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中科院自主研发潜水器及装备成功进行万米深海科考
发布时间:2016-08-24 来源:科学传播局 【字号:  

  

[video:20160823我国深潜科考进入“万米时代”]

  在中国科学院战略性先导科技专项(B类)“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”的支持下,中科院“探索一号”船TS01-01航次,于2016年6月22日至8月12日期间,在马里亚纳海沟挑战者深渊开展了我国第一次综合性万米深渊科考活动,航次历时52天,其中作业37天,共执行作业任务84项。

  参与本航次科考的单位有中科院深海科学与工程研究所、沈阳自动化研究所、地质与地球物理研究所,北京国冶锐诚工程技术有限公司,青岛华洋海事服务有限公司,深圳市长荣海船舶工程有限公司和广州鸿海海洋专用设备有限公司。

  本航次以先导专项部署并自主研发的深海潜水器及装备为主要手段,辅助以大深度常规作业工具,以“做实七千米,挺进一万米”为指导,避免单纯地追求深度,而以大深度下的科学实验以及获取数据和各类样品为目的。本航次是我国在万米深海进行的第一次深潜科考尝试,是为实现国家“十三五”重点研发计划部署的万米载人/无人深潜科技目标所做的先期努力,为最终全面实现我国的万米深潜迈出了具有重要意义的一步。它的成功缩短了我国与美、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,标志了我国的深潜科考开始进入万米时代。

  本航次在国际深海领域进行的开创性工作和突破包括:

  (1)在万米深度,“原位实验”号深渊升降器(Elevator)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、“天涯”号深渊着陆器(Lander)单次获取大量海底水样(>100升),这在国际同等或类似装备上都无先例。

  (2)使用国产海底地震仪(OBS)首次在挑战者深渊西部开展主动源人工地震勘探,成功获得一条完整地震剖面。

  (3)利用船载绞车系统和沉积物采样设备,获得9150米水深的箱式沉积物样品,创造同类型深海装备作业深度的新纪录。

  本航次在国内深海领域进行的开创性工作和实现的突破包括:

  (1)我国自主研制的“海斗”号无人潜水器成功进行一次八千米级、两次九千米级和两次万米级下潜应用,最大潜深达10767米。“海斗”号成为我国首台下潜深度超过万米并进行科考应用的无人自主潜水器,创造了我国无人潜水器的最大下潜及作业深度记录,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。

  (2)我国自主研制的水下滑翔机下潜深度达5751米,接近目前国际上水下滑翔机最大下潜深度(6000米),创下我国水下滑翔机的最大下潜深度记录。

  (3)国产海底地震仪(OBS)工作深度首次突破7000米。航次共投放9台OBS,仪器回收率100%,最大工作深度达7731米,刷新了国产地震仪工作水深的新纪录。地震仪记录数据完整,采集到自1900年以来第三次发生在马里亚纳海沟大于7.7级的天然地震信号。

  (4)我国自主研制的“海角”号和“天涯”号深渊着陆器、“原位实验”号深渊升降器共进行17次大深度下潜,其中“天涯”和“原位实验”号三次突破万米深度,最大深度达10935米,在海底停留作业皆超过12小时。

  (5)“探索一号”船舶DP2动力定位系统的高精度定位性能,以及万米测深探测系统、CTD采水器、沉积物取样装置、地震实验系统等船载设备成功运行,表明“探索一号”船作为我国4500米和万米载人/无人潜水器母船以及综合性海斗深渊科考作业平台,具备了6500米以深海洋的常规探测作业以及支撑万米深潜科考作业的能力。

  (6)利用“海斗”号无人潜水器成功获得2条九千米级(9827和9740米)和2条万米级(10310和10767米)水柱的温盐深数据。这是我国获得的第一批万米温盐深剖面数据,为研究海斗深渊水团特性的空间变化规律和深渊底层洋流结构,以及万米载人潜水器的设计提供了宝贵的基础资料。

  (7)通过深渊着陆器和升降器共进行13个潜次的大生物诱捕实验,在五千米、六千米、七千米、八千米、九千米及一万米级深度获取两千余个大生物样品,其中包括钩虾、深渊专属的狮子鱼以及未知物种。这是我国首次获得具有深渊专属特性的狮子鱼以及万米水深的大生物样品。这些深渊大生物的获得为探索海斗深渊物种的起源与演化、群体遗传特征及其共生微生物对极端高压环境的适应机制提供了宝贵的样本。

  (8)利用船载沉积物采集装备和深渊着陆器,成功获得深度序列完整的海底沉积物样本,从七千米、八千米、九千米到最大水深10822米。大深度沉积物样本的获取为研究深渊沉积对全球气候变化的响应、深渊早期成岩活动、化能生命与地质活动内在联系等重大科学问题创造了条件。

  (9)利用船载采水器、深渊着陆器、升降器,成功获得深度序列完整的马里亚纳海沟水样,包括七千、八千、九千和万米级水样,最大采样深度达10900米。大深度水样的获取为揭示深渊水体生态环境演变、深渊物质循环以及极端高压微生物学研究提供了珍贵的研究样本。

  (10)通过深渊着陆器搭载自主研发的原位固定装置完成近十个站位的原位水体微生物收集工作,采样实验的最大深度达7850米,单次过滤水样体积达150升。此装置所获得的样品能最大程度反演深渊底部原位环境下的微生物组学信息,为揭示深渊微生物群落结构、代谢途径和环境适应机制提供了珍贵的研究样本。

  本航次取得的成果,表明万米深海已不再是我国海洋科技界的禁区,这是继“蛟龙号”七千米海试成功后又一个海洋科技的里程碑。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,填补了我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,将极大地促进我国深海深渊科学研究的发展,并有效推动我国海斗深渊科学研究体系的建立。这些宝贵的数据和部分样品将向相关研究领域的科学家开放。

  本航次的成功得益于中科院战略性先导科技专项在前沿领域的前瞻性部署及有效组织、海南省重大科技专项的及时支持,得益于国家863计划海洋技术领域的持续支持和长期积累。其结果进一步表明,我们不可能单靠引进走到国际深海领域的前沿,而国家顶层设计及坚持全技术链条自主研发才是我国掌握万米深潜核心技术及能力的基本保障和前提。

  本航次通过对先进及综合性的船舶、深海探测平台和多种深潜装备的应用以及密集性深渊科考作业的实践,磨砺出一批海上一线作业指挥员,锻造出一支能够进行万米大深度科考作业的队伍。

  除了上述参航单位外,在本航次准备工作中,广州海洋地质调查局、中船重工集团702所、中船澄西(广州)船厂、国家海洋局北海分局、浙江大学和上海交通大学也发挥了重要作用。整个航次在组织模式上有效融合了科研单位、高校、国企和民企各自的优势,大家本着协同创新的精神,为突破万米深度、保障科考成功共同付出了巨大努力。

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(责任编辑:麻晓东)
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