人類對高山和海洋充滿了好奇,今年,我國成功使用5G技術直播了珠穆拉瑪峰的勘測任務,而前不久隨著"海燕-X"深海滑翔機的勝利返航,使得我們刷新了水下滑翔機的潛深世界紀錄,深度到達了10619米,造就了其世界上唯一能夠進行萬米深淵觀測的水下滑翔機的好成績。那麼水下滑翔機在深海遠洋裡可以做哪哪些事情?深潛萬米海下又要克服哪些問題?
2020年7月16日,青島海洋科學與技術試點國家實驗室組織實施的"海燕-X"水下滑翔機萬米深淵觀測科學考察團隊順利返航。此次科學考察共有海洋觀測與探測聯合實驗室(天津大學部分)研發的2臺萬米級"海燕-X"水下滑翔機,開展了連續5天的綜合調查,共獲得觀測剖面45個,其中,3000米級、6000米級和7000米級剖面各1個;萬米級剖面3個,分別下潛至10245米、10347米和10619米,再次打破了水下滑翔機的潛深世界紀錄。
世界上的最低點在位於太平洋底部的馬裡亞納海溝(位於11 °20′N,142°11.5′E)內,海溝最深處的地方達6~11千米,是人類已知的海洋最深處,而斐查滋海淵深度到了11034米。此次"海燕-X"萬米深潛離地球最低點還差415米。
馬裡亞納海溝底部是永恆黑暗,溫度只有幾攝氏度,水壓相當於大約1000個大氣壓。"海燕-X"連續的萬米深度滑翔剖面,充分驗證了我國水下滑翔機工作的可靠性。它是目前國際上唯一能夠進行萬米深淵觀測的水下滑翔機,其成功研製開啟了水下滑翔機的萬米觀測應用的新時代,實現了人類在萬米深海觀探測從點到持續剖面的歷史性跨越。
憑藉自主攻關的超高壓浮力精準驅動、輕型陶瓷複合耐壓殼體、多傳感協同控制等等關鍵技術全球領先,標誌我國在萬米水下滑翔機關鍵技術方面取得重大突破。
據悉,"海燕-X"水下滑翔機是在海洋試點國家實驗室牽頭承擔的國家重點研發計劃"深海關鍵技術與裝備"專項項目支持下,由天津大學團隊在海洋試點國家實驗室設計研發的新型萬米級輕型水下觀測系統,是譜系化"海燕"水下滑翔機深度譜系中的重要成員,可同步採集溫鹽、溶解氧、聲學和視頻資料,在海洋深淵科學研究方面具有重要的應用價值。
相比於傳統的無人無纜潛水器,水下滑翔機耗能小、成本低、航程大、部署便捷,具備在水下全天候獨立工作的能力,並且可以搭載科考所需的任務傳感器,如湍流傳感器、溫鹽深傳感器等進行數據採集。
而回顧2016年我國發起 "透明海洋"工程,聚焦海洋科學前沿和海洋規律探究的"問海計劃",其中首批立項項目便有"4000米深度水下滑翔機研製"。 深淵應用的大深度水下滑翔機無論在設計、製造還是在測試技術上,均提出了新的挑戰。鑑於深淵極端條件下,輕量化中性耐壓殼體設計和精密製造、小型化高背壓精準浮力調節、大深度變載荷耐壓密封等技術瓶頸。
湍流是海洋當中最複雜的現象之一,對它的了解會對海洋預報以及氣候變化的預測起到非常大的作用。2016年5月海洋觀測與探測聯合實驗室成立,產出了"全海深高清成像技術"、"海洋光譜探測關鍵技術"、"深海無線光通信工程設備"等一批代表性成果,填補了多項海洋技術裝備領域空白。
早在2017年,我國面向海洋中尺度渦最大規模的一次海上立體組網綜合調查結束階段性任務,此次海上調查觀測所用設備均為我國自主研發的新型海洋裝備,包括"海燕"水下滑翔機等海洋觀測先進裝備。調查作業覆蓋了大氣到海水界面至4200米水深範圍的14萬平方公里海區。
這次綜合調查中,我國自主研發的"海燕"系列水下滑翔機出現神器,與波浪滑翔機、C-Argo浮標等移動觀測平臺與中國海洋大學"南海潛標觀測網"協同組網作業,大大拓展了傳統的單種平臺的調查方式,是我國首次開展多種類水面和水下、定點與移動平臺相結合的大規模協同觀測,顯著提升了我國深遠海監測技術能力。
此次綜合調查的最大亮點是自主研發的多型"海燕"滑翔機,包括溫鹽型滑翔機、聲學型滑翔機、湍流型滑翔機、生化型滑翔機、海流剖面滑翔機、波浪滑翔機等開展了同步觀測,首次為海洋中尺度渦研究提供了海洋動力、生物、化學、聲學、氣象等多學科綜合數據。也是當時國際上針對海洋中尺度現象開展的設備類型最多、數量最大、覆蓋海區範圍最廣、持續時間最長、觀測數據類型最豐富的一次海上綜合調查。
此後經兩年技術攻關,研發團隊突破了大深度、小型化、模塊化浮力驅動技術,輕量化、耐高壓殼體設計等產業化通用關鍵技術。2018年4月12日,"海燕-10000"大深度水下滑翔機在馬裡亞納海溝附近海域順利通過歷時6天的海上綜合性能測試,成功回收,最大潛深8213米,打破水下滑翔機此前M國創造的6000多米最大潛深的世界紀錄,提高接近2000米。
又是通力合作的2年後,"海燕-X"水下滑翔機作為新型萬米級輕型水下觀測系統,可同步採集溫鹽、溶解氧、聲學和視頻資料,它成功研製開啟了水下滑翔機的萬米觀測應用新時代,實現了人類在萬米深海觀探測從點到持續剖面的歷史性跨越。
在西瓜視頻平臺上,曾看過海燕系列水下滑翔機採集颱風數據的一些艱難經歷。颱風難以預測,要想做到精準預報是個世界性難題,實質是因為觀測數據太少,但是進入颱風中心捕捉信息,"海燕"很可能損失甚至丟失。當時使用水下滑翔機對颱風進行現場觀測,國際上沒有人做過,不過,海洋科學家很迫切地需要颱風現場的數據。於是我國的研發團隊決定讓"海燕"正面迎擊"天鴿",經歷驚心動魄的風雨歷程,最終獲得了一系列核心數據。
而逐漸建設的立體綜合觀測體系的成功構建標誌著海洋國家實驗室在深遠海觀測技術發展及深海組網觀測研究方面已經走到了世界前沿,是區域海洋觀測的一個重要裡程碑。
全水深海洋移動觀測設備是未來深海大洋觀測的重要核心裝備,作為"透明海洋"重大科技創新工程的重要組成部分,"海燕-X"大深度深淵級水下滑翔機、深海自持式剖面浮標、深海潛標實時觀測系統等一系列前沿技術研發和深遠海應用,為實現"兩洋一海"核心海區實時化海洋觀測,對於搶佔國際深海研究技術制高點,特別是在深海極端環境條件下的物質能量循環以及生命過程認知和演化作用機制等方面取得系統性、原創性重大突破提供了堅實的基礎。而在全面認識深海資源後我們可以做哪些事情?這些深淵探索將會給我國產業發展帶來什麼奇蹟?請觀看西瓜視頻創作人"國器"《》的深度解析。
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