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海洋科考裝備“乘風(fēng)破浪”

2024-11-26 00:00:00李士萌
中國(guó)報(bào)道 2024年11期

遙控潛水器在海下布放海底地震儀(OBS)。OBS 已廣泛應(yīng)用于研究邊緣海和大洋深部構(gòu)造,其主要通過多通道信號(hào)檢波器捕捉海底異動(dòng)。據(jù)了解,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局所使用的部分OBS 的零部件國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)超過90%。供圖/ 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局

由最早開展海洋調(diào)查時(shí)的“望洋興嘆”到進(jìn)入21世紀(jì)后的“百舸爭(zhēng)流”,中國(guó)的海洋科考裝備逐漸摸索出了一條從“跟跑”、“并跑”到“領(lǐng)跑”的創(chuàng)新之路。

“海二”:遠(yuǎn)洋科考的“多面手”

17世紀(jì)的荷蘭,憑借強(qiáng)大的造船實(shí)力,坐上海洋貿(mào)易頭把交椅,成為“海上馬車夫”。與海洋相關(guān)的一切,都離不開船,海洋科研同樣如此。

“科考船是海洋科學(xué)考察的核心平臺(tái),是科學(xué)家研究、認(rèn)識(shí)海洋最重要的工具?!背蔀闃I(yè)內(nèi)共識(shí)。

此次共享航次所使用的“海洋地質(zhì)二號(hào)”船(以下簡(jiǎn)稱“海二”)于2022年12月入列中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,是我國(guó)首艘由海工船改造的科考船。

初登“海二”,就會(huì)被它寬闊的后甲板吸引。在“海二”的后甲板上,擺放著許多科考集裝箱,這些集裝箱用途各不同,有的用來裝設(shè)備,比如地質(zhì)絞車;有的是小型操控室,技術(shù)人員在里面操控科考設(shè)備;還有冷鏈集裝箱,用來儲(chǔ)存從海底取來的樣品。

這種模塊化科考負(fù)載是20世紀(jì)80年代末以來科考船設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì),主要是為了解決科考設(shè)備裝卸過程復(fù)雜的問題。通過在后甲板加裝集裝箱緊固底腳,“海二”可根據(jù)科考任務(wù)的不同,搭載存有不同裝備和儀器的集裝箱,實(shí)現(xiàn)科考任務(wù)的快速切換,既節(jié)約了船上空間,也提升了科考船作業(yè)的靈活性和通用性?!昂6睂掗煹暮蠹装逭槕?yīng)了這一趨勢(shì)。

在后甲板“琳瑯滿目”的設(shè)備中,最惹眼的要數(shù)最大可提放150噸重物的巨型海工吊機(jī)。沉重的科考裝備想“起身干活”,需要靠海工吊機(jī)機(jī)械臂吊、提、移、放。

“150噸的海工吊機(jī)之所以重要,是它的投放能力基本可以覆蓋所有調(diào)查設(shè)備?!敝袊?guó)地質(zhì)調(diào)查局一級(jí)巡視員周昶告訴《中國(guó)報(bào)道》記者,歷數(shù)現(xiàn)役科考船,150噸的海工吊機(jī)也是極少見的。

暮色中,“海洋地質(zhì)二號(hào)”船的后甲板,白色的150 噸海工吊機(jī)占據(jù)甲板一側(cè)。 攝影/ 趙珺

此次共享航次部分科研團(tuán)隊(duì)的設(shè)備沉重、體型巨大,“海二”是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多可滿足其設(shè)備布放需求的科考船。相比廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局的其他調(diào)查船,“海二”的歷史不算久,但入列后承擔(dān)了多項(xiàng)重大科考任務(wù),除去本航次,“海二”今年已完成8個(gè)航次的任務(wù)。

除了出色的設(shè)備布放能力,“海二”的綜合調(diào)查能力也絲毫不遜色?!昂蠹装逵袥]有絞車、A型架,船底有沒有安裝多普勒流速剖面儀(ADCP)、多波束測(cè)深、淺地層剖面儀、超短基線等聲學(xué)裝備,是衡量一艘船綜合調(diào)查能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。”周昶告訴《中國(guó)報(bào)道》記者。

