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這就是中國優勢 | 科技優勢(九)深海探測:中國萬米深潛次數和人數居世界首位

華夏經緯網 > 新聞 > 熱點聚焦      2022-08-02 14:28:57

這就是中國優勢

  【導語】“可上九天攬月,可下五洋捉鱉,談笑凱歌還。”這是一種豪情與詩意,也是當今中國正創造的奇跡。中國人對未知的好奇、對探索的渴望、對困境的思考以及對美好未來的期待,推開了一扇扇嶄新世界的大門:空間探測、生物醫藥、人工智慧、量子科學……中國科技創新的步伐從未停止。正如習近平總書記所説,一切偉大成就都是持續奮鬥的結果,一切偉大事業都需要在繼往開來中推進。新時代必將是大有可為的時代。


  地球表面約71%的面積是海洋,如果説人類對太空的了解為10%,相較之下,人類對海洋的了解程度還不到5%。在人類從未踏足過的深海,現在也有中國人探索的身影。伴隨著“蛟龍”號、“深海勇士”號、“奮鬥者”號、“海鬥一號”等深海潛水器成功投入使用,飛速發展的深海科技將深海探索推向了前所未有的熱度。

2020年11月28日,“奮鬥者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航。這標誌著我國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力。(圖源:中科院深海科學與工程研究所)

2020年11月28日,“奮鬥者”號全海深載人潛水器成功完成萬米海試並勝利返航。這標誌著我國具有了進入世界海洋最深處開展科學探索和研究的能力。(圖源:中科院深海科學與工程研究所)


中國載人深潛不斷刷新紀錄

  《海底兩萬里》扉頁有句話:“比天空更深的是海洋”。我們的征途除了星辰,還有大海。不過長久以來,大部分人對於海洋的了解僅僅浮于表面,而水深超過200米的海域,即被定義為深海。開發利用深海必然離不開深海裝載裝備,深潛技術是進行海洋開發必要手段,它由深潛器、工作母船(水面支援船)和陸上基地組成一個完整系統,深潛器是該系統的關鍵部分。

  海水深度每增加100米,壓力便會增加10個大氣壓,故而深潛器建造難度頗大,電氣化、自動化程度高。目前,全世界可潛入6000米以上深度的載人深潛器僅有八艘,分別屬於中國、美國、法國、日本和俄羅斯。其中中國有“蛟龍”號、“深海勇士”號和“奮鬥者”號三艘載人深潛器。

“蛟龍號”在馬利亞納海溝創造了下潛7062米的中國乃至世界的載人深潛紀錄。(圖源:新華社)

“蛟龍號”在馬利亞納海溝創造了下潛7062米的中國乃至世界的載人深潛紀錄。(圖源:新華社)

  中國載人深潛夢啟航于上世紀70年代。1971年,“深潛救生艇研製工作組即“7103研製工作組”成立。1986年,中國第一艘載人潛水器“7103救生艇”研製成功。當時,雖然它只能下潛300米,但在那個年代,是屬於較先進的救援型載人潛水器。

  2002年,深海載人潛水器研製被列為國家高技術研究發展計劃(863計劃)重大專項,“蛟龍”號載人深潛器的自行設計、自主整合研製工作啟動。最終歷時10年完成研製和海試工作。2012年,“蛟龍”號載人深潛器下潛至7062米,刷新了世界同類作業型潛水器最大下潛深度紀錄。這也讓中國成為世界上第五個掌握大深度載人深潛技術的國家。

  “蛟龍”號成功後,有關方面于2009年立項研製中國第二代4500米級的載人潛器“深海勇士”號。2017年,“深海勇士”號在南海完成全部海上試驗任務,從研製立項到海試交付只用了短短8年,國産化程度達到95%,實現了中國深海裝備由整合創新向自主創新的歷史性跨越。

“深海勇士”號載人深潛試驗完成。(圖源:中新社)

“深海勇士”號載人深潛試驗完成。(圖源:中新社)

  在“深海勇士”號研製實現關鍵技術突破之後,也就是2016年中國就開始同步研製萬米級載人潛水器“奮鬥者”號。它融合了之前兩代深潛裝備的“優良血統”,不僅採用了安全穩定、動力強勁的能源系統,還擁有更加先進的控制系統和定位系統,以及更加耐壓的載人球艙和浮力材料。2020年,“奮鬥者”號在兩艘母船護衛下,在地球最深處的西太平洋海域成功坐底,以近10909米的深度宣告中國正邁向國際深潛設施製造前列。

  難以想像,十多年前,中國載人深潛的能力只能到達水下600米,如今已經可以潛入水深10909米的馬利亞納海溝底部。中國人駕駛自己的潛水器可以自由到達大洋任何深度並開展科學考察,2021年中國深海下潛次數有170多次,佔世界一半以上,其中“奮鬥者”號共完成21次萬米下潛,已有27位中國科學家通過“奮鬥者”號到達全球海洋最深處,中國萬米深潛次數和人數均居世界首位。


中國無人深潛取得世界級成功

“海鬥一號”是我國首臺作業型全海深自主遙控無人潛水器。(圖源:中科院瀋陽自動化所)

“海鬥一號”是我國首臺作業型全海深自主遙控無人潛水器。(圖源:中科院瀋陽自動化所)

  隨著自動化和人工智慧的發展,探索深海也可以不用人類親自下潛。無人潛水器也叫“水下機器人”,主要有三類:遙控潛水器(ROV)、自主潛水器(AUV)和混合式潛水器。由中科院瀋陽自動化研究所主持研製的“海鬥一號”就是中國最具代表性的先進混合式潛水器,入選了2020年兩院院士評選的“中國十大科技進展新聞”。

