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蛟龍號載人潛水器試驗性應用五年成果綜述

蛟龍號載人潛水器試驗性應用五年成果綜述

原標題:蛟龍號載人潛水器試驗性應用五年成果綜述

6月23日,「向陽紅09」船搭載蛟龍號載人潛水器及96名科考隊員停靠國家深海基地碼頭。至此,歷時138天的2017年蛟龍號試驗性應用航次,圓滿完成大洋38航次科學考察任務,同時標誌著為期5年的蛟龍號試驗性應用航次圓滿收官。

2012年7月,蛟龍號載人潛水器在西太平洋馬里亞納海溝7000米級海試中獲得成功,實現了中華民族「可下五洋捉鱉」的夙願。2013年1月,大洋礦產資源研究開發協會吸收國際同類載人潛水器均經歷研製、海試、試驗性應用、業務化運行階段等經驗,確定了蛟龍號載人潛水器在步入業務化運行前開展試驗性應用的工作方案。

蛟龍號自海上試驗以來,開展了152次成功下潛。在試驗性應用過程中,先後在南海、東太平洋多金屬結核勘探區、西太平洋海山結殼勘探區、西南印度洋脊多金屬硫化物勘探區、西北印度洋脊多金屬硫化物調查區、西太平洋雅浦海溝區、西太平洋馬里亞納海溝區等7大海區下潛,主要為國家海洋局深海資源勘探計劃、環境調查計劃、科技部「973」計劃、科學院深海先導計劃、國家自然科學基金委南海深部計劃5大計劃提供了技術和裝備支撐。「蛟龍」作業覆蓋海山、冷泉、熱液、洋中脊、海溝、海盆等典型海底區域,深海科技成果豐碩,獲取了海量珍貴視像數據資料和高精度定位的地質與生物樣品。深潛工程技術保障隊伍和深潛科學家隊伍不斷壯大,安全管理制度趨於完善,多系統、多任務的工作格局已經形成,向業務化運行跨出了堅實一步。

大洋協會秘書長兼辦公室主任劉峰介紹,蛟龍號深海探秘可劃分成海上試驗、試驗性應用和業務化運行3個階段。2012年結束海上試驗后,蛟龍號轉入試驗性應用階段。「如果說第一階段是為了檢驗它能否下潛到設計深度,驗證其各項技術指標是否達到設計要求。那麼,試驗性應用階段主要是為了培養專業化的業務支撐隊伍,建立全國開放共享機制,提高它的作業效能。」劉峰認為,蛟龍號交出了滿意的答卷。

「蛟龍探海」技術能力凸顯

大深度技術優勢,全球海洋99.8%的作業區域,海底定點作業能力,安全性、可靠性、先進性,等等,蛟龍號的這些優勢在試驗性應用階段得到了驗證。在涵蓋海山、冷泉、熱液、洋中脊、海溝、海盆等典型海底地形區域,蛟龍號實現了100%安全下潛,作業能力覆蓋7000米以淺全球海洋面積99.8%的海域。其中,17個潛次作業水深超過6000米(其中11次超過6500米)。連續大深度安全下潛,充分發揮了蛟龍號全球領先的深度技術優勢,為搶佔國際深淵科學研究前沿提供了強有力的技術支撐。

海底煙囪噴口內高溫熱液取樣和連續觀測,證明了蛟龍號高精度定點懸停作業能力。在西南印度洋和西北印度洋熱液區複雜地形下,蛟龍號實現了對深海海底11米高黑煙囪頂部、直徑5厘米噴口內379.7℃熱液的保壓取樣和連續溫度測量。海底深淵科學儀器的定點布放與回收,證明了蛟龍號高精度搜尋目標作業能力。第100潛次及第128潛次,蛟龍號成功在西南印度洋及西北印度洋熱液區搜尋,並回收前序潛次布放的微生物富集罐等作業工具。第144潛次成功在馬里亞納海溝6300米深度搜尋並回收第122潛次布放的氣密性保壓序列采水器,在國際上首次實現時隔一年在6000米以深海底對科學儀器的定點搜尋與回收。

蛟龍號先進水聲通信技術和微地形地貌探測技術優勢在試驗性應用中得到發揮和驗證。蛟龍號數字水聲通訊系統工作穩定,傳輸正確率超過90%,保障了潛水器水下作業安全;高解析度測深側掃聲吶累計完成測線長度17.2公里,繪製海底三維測深圖覆蓋面積6.876平方公里,繪製側掃圖覆蓋面積13.752平方公里,取得了各個區域大量的海底微地形地貌數據,特別是在第125潛次中首次實現了熱液煙囪彌散流的探測,獲取了海底熱液彌散流側掃瀑布圖。