周昶提到的聲學(xué)調(diào)查設(shè)備就安裝在“海二”船艙底部。

“這些海洋地球物理技術(shù)就像是給海洋做體檢。單波束可以測(cè)量水深,了解整體輪廓,類似量身高;淺地層剖面儀可以探測(cè)淺表層的地層,了解海底地質(zhì)狀況,是給海洋‘做B超’;ADCP可根據(jù)不同水深設(shè)置不同的測(cè)量層數(shù)及層厚,對(duì)水體剖面流速流向情況進(jìn)行監(jiān)控,是為海洋進(jìn)行‘血液檢查’。”共享航次技術(shù)負(fù)責(zé)人張亞念告訴記者。

在電影《里斯本丸沉沒》中,導(dǎo)演方勵(lì)便是綜合運(yùn)用聲吶、磁探儀等海洋地球物理技術(shù),發(fā)現(xiàn)了東極島附近海域沉沒的“里斯本丸”號(hào)。類似的物探調(diào)查對(duì)于“海二”來說已是駕輕就熟。

周昶認(rèn)為,“海二”是未來科考船建造的方向。從改造之初,“海二”就被希望兼容更多的海洋調(diào)查設(shè)備,為海洋調(diào)查設(shè)備提供試驗(yàn)平臺(tái)、研發(fā)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)。經(jīng)過改造升級(jí)后,“海二”不僅具備為大洋鉆探船提供保障服務(wù)的能力,還可獨(dú)立完成環(huán)境評(píng)價(jià)、地質(zhì)取樣、物探調(diào)查等海洋科考調(diào)查作業(yè)。同時(shí),“海二”還沿襲了海工船的基因,具備承擔(dān)海底電纜敷設(shè)、深水打撈、飽和潛水、風(fēng)電工程勘察等海工作業(yè)的能力,是真正的遠(yuǎn)洋科考“多面手”。

科考船“乘風(fēng)破浪”史

“海二”超前的設(shè)計(jì)理念并非一朝一夕所想,而是我國(guó)海洋科考船一步一個(gè)腳印探索60余年的結(jié)果。

20世紀(jì)50年代中期,我國(guó)開始將漁船、拖船、舊軍用輔助船等改造成海洋調(diào)查船,摸索積累近海調(diào)查的經(jīng)驗(yàn),成為世界上第一批專門設(shè)計(jì)建造海洋調(diào)查船的國(guó)家之一。

20世紀(jì)60至70年代,為滿足國(guó)家遠(yuǎn)程運(yùn)載火箭發(fā)射試驗(yàn)等國(guó)防工程和相關(guān)重大海洋專項(xiàng)的調(diào)查需求,我國(guó)有計(jì)劃地發(fā)展不同型號(hào)的遠(yuǎn)洋調(diào)查船,開啟了自主設(shè)計(jì)和批量建造大型遠(yuǎn)洋調(diào)查船時(shí)代。

以718工程為重要標(biāo)志,中國(guó)海洋調(diào)查建設(shè)進(jìn)入高峰期。至20世紀(jì)80年代末,我國(guó)逐漸裝備了從近岸級(jí)海洋調(diào)查船到大洋級(jí)調(diào)查船的綜合調(diào)查船、水文調(diào)查船、地質(zhì)調(diào)查船等,包括“曙光”“奮斗”“向陽紅”系列調(diào)查船及“海洋四號(hào)”、“東方紅”號(hào)調(diào)查船,基本保障了到20世紀(jì)末中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)各領(lǐng)域海洋調(diào)查任務(wù)的需求。

進(jìn)入 21 世紀(jì)第二個(gè)10年,在“經(jīng)略海洋、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略指引下,中國(guó)再次進(jìn)入海洋調(diào)查船的發(fā)展高峰期。10年間,一批大型遠(yuǎn)洋科考船,如“科學(xué)”“向陽紅”“東方紅”“大洋”和“雪龍”“海洋地質(zhì)”系列科考船,陸續(xù)批復(fù)、設(shè)計(jì)、建造與交付。

