蛟龙号载人潜水器
中国自主集成研制的载人深海潜水器
蛟龙号载人潜水器(Jiaolong manned submersible)简称“蛟龙号”,是一艘由中国自行设计、自主集成研制的载人潜水器。具有海底作业、定位系统等探秘海洋的多方面能力,能够为科学家搭建探索深海、研究深海的稳定可靠平台。
基本介绍
“蛟龙号”载人深潜器是中国首台自主设计、自主集成研制的作业型深海载人潜水器,最大下潜深度7000米级,是世界上下潜能力最深的作业型深海载人潜水器。“蛟龙号”可在占世界海洋面积99.8%的广阔海域中使用,标志着中国载人深潜科考已走在世界前列。
从2009年至2012年,“蛟龙号”接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级海试成功。下潜至7000米,说明“蛟龙号”载人潜水器集成技术的成熟,标志着中国深海潜水器成为海洋科学考察的前沿与制高点之一。
2013年6月17日16时30分左右,中国“蛟龙号”载人潜水器从南海一冷泉区海底回到母船甲板上,三名下潜人员出舱,标志着“蛟龙号”首个试验性应用航次首次下潜任务顺利完成。从2013年开展试验性应用航次以来,“蛟龙号”已经搭载数十位科学家在中国南海、东太平洋海盆区、西太平洋海沟区、西太平洋海山区、西南印度洋脊、西北印度洋脊等6大海区深潜:2013年,中国大洋31航次,“蛟龙号”在南海冷泉区和海山区、东太平洋海盆和西太平洋海山区完成22次下潜作业;2014-2015年,中国大洋35航次,“蛟龙号”在西太平洋海山区、西南印度洋脊完成26次下潜作业。其中,第100次下潜是2015年2月3日在西南印度洋完成;2016年,中国大洋37航次,“蛟龙号”在西太平洋海山区、西太平洋海沟区完成21次下潜作业;2017年,中国大洋38航次第一、第二航段,“蛟龙号”分别在西北印度洋脊和南海进行11次和9次下潜;第三航段完成8潜。
截至2018年11月,“蛟龙号”已成功下潜158次。
2019年2月28日,“蛟龙号”载人潜水器在国家深海基地试验水池,进行了大修与技术升级后的第一个测试下潜。这标志着“蛟龙号”大修与技术升级全系统勘验、维修、系统升级、总装联调等陆上工作已经全部完成,正式进入一个新的阶段。
截至2024年9月,“蛟龙号”载人潜水器南大西洋顺利完成23次下潜,在西太平洋完成14次下潜。
历史沿革
研发背景
1990年,中国大洋矿产资源研究开发协会(简称“大洋协会”)经国务院批准在北京成立,标志着中国正式进入了海底矿产资源的勘探和开发领域。1991年,大洋协会依据《联合国海洋法公约》被核准为深海采矿先驱投资者,获得了15万平方公里太平洋矿区的专属勘探权和优先开采权,而那个矿区属于多金属结核矿,位于5000多米深的海底。1992年,中国船舶重工集团公司第702研究所(简称“702所”)提出要建造中国的载人潜水器。
研发历程
2002年,中国科技部将“蛟龙号”深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项,启动“蛟龙号”载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。大洋协会作为“蛟龙号”的业主单位,负责统筹整个项目。702所作为研发主体,负责“蛟龙号”的整体设计和总装。徐芑南院士担任“蛟龙号”的总设计师。
2007年9月1日,在多个部门的密切协作下,“蛟龙号”载人潜水器终于完成组装。同年10月3日,“蛟龙号”潜器水池试验全面展开,历经了104个昼夜、53次水池试验。2008年3月,“蛟龙号”潜器完成水池联调试验,具备了海试条件。
海试工作
“蛟龙号”走向深海,是从50米、300米、1000米海试开始的,随后才是3000米、5000米、7000米海试。2009年至2012年进行这些海试时,刘峰担任历次海试总指挥
3000米级海试
2009年8月开始,“蛟龙号”载人深潜器先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。8月18日,“蛟龙号”最初的50米海试,首潜38米,迈出了中国载人深潜第一步。2010年5月31日-7月18日,“蛟龙号”载人潜水器在中国南海3000米级海上试验中取得巨大成功,共完成17次下潜,其中7次穿越2000米深度,4次突破3000米,最大下潜深度达到3759米,超过全球海洋平均深度3682米,并创造水下和海底作业9小时零3分的记录,验证了“蛟龙号”载人潜水器在3000米级水深的各项性能和功能指标。
5000米级海试
