日月行空从地转 蛟龙入海卷潮回————中国海洋科技事业破浪前行

◎ 本刊记者 杨伊静

编者按：海洋发展是21世纪人类社会发展的重要问题。历史的经验告诉我们，向海则兴、背海则衰。2016年12月，《全国科技兴海规划（2016年-2020年）》出台，旨在充分发挥海洋科技在经济社会发展中的引领支撑作用，增强海洋资源可持续利用能力，促进海洋经济提质增效、转型升级。从2017年开始，海洋科技事业发展稳步前进。从起于累土，到九层之台，海洋科技成为一个跨越发展的样本，推动着海洋事业的跨越式发展。

“龙家族”抱团探海

2018年4月19日，“大洋一号”船综合海试B航段科考队员对“潜龙三号”进行安装调试，做好潜水器下潜前相关准备工作。2018年4月30日，在完成深海最后一潜后，“潜龙三号”跟随“大洋一号”船开始返航。中科院沈阳自动化所“潜龙三号”副总设计师、本项目执行负责人许以军介绍说：“实验性应用下潜是对‘潜龙三号’可靠性非常严格的考验。在‘潜龙二号’技术基础上，‘潜龙三号’通过减少电子设备功耗，提高推进效率，在最大续航能力测试上取得了非常好的试验效果。”2018年4月20日-22日，“潜龙三号”先后进行了两个海试潜次。海试现场验收专家组全程参与，在对“潜龙三号”最大工作深度、航速、无动力下潜和上浮、续航力、卫星通信、导航等50项试验考评项目进行评判后，通过了现场验收。

许以军介绍，“潜龙三号”是中国自主研发的潜龙系列潜水器成员，以深海复杂地形条件下资源环境勘查为主要应用方向，是在“潜龙二号”基础上进行的优化升级。国产化程度更高，惯性导航传感器及组合导航系统、高清照相机等核心部件由进口改为国产；降低了电子设备的功耗，“潜龙二号”最长可工作30多个小时，“潜龙三号”则高达40多个小时；推进了系统噪声降低、效率更高、抗流能力得到加强；声学成像质量得到相应提高。“国产化程度高、续航能力更长，综合性能更强，是‘潜龙三号’广受关注的主要原因。”许以军补充说，“‘潜龙三号’这种非回转体大型扁鱼形设计，有利于减少垂直面的阻力，便于潜水器在复杂海底地形中垂直爬升、稳定航行、高效避障、水面自航等。”

为应对水下复杂地形地貌，“潜龙三号”和它的哥哥“潜龙二号”一样，采用前视声呐作为避碰传感器，俗称潜水器的“眼睛”。控制“潜龙三号”自动驾驶计算机在采集数据后，通过图像处理方式来识别障碍和周围环境，结合避碰策略，下达紧急转向、紧急变深或变高以及跟踪指令，在复杂海底环境下灵活自如地避碰。

“潜龙三号”在深海复杂地形进行资源环境勘查时，具备微地貌成图、温盐深探测、甲烷探测、浊度探测、氧化还原电位探测、海底照相和磁力探测等热液异常探测功能。其上还集成安装了国内先进的高精度测深侧扫声呐设备，可以实现海底精细地形地貌图的米级以下探测。

2019年3月，由自然资源部第一海洋研究所组织实施的中国大洋52航次第二航段科学考察在大西洋开展热液硫化物及热液生态系统综合调查。科考队在前期顺利开展“潜龙三号”自主无人潜水器（AUV）与船载设备协同作业的基础上，首次实现了无人值守作业，成倍提高了科考作业效率。这标志着我国自主勘查技术日臻完善，逐步跻身国际先进水平，为我国开展深海进入、深海探测、深海开发的海洋战略实施提供了装备保障。

“向阳红”探索海洋

向阳红是中国在二十世纪六七十至八九十年代建造的一系列科学考察船。目前，中国有近60艘在役海洋调查船，包括雪龙号系列破冰科考船，向阳红号、大洋号、科学号、东方红号等系列综合海洋科考船，不少是在近十年自主设计建造。

向阳红9号是中国自行设计、自行建造的第一艘4500吨级远洋科学考察船，与雪龙号、大洋一号同被列为功勋海洋科考船，也是原向阳红系列仅存的一艘船。它是为中国参加首个国际合作远洋科学调查——1978年世界气象组织第一次全球大气试验活动而赶造的，仅用一年时间就建造完毕。此后，它又相继参加了中美东海联合调查、中日合作黑潮调查、中法长江口沉积调查、中国大洋科学考察等重大国内外海洋调查。

2006年，中国开始筹划载人深潜试验，为蛟龙号载人潜水器寻找母船。由于当时大吨位的远洋科考船屈指可数，已有近30年船龄的向阳红9号担负起新的职责。之后，它搭载蛟龙号完成了多次海试任务，包括在马里亚纳海沟达成的7062米下潜纪录。但机械设备老化的问题已经凸显，随着蛟龙号新母船深海一号启用，交棒后的向阳红9号也将再次迎来升级改造和新的角色。

