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蛟龙号载人潜水器试验性应用五年成果综述

来源:中国海洋报    星期二 2017-06-27 11:04:28


  6月23日,“向阳红09”船搭载蛟龙号载人潜水器及96名科考队员停靠国家深海基地码头。至此,历时138天的2017年蛟龙号试验性应用航次,圆满完成中国大洋38航次科学考察任务,同时标志着为期5年的蛟龙号试验性应用航次圆满收官。

  2012年7月,我国蛟龙号载人潜水器在西太平洋马里亚纳海沟7000米级海试中获得成功,实现了中华民族“可下五洋捉鳖”的夙愿。2013年1月,中国大洋矿产资源研究开发协会吸收国际同类载人潜水器均经历研制、海试、试验性应用、业务化运行阶段等经验,确定了蛟龙号载人潜水器在步入业务化运行前开展试验性应用的工作方案。

  蛟龙号自海上试验以来,开展了152次成功下潜。在试验性应用过程中,先后在我国南海、东太平洋多金属结核勘探区、西太平洋海山结壳勘探区、西南印度洋脊多金属硫化物勘探区、西北印度洋脊多金属硫化物调查区、西太平洋雅浦海沟区、西太平洋马里亚纳海沟区等7大海区下潜,主要为国家海洋局深海资源勘探计划、环境调查计划、科技部“973”计划、中国科学院深海先导计划、国家自然科学基金委南海深部计划5大计划提供了技术和装备支撑。“蛟龙”作业覆盖海山、冷泉、热液、洋中脊、海沟、海盆等典型海底区域,深海科技成果丰硕,获取了海量珍贵视像数据资料和高精度定位的地质与生物样品。深潜工程技术保障队伍和深潜科学家队伍不断壮大,安全管理制度趋于完善,多系统、多任务的工作格局已经形成,向业务化运行跨出了坚实一步。

  中国大洋协会秘书长兼办公室主任刘峰介绍,蛟龙号深海探秘可划分成海上试验、试验性应用和业务化运行3个阶段。2012年结束海上试验后,蛟龙号转入试验性应用阶段。“如果说第一阶段是为了检验它能否下潜到设计深度,验证其各项技术指标是否达到设计要求。那么,试验性应用阶段主要是为了培养专业化的业务支撑队伍,建立全国开放共享机制,提高它的作业效能。”刘峰认为,蛟龙号交出了满意的答卷。

  “蛟龙探海”技术能力凸显

  大深度技术优势,全球海洋99.8%的作业区域,海底定点作业能力,安全性、可靠性、先进性,等等,蛟龙号的这些优势在试验性应用阶段得到了验证。在涵盖海山、冷泉、热液、洋中脊、海沟、海盆等典型海底地形区域,蛟龙号实现了100%安全下潜,作业能力覆盖7000米以浅全球海洋面积99.8%的海域。其中,17个潜次作业水深超过6000米(其中11次超过6500米)。连续大深度安全下潜,充分发挥了蛟龙号全球领先的深度技术优势,为我国抢占国际深渊科学研究前沿提供了强有力的技术支撑。

  海底烟囱喷口内高温热液取样和连续观测,证明了蛟龙号高精度定点悬停作业能力。在西南印度洋和西北印度洋热液区复杂地形下,蛟龙号实现了对深海海底11米高黑烟囱顶部、直径5厘米喷口内379.7℃热液的保压取样和连续温度测量。海底深渊科学仪器的定点布放与回收,证明了蛟龙号高精度搜寻目标作业能力。第100潜次及第128潜次,蛟龙号成功在西南印度洋及西北印度洋热液区搜寻,并回收前序潜次布放的微生物富集罐等作业工具。第144潜次成功在马里亚纳海沟6300米深度搜寻并回收第122潜次布放的气密性保压序列采水器,在国际上首次实现时隔一年在6000米以深海底对科学仪器的定点搜寻与回收。

  蛟龙号先进水声通信技术和微地形地貌探测技术优势在试验性应用中得到发挥和验证。蛟龙号数字水声通讯系统工作稳定,传输正确率超过90%,保障了潜水器水下作业安全;高分辨率测深侧扫声呐累计完成测线长度17.2公里,绘制海底三维测深图覆盖面积6.876平方公里,绘制侧扫图覆盖面积13.752平方公里,取得了各个区域大量的海底微地形地貌数据,特别是在第125潜次中首次实现了热液烟囱弥散流的探测,获取了海底热液弥散流侧扫瀑布图。

