科技又一里程碑,标志着我国的深潜科考开始进入万米时代。从此,万米深海不再是我国海洋科技界的禁区。
  6月22日,中国科学院深海科学与工程研究所“探索一号”科考船从三亚母港启航远赴马里亚纳海沟,执行首次深海装备海试及科考航次。此次航次是为了攻克深海6000米以下科考任务而设立的一个专项的航次之一。
  此次为期50多天的深海科考任务,共执行了84项科考任务,在国际和国内深海领域共取得13项突破。其中“原位试验”号深渊升降器搭载实验装置在海底成功进行深渊底部氮循环的原位培养实验,“无涯”号深渊着陆器单次获取大量海底水样(大约)100升;使用国产海底地震仪成功获得一条完整的地震剖面;利用船载绞车系统和沉积物采样设备获取9150米水深的箱式沉积物样品等3项取得了国际深海领域的突破,在国际同等或类似作业中史无前例。
  长94.45米、宽17.9米的“探索一号”,是一座移动的“海上实验室”。船上有11个固定实验室、2个可拆卸式移动实验室,包括1间综合实验室、1间机电实验室、地质实验室、地球物理实验室、化学实验室、生物实验室、低温样品库、信息处理室等,不仅能开展多学科、多种实验,还能很好地保存各种样品和数据。
  最令人瞩目的,是“探索一号”搭载的许多核心深海科研设备和探测“神器”均为我国自主研发。比如,万米级自主遥控潜水器“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。
  10767米,“海斗”号无人潜水器创造深潜纪录
  在此次科考中,我国自主研制的“海斗”号无人潜水器成功进行了一次8000米级、两次9000米级和两次万米级下潜应用,最大潜深达10767米,创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度纪录,使我国成为继日、美两国之后第三个拥有研制万米级无人潜水器能力的国家。
  “海斗”号万米级自主遥控潜水器,也被称为“全海深水下机器人”。它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。最大工作水深11000米,空气中重量260千克。
  这次“海斗”号不仅创造了我国水下机器人的最大下潜深度纪录,并为我国首次获取了万米以下深渊及全海深剖面的温盐深剖面数据。
  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。
  “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。
  “天涯”号着陆器同样由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,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,使用浮力材料为载体提供浮力,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。
  深海环境比较复杂,而在水下,随着下降深度,压力逐渐增大,这对深海装备的压力也提出了很高的要求。这次深海作业的完成,不仅说明了我国已经具备深海勘测的能力,也说明了我国自主研发设计耐深海环境的材料也经受住了考验。
  在进行深海作业时,固体浮力材料是必不可少的。深海的“深”,堪称是比天空的高更难的障碍。海下每深10米,物体承受的海水压力就多一个标准大气压,如是1万米深度,就是1000个大气压,相当于一个手指甲盖大小的面积上就得承受约1吨的重量,这足以摧毁大部分的科考设备。“科学家研究深海,要有样品、有数据。仪器装备下不去,就没有样品没有数据。这涉及很多领域。在材料领域,造不出能够承受6000米~11000米深度压力的浮力材料、钛合金耐压舱体,潜水器就下不去。
  高强度固体浮力材料(简称SBM)是人们为了解决深潜拖体、深潜器和水下机器人等的耐压性、结构稳定性问题,并提供足够的净浮力的问题。SBM是发展现代深潜技术的重要组成部分,对保证潜器所必须的浮力,提高潜器的有效载荷,减少其外型尺寸,尤其是在建造大深度的潜器中,有着重要的作用。此次科考作业的深潜器所用的固体浮力材料就是由深海所主持的中科院战略性先导科技专项B类项目。
  深海装备使用的固体浮力材料应具有耐水、耐压、耐腐蚀和抗冲击的特性。对于在不同深度使用的固体浮力材料的强度要求不同,水深增加,浮力材料的强度相应增加,密度随之增大,但浮力系数减小。此外,深海装备上使用的高强度浮力材料还应具有吸水率低、吸水平衡的时间短等特点。在浮力材料本身不能满足防水要求的前提下,还需在浮力材料外表面包敷防水层。同时还要保证外表面包敷材料耐腐蚀和抗冲击,以延长深海装备浮力材料的使用寿命。
  近年来,世界上许多国家都对深海浮力材料开展了广泛的研究工作,已研制出一些深海装备上使用的浮力材料。这些高强度的浮力材料已在民用、商业及军事领域广泛应用,如在水中设备的配重,漂浮于水面或悬浮于水中的浮缆、浮标、海底埋缆机械及声多卜勒流速剖面仪(ADCP)平台、零浮力拖体和无人遥控潜水器(ROV)等上使用。目前,国内是中科院深海所、中船重工725所、青岛海化所、中科院理化所、中船重工702所、701所等从事浮力材料的研究,能生产制备的公司有台州中浮新材料、河南泛锐复合材料研究院等。
  中国科学院院长白春礼表示,本航次取得的成果,表明了万米深海已不再是中国海洋科技界的禁区,此次航次所获得的深度序列完整的原位探测数据及水体、沉积物和大生物样本,填补了中国长期以来无法获得超大深度特别是万米海底数据和样品的空白。本航次的成功缩短了中国与美、日、英等世界海斗深渊科考先驱国家在万米科考能力上的差距,标志了中国的深潜科考开始进入万米时代。

责任编辑:淮金

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