2011年7-8月,“蛟龙号”在东北太平洋海域进行5000米级海试,实现最大潜深5188米。共有来自13家单位的96名科研人员参加了海试任务。海试期间,全体队员在位于东太平洋的E1、E2、E3三个试验海区共完成5次下潜作业,共有8人完成15人次下潜,下潜深度分别为4027、5057、5188、5184和5180米。潜水器在海底完成多次坐底试验,并在中国大洋协会多金属结核勘探合同区开展海底照相、摄像、海底地形地貌测量、海洋环境参数测量、海底定点取样等作业试验与应用,完成了各项实验任务。
国家海洋局表示,通过本次海试,“蛟龙号”载人潜水器各项指标得到进一步检验,实现了中国载人深潜新的突破,标志着中国具备了到达全球70%以上海洋深处进行作业的能力,极大增强了中国科技工作者进军深海大洋、探索海洋奥秘的信心和决心。
7000米级海试
2012年6月1日上午,中国载人深潜7000米级海试全体参试人员在江苏江阴的苏南码头开展首次集结演练。
试潜凯旋
2012年7月16日上午,随着“向阳红09”船顺利返抵青岛,为期44天的“蛟龙号”载人潜水器7000米级海试任务圆满完成,同时也标志着在国家高技术研究发展计划(863计划)的持续支持下,“蛟龙号”历时10年的研制和海试工作圆满结束。
海试意义
全国政协副主席、科技部部长万钢表示,深海是国际海洋科学技术的热点领域,也是人类解决资源短缺、拓展生存发展空间的战略必争之地。无论是探索深海科学奥秘,还是开发海洋战略资源,都离不开海洋高技术的支撑。“蛟龙号”载人潜水器5000米级海试成功,是中国海洋科技发展的又一个里程碑,是各有关部门、参试单位通力合作的典范。海试总指挥刘峰表示,海试的成功表明中国已经能够深潜到世界上99.8%的海洋区域了,这是中国在深海技术领域的重大进步,中国得以快速进入“世界深潜俱乐部”,成为继美、法、俄、日之后第五个掌握6000米以上大深度载人深潜技术的国家。
通过验收
“蛟龙号”载人潜水器研制与海试于2013年4月27日在江苏无锡通过科技部组织的专家验收。验收专家组认为:“蛟龙号”载人潜水器不仅具有国际上同类型潜水器的最大下潜深度,而且在其最大设计深度安全可靠,并拥有投入应用所需要的实际作业能力,在声学通讯、自动控制以及大深度作业等性能方面拥有明显的领先优势;“蛟龙号”载人潜水器研制及海试项目已经全部完成了科技部批复的各项任务,全面达到了合同规定的考核目标和技术指标。验收专家组一致同意“蛟龙号”研制及海试项目通过验收。
“蛟龙号”载人潜水器研制和海试成功,标志着中国系统地掌握了大深度载人潜水器设计、建造和试验技术,实现了从跟踪模仿向自主集成、自主创新的转变,跻身世界载人深潜先进国家行列。“蛟龙号”通过验收后,即正式由科技部863计划海洋技术领域移交其用户中国大洋矿产资源勘探开发协会,在未来深海矿产资源勘探和深海科学研究中发挥开拓者的作用。
“蛟龙号”载人潜水器研制与海试是国家高技术研究发展(863)计划先进制造技术领域和海洋技术领域立项支持的国家重大科研任务,历时10年,863专项经费累计投入3.5亿元。该任务由中国大洋矿产资源勘探开发协会办公室牵头,会同中国船舶重工集团公司、中国科学院、国土资源部、国家海洋局、教育部等系统共100余家科研院所和企业完成。
验收专家组由来自清华大学上海交通大学中国造船工程学会中国海洋石油总公司等单位的15位专家组成,徐冠华院士担任专家组组长。
试验应用
从2013年起,“蛟龙号”载人潜水器将进入试验性应用阶段。据悉,“蛟龙号”2013年试验性应用航次分为3个航段,计划6月初起航。“蛟龙号”载人潜水器本体、船舶与水面支持系统准备工作正在按计划进行。
第一航段43天,2013年6月初,“蛟龙号”从青岛起航,主要在南海特定海域开展定位系统的试验,同时兼顾南海深部科学计划开展科学研究。
第二航段42天,7月中旬,“蛟龙号”于厦门起航,主要在中国大洋协会多金属结核合同区进行海底视像剖面调查和取样,为底栖生物多样性和结核覆盖率估算提供视像资料和样品,同时开展常规环境调查,收集环境基线数据,履行与国际海底管理局签订的《多金属结核勘探合同》义务。
第三航段28天,“蛟龙号”在西北太平洋富钴结壳资源勘探区开展近底测量和取样,为参与海山区环境管理计划提供技术支撑。
探印度洋
2014年11月20日,“向阳红09”船从青岛母港起航,前往江苏省江阴市搭载“蛟龙号”,赴西南印度洋执行2014-2015年“蛟龙号”载人潜水器试验性应用航次(中国大洋35航次)第二、三航段任务。
2014年12月18日,搭载着“蛟龙号”载人潜水器的“向阳红09”母船驶离毛里求斯路易港,前往中国西南印度洋多金属硫化物矿区开展科考作业,这将是中国载人潜水器首次在印度洋下潜。
2014年12月26日,“蛟龙号”载人潜水器在西南印度洋执行第88潜次科考任务,这是“蛟龙号”在印度洋首次执行科学应用下潜。