  與自主潛水器相比,“海鬥一號”不僅實現了實時數據交互,還可以完成水下輕作業,提升機器人的作業能力。與遙控潛水器相比,“海鬥一號”可攜帶長距離光纖微纜,不僅擴大了水下作業範圍,降低了對母船的要求,也減少了水面支援系統的體積和重量。

“海鬥一號”高清拍攝海洋生物。(圖源:中科院瀋陽自動化研究所)

“海鬥一號”高清拍攝海洋生物。(圖源:中科院瀋陽自動化研究所)

  在去年10月結束的馬利亞納海溝深淵科學考察中,“海鬥一號”在馬利亞納海溝10800米以深深淵海區成功實現了多次萬米下潛及科考應用,刷新了中國無人潛水器最大下潛深度紀錄。在無纜自主模式下,“海鬥一號”打破了多項無人潛水器的世界紀錄,包括最大下潛深度達10908米,海底連續作業超過9小時,近海底航行距離超過了14公里。

  此外,“海鬥一號”還首次在國際上對“挑戰者深淵”西部凹陷區進行了大範圍、全覆蓋聲學巡航探測,並首次實現了無纜無人潛水器自主模式萬米坐底並連續拍攝高清視頻影像。在自主遙控混合模式下,“海鬥一號”在萬米海底連續工作超過10小時,達到國際先進水準,創造了中國潛水器萬米海底最長工作時間的紀錄,並實現了萬米海底定點實時高清精細觀測。


中國科學家深海研究大發現

中國4500米載人潛水器及萬米深潛作業的工作母船“探索一號”科考船。(圖源:中科院深海科學與工程研究所)

中國4500米載人潛水器及萬米深潛作業的工作母船“探索一號”科考船。(圖源:中科院深海科學與工程研究所)

  中國在深海領域的發展起步較晚,但卻在短短十多年內經歷了高速發展。目前,中國深海探索的範圍從太平洋推進到南北兩極,並深入到馬利亞納海溝的最深處。隨之而來的,就是中國深海探索和科學研究的大爆發。

  把“氣象站”和“實驗室”建在海底

  當前世界海洋科學正在經歷轉型:從海面船隻的短暫測量轉為對海洋內部的長期觀測。因為許多深海現象只有通過對海洋內部的長期觀測才能發現。比如海洋災害的預警,在最需要觀測的時候,船隻卻無法抵近。所以從上世紀90年代起,國際海洋界開始探索將感測器放到海底,掀起了建設海底觀測網的熱潮。

  隨著以深海潛標為代表的西太平洋深海觀測網路的逐漸完善,中國也將“氣象站”和“實驗室”搬到了海底,可以不間斷地進行長期現場觀測,無論有颱風還是地震都可以連續運作。由此,中國海洋災害的監測預警及資訊發佈能力得到大幅提升。

科考隊員對西太平洋科學觀測網的潛標進行維護升級。(圖源:新華社)

科考隊員對西太平洋科學觀測網的潛標進行維護升級。(圖源:新華社)

  首次在自然界發現超臨界二氧化碳

  中科院海洋研究所研究員閆軍和孫衛東課題組合作,在“科學”號科考船2016年深海熱液航次中,利用“發現”號深海ROV機器人上搭載的深海鐳射拉曼光譜原位探測系統首次在西太平洋一處熱液系統觀測到自然狀態下超臨界二氧化碳流體的噴發。超臨界二氧化碳是指維持在臨界溫度及臨界壓力以上的、氣態和液態平衡共存的二氧化碳流體。這是全球首次在自然界中發現超臨界的二氧化碳。

  而令人驚喜的是,此次觀測到的超臨界二氧化碳中含有大量氮氣和有機組分。科研團隊基於這項科研成果,提出了新的地球生命起源假説:在地球早期,原始大氣有超過100大氣壓的二氧化碳,在原始海洋形成以後,在海洋與大氣交界面形成了超臨界二氧化碳層,富集大量氮氣,並與海水和露出海表面的岩石礦物結合,催化産生有機物,成為地球上早期生命源頭。

  發現有效降解塑膠垃圾的海洋微生物菌群

  中科院海洋研究所的孫超岷團隊,在採集自深海海底的沉積物中,首次發現了可以有效降解塑膠垃圾的海洋微生物菌群,並從這個菌群中查出能明顯降解聚乙烯塑膠的多個酶。

  因為聚乙烯塑膠目前在國際上極為缺乏能有效降解的微生物和酶類,該研究成果為下一步研究聚乙烯降解機制及發展聚乙烯降解生物製品奠定了堅實基礎。目前,該研究成果已成功申請國家發明專利。

  自人類第一次進入太空以來,已有600多人抵達了地面以上100千米外的太空,但僅有40余人造訪過海面以下10千米的海底世界。中科院深海科學與工程研究所研究員彭曉彤曾這樣寫道:“以深淵進入技術、深淵探測技術為代表的深海技術,代表了當前國際深海工程技術的頂級水準;以地淵地學、深淵生命科學為代表的深淵科學研究,代表了當前國際深海科學研究的最新前沿。”面對未知神秘的深海,中國科學家們的探索一直在繼續,或許未來某日,更加廣袤無垠的世界會在我們面前展露。


  (資料來源:新華社、中新社、央視新聞、科技日報、海外網、中國科學院、中國科學報)



責任編輯:姚思寒
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