10月6日,溫鹽深儀(CTD)剛剛從海下打撈上來。溫鹽深儀是海洋調(diào)查的關(guān)鍵基礎(chǔ)儀器,可采集到數(shù)千米深海中任意深度的海水樣品,測(cè)定不同深度水體的水溫、鹽度、氧含量、聲速、電導(dǎo)率及壓力。2024年,我國(guó)自主研發(fā)的面向萬米深海應(yīng)用的高精度溫鹽深傳感儀器已完成深海比測(cè)實(shí)驗(yàn),最大布放深度達(dá)7180.4米。 攝影/ 趙珺
陳宗恒在“海馬”號(hào)下潛前進(jìn)行最后的設(shè)備檢查。 攝影/ 李士萌

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2010至2021年,中國(guó)新建海洋科考船的數(shù)量達(dá)到32艘,涌現(xiàn)出一大批世界先進(jìn)水平的科考船,25000 噸級(jí)的“遠(yuǎn)望7”號(hào)圓滿完成“天宮二號(hào)”、“嫦娥四號(hào)”、北斗衛(wèi)星等21次海上測(cè)控任務(wù);國(guó)內(nèi)首艘、世界第4艘獲得水下輻射噪聲最高等級(jí)SILENT-R證書的海洋綜合科考船“東方紅3”號(hào)挺進(jìn)國(guó)際主流科考船行列;由我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造的第一艘天然氣水合物綜合調(diào)查船“海洋地質(zhì)六號(hào)”(原“海洋六號(hào)”)實(shí)施了中國(guó)第33次南極科考,實(shí)現(xiàn)了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查從深海大洋向極地冰海的歷史性跨越;自主設(shè)計(jì)的世界首艘專門針對(duì)天然氣水合物高精度勘探的六纜、短道距三維地震綜合物探調(diào)查船“海洋地質(zhì)八號(hào)”船,為我國(guó)海域天然氣水合物勘探開發(fā)提供了強(qiáng)有力的支撐;全球首艘具備艏艉雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船“雪龍2”號(hào)成功首航南北兩極,填補(bǔ)了中國(guó)極地科考重大裝備領(lǐng)域的空白。

我國(guó)目前主要有海洋綜合、專業(yè)和特種三大類科考船。其中,專業(yè)科考船包括地球物理調(diào)查船、水聲調(diào)查船、漁業(yè)科考船、地質(zhì)調(diào)查船、氣象觀測(cè)船等;特種科考船包括極地科考破冰船、大洋鉆探科考船、航天測(cè)量船、裝備試驗(yàn)船等。

歷經(jīng)艱辛,中國(guó)海洋科考船終于從世界舞臺(tái)的邊沿走到了中央,逐步投身到建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略征程中。10余年間,中國(guó)幾乎以最短的時(shí)間和最快的速度緩解了我國(guó)20世紀(jì)80年代一批主力調(diào)查船即將退役與當(dāng)前日益增長(zhǎng)的科考調(diào)查任務(wù)之間的矛盾,基本滿足了我國(guó)近海、中海、遠(yuǎn)海、南北極的海洋科考需求。

共享航次項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局海洋技術(shù)方法研究所副所長(zhǎng)陳宗恒所在的廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局也在此10余年間快速成長(zhǎng),發(fā)展成如今擁有8條科考船的國(guó)際一流調(diào)查船隊(duì),并配備有深海鉆探裝備、6000米級(jí)深海遙控潛水器(ROV)、高分辨率地震系統(tǒng)、深拖系統(tǒng)等一系列先進(jìn)深海裝備,構(gòu)建起“空天海潛地”立體綜合探測(cè)觀測(cè)監(jiān)測(cè)體系。

周昶指出,如今,中國(guó)海洋調(diào)查船的設(shè)計(jì)在追求功能全面的同時(shí),開始思考提升利用效率與經(jīng)濟(jì)性。例如,盡量減少固定搭載,節(jié)約成本、提高效率,擴(kuò)大甲板面積,增強(qiáng)布放能力,讓科考船可以按需搭載設(shè)備,而不是只能滿足單一功能。

