日月行空從地轉 蛟龍入海卷潮回
————中國海洋科技事業破浪前行

◎ 本刊記者 楊伊靜

編者按：海洋發展是21世紀人類社會發展的重要問題。歷史的經驗告訴我們，向海則興、背海則衰。2016年12月，《全國科技興海規劃（2016年-2020年）》出臺，旨在充分發揮海洋科技在經濟社會發展中的引領支撐作用，增強海洋資源可持續利用能力，促進海洋經濟提質增效、轉型升級。從2017年開始，海洋科技事業發展穩步前進。從起于累土，到九層之臺，海洋科技成為一個跨越發展的樣本，推動著海洋事業的跨越式發展。

“龍家族”抱團探海

2018年4月19日，“大洋一號”船綜合海試B航段科考隊員對“潛龍三號”進行安裝調試，做好潛水器下潛前相關準備工作。2018年4月30日，在完成深海最后一潛后，“潛龍三號”跟隨“大洋一號”船開始返航。中科院沈陽自動化所“潛龍三號”副總設計師、本項目執行負責人許以軍介紹說：“實驗性應用下潛是對‘潛龍三號’可靠性非常嚴格的考驗。在‘潛龍二號’技術基礎上，‘潛龍三號’通過減少電子設備功耗，提高推進效率，在最大續航能力測試上取得了非常好的試驗效果。”2018年4月20日-22日，“潛龍三號”先后進行了兩個海試潛次。海試現場驗收專家組全程參與，在對“潛龍三號”最大工作深度、航速、無動力下潛和上浮、續航力、衛星通信、導航等50項試驗考評項目進行評判后，通過了現場驗收。

許以軍介紹，“潛龍三號”是中國自主研發的潛龍系列潛水器成員，以深海復雜地形條件下資源環境勘查為主要應用方向，是在“潛龍二號”基礎上進行的優化升級。國產化程度更高，慣性導航傳感器及組合導航系統、高清照相機等核心部件由進口改為國產；降低了電子設備的功耗，“潛龍二號”最長可工作30多個小時，“潛龍三號”則高達40多個小時；推進了系統噪聲降低、效率更高、抗流能力得到加強；聲學成像質量得到相應提高。“國產化程度高、續航能力更長，綜合性能更強，是‘潛龍三號’廣受關注的主要原因。”許以軍補充說，“‘潛龍三號’這種非回轉體大型扁魚形設計，有利于減少垂直面的阻力，便于潛水器在復雜海底地形中垂直爬升、穩定航行、高效避障、水面自航等。”

為應對水下復雜地形地貌，“潛龍三號”和它的哥哥“潛龍二號”一樣，采用前視聲吶作為避碰傳感器，俗稱潛水器的“眼睛”。控制“潛龍三號”自動駕駛計算機在采集數據后，通過圖像處理方式來識別障礙和周圍環境，結合避碰策略，下達緊急轉向、緊急變深或變高以及跟蹤指令，在復雜海底環境下靈活自如地避碰。

“潛龍三號”在深海復雜地形進行資源環境勘查時，具備微地貌成圖、溫鹽深探測、甲烷探測、濁度探測、氧化還原電位探測、海底照相和磁力探測等熱液異常探測功能。其上還集成安裝了國內先進的高精度測深側掃聲吶設備，可以實現海底精細地形地貌圖的米級以下探測。

2019年3月，由自然資源部第一海洋研究所組織實施的中國大洋52航次第二航段科學考察在大西洋開展熱液硫化物及熱液生態系統綜合調查。科考隊在前期順利開展“潛龍三號”自主無人潛水器（AUV）與船載設備協同作業的基礎上，首次實現了無人值守作業，成倍提高了科考作業效率。這標志著我國自主勘查技術日臻完善，逐步躋身國際先進水平，為我國開展深海進入、深海探測、深海開發的海洋戰略實施提供了裝備保障。

“向陽紅”探索海洋

向陽紅是中國在二十世紀六七十至八九十年代建造的一系列科學考察船。目前，中國有近60艘在役海洋調查船，包括雪龍號系列破冰科考船，向陽紅號、大洋號、科學號、東方紅號等系列綜合海洋科考船，不少是在近十年自主設計建造。

向陽紅9號是中國自行設計、自行建造的第一艘4500噸級遠洋科學考察船，與雪龍號、大洋一號同被列為功勛海洋科考船，也是原向陽紅系列僅存的一艘船。它是為中國參加首個國際合作遠洋科學調查——1978年世界氣象組織第一次全球大氣試驗活動而趕造的，僅用一年時間就建造完畢。此后，它又相繼參加了中美東海聯合調查、中日合作黑潮調查、中法長江口沉積調查、中國大洋科學考察等重大國內外海洋調查。