向阳红10号，是中国自行设计制造的第一艘万吨级远洋科学考察船，是一艘集多学科、多功能、多技术手段为一体、满足深海海洋科学多学科交叉研究需求的现代化海洋科学综合考察船，具备开展近海、大洋和深海的物理海洋、海洋地质、地球物理、海洋生物、海洋化学、海洋气象等综合海洋环境调查、探测以及取样和现场分析的能力，是国家深海及洋区的海洋科学基础研究和高新技术研发的海上移动实验室和试验平台之一。

该船采用两套全回转舵桨电力推进系统和动力定位系统及综合导航定位系统，设计排水量约4400吨，续航力为12000海里，船上定员65人，自持力为60天。船上设有干、湿实验室和数据处理中心，配备了包括深水多波束系统、浅地层剖面仪、超短基线水下声学定位系统、走航式声学多普勒流速剖面仪、单波束万米测深仪及分裂波束系统等国际一流的船载调查设备和各种绞车等先进的甲板作业设备，实验室总面积约510平方米，甲板作业区面积约430平方米。

2018年8月12日，“向阳红10”科考船载着中国大洋49航次科考队员已停靠浙江舟山码头。此航次科考自2017年12月6日从舟山起航以来，历时250天、航程29821海里，在西南印度洋合同区硫化物勘探、慢速扩张卡尔斯伯格脊构造演化和热液系统调查、印度洋微塑料污染调查等方面取得了五大成果。

2019年3月18日，“向阳红10”船从舟山出发执行中国大洋54航次考察任务，赴太平洋海域开展资源环境调查。此航次经自然资源部批准，由自然资源部第二海洋研究所负责总体实施，是统筹落实自然资源部2019年太平洋方向深海资源环境调查任务的重要航次，具有空间跨度大、时间长、任务类型多样等特点。航次任务主要包括履行中国大洋协会和中国五矿集团与国际海底管理局的多金属结核勘探合同，开展全球变化与海气相互作用专项调查。

“奋斗者’开创新时代

从百米浅海到万米深海，中国载人深潜事业劈风斩浪的几十年，我国先后突破了多项核心深潜技术。现在，让我们回顾那段历史，感受中国一代代深潜人的“深蓝梦”。2020年10月27日，中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功下潜突破1万米，达到10058米，创造了中国载人深潜的新纪录。

2020年11月10日，中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟创造了10909米的中国载人深潜的新纪录，这标志着我国在大深度载人深潜领域达到了世界领先水平。“奋斗者”闯海精彩纷呈，焦点是“双船三器”，各个角色协调配合，环环相扣，将“闯海大戏”的高潮推向了巅峰。冲击万米深渊世界记录，由“探索一号”和“探索二号”两船配合进行，其中“探索一号”为支持船，是“奋斗者”号的母船。“探索二号”是保障船，配载着全球唯一的“沧海”号无人深海着陆器。它携带着高清相机，可以进行“全海深”4K超高清视频的拍摄、采集和传输处理，不仅可以记录“奋斗者”号的一举一动，并直播回传万里洋底的实时画面给母船指挥所。

当指挥舱发令“深潜开始”，“探索二号”先行施放“沧海”号下潜到海底，选定进行水下拍摄的主机位，又按照预先设置的自动程序，将置于其内部的移动机器人“凌云”号唤醒，并通过自动程序设计路径运动到达预定水下拍摄的第二机位，以提供更多角度的照明。主角“奋斗者”号紧随其后登场，开始向海底下潜，当它坐底后通过声学通信定位和探测雷达，在漆黑的海底找到并与“沧海”号合作对话，调整自己航向，从容地从“沧海”号的上方缓缓驶入画面中央，稳坐镜头前，在“沧海”号、“凌云”号灯光照耀下，使得全世界第一次在漆黑的深海看到了“奋斗者”号创造世界记录的矫健英姿。

人类想要进入深海，水的压力是永远相伴的敌人。在万米海底，每平方米要承担11000吨左右的压力，相当于手指上放一吨重的汽车。而载人舱是在水下为潜航员提供安全屏障的核心关键部件，它也标志着一个国家载人潜水器的技术水平。

从国际载人深潜格局来看，自20世纪90年代起，美国、法国、日本、俄罗斯等国家一直掌握着大深度载人潜水技术。近30年来，这些国家大多数深潜器的载人舱都由一种叫“钛64”的合金制造，这是用量最大、数据最全、使用经验最丰富的一种钛合金。但是到了“奋斗者”号，载人舱一方面要承受万米海深的极端压力，另一方面还要满足搭载三人的更大尺寸球舱设计，在这样的条件限制下，钛64合金无法达标。