2015年1月5日,“蛟龙号”载人潜水器在西南印度洋“龙旂”热液区完成两次下潜科考任务,这是“蛟龙号”首次在西南印度洋中国多金属硫化物勘探合同区执行热液区下潜科考任务。这两次下潜的最大深度为2835米。在这两次下潜中,中国第二批潜航员学员齐海滨陈云赛分别以副驾驶的身份参加“蛟龙号”的下潜,标志着中国潜水器驾驶与作业队伍的培养进入新阶段
2015年1月10日,中国载人潜水器“蛟龙号”,在西南印度洋龙旂热液区下潜,取回了8天前在一热液喷口布放的自容式高温温度计和硫化物生长仪。这是“蛟龙号”首次从海底取回此前布放的科学仪器。海底有特殊的温度、压力和酸碱环境,这样的环境是实验室难以模仿的,因此科学家非常希望在海底布放科学仪器,进行原位科学试验,而这是传统科考手段难以做到的。随船科学家表示,“蛟龙号”能精确在科学家定点的热液口布放科学试验和观测仪器并在一段时间后成功回收,体现了“蛟龙号”定点精细作业的强大优势,对深海研究来说是一把“利器”。
2015年1月14日,中国载人潜水器“蛟龙号”在西南印度洋龙旂热液区下潜,采集到一透明生物以及一只30厘米长、直径3厘米的粉红色生物,随船科学家尚不能确认它们是何种生物。当日,中国载人潜水器“蛟龙号”在西南印度洋龙旂热液区执行印度洋科考首航段的最后一次下潜,这也是“蛟龙号”在这个航段的第9次下潜。这次下潜结束后,“蛟龙号”将搭乘母船靠泊毛里求斯补给,随后继续在西南印度洋执行印度洋科考第二航段的下潜科考任务。
探雅浦海沟
2017年6月,“蛟龙号”载人潜水器载着第一次深入海底现场观察的科学家,载着深海海参、近底海水、岩石、沉积物样品等深海信息,9日16时35分从6488米的雅浦海沟深渊区回到海面。24分钟后,回到“向阳红09”科学考察船,完成了其自2009年8月出海以来的第150次下潜。
探大西洋
2024年1月27日,“蛟龙号”载人潜水器完成在南大西洋首次下潜,下潜深度3350米。截至2月7日,成功完成8潜次“蛟龙号”下潜作业及多站温-盐-深探测。该航次由自然资源部下属海洋研究所、中国科学院有关研究所、教育部有关高校等19家单位共81名科考队员和船员组成。该航次聚焦探索大西洋洋中脊生物多样性与典型地形地貌的关系、热液生物地理分区、生物连通性等科学问题,这将提升中国对大西洋洋中脊热液区环境的科学认识水平。
截至2024年2月23日,“蛟龙号”在南大西洋顺利完成23次下潜,并创造九天九潜的下潜新纪录。5月28日,“深海一号”船携“蛟龙号”载人潜水器抵达青岛母港,停靠位于青岛蓝谷的国家深海基地码头,圆满完成中国首个大西洋载人深潜科考航次任务。
探太平洋
2024年8月10日上午,自然资源部中国大洋事务管理局组织,国家深海基地管理中心实施的2024西太平洋国际航次科考队从山东青岛起航,“深海一号”船载“蛟龙号”载人潜水器,开启为期45天的海上调查。8月11日,在青岛大港码头,“深海一号”远洋科考船即将离境,赴西太平洋海域开展科考工作。
2024年8月17日,2024西太平洋国际航次科考队抵达位于西北太平洋海域的首个作业区,“蛟龙号”载人潜水器将在首个作业区开展5次下潜作业。8月18日,“蛟龙号”载人潜水器在西太平洋海域顺利完成航次首潜,这是“蛟龙号”第300次下潜。8月19日,“蛟龙号”载人潜水器搭载潜航员傅文韬、赵晟娅以及来自哥伦比亚的科学家海梅·安德烈斯,在西太平洋海域完成2024西太平洋国际航次科考的第2潜次作业,这是“蛟龙号”首次搭载外国科学家下潜作业。9月6日,“蛟龙号”载人潜水器成功完成2024西太平洋国际航次第14潜。至此,该航次国际科学家下潜工作全部结束。9月11日,“蛟龙号”载人潜水器在维嘉海山完成2024西太平洋国际航次科考最后一个潜次下潜作业。9月28日,“深海一号”随船携带中国自主集成研制的载人深海潜水器“蛟龙号”载人潜水器泊靠蛇口邮轮母港码头。
访问香港
2024年9月24日,“深海一号”携“蛟龙号”载人潜水器抵达香港,这是“蛟龙号”首次访问香港。也是中国深海大洋领域科考船时隔18年后再访香港。“深海一号”及“蛟龙号”于24、25日访港期间,随船科学家们将为香港学生进行科普讲座,并将举办多场国际研讨会,分享2024西太平洋国际航次科考成果。
工作原理
作业流程
“蛟龙号”载人潜水器海上作业流程:潜水器维护—下潜准备—起吊—布放—水面漂浮—下潜—坐底—作业—上浮—水面漂浮—回收—母船系固。
下潜、上浮原理
“蛟龙号”是无动力自主下沉与上浮,当它入水下潜试验前,需要根据海底作业区的海水密度,确定“蛟龙号”需要搭载压载铁的重量。由于有压载铁,潜器为负浮力,进入海水中后开始下沉;当到一定深度,潜器根据作业需要抛掉部分压载铁。“蛟龙号”坐底后,潜航员操作潜器进行标志物布防、沉积物采样和海底微型地貌勘测等;在完成所有作业后,潜航员操作再次抛掉压载铁,潜器变为正浮力,开始上升。