2006年，中國開始籌劃載人深潛試驗，為蛟龍號載人潛水器尋找母船。由于當時大噸位的遠洋科考船屈指可數，已有近30年船齡的向陽紅9號擔負起新的職責。之后，它搭載蛟龍號完成了多次海試任務，包括在馬里亞納海溝達成的7062米下潛紀錄。但機械設備老化的問題已經凸顯，隨著蛟龍號新母船深海一號啟用，交棒后的向陽紅9號也將再次迎來升級改造和新的角色。

向陽紅10號，是中國自行設計制造的第一艘萬噸級遠洋科學考察船，是一艘集多學科、多功能、多技術手段為一體、滿足深海海洋科學多學科交叉研究需求的現代化海洋科學綜合考察船，具備開展近海、大洋和深海的物理海洋、海洋地質、地球物理、海洋生物、海洋化學、海洋氣象等綜合海洋環境調查、探測以及取樣和現場分析的能力，是國家深海及洋區的海洋科學基礎研究和高新技術研發的海上移動實驗室和試驗平臺之一。

該船采用兩套全回轉舵槳電力推進系統和動力定位系統及綜合導航定位系統，設計排水量約4400噸，續航力為12000海里，船上定員65人，自持力為60天。船上設有干、濕實驗室和數據處理中心，配備了包括深水多波束系統、淺地層剖面儀、超短基線水下聲學定位系統、走航式聲學多普勒流速剖面儀、單波束萬米測深儀及分裂波束系統等國際一流的船載調查設備和各種絞車等先進的甲板作業設備，實驗室總面積約510平方米，甲板作業區面積約430平方米。

2018年8月12日，“向陽紅10”科考船載著中國大洋49航次科考隊員已停靠浙江舟山碼頭。此航次科考自2017年12月6日從舟山起航以來，歷時250天、航程29821海里，在西南印度洋合同區硫化物勘探、慢速擴張卡爾斯伯格脊構造演化和熱液系統調查、印度洋微塑料污染調查等方面取得了五大成果。

2019年3月18日，“向陽紅10”船從舟山出發執行中國大洋54航次考察任務，赴太平洋海域開展資源環境調查。此航次經自然資源部批準，由自然資源部第二海洋研究所負責總體實施，是統籌落實自然資源部2019年太平洋方向深海資源環境調查任務的重要航次，具有空間跨度大、時間長、任務類型多樣等特點。航次任務主要包括履行中國大洋協會和中國五礦集團與國際海底管理局的多金屬結核勘探合同，開展全球變化與海氣相互作用專項調查。

“奮斗者’開創新時代

從百米淺海到萬米深海，中國載人深潛事業劈風斬浪的幾十年，我國先后突破了多項核心深潛技術。現在，讓我們回顧那段歷史，感受中國一代代深潛人的“深藍夢”。2020年10月27日，中國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功下潛突破1萬米，達到10058米，創造了中國載人深潛的新紀錄。

2020年11月10日，中國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝創造了10909米的中國載人深潛的新紀錄，這標志著我國在大深度載人深潛領域達到了世界領先水平。“奮斗者”闖海精彩紛呈，焦點是“雙船三器”，各個角色協調配合，環環相扣，將“闖海大戲”的高潮推向了巔峰。沖擊萬米深淵世界記錄，由“探索一號”和“探索二號”兩船配合進行，其中“探索一號”為支持船，是“奮斗者”號的母船。“探索二號”是保障船，配載著全球唯一的“滄海”號無人深海著陸器。它攜帶著高清相機，可以進行“全海深”4K超高清視頻的拍攝、采集和傳輸處理，不僅可以記錄“奮斗者”號的一舉一動，并直播回傳萬里洋底的實時畫面給母船指揮所。

當指揮艙發令“深潛開始”，“探索二號”先行施放“滄海”號下潛到海底，選定進行水下拍攝的主機位，又按照預先設置的自動程序，將置于其內部的移動機器人“凌云”號喚醒，并通過自動程序設計路徑運動到達預定水下拍攝的第二機位，以提供更多角度的照明。主角“奮斗者”號緊隨其后登場，開始向海底下潛，當它坐底后通過聲學通信定位和探測雷達，在漆黑的海底找到并與“滄海”號合作對話，調整自己航向，從容地從“滄海”號的上方緩緩駛入畫面中央，穩坐鏡頭前，在“滄海”號、“凌云”號燈光照耀下，使得全世界第一次在漆黑的深海看到了“奮斗者”號創造世界記錄的矯健英姿。

人類想要進入深海，水的壓力是永遠相伴的敵人。在萬米海底，每平方米要承擔11000噸左右的壓力，相當于手指上放一噸重的汽車。而載人艙是在水下為潛航員提供安全屏障的核心關鍵部件，它也標志著一個國家載人潛水器的技術水平。

從國際載人深潛格局來看，自20世紀90年代起，美國、法國、日本、俄羅斯等國家一直掌握著大深度載人潛水技術。近30年來，這些國家大多數深潛器的載人艙都由一種叫“鈦64”的合金制造，這是用量最大、數據最全、使用經驗最豐富的一種鈦合金。但是到了“奮斗者”號，載人艙一方面要承受萬米海深的極端壓力，另一方面還要滿足搭載三人的更大尺寸球艙設計，在這樣的條件限制下，鈦64合金無法達標。