要想解决载人舱材料难题，研制一种更高强度的新型钛合金成了唯一出路。2014年，也就是“奋斗者”号立项的两年前，中科院实施战略先导科技专项，位于沈阳的金属研究所负责对载人舱材料与制造开展调研论证和预先研究。为了研制“奋斗者”号的载人舱新材料，不同成分配比的钛合金曾在中科院金属所的这间车间里加工、实验。中科院金属研究所研究员 马英杰说：“将海绵钛，和铝、钒等混合在一起，通过大的压力装置，压制成钛合金的电极。然后放在熔炼炉里面，经过多次真空熔炼，（可以）炼成钛合金的铸锭”。“奋斗者”号载人舱的钛合金材料要同时具有高强度和高韧性，这是材料科学领域的世界性难题，也是研究员马英杰长期研究的科学方向。在强度和韧性达标后，金属所又解决了材料可焊性的问题，从2014年到2016年，通过两年多的技术攻关，科研团队研制出一种全新的钛合金—钛62A，载人舱球壳的材料难题迎刃而解。

“海翼”“海燕”水下滑翔机

水下滑翔机是一种新型的水下机器人。由于其利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，只在调整净浮力和姿态角时消耗少量能源，并且具有效率高、续航力大（可达上千公里）的特点。虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋探索的需要。水下滑翔机可以搭载各种传感器，可以大范围地观测和获取海水的温度、盐度、浊度、叶绿素、含氧量及洋流变化等信息，对开发海洋资源、预防灾害等都有重要作用。

“海翼”系列水下滑翔机由中国科学院沈阳自动化研究所自主研发，是一种新概念水下机器人，通过调节自身浮力和姿态以实现在水中滑行，作业深度覆盖300米至7000米，可连续工作几十天至几个月，航行范围可达几千公里，将收集到的海水温度、盐度、浊度、含氧量，以及海流强度和运动方向等数据，实时回传至陆地。“海燕-X”水下滑翔机是在海洋试点国家实验室牵头承担的国家重点研发计划“深海关键技术与装备”专项项目支持下，由天津大学团队在海洋试点国家实验室设计研发的新型万米级轻型水下观测系统，是谱系化“海燕”水下滑翔机深度谱系中重要的成员，可同步采集温盐、溶解氧、声学和视频资料，在海洋深渊科学研究方面具有重要的应用价值。。

2005年10月，中国科学院沈阳自动化研究所在国内率先研制出了“海翼”水下滑翔机原理样机，解决了滑翔机运动与驱动机理、模块化结构、低阻外形优化等一系列关键技术，并顺利进行了湖上试验。2017年3月，“海翼7000”创造了最深下潜6329米的纪录，打破了此前由美国保持的水下滑翔机最大下潜深度世界纪录，成为目前世界上安全下潜最深的水下滑翔机。2017年7月，“海翼”系列水下滑翔机圆满完成“科学”号中科院海洋先导专项南海综合调查航次第一航段科考任务，利用12台“海翼1000”水下滑翔机开展了南海北部海洋动力环境精细立体调查，实现了国内最大规模的水下滑翔机集群组网观测。2017年10月12日，“海翼1000”水下滑翔机再次突破，创造了91天续航时间和1884公里续航距离，将此前我国水下滑翔机续航力纪录提升了一倍，使我国成为继美国之后第二个具有跨季度自主移动海洋观测能力的国家。2018年10月，“海翼”7000米在马里亚纳海沟最大下潜深度达7076米。

2020年7月16日，青岛海洋科学与技术试点国家实验室组织实施的“海燕-X”水下滑翔机万米深渊观测科学考察团队顺利返航，在此次综合科考中，我国深海水下滑翔机下潜观测深度达到10619米，再破世界纪录。具有中国自主知识产权的2台万米级“海燕-X”水下滑翔机开展了连续5天的综合调查，共获得观测剖面45个，其中3000米级、6000米级和7000米级剖面各1个，万米级剖面3个，分别下潜至10245米、10347米和10619米，再次打破了水下滑翔机的潜深世界纪录。连续的万米深度滑翔剖面，充分验证了“海燕-X”水下滑翔机在深渊环境下的工作可靠性，以及超高压浮力精准驱动、轻型陶瓷复合耐压壳体、多传感协同控制等关键技术的自主攻关能力，标志着中国在万米水下滑翔机关键技术方面取得重大突破。

“海燕-X”水下滑翔机是目前国际上唯一能够进行万米深渊观测的水下滑翔机，它的成功研制开启了水下滑翔机的万米观测应用的新时代，实现了人类在万米深海观探测从点到持续剖面的历史性跨越。水下滑翔机对于中国海洋环境监测、资源勘查等具有重要的意义。

海洋作为人类共有资源、资产，作为共生环境依赖的新认知，促使新海洋观萌生，呼唤建立基于维护人类共同生存发展的海洋治理新秩序。不谋全局者，不足谋一域；不谋万世者，不足谋一时。海洋强国、向海图强是信念，也是在磨难中不断成长奋起的中华民族的世代夙愿。而今，处在“两个一百年”奋斗目标历史交汇点的中国巨轮再次扬帆，我们向着深蓝色的海洋起航，也正向着中华民族伟大复兴的中国梦进发。