下潜过程
“蛟龙号”从母船甲板布放到水中后,“蛙人”解下主吊缆和拖曳缆,潜航员完成潜水器水面检查、得到下潜许可后,潜水器压载水箱注水下潜。下潜过程中,需要关注下潜速度、阻力、接地等数值,1000米、2000米潜水器功能检查。在离底合适高度抛弃下潜压载,均衡调整,复核潜水器的各系统功能。到达预定下潜深度后开始作业,拍摄海底生物和海底地形地貌视频、照片,采集多参数环境数据。同时,视情况采集生物、底层非保压海水、底层保压海水、沉积物和岩石样品,直至作业结束、选择远离作业点位置抛弃上浮压载,返回水面。
作业过程
“蛟龙号”到达预定下潜深度后开始作业,拍摄海底生物和海底地形地貌视频、照片,采集多参数环境数据。同时,视情况采集生物、底层非保压海水、底层保压海水、沉积物和岩石样品,直至作业结束、选择远离作业点位置抛弃上浮压载,返回水面。水下作业时,3名下潜人员需密切关注潜水器各系统运行情况。驾驶潜水器与开车一样要关注“路况”,不同的是它四面悬空航行,右操作杆前进后退、左转右转,左操作杆是上浮下潜,操作有些难度。近底航行时,左右舷人员需密切关注观察周围环境,适时为主驾驶提供路径规划参考。同时,左舷副驾驶还需负责与水面的通讯联络,以及舱内氧气、温度和湿度等相关情况的监控。
基本构造
系统组成
“蛟龙号”载人潜水器系统包含了载人潜水器本体系统、载人潜水器水面支持系统、母船增改装系统和潜航员培训系统,是个复杂的大系统工程。载人潜水器本体系统则被划分为总体、结构、舾装、电力与配电、推进、水声、生命保障等12个分系统。
“蛟龙号”载人潜水器有三大控制系统,主要包括航行控制系统、综合显示系统和水面监控系统。
航行控制系统主要完成潜水器传感器信息采集、导航定位、执行机构控制、信息传递等功能。航行控制计算机控制潜水器执行各种动作,采集潜水器各种传感器信息,包括导航信息、液压系统信息、生命支持系统信息、能源信息等,并对各耐压罐、接线箱的泄漏和补偿液位进行检测。
综合显控系统可为操作员提供全程操作指导与数据监视功能,信息显控功能主要实现了潜器位置坐标、母船位置坐标、目标点位置坐标的显示、生命支持系统显示、传感器信息系统显示、液压系统信息显示、推进器信息显示等功能。
水面监控系统是监视母船与潜器位置及潜器主要自然信息的水面监控系统,可以为指挥员实时提供所需的信息,从而对母船姿态与潜水器位置进行正确判断,进而指挥进行相应的操作。
“蛟龙号”载人潜水器的声学系统包括水声通信机、高分辨率测深侧扫声呐、避碰声呐、成像声呐、声学多普勒测速仪和定位应答器等。
“蛟龙号”的水声通信机有4种功能:一是相干水声通信,又称高速水声通信,传输速率约每秒数千比特,用于传输图像;二是非相干水声通信,传输速率约每秒数百比特,属于中速通信,传输文字、指令和数据;三是扩频通信,属于远程低速通信,传输速率约每秒数十比特,用于传输指令;四是水声语音通信,采用模拟信号传输语音。
“蛟龙号”设有生命支持系统和两套氧气供给系统,可提供氧气、水、食品、药品等,可保证3人84小时安全。在舱内生命支持系统方面,下潜时“蛟龙号”载人舱里保持大气常压水平,氧气浓度维持在17%~23%之间,二氧化碳则小于0.5%。当下潜开始后,载人舱内的一套自动控氧装置就会根据实际情况增加或者减少氧气供应量,同时吸收潜航员排出的二氧化碳。
部件组成
“蛟龙号”载人潜水器采用钛合金外壳,厚70多毫米,能抗超高压。
“蛟龙号”尾翼采用X型稳定翼,4个推进器矢量布置,具有较高的垂直稳定性和水平稳定性,提高了“蛟龙号”的整体机动性。
“蛟龙号”的电池使用的是充油银锌蓄电池,是中国完全自主研发的大容量蓄电池,电量超过110千瓦时,能为“蛟龙号”提供超过几十个小时的动力,充分保证水下作业时间。
“蛟龙号”载人潜水器搭载的4块压载铁可使潜水器按照一定速度下潜,当潜水器到达设定深度时,可抛置其中两块压载铁,使潜水器处于零浮力悬停状态,任务完成后,抛置另外两块压载铁,使潜水器浮出水面。
“蛟龙号”有3个观察窗,为了对抗深海的压强,观察窗非常厚,外直径大内直径小。其中,最大的直径为20厘米。
“蛟龙号”有两个机械手,左右各一个,可以伸缩,各有多个关节。
“蛟龙号”载人潜水器头部位置,安装有16个灯,分为3种类型,“蛟龙号”还安装有高清摄像机、ECCD摄像机和500万像素照相机,配备灯光与摄像设备构成了一个完整系统。
“蛟龙号”舱内直径2.1米,标准载员3人。
母船