要想解決載人艙材料難題，研制一種更高強度的新型鈦合金成了唯一出路。2014年，也就是“奮斗者”號立項的兩年前，中科院實施戰略先導科技專項，位于沈陽的金屬研究所負責對載人艙材料與制造開展調研論證和預先研究。為了研制“奮斗者”號的載人艙新材料，不同成分配比的鈦合金曾在中科院金屬所的這間車間里加工、實驗。中科院金屬研究所研究員 馬英杰說：“將海綿鈦，和鋁、釩等混合在一起，通過大的壓力裝置，壓制成鈦合金的電極。然后放在熔煉爐里面，經過多次真空熔煉，（可以）煉成鈦合金的鑄錠”。“奮斗者”號載人艙的鈦合金材料要同時具有高強度和高韌性，這是材料科學領域的世界性難題，也是研究員馬英杰長期研究的科學方向。在強度和韌性達標后，金屬所又解決了材料可焊性的問題，從2014年到2016年，通過兩年多的技術攻關，科研團隊研制出一種全新的鈦合金—鈦62A，載人艙球殼的材料難題迎刃而解。

“海翼”“海燕”水下滑翔機

水下滑翔機是一種新型的水下機器人。由于其利用凈浮力和姿態角調整獲得推進力，能源消耗極小，只在調整凈浮力和姿態角時消耗少量能源，并且具有效率高、續航力大（可達上千公里）的特點。雖然水下滑翔機的航行速度較慢，但其制造成本和維護費用低、可重復使用、并可大量投放等特點，滿足了長時間、大范圍海洋探索的需要。水下滑翔機可以搭載各種傳感器，可以大范圍地觀測和獲取海水的溫度、鹽度、濁度、葉綠素、含氧量及洋流變化等信息，對開發海洋資源、預防災害等都有重要作用。

“海翼”系列水下滑翔機由中國科學院沈陽自動化研究所自主研發，是一種新概念水下機器人，通過調節自身浮力和姿態以實現在水中滑行，作業深度覆蓋300米至7000米，可連續工作幾十天至幾個月，航行范圍可達幾千公里，將收集到的海水溫度、鹽度、濁度、含氧量，以及海流強度和運動方向等數據，實時回傳至陸地。“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重要的成員，可同步采集溫鹽、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。。

2005年10月，中國科學院沈陽自動化研究所在國內率先研制出了“海翼”水下滑翔機原理樣機，解決了滑翔機運動與驅動機理、模塊化結構、低阻外形優化等一系列關鍵技術，并順利進行了湖上試驗。2017年3月，“海翼7000”創造了最深下潛6329米的紀錄，打破了此前由美國保持的水下滑翔機最大下潛深度世界紀錄，成為目前世界上安全下潛最深的水下滑翔機。2017年7月，“海翼”系列水下滑翔機圓滿完成“科學”號中科院海洋先導專項南海綜合調查航次第一航段科考任務，利用12臺“海翼1000”水下滑翔機開展了南海北部海洋動力環境精細立體調查，實現了國內最大規模的水下滑翔機集群組網觀測。2017年10月12日，“海翼1000”水下滑翔機再次突破，創造了91天續航時間和1884公里續航距離，將此前我國水下滑翔機續航力紀錄提升了一倍，使我國成為繼美國之后第二個具有跨季度自主移動海洋觀測能力的國家。2018年10月，“海翼”7000米在馬里亞納海溝最大下潛深度達7076米。

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，在此次綜合科考中，我國深海水下滑翔機下潛觀測深度達到10619米，再破世界紀錄。具有中國自主知識產權的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。連續的萬米深度滑翔剖面，充分驗證了“海燕-X”水下滑翔機在深淵環境下的工作可靠性，以及超高壓浮力精準驅動、輕型陶瓷復合耐壓殼體、多傳感協同控制等關鍵技術的自主攻關能力，標志著中國在萬米水下滑翔機關鍵技術方面取得重大突破。

“海燕-X”水下滑翔機是目前國際上唯一能夠進行萬米深淵觀測的水下滑翔機，它的成功研制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。水下滑翔機對于中國海洋環境監測、資源勘查等具有重要的意義。

海洋作為人類共有資源、資產，作為共生環境依賴的新認知，促使新海洋觀萌生，呼喚建立基于維護人類共同生存發展的海洋治理新秩序。不謀全局者，不足謀一域；不謀萬世者，不足謀一時。海洋強國、向海圖強是信念，也是在磨難中不斷成長奮起的中華民族的世代夙愿。而今，處在“兩個一百年”奮斗目標歷史交匯點的中國巨輪再次揚帆，我們向著深藍色的海洋起航，也正向著中華民族偉大復興的中國夢進發。