  深海公共平台有效运行

  “过去我们研制的深海装备一度用不起来,因为在科研和应用之间存在断层。科研院所的职能是负责设备研发,而不是长期支撑设备的海上运行。科学家擅长在实验室分析样品,在海上操作起设备也比较吃力。研制的设备虽然性能先进,却难以保证海上的有效应用。”刘峰说,在蛟龙号的研制和应用中,通过建设国家深海基地管理中心,逐渐摸索出了填补断层的机制。“深海中心的职责就是做好深海大型装备的集中统一管理,既支撑前端研发,又服务后端应用。”

  接下来,蛟龙号即将转入业务化运行阶段。据悉,目前8名潜航员的潜水器驾驶与操作技术水平、潜水器维护保障技术水平、综合素质、体质与心理状态等日趋稳定,具备了开展常态化载人潜水器驾驶操作与技术维护保障的能力。同时,潜水器维护保障队伍规模逐渐扩大,维护保障和水面支持操作能力逐步提升,关键岗位的保障能力得到锻炼,形成了一支18人的职业化潜水器维护保障队伍和两支独立完成潜水器布放回收作业的职业化水面支持保障队伍。

  深海中心作为国家级深海科考公共服务平台的作用日益凸显。除了配置先进的车间、试验室、大型科考码头等硬件设施,为蛟龙号等深海运载器的维护保障提供技术支撑,职业化的潜航员队伍和技术保障队伍不断经受锻炼,公共平台安全高效的运行机制已经形成。

  深海资源勘探成果丰硕

  蛟龙号自试验性应用以来,先后在七大海区开展了下潜作业,取得了一系列勘探成果。

  在我国南海区,初步查明了南海冷泉区和海山区生物群落特征,获取了冷泉区的地球化学特征,6个新种和生物群落的3个优势种等新发现,为我国科学家在深海大型底栖生物分类学和生物多样性领域的研究提供了有利条件。初步圈定了1000米级多金属结核试验区的目标靶区,在试采区及参照区开展了多学科调查,获得了高质量结核、结壳样品及数据资料,为深入研究南海铁锰成矿作用等科学研究提供了支撑,为后续开展采矿环境影响评价打下了基础。

  在东太平洋我国多金属结核勘探区,调查发现,在海水较深且比较平坦的海盆结核覆盖率稍低,仅为37.5%;在海丘斜坡上结核覆盖率有增高的趋势,最高达60%,基本查明我国多金属结核合同区的结核分布特征。

  在西太平洋海山结壳勘探区,探查了采薇海山区的结壳、结核的分布特征,初步了解维嘉海山区富钴结壳的分布范围,初步探明采薇海山与维嘉海山巨型底栖生物分布具有良好的连通性。

  在西南印度洋我国多金属硫化物勘探区,基本确定了典型热液区的活动状况及发育范围,采集了热液流体样品,并对热液喷口及附近多次进行了温度观测,基本查明龙旂热液区热液活动及热液产物分布特征,进一步了解了底栖生物群落结构,揭示了龙旂热液区共附生微生物的多样性。

  在西太平洋深渊海沟区,初步查明雅浦海沟北段西侧生物群落结构,认识了其微生物、细菌、古菌和真菌的多样性,揭示了食腐端足类在近底层的分布规律;认识了马里亚纳海沟生态系统基本特征,获取了大批量马里亚纳海沟深渊底部保压海水样品。

  在西北印度洋我国热液硫化物调查区,初步查明“卧蚕1号”“卧蚕2号”“天休”“大糦”4个作业区的热液区位置,对热液区环境特征及生物群落结构有了基本认识。

  据初步统计,截至4月底,基于蛟龙号下潜调查,我国科学家发表论文41篇,待出版专著1部,取得了多项国际相关前沿科学研究成果,标志着中国深海载人科学研究和资源勘探能力达到国际先进行列。

  蛟龙号自海上试验以来,参加单位涉及国家海洋局、中国科学院、教育部、中船重工集团等多个部委近40家单位,450余人次参与下潜,参航人员超过1000人次,总计历时517天,总航程超过8.6万海里,圆满完成了航次任务。

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