“深海一号”科考船于2019年下水,它接替了已退役的“向阳红09号”科考船,成为中国第一台作业型深海载人潜水器“蛟龙号”的母船。“深海一号”是一艘满足无限航区要求、具有全球航行能力专用载人潜水器支持母船。它不仅能为“蛟龙号”深潜作业提供水下、水面支持,还具备数据、样品的现场处理和分析能力,同时还拥有专门的维护保养机库,极大提升有效下潜次数,提高作业效率。
“深海一号”船船总长90.2米,型宽16.8米,设计吃水5.5米,型深8.3米,设计航速16节以上,续航能力超过12000海里,在重量控制、材料与工艺以及内装、照明等方面按照国际先进理念和跨学科技术合作进行设计和建造。其船身后部,为“蛟龙号”设置了一个专属机库,并通过轨道与船尾相连。在非下潜作业时,可以让“蛟龙号”船身免受风吹雨淋,还可以让“蛟龙号”在室内完成维护维修工作。
“深海一号”采用了DP-1动力定位系统,能够在情况复杂多变的海上精确固定在需要的方位上。当“蛟龙号”下潜的时候,母船需要停留在下潜位置的上方水面,配备的该动力定位系统,可以确保母船精准停留在潜水器上方,更好地提供通信等保障服务。为了给“蛟龙号”深潜作业提供合适的水下、水面支持,“深海一号”也配备了多个信息化系统和科考设备,例如浅地层剖面仪多波束探测系统,船身底部的超短/长基线水声通信CTD等。下潜前,“深海一号”需要对潜水器下潜位置的海底地形地貌进行前期勘查,通过这些信息化设备,母船可以提前行驶到下潜位置的水面上方,对不同深度海域的温度、盐度以及微生物的情况进行探测并获得数据,为下潜做好前期准备。
在“深海一号”主甲板层,分布有微生物实验室、生物化学实验室、地质实验室等。“深海一号”还配备了满足科学调查及数据处理所需要的多种类型、超过300平方米的大型实验室和专用6000米级无人缆控潜水器作业系统,具备数据、样品的现场处理和分析能力。
设计参数
关键技术
“蛟龙号”载人潜水器具有近底自动航行和深海悬停定位、高速水声通信三大技术突破。
三种自动航行
深海精确悬停
在海底洋流等导致“蛟龙号”摇摆不定,机械手运动带动整个潜水器晃动等内外干扰下,能够做到精确地“悬停”。在已公开的消息中,尚未有国外深潜器具备类似功能。
水声通信技术
科学家们研发了具有世界先进水平的高速水声通信技术,解决多项难题,比如水声传播速度只有每秒1500米左右,如果是7000米深度的话,喊一句话往来需要近10秒;声音在不均匀物体中的传播效果不理想。
获得成果
自2011年深海潜水器技术与装备重大项目实施以来,“蛟龙号”载人深潜器成功完成5000-7000米海试并投入试验性应用,研制成功4500米深海作业系统以及突破4500米载人球壳关键技术等一系列重要研究成果。
南海探索成果
南海,“蛟龙号”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个优势种的新发现,为中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支撑。初步圈定了1000米级多金属结核试采区的目标靶区,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。
太平洋探索成果
2013年,在西太平洋深渊海沟区,科学家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。
2014年~2015年“蛟龙号”试验性应用航次第一航段在西北太平洋采薇海山区和马尔库斯—威克海山区开展了10次下潜作业,精确定位取样,取得各种生物样品116个,富钴结壳样品21块、99.2公斤,多金属结核样品24.32公斤,岩石样品22块、107.7公斤,沉积物样品26管,海水样品共1232升。
“蛟龙号”试验性应用科考队在该航段中全面、超额地完成了预定的任务。通过第一航段的调查研究,航次现场取得了4个方面的成果和认识:
一是基本查明了采薇海山矿区资源与生物状况,勘察成果突出。“蛟龙号”在采薇海山完成了8次下潜,结合中国大洋第31航次的5次下潜,通过点、线、面相结合的解剖调查,基本摸清富钴结壳矿区资源分布状况,基本掌握生物多样性分布规律和矿区环境状况。
二是“蛟龙号”性能稳定,优势明显。其共计完成10次无故障下潜作业,每次下潜平均水中时间达9小时53分钟,系统稳定,取得了大量高质量的视频和照片,开展了配套设备试验,包括微型遥控潜水器试验、海底土工力学测定试验、超短基线测试等,使“蛟龙号”在复杂地形下开展定点作业、精细调查的独特技术优势得到进一步发挥。
三是以国家深海基地管理中心人员为主力的操作维护团队迅速成长。潜水器维护维修队伍、布放回收操作队伍、潜航员学员得到锻炼,一批新人迅速成长,为“蛟龙号”业务化运行奠定了基础。
四是实现了多任务、多目标的综合效益。开展了探空气球观测、下潜人员实时生理心理状态监测、《深潜》纪录片的拍摄。各家媒体和作家协会开展了海洋知识、海洋意识的普及和宣传。
