圖①：“奮斗者”號(hào)注水下潛,。
中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所供圖
圖②：大洋86航次任務(wù)期間,，潛水器布放前，技術(shù)人員拆除“蛟龍”號(hào)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(wù)的“雪龍2”號(hào)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(shè)計(jì)建造的首艘大洋鉆探船“夢想”號(hào)在廣東廣州正式入列,。這標(biāo)志著我國在深海進(jìn)入、深海探測,、深海開發(fā)上邁出了重要一步,，是建設(shè)海洋強(qiáng)國、科技強(qiáng)國取得的又一重大成果,。
逐夢深藍(lán),，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(jìn)深海事業(yè)邁上新臺(tái)階,。
深度不斷拓展
從下潛600米到挺進(jìn)萬米深淵，一系列關(guān)鍵技術(shù)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(shí)間雖然短暫，卻五彩斑斕,，令人嘆為觀止,。”提起這段經(jīng)歷,，蔡嘉慧難掩興奮,。
蔡嘉慧是新加坡國立大學(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,，她參加了我國自然資源部組織的2024年西太平洋國際航次科考任務(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,，記錄透過舷窗觀察到的海底生物,，并提出采樣目標(biāo)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(yuǎn)超閱讀文獻(xiàn)或者觀看紀(jì)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(hào)載人潛水器,，中外科學(xué)家一同下潛采樣,。作為我國自主設(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,，已完成317次下潛，累計(jì)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(hào),，完成萬米級(jí)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(gè)實(shí)現(xiàn)萬米載人深潛的國家,。截至目前,，“奮斗者”號(hào)累計(jì)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(biāo)志著我國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?；哪毖芯浚侥艹蔀楹Ｑ笱芯康那把仡I(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,。中國人要把深海關(guān)鍵技術(shù)牢牢掌握在自己手中,。”
潛入萬米海底,，要攻克的首道難關(guān)就是巨大的水壓,。
馬里亞納海溝1萬米深處，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：“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(xué)院金屬研究所團(tuán)隊(duì)經(jīng)過調(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),?！拔覀儶?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,?！睏钿J說。
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，我國科研人員取得的一系列技術(shù)突破,，不僅推動(dòng)我國深海探測能力邁上新臺(tái)階,，也為深海科學(xué)研究,、資源開發(fā)和國際合作奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。
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(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(chǔ)支撐平臺(tái),。以我國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(duì)新站隊(duì)隊(duì)長王哲超說,，這種精細(xì)制造,，減少了大量現(xiàn)場加工量，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,。
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(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,，中國科學(xué)院沈陽自動(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,。
中國科學(xué)院沈陽自動(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：“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)到國際先進(jìn)水平?！?/p>
挺進(jìn)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(shù),，實(shí)現(xiàn)高精度海底地形測繪，垂直分辨率達(dá)到10厘米,，水平分辨率達(dá)到1米……
深海大洋的探測精度持續(xù)提升,，離不開關(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?？瓶加型麑?shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)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(xué)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(xué)家將填補(bǔ)在太平洋扇區(qū)長期科學(xué)觀測的空白,，從而對(duì)南極長期觀測網(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(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，將我國載人深潛由“兩洋一?！蓖卣沟健叭笱蟆?，未來還將拓展至極區(qū)。依托“奮斗者”號(hào),，我國深淵海溝科考已經(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，中國科學(xué)院深?？茖W(xué)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(hào)搭乘“探索一號(hào)”母船，歷時(shí)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(jié)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(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年西太平洋國際航次第十四潛,，一名來自香港浸會(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,，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，標(biāo)志著中國第四十次南極考察隊(duì)圓滿完成了一項(xiàng)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(xué)調(diào)查國際合作計(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)查國際合作計(jì)劃,。
任務(wù)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(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第四十次南極考察隊(duì)專門發(fā)來郵件，感謝中方的重要貢獻(xiàn),。
加強(qiáng)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(tái)階,。(記者 劉詩瑤 吳月輝)
編輯：周大為