工欲善其事,必先利其器

過去幾十年,全球海洋科考裝備研發(fā)取得了廣泛應(yīng)用,中國(guó)也由最早開展海洋調(diào)查時(shí)的“望洋興嘆”進(jìn)入到如今的“百舸爭(zhēng)流”。不僅是我國(guó)自主研制的多艘海洋科考船,各類海洋運(yùn)載器、海洋潛浮標(biāo)、海洋衛(wèi)星和飛行器等重大科考裝備都逐步進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示,2010年至2020年間,我國(guó)的海洋裝備成熟型號(hào)從過去幾十年間的10余型猛增到10年間的30型以上。

陳宗恒對(duì)其中海洋深潛器的巨變感受尤為明顯。作為無人遙控潛水器(ROV)“海馬”號(hào)項(xiàng)目的親歷者,陳宗恒告訴記者,2008年“海馬”號(hào)項(xiàng)目正式啟動(dòng)時(shí)就定下兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),一是最大作業(yè)水深4500米,這個(gè)深度可以覆蓋我國(guó)絕大多數(shù)海域;另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到90%以上。

“最難的是如何讓這么多部件都能扛住4500米水深的壓力,這個(gè)深度,一個(gè)小指頭承受的壓力都有幾噸重?!标愖诤慊貞浀?,僅一個(gè)最普通的照明燈,團(tuán)隊(duì)就設(shè)計(jì)了多種外形方案,試驗(yàn)了幾十種工藝和結(jié)構(gòu),進(jìn)行了上百次試驗(yàn),才找到最合適的材料、工藝和結(jié)構(gòu),研發(fā)出高亮度的水下照明燈。

2014年,“海馬”號(hào)終于走出實(shí)驗(yàn)室開始海試。“海二”導(dǎo)航負(fù)責(zé)人翁榮峰回憶,剛開始海試時(shí),“海馬”號(hào)還只是盡可能在白天作業(yè),在試驗(yàn)過程中,也不斷出現(xiàn)各種問題。經(jīng)過4個(gè)航次、17次下潛的海上試驗(yàn)后,“海馬”號(hào)成功通過驗(yàn)收,設(shè)備性能得到提升,作業(yè)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)也更加豐富。對(duì)現(xiàn)在的“海馬”號(hào)而言,白天連著夜晚作業(yè)已是常態(tài),應(yīng)用領(lǐng)域也更加廣泛。

“ROV對(duì)科考作業(yè)的幫助很大,之前海下的作業(yè)會(huì)出現(xiàn)丟設(shè)備的情況。有了ROV后,基于大致方位,ROV帶著攝像頭、聲吶下海,基本上都可以找到丟失的設(shè)備。”翁榮峰說。

圖為10月8日布放深海土力學(xué)性質(zhì)原位長(zhǎng)期觀測(cè)裝置前,工程師爬上2米高的設(shè)備頂部,安裝觀測(cè)探桿。該設(shè)備約重3噸,由賈永剛團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)。 攝影/ 趙珺

不僅是海洋科考裝備,近年,我國(guó)以造船為首的整個(gè)海洋裝備產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展。工業(yè)和信息化部今年年初發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)造船業(yè)三大指標(biāo)連續(xù)14年位居世界第一。三大指標(biāo)分別是造船完工量同比增長(zhǎng)11.8%、新承接訂單量同比增長(zhǎng)56.4%、手持訂單量同比增長(zhǎng)32.0%。我國(guó)也是全球唯一一個(gè)三大指標(biāo)實(shí)現(xiàn)全面增長(zhǎng)的國(guó)家,并且所有指標(biāo)第一次實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)增長(zhǎng)。同時(shí),三大指標(biāo)占國(guó)際市場(chǎng)份額分別是50.2%、66.6%和55.0%,首次全部超過50%。

從“跟跑”、“并跑”到“領(lǐng)跑”,以造船為首的整個(gè)海洋裝備產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展,在業(yè)內(nèi)人士看來,對(duì)我國(guó)高端裝備制造產(chǎn)業(yè)以及戰(zhàn)略安全保障而言都意義重大。

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