除此之外,“蛟龙号”还在相邻海域开展了下潜作业,为开展不同海区的资源、环境状况对比研究提供了第一手资料
2016年4月30日,“蛟龙号”载人潜水器在西北太平洋维嘉海山的西北侧成功完成科学应用下潜,这也是“蛟龙号”首次在这一海域搭载科学家进行下潜作业。据现场指挥部介绍,此次下潜由国家深海基地管理中心的潜航员唐嘉陵担任主驾驶,搭载了广州海洋地质调查局高级工程师姚会强和潜航员学员杨一帆。“蛟龙号”于当地时间4月30日8时03分布放入水,16时05分回收至甲板。水中时间8小时2分钟,海底作业时间5小时24分钟,最大下潜深度达2258米。该次下潜开展了4千米的近底航行观察,拍摄了大量海底视频照片资料,采集砾状结壳57千克、巨型底栖生物样品9个,其中海绵4个、珊瑚和虾各2个、海星1个,近底水样8升,还开展了对潜航员学员的海上实艇下潜培训。
2016年7月13日,国家海洋局“向阳红09号”船搭载“蛟龙号”载人潜水器及其科考队员抵达国家深海基地码头。至此,2016年“蛟龙号”试验性应用航次(中国大洋第37航次)历时94天,航行11837海里,累计下潜22次,安全圆满地完成了计划的科学考察任务。该航次第二阶段首席科学家彭晓彤表示,这是“蛟龙号”自2012年7000米级海试成功以后,首次重返海沟区密集地开展超过6000米深度的下潜作业,在科学研究方面取得了丰硕成果。
该航次科考首次在马里亚纳海沟南坡发现了活动的泥火山,拍摄了大量高清视频资料;证实了马里亚纳海沟北坡作业区海山为泥火山,获取了大量泥火山地质样品。这些样品和视频资料为研究泥火山地质活动和俯冲板片的地质过程提供了重要依据。此外,初步探明了维嘉海山与采薇海山巨型底栖生物分布具有良好的联通性。科考人员通过与采薇海山的对比分析,表明维嘉海山巨型底栖生物种类组成和多样性与采薇海山具有很高的相似性,除了少数海绵动物及其共生的俪虾有可能是新种外,其余种类与采薇海山基本相同,改变了海山间生物群落联通性差的传统认识,为科学评价海底环境、合理设计深海采矿系统提供了第一手资料。
总指挥邬长斌表示,该航次大深度潜次多,其中6500米级潜次共5个,超过6000米深度潜次共9个,最大下潜深度6796米。在大深度潜次中,“蛟龙号”总体技术状态稳定、各系统设备性能可靠。
邬长斌介绍,在该航次富钴结壳海山区下潜作业中,“蛟龙号”多次实现长距离、大落差航行,水下航行距离最长达到5000米、水下作业爬升高差最大1100米、单潜次最大地质样品取样重量达124千克。创造了自“蛟龙号”下潜以来单潜次航行距离、作业高差及地质样品取样重量的最大纪录。
2024年8月28日,“蛟龙号”载人潜水器完成2024西太平洋国际航次科考第9次下潜作业,当日的下潜在西太平洋海域一处海盆进行,最大下潜深度4706米。在约5小时的海底作业中,科研团队共观察及拍摄到肉食海绵、玻璃海绵等近10种海绵生物,采集到海参、海绵、海百合、海星、珊瑚5种代表性生物样品。9月1日,“蛟龙号”载人潜水器完成2024西太平洋国际航次科考的第11次下潜作业,潜航员傅文韬、下潜科学家许学伟和陈旭光在西太平洋皮加费塔海盆完成5572米大深度下潜,顺利完成深海羽流絮凝实验,并采集到黑珊瑚及海百合幼体样品。
印度洋探索成果
2015年1月,“蛟龙号”载人潜水器在西南印度洋“龙旂”热液区下潜任务中取得了海底热液构造带岩石、高温热液流体,还取得了带有贻贝茗荷等生物的完整低温“烟囱体”等丰富样品,这对研究海底热液区的形成与演化具有重要的科学价值
大西洋探索成果
中国大洋83航次是中国载人潜水器首次在大西洋开展下潜作业,也是“蛟龙号”与其支持母船“深海一号”首次在大西洋开展深海调查研究。2024年1月27日,“蛟龙号”载人潜水器首次下潜,成功发现高温活动黑烟囱群及大量热液生物,顺利实施微生物原位富集、热液区环境化学参数测量作业、获取了盲虾和深海贻贝等典型热液生物以及硫化物烟囱等样品。
截至2024年2月23日,“蛟龙号”技术状况良好,在彤管、洵美等多个环境复杂的热液区开展精细调查和高效作业,获取了地质、生物等样品约300件和环境、视像等数据约4TB。初步证实南大西洋的热液生物群落与北大西洋具有高度的相似性,并将大西洋热液生物区系的南部边界向南扩展1300千米(自南纬15°扩展至南纬27°)。该次航段同期开展了南大西洋海山生态系统调查,初步发现了珊瑚林、海绵地等多个生物多样性高值区域,为识别南大西洋生物多样性热点区提供科学支撑。该航段取得的成果填补了南大西洋生物多样性调查空白,丰富了全球深海生物多样性的认识,将有效支撑全球深海生物地理分布格局形成机制研究,助力人类更好地认识深海、保护深海、利用深海。
主要完成单位
