我簡單聊一下深海探測方吧。先籠統的說,有以下幾個方面。
載人潛水器技術:如中國的「蛟龍號」和「奮鬥者」號載人潛水器,它們多次重新整理了下潛深度的紀錄,使科學家能夠直接進入深海進行觀察和研究,極大地拓展了人類對深海環境的認知邊界。
無人潛水器技術:自主水下航行器(AUV)和遙控水下機器人(ROV)等無人潛水器的發展,使得深海探測可以長時間、大範圍地進行,且成本較低、風險較小。這些無人潛水器配備了多種傳感器和探測儀器,能夠獲取深海的各種數據,如溫度、鹽度、壓力、地形等。
深海探測裝備的材料科學突破:新型的抗壓材料使得潛水器能夠承受更高的水壓,延長了其在深海中的作業時間。同時,先進的傳感器技術使得探測裝置能夠更精確地獲取深海的各種數據。
深海通訊技術:水聲通訊技術的發展使得大量數據能夠在深海和海面之間快速、穩定地傳輸。衛星通訊技術的套用則進一步擴大了數據傳輸的範圍,使得全球範圍內的即時監測和數據共享成為可能。
深海采樣與取樣技術:透過鉆探、抓鬥、拖網等方式獲取海底樣品的技術不斷成熟,為地質學、生物學、海洋學等領域的研究提供了重要數據和樣本。
這些深海探測手段和技術的發展,使得人類對深海的了解不再局限於表面,而是能夠深入到更廣闊的深海領域,探索未知的奧秘。
接下來,詳細介紹一下中國載人深潛器的研發與套用歷程。
近20年來,在加快建設海洋強國和實施深海 發展戰略的部署下,中國載人深潛取得了跨越式 發展,以「蛟龍」號、「深海勇士」號和「奮鬥 者」號3台深海載人潛水器研發為契機,在設計計 算方法、基礎材料、建造工藝、測試技術方面取 得了一系列突破,構建了覆蓋全球海洋深度的載 人深潛裝備設計技術體系,實作了跟跑、並跑、 超越引領3個歷史性跨越,顯著提升了中國深海裝備技術的自主創新水平。
1)「蛟龍」號載人潛水器 2002年立項的「蛟龍」號是中國自行設計、 自主研制的首台深海載人潛水器(圖1,歷經10 年技術攻關,解決了大深度耐壓、密封、安全技 術,可靠水聲通訊技術,復雜深海環境下精細作 業技術等難題,實作了中國載人深潛裝備從600m 工作深度直接到7000m總體方案的閉環。2012 年,「蛟龍」號下潛7062m,這是當時世界上同類 作業型載人潛水器的最大下潛深度,推動中國深 斯、日本、法國之後,第5個掌握載人深潛技術的 國家。近年來,「蛟龍」號已完成了200余次安全 下潛,其中多達30余次的下潛超過6000m深度, 獲得了豐碩的深海科考成果。「蛟龍」號的套用, 開創了中國深海資源精細勘探的新模式,在國際 上首次發現多種深淵地質新現象和深海新物種, 助推了國際深淵科學的重大進展。
2) 「深海勇士」號載人潛水器 4500公尺級的「深海勇士」號在載人深潛裝備關鍵技術和配套裝置自主可控上取得突破(圖2)。 2009年立項,歷經8年攻關,實作了深海鈦合金 載人艙、充油耐壓鋰電池、超高壓海水泵、低噪 聲推進器、浮力材料、機械手、液壓系統、控制 軟體、水下定位、聲學通訊10大核心關鍵技術的 自主化,為深海載人深潛高端裝備實作「中國制 造」探索了一條切實可行的路徑,拓展了中國企 業相關領域的制造能力。「深海勇士」號於2017年交付至今,已累計安全下潛500余次,開展了中國 首次深海考古等工作,創造了中國載人深潛作業 的一系列新紀錄。
3)「奮鬥者」號載人潛水器 「奮鬥者」號載人潛水器(圖3)瞄準全球海 洋最深處,完成了集基礎研究、技術攻關、套用 示範為一體的全鏈條創新,透過極致設計和極限 制造,形成適用於極端環境的套用能力,實作了 載人深潛技術的跨越發展和超越引領。 (1)首次研制出國際上唯一能同時攜帶3人多 次往返全海深作業的載人深潛裝備,攻克了多目 標、多功能、多需求的總體設計技術,形成了覆 蓋全海深環境的全系統技術解決方案以及設計、 材料、制造、測試考核標準,在同類潛水器中具 有潛浮速度最快、海底作業時間最長、作業能力 最強的技術優勢。 (2)創新建立了全海深中厚殼耐壓結構設計 39 海進入能力大幅躍升,使中國成為繼美國、俄羅 計算方法,制定了全海深耐壓結構強度和穩定性的標準體系;建立了極限耐壓結構安全性評估方 法;攻克了觀察窗有機玻璃局部應力集中難題, 揭示並系統研究了觀察窗應變回復規律。 (3)掌握了極端高壓環境下動、靜密封技術, 透過理論和試驗研究得到了極端高壓環境下的油 浸元器件動態響應規律,研制了系列具有完全自 主智慧財產權的關鍵部件。 (4)突破了快速穩定控制、自適應控制等關 鍵技術,有效提升了潛水器的航行效率和復雜環 境下的響應能力,在全球海洋最深處實作了高精 度自動定深、定高、定向控制。 (5)高速數位水聲通訊在萬米深度實作影像、 數據、文字和語音等資訊的傳輸,采用多進制不規則低密度奇偶校驗碼演算法和稀疏化自適應Turbo均 衡演算法,提高了水聲通訊糾錯能力和可靠性,實 現作用距離12km、峰值速率10kbps的可靠通訊。 截至目前,「奮鬥者」號累計安全下潛作業超過100次,其中共有30多次下潛、搭載共計30多名科研人員抵達萬米深度,使中國成為世界上萬米下 潛次數和人數最多的國家。2021年「奮鬥者」號 科考期間,科學家團隊發起了【馬利安納共識】 倡議,啟動了「馬利安納海溝生態環境科研計 劃」,邀請國內外科學家針對深海地球科學系統形 成與演化、生命起源與環境適應、生物多樣性與氣候變遷等重大科學問題協力攻關,為深海重大原創和顛覆性科學發現提供共享平台。
載人潛水器的科學考察範圍遍及全球大陸坡 深水區、洋中脊、海山、海溝和洋盆等海底區域, 獲得了大量的深海地質、地球物理、生物、化學和環境方面的資訊或樣品,取得了一批重大的發現和創新性的研究成果,推動了深海科學的發展。
2018年,中國國家文物局深海考古調查隊選 定南海北礁東北緣區域,利用「深海勇士」號載 人潛水器執行了考古調查任務,同時結合機載超 短基線定位系統(USBL)以表格、影像等方式 進行考古記錄(圖5)。最終,此次調查共完成 312 km多波束測量,7次載人下潛作業,最大調 查深度1003m,累計下潛時間66h,積累了一大 批基礎數據與影像資料。此次考古實踐糾正、深 化、完善了既有的觀念與方法,據此開展的思 考、形成的結論將成為探討中國深海考古未來發 展的重要基礎。
「奮鬥者」號在2020年海試過程中,完成了世 界上首次載人潛水器與著陸器在萬米海底的聯合 水下拍攝作業,進行了陸地演播室和深海載人艙內的視訊直播對話(圖6)。在2021年常規科考 套用中,「奮鬥者」號對被困萬米海底的著陸器進行了救援。
地球上海洋的深度是有限的,但探索深海奧 秘、開發海洋資源、保障深海安全的技術發展是 永無止境的。未來,中國載人深潛團隊將在現有自主技術鏈條和產業鏈條的基礎上,以服務國家戰略和深入科技創新為使命,適應新挑戰、多場景及產業化發展需求。
深海大洋蘊藏著無窮的奧秘和豐富的寶藏, 對未知海洋的探索是載人深潛技術發展的不竭動 力。近年來,中國大深度載人潛水器研發與套用 任務的實施,為加快建設海洋強國奠定了堅實的 技術基礎,有力服務於「深海進入、深海探測、 深海開發」戰略,更好地推進國際海底和深海大 洋資源開發工作的永續發展。載人深潛活動的 目標是維護國家深海安全的長遠利益,促進中國 前沿科學與深海高技術的發展,進一步揭示生命 起源、了解並保護深海、激發科學探索精神。可 以預見,更多的重大科學發現將依托於載人深潛 領域的進步,在已實作全海洋深度進入與探測的 基礎上,加速推進深海開發與套用廣度的發展, 為服務中國深海大洋事業、構建人類命運共同體貢獻更多力量。
主要參考文獻:
1、 深潛科技創新:從點的突破到體系化能力建設[J]. 前瞻科技, 2022, 1(2): 5-8.
2、 徐芑南, 胡震, 葉聰, 王帥, 劉帥, 曹俊. 載人深潛技術與套用的現狀和展望[J]. 前瞻科技, 2022, 1(2): 36-48.
時間緊迫,回答比較倉促,可以從點評贊的朋友裏面抽取一些人送一本【隨蛟龍探深海】