深海公共平台有效運行

「過去我們研製的深海裝備一度用不起來,因為在科研和應用之間存在斷層。科研院所的職能是負責設備研發,而不是長期支撐設備的海上運行。科學家擅長在實驗室分析樣品,在海上操作起設備也比較吃力。研製的設備雖然性能先進,卻難以保證海上的有效應用。」劉峰說,在蛟龍號的研製和應用中,通過建設國家深海基地管理中心,逐漸摸索出了填補斷層的機制。「深海中心的職責就是做好深海大型裝備的集中統一管理,既支撐前端研發,又服務後端應用。」

接下來,蛟龍號即將轉入業務化運行階段。據悉,目前8名潛航員的潛水器駕駛與操作技術水平、潛水器維護保障技術水平、綜合素質、體質與心理狀態等日趨穩定,具備了開展常態化載人潛水器駕駛操作與技術維護保障的能力。同時,潛水器維護保障隊伍規模逐漸擴大,維護保障和水面支持操作能力逐步提升,關鍵崗位的保障能力得到鍛煉,形成了一支18人的職業化潛水器維護保障隊伍和兩支獨立完成潛水器布放回收作業的職業化水面支持保障隊伍。

深海中心作為國家級深海科考公共服務平台的作用日益凸顯。除了配置先進的車間、試驗室、大型科考碼頭等硬體設施,為蛟龍號等深海運載器的維護保障提供技術支撐,職業化的潛航員隊伍和技術保障隊伍不斷經受鍛煉,公共平台安全高效的運行機制已經形成。

深海資源勘探成果豐碩

蛟龍號自試驗性應用以來,先後在七大海區開展了下潛作業,取得了一系列勘探成果。

在南海區,初步查明了南海冷泉區和海山區生物群落特徵,獲取了冷泉區的地球化學特徵,6個新種和生物群落的3個優勢種等新發現,為科學家在深海大型底棲生物分類學和生物多樣性領域的研究提供了有利條件。初步圈定了1000米級多金屬結核試驗區的目標靶區,在試採區及參照區開展了多學科調查,獲得了高質量結核、結殼樣品及數據資料,為深入研究南海鐵錳成礦作用等科學研究提供了支撐,為後續開展採礦環境影響評價打下了基礎。

在東太平洋多金屬結核勘探區,調查發現,在海水較深且比較平坦的海盆結核覆蓋率稍低,僅為37.5%;在海丘斜坡上結核覆蓋率有增高的趨勢,最高達60%,基本查明多金屬結核合同區的結核分佈特徵。

在西太平洋海山結殼勘探區,探查了採薇海山區的結殼、結核的分佈特徵,初步了解維嘉海山區富鈷結殼的分佈範圍,初步探明採薇海山與維嘉海山巨型底棲生物分佈具有良好的連通性。

在西南印度洋多金屬硫化物勘探區,基本確定了典型熱液區的活動狀況及發育範圍,採集了熱液流體樣品,並對熱液噴口及附近多次進行了溫度觀測,基本查明龍旂熱液區熱液活動及熱液產物分佈特徵,進一步了解了底棲生物群落結構,揭示了龍旂熱液區共附生微生物的多樣性。

在西太平洋深淵海溝區,初步查明雅浦海溝北段西側生物群落結構,認識了其微生物、細菌、古菌和真菌的多樣性,揭示了食腐端足類在近底層的分佈規律;認識了馬里亞納海溝生態系統基本特徵,獲取了大批量馬里亞納海溝深淵底部保壓海水樣品。

在西北印度洋熱液硫化物調查區,初步查明「卧蠶1號」「卧蠶2號」「天休」「大糦」4個作業區的熱液區位置,對熱液區環境特徵及生物群落結構有了基本認識。

據初步統計,截至4月底,基於蛟龍號下潛調查,科學家發表論文41篇,待出版專著1部,取得了多項國際相關前沿科學研究成果,標誌著深海載人科學研究和資源勘探能力達到國際先進行列。

蛟龍號自海上試驗以來,參加單位涉及國家海洋局、科學院、教育部、中船重工集團等多個部委近40家單位,450餘人次參與下潛,參航人員超過1000人次,總計歷時517天,總航程超過8.6萬海里,圓滿完成了航次任務。

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