2019年01月11日
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第02B版: 考察

深海空间站:遨游海底建“龙宫”

“蛟龙”入海探索深海奥秘

马里亚纳海沟近日迎来中国“彩虹鱼”科考团队。他们乘坐“沈括”号一路远航来到这里,探索深海科学奥秘。科考队此次携带了3台“彩虹鱼”万米级深海着陆器,用于采集海水和沉积物样品,诱捕深海生物。

这只是我国深海装备助力大洋调查的一个缩影。过去一年,“海龙”“潜龙”相继投入大洋航次使用,升级改造后的蛟龙号即将进入业务化运行、全海深载人潜水器完成载人舱球壳焊接、“深海勇士”号在南海首次发现冷水珊瑚林。随着“蛟龙探海”工程不断推进,一批深海高精尖装备应用获得突破性进展,在大洋深处不断刷新着“中国深度”。但对深海科技工作者来说,要真正实现“深海进入、深海探测、深海开发”目标,依然任重道远。

与载人潜水器相比,深海空间站的作业体系更为复杂,作业功能也更为丰富。作为一项涉及众多深海科技领域的系统工程,深海空间站项目已经成为中国继载人深潜项目成功实施后,最受瞩目的深海科技项目之一。

■ 本报记者 高 悦

抢占深海研究制高点

寒冷、高压、低氧、没有光照、营养物质匮乏……在黑暗广袤的深海海底,在零星分布的“黑烟囱”附近,却出现了生机勃勃的“绿洲”。这不是法国作家凡尔纳笔下的《海底两万里》,而是中国载人深潜不懈探索的深海奇境。

近年来,随着中国载人深潜技术的进步,科学家们逐步走向深海、进入深海,取得了丰硕的科考成果,开辟了我国深渊科学研究的新领域,证实了地球上不仅有通过光合作用生产有机质的“有光食物链”,还存在依靠地球内源能量,通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。

“不同于陆、空、天,人类对深海的认识及开发尚处于初级阶段。”在中国工程院院士吴有生看来,我国在深海研究开发中虽起步晚,但进展快、后劲大,应抓住有利时机,抢占深海研究和开发的制高点。

具体而言,我国深海研究应聚焦1000米以深的深海科学研究、深海资源开发、海洋安全保障三大方向,抢占深海技术制高点,提升深海资源与环境探测、深海开发与工程作业两大支撑能力。到2030年前,要在深海部分科学问题以及南海重大科学研究领域成为世界的领跑者,在深海油气、矿产与生物资源开发领域成为世界先进水平的并行者。

然而,面对波涛汹涌、瞬息万变的大海,探究深海科学奥秘谈何容易?

载人潜水器虽机动性较好,但搭载人员有限,水下工作时间也较短。相较而言,作为从载人深潜器基础上发展的新一代居住型深海运载平台,深海空间站可长时间水下工作,不受海面风浪影响,能够容纳的人员和搭载的设备也更多。

有人形象地将深海空间站比喻成“龙宫”。它可以自主远距离航行或驻留海底,可下潜数百至3000米,排水量为数百至数千吨,载员为数人至数十人,自持力为15至90天,可利用站载(物理、化学、生物检测系统及光、声学)观察系统,直接操控所携带的无缆自治潜器、水下吊车、有缆遥控作业潜器与配套的作业工具,能够满足不同应用对象的具体作业要求,长周期、高效率地开展深海原位科学研究。

大洋深处的“竞技场”

深海大洋蕴藏着人类社会可持续发展的战略资源,更是大国博弈的战略空间。目前,国际上深海运载平台分为无人和载人两大类。由于深海通信、目标识别、实时决策、作业操作、事故处理更为复杂,载人运载平台将发挥不可替代的作用。其中,大型载人运载平台的发展方向是在深海空间创造前所未有的工作环境,提升人员进入深海并实施长时间、大效率的作业能力,取得海洋科学、经济等方面的效益。

建设利用深海空间站,美国已经有50多年的发展历史。1965年,美国开始建造NR-1深海核动力作业平台,工作潜深约914米,航速达3.5节,自持力为30天,载员13人,于1969年正式服役。它搭载了多种探测作业装备,参与过大量民用海洋科考活动,并于2008年11月退役。

随后,美国宣布新建功能更为强大的千吨级NR-2型深海空间站。根据美国公布的设计方案,NR-2除了执行军事任务,还承担了海洋工程安装、维护和维修等9类民用任务,排水量将升至2000吨,航速可达17节,自持力有望提高到90天。

上世纪90年代开始,俄罗斯也开展了海洋油气开发新装备体系的论证和研究,发展深海空间站技术。在“民用海洋技术发展”计划支持下,俄罗斯开展了北极深海大陆架考察和作业“多功能水下工作站”的探索研究,设计排水量5900吨,潜深400米,航速达13节,自持力为30天,可载员40人,搭配潜水员 8人。

2012年9月,俄罗斯利用深海核动力工作站进行了为期20天的北极考察活动,获取500公斤大陆架岩样,科考结果有力支撑了俄罗斯对莱蒙诺索夫和门捷列夫山脊等北极海底地区领土所有权的主张。

除美、俄等传统海洋强国外,挪威、荷兰、英国、法国等国也都在开展用于深海油气、矿产资源开发的深海工作站研究。2012年,挪威研发了北冰洋水下工作站,排水量1500吨,可潜深450米,航速达8节,自持力14个昼夜,载人10至14人。该平台的最大技术特点是首次采用了常规动力。

瞄准深海装备技术前沿

中国在走向深海过程中,深海空间站建设也已提上日程。2016年8月,《“十三五”国家科技创新规划》提出,中国将研究建立深海空间站——深海移动固定型空间站,开展深海探测与作业前沿共性技术及通用与专用型、移动与固定式深海空间站核心关键技术研究。

深海空间站建设涉及了大量空、天、陆技术中没有遇到过的难题,是深海装备技术发展的前沿,也是国家船舶科技水平的重要标志之一。由于在大潜深极端环境下运行,深海空间站外壳要有足够的抗压能力,并在深海运载设备与空间站对接时,能够克服高压强带来的困难。在极端环境中,长期的、可持续的能源供给,才能有效保障空间站的水下工作时间。要做好材料防腐研究,克服深海极端环境对空间站和实验设备产生的腐蚀作用。在深海真实环境下的原位实验是深海科学发展的趋势,需要解决深海生物、地质、环境等原位实验专用装置安装维护和智能监控等难题。此外,深海通讯、定位、应急救援和保障等也都面临特殊困难,只有取得技术突破,才能切实做到万无一失。

吴有生认为,建设深海空间站需要突破超大潜深极端环境中新材料与大型结构安全性技术、深海有人—无人探测作业集群装备智能协调操控技术、深海有人—无人集群系统的互联互通与定位技术、超大潜深高能源动力技术、深海原位研究开发试验与作业技术、深海极端环境下安全可靠性及应急逃逸技术等大量关键技术。

“下五洋捉鳖的意义不亚于上九天揽月。”吴有生表示,要抢占对国家未来可持续发展具有重要战略意义的深海科技制高点,开发深海这一人类尚未被充分认识的科学与资源宝库,为海洋强国建设提供人才和技术支撑。

2019-01-11 高悦 1 1 中国海洋报 c8510.html 1 深海空间站:遨游海底建“龙宫” /enpproperty-->