相关合作
“蛟龙号”最关键的结构件是载人球舱。由于中国与俄罗斯有着长期良好的合作关系,载人球舱委托给俄罗斯的波罗的海造船厂。702所全程参与了载人球舱的制造和焊接过程,并对产品进行了检查和验收;“蛟龙号”的控制系统由沈阳自动化研究所研制;声学通信系统交给了中科院声学所,研制成功的这套设备不但可以传输声音,还能进行简单的数据传输,这就使得“蛟龙号”能够和母船通过类似手机短信的方式进行联络;因当时中国尚不具备独立制造其中一部分关键设备的能力,“蛟龙号”所使用的浮力材料、推进器、高压海水泵、机械手、液压系统、水下定位系统、观察窗、照明设备和摄影摄像装置等都是进口的。
其他相关
潜水器类型
无论是潜到1万米以下的“的里亚斯特”号,还是后来下潜到大致同样深度的“深海挑战者”号,均属于探险型载人深潜器,更贴切的叫法应为“深潜探测器”。这类潜水器的特点是下潜能力强,可达万米级,但活动范围极其有限,不能在水下进行长时间的有效操作和科学研究,达到万米级深度后很快就要上浮,下潜寿命短(次数少)。
“深海挑战者”号是脱离了电缆的限制才能潜入深海的,这就导致所有系统的动力只能由电池组提供,所以这类深潜器的活动范围有限。看起来如同“深水电梯”,“直上直下”,一头扎向海沟底部,然后直直地上升。“深海挑战者”号的设计采用了仿生学,模拟了能够在海中直立前进的鱼类的形态,如条纹鲲鱼。潜水器的全身像是一片柳叶,是竖立着入水的,下潜更快,速度惊人,而且在水中能够前进后退转弯,有较好的稳定性和灵活性。“深海挑战者”号虽装配有机械臂和采样平台,但并不是专业的采样潜水器,所以,只搭载了有限的采样工具,不能在水下进行长时间的有效的操作和科学研究,无广泛的实用性。这类潜水器的设计目标决定了其先天的不足。
与探险型潜水器不同,载人作业型潜水器的设计目标不仅考虑了下潜深度,还要着重考虑用于科学考察。具有水下观察和作业能力的活动深潜水装置。主要用来执行水下考察、海底勘探、海底开发和打捞、救生等任务,并可以作为潜水员活动的水下作业基地。载人作业型潜水器的优势在于水下观察和作业能力较强,并具备千次的下潜寿命。
例:
1.美国是较早开展载人深潜的国家之一,1964年建造“艾尔文”号载人潜水器,最大下潜深度4500米,在1985年,它找到泰坦尼克号沉船的残骸,已经进行过近5000次下潜,是当今世界上下潜次数最多的载人潜水器。不过“艾尔文”号曾经发生过一次事故而沉入了海底,幸好没有人员伤亡。过了整整一年之后,它才被打捞上来。
2.俄罗斯是世界上拥有载人潜水器最多的国家,比较著名的是1987年建成的“和平一号”和“和平二号”两艘潜水器,最大下潜深度6000米级,带有十二套检测深海环境参数海底地貌设备,它们最大的特点是能源比较充足,可以在水下停留17小时至20小时。
中国是继美、法、俄、日之后世界上第五个掌握大深度载人深潜技术的国家。在全球载人潜水器中,“蛟龙号”属于第一梯队。全世界拥有深度载人潜水器的国家包括中国、美国、日本、法国和俄罗斯,西班牙、加拿大和葡萄牙等国正在发展浅水型潜水器。
潜航员
唐嘉陵,2007年本科毕业于哈工程电子信息专业,作为中国首批潜航员,他创造了世界上作业型潜水器7062米的最大下潜深度,发现并取得两个深海海底新物种,被国务院中央军委授予“深潜英雄”称号,同时也是第十七届中国青年五四奖章获得者。
付文韬,2007年进入国家海洋局北海分局,是中国第一批公开选拔自行培训的潜航员。四年间,付文韬十一次作为“蛟龙号”主驾驶,完成了从1000直至7062米深潜试验。他还练就了机械手操作的绝活。
张奕是中国首位女潜航员。2013年,张奕递交报考潜航员的申请,经过119项考察内容的严格筛选,张奕和船舶与海洋结构物设计制造专业在职博士生陈云赛一路过关斩将,成功跻身中国第二批深海载人潜水器潜航员学员队伍,张奕更是成为中国首次遴选的两位女潜航员之一,也是世界上第一次选用的女潜航员。
报告文学
探海蛟龙》是中国青年实力作家陈新采访创作的一部关于“蛟龙号”潜水器进行海洋深潜实验的纪实文学著作,全书19万字,由浙江少年儿童出版社出版,是中国首部关于“蛟龙号”深潜海试的纪实文学作品。细节丰富场面宏大,且在宏大的场面中悬念迭出,人物故事扣人心弦。
蛟龙逐梦》是南充籍作家陈新的长篇报告文学,被誉为中国版的《海底两万里》,海洋版的《哥德巴赫猜想》,系首部关于中国“蛟龙号”深潜器进行海试的长篇报告文学。作品以国宝级潜航员唐嘉陵励志成长的情感故事为主线,讲述了人类海洋深潜探索的发展史,中国海洋深潜科考事业的曲折成长,以及深海中国梦砥砺前行的重大成功。
微博事件
2014年4月10日晚,微博上疯传着一则耸人听闻的消息:“号称能下潜深海7000米的蛟龙号官方微博@蛟龙深潜在惊闻MH370黑匣子落在4000——6000米深的海沟后吓得迅速删光微博”。
该微博2014年4月10日晚上9点左右发布后,一晚上转发7000次,在网上传播甚广,对“蛟龙”深潜器的声誉造成了严重的负面影响。截止发稿时,该微博的各种版本依然在微博上传播。
生产维护“蛟龙号”载人深潜器的中船重工702所负责宣传工作的刘女士回复称,上述微博消息中提到的黄V认证的“蛟龙深潜”微博与702所没有任何关系,而另一个蓝V“蛟龙7000”才是702所申请开通的官方微博,该微博在2012年申请,当时“蛟龙号”载人深潜器正在冲刺7000米深潜,702所开通该微博的主要目的就是与网友进行互动和科普宣传,在冲刺7000米圆满成功后,2012年10月,702所停止更新该微博并清空微博内容。
通过702所的回复可知,“蛟龙7000”微博清空的时间远远早于马航失联客机事件,清空微博的操作与马航客机失联没有任何关系。微博上传播的内容与事实不符,纯属恶意编造。
深海科普课堂
2024年9月5日,2024西太平洋国际航次“深海课堂”进校园科普活动在青岛举行,“深海一号”科考船携“蛟龙号”载人潜水器在西太平洋与青岛二中、青岛二十六中、香港特区中小学的百余名师生跨海连线,开展“深海科普课堂”。
价值意义
“蛟龙号”在7000米级海试中创造了中国载人深潜新纪录,实现了中国深海技术发展的新突破和重大跨越,标志着中国深海载人技术达到国际领先水平,使中国具备了在全球99.8%的海洋深处开展科学研究、资源勘探的能力。从南海50米海试起步,到马里亚纳海沟7062米的跨越;从太平洋底的海山、海沟,到印度洋底的大洋中脊,“蛟龙号”所到之处,留下了中国载人深潜不断前行的脚步,留下了中国科学家深入探索深海科学的背影。“蛟龙号”是中国载人深潜发展历程中的一个重要里程碑。它不只是一个深海装备,更代表了一种精神,一种不畏艰险、赶超世界的精神,它是中华民族进军深海的号角。
科学价值
深渊科学研究是国际海洋学研究的前沿和热点。“蛟龙号”的投入使用,使中国成为世界上少数能够开展深渊科考特别是载人深渊科考的国家之一,彰显了中国在深海装备研发领域的实力,所获得的成果将增加人们对深渊底部地球化学过程以及生命活动规律的认知。利用“蛟龙号”载人潜水器性能优化后所具备的稳定、持续的大深度作业能力,所开展的一系列深渊科学应用将为中国的深渊科学研究提供可靠的支撑,使中国不断缩小与发达国家的差距,进而达到国际领先水平。“蛟龙号”的研制与应用,极大地提振了中国自主研发深海重大装备的信心和决心,推动了万米级载人潜水器、万米级无人潜水器等深海重大装备的立项,加快了中国载人潜水器谱系化的发展步伐。同时,“蛟龙号”带动了深海装备的发展,推动了深海装备研发所需的深海功能材料、深海装备制造工艺以及深海通信与导航控制等系列关键技术发展。
中国大洋38航次第三航段首席科学家彭晓彤说,自从2013年开展试验性应用航次以来,从海山到海沟,从冷泉到热液,从海底多金属结核区到结壳区,“蛟龙号”充分发挥了大深度下定点作业的优势,获取了一批以前依靠常规调查手段难以获取的高质量样品、数据和资料,在中国深海资源调查和科学研究中发挥了重要作用。对深海科学研究而言,海底调查获取的样品质量对研究成果至关重要。以往深海常规调查中,由于缺乏高精度定点海底作业的手段,只能获取大致位置和区域内的样品。尽管也能获取海底样品,但往往不知道这些样品的产状和形成环境,更难以在海底同步开展观测和原位实验,这在很大程度上限制了高质量深海科研成果的产出。
中国大洋38航次第三航段现场总指挥邬长斌表示,深海研究的进步,离不开深海装备的发展。“蛟龙号”的下潜足迹,遍布太平洋等6大海区的典型海底地形,特别是在马里亚纳海沟和雅浦海沟的下潜作业,发挥了“蛟龙号”全球领先的深度技术优势,进一步验证了其技术设计的安全性、可靠性,为中国进行国际深渊科学研究前沿提供着强有力的技术支撑。“蛟龙号”副总设计师、4500米级载人潜水器总设计师胡震表示,“蛟龙号”推动了中国深海技术的全面发展。它开辟了深渊科学新领域,开创了深海高效勘察新模式。
经济效益
以高温、高压、高硫化氢甲烷以及缺氧的海底热液区为代表的深海极端环境区域,可能孕育着地球生命初始形态,是现代地球科学和生命科学的重大前沿性研究领域之一。同时,正在不断形成的热液硫化物又是富有经济前景的重要矿产资源。“蛟龙号”的投入使用,可以为未来大尺度海底硫化物资源的快速评估提供重要的精确量化参数,提升海底热液资源的勘探和评估效率,有效维护中国在国际海底区域的重大经济权益。
最新修订时间:2024-10-26 13:38
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基本介绍
参考资料