http://bfqmb.cn 2011-10-07 16:32 來源:中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)專家咨詢工作委員會(huì)
7月1日,我國第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自主集成的“蛟龍?zhí)?rdquo;載人潛水器從江蘇江陰起程。未來47天,它將駛向東北太平洋,進(jìn)行5000米級(jí)海試。這次海試行程約1萬公里,船舶單程航行時(shí)間將長達(dá)47天。
據(jù)介紹,相比去年的3000米級(jí)海試,今年5000米海試任務(wù)面臨諸多挑戰(zhàn):首先,試驗(yàn)海區(qū)距離中國大陸約1萬公里,船舶單程航行時(shí)間將達(dá)到半個(gè)月;其次,海區(qū)試驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜多變,凈海措施難以實(shí)施;第三,5000米的下潛目標(biāo)是中國載人深潛從未觸及的全新紀(jì)錄。這些都將是對(duì)我國深海載人海試隊(duì)伍的新考驗(yàn)。“蛟龍?zhí)?rdquo;不斷創(chuàng)造新的紀(jì)錄,標(biāo)志著我國已經(jīng)成為繼美、法、俄、日之后第五個(gè)掌握深度載人深潛技術(shù)的國家。
什么是深海探測?我們?yōu)槭裁匆M(jìn)行深海探測?它的科學(xué)意義是什么?在歷次深海探測中又有哪些重大發(fā)現(xiàn)呢?
什么是深海探測?
在專業(yè)人士眼里,海平面1000米以下才能叫深海。數(shù)千米的深海海底是地球上最寧靜而神秘的地方,那里生存著古老的原核生物。然而,好奇心并不是海洋科學(xué)家探索深海的唯一原因,要知道,那里還蘊(yùn)藏著豐富的資源,它們對(duì)人類未來的生存意義非凡。
對(duì)于擁有300多萬平方公里“藍(lán)色國土”的中國來講,能否去深海具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義:海洋深處存在著大量的礦產(chǎn)資源,也存在著極端環(huán)境下的生物。這些生物及其基因資源有巨大的科研和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,是全球海洋科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。更為重要的是,廣闊的領(lǐng)海中蘊(yùn)藏360多億噸石油資源,其中大多分布在中深海地區(qū)。我國的南海海域還發(fā)現(xiàn)了證明天然氣水合物存在的地球物理及生物標(biāo)志。
在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020)》中提到,重視發(fā)展多功能、多參數(shù)和作業(yè)長期化的海洋綜合開發(fā)技術(shù),以提高深海作業(yè)的綜合技術(shù)能力。重點(diǎn)研究開發(fā)天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)、大洋金屬礦產(chǎn)資源海底集輸技術(shù)、現(xiàn)場高效提取技術(shù)和大型海洋工程技術(shù)。其中,深海作業(yè)技術(shù)是海洋技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。“深海作業(yè)技術(shù)是支撐深海海底工程作業(yè)和礦產(chǎn)開采的水下技術(shù)。重點(diǎn)研究大深度水下運(yùn)載技術(shù),生命維持系統(tǒng)技術(shù),高比能量動(dòng)力裝置技術(shù),高保真采樣和信息遠(yuǎn)程傳輸技術(shù),深海作業(yè)裝備制造技術(shù)和深??臻g站技術(shù)。
其中,深海潛水器是海洋技術(shù)開發(fā)的前沿與制高點(diǎn)之一,體現(xiàn)著一個(gè)國家的綜合技術(shù)力量。目前美國、法國、俄羅斯、日本擁有世界上僅有的五艘6000米級(jí)深海載人潛水器。這些裝備到達(dá)的范圍遍及海洋的大陸坡、海山頂、火山口、洋脊以及6000米的洋底,在地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理和海洋生物等方面取得了大量的重要發(fā)現(xiàn)。
為什么要進(jìn)行深海探測?
能源。
這恐怕是最重要的答案之一。
據(jù)《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》報(bào)道,海洋蘊(yùn)藏了全球超過70%的油氣資源,全球深水區(qū)最終潛在石油儲(chǔ)量高達(dá)1000億桶,深水是世界油氣的重要接替區(qū)。近十年來,人們新發(fā)現(xiàn)的探明儲(chǔ)量在1億噸以上的油氣田70%都在海上,其中一半以上又位于深海。
目前,國際石油界的普遍共識(shí)是,陸上油田尚具潛力的地區(qū)僅有中東、中亞等地,而過去30年東、西半球兩個(gè)最重大的油田發(fā)現(xiàn)均來自海洋。根據(jù)各種權(quán)威機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示,海洋石油資源將是未來原油產(chǎn)量增長的重要來源,全球50%以上的油氣產(chǎn)量和儲(chǔ)量將來自海洋。
全球近十年發(fā)現(xiàn)的大型油氣田中,海洋油氣田已占60%以上,特別是水深500米至1500米的深海油氣勘探,已成為多數(shù)海洋油氣經(jīng)營者重要戰(zhàn)略資產(chǎn)的組成部分,深水是未來世界能源的主要接替區(qū)。近20年中,海洋原油產(chǎn)量的比重在世界總產(chǎn)油量中增加了一倍。
目前,海洋能源資源已成為全球可持續(xù)發(fā)展主流能源體系的重要組成部分。據(jù)中國工程院院士、中海油總公司副總工程師曾恒一介紹,海洋能源開發(fā)要瞄準(zhǔn)四大戰(zhàn)略領(lǐng)域:第一是海洋石油的深水領(lǐng)域。全球海洋石油資源量44%在深水。第二個(gè)領(lǐng)域是LNG(液化天然氣)領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì),世界油氣12項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)中有8項(xiàng)在海洋,其中7項(xiàng)是天然氣。第三個(gè)領(lǐng)域是天然氣水合物。這是一種新興能源,是天然氣的甲烷,在低溫高壓下以固體狀況存在海底。據(jù)估計(jì),全球天然氣水合物資源量相當(dāng)于煤、天然氣、石油三者資源量總和的5倍。第四個(gè)領(lǐng)域是海洋能,這是取之不盡的低碳能源,開發(fā)潛力巨大。
深海中的海底世界什么樣?
深海世界并非像人們想像的一樣五光十色,而是一片漆黑。日前,新華社記者采訪了“蛟龍?zhí)?rdquo;總設(shè)計(jì)師徐芑南,他向人們描述了海底世界的圖景。
深海里是一幅什么圖景?
徐芑南:海底世界并非想象中那么五光十色。對(duì)潛航員來講,海平面以下200米幾乎一片黑暗。他們靠聲納系統(tǒng)知道哪有魚洞、哪是坑、哪的障礙物需避開。
好在“蛟龍?zhí)?rdquo;配有很強(qiáng)的照明系統(tǒng)和先進(jìn)的攝像、拍照儀器,傳回的圖挺清晰。
深海里工作環(huán)境怎樣?
徐芑南:3名潛航員在一個(gè)直徑只有2.1米、封閉的載人艙里,一坐就是八九個(gè)小時(shí),需要超人的耐力和心理承受力。
深海里作業(yè)如何保障人員安全?
徐芑南:科學(xué)研究,以人為本,海試始終把人員安全放在首位。在這方面,國際先進(jìn)水平國家有的技術(shù),我們都已經(jīng)掌握。
安全問題,關(guān)鍵是處理好重量與浮力的關(guān)系,只要有足夠的浮力,潛水器就能浮上來。
緊急情況下,可以把攜帶的鐵塊、蓄電池箱、采樣籃扔掉。如被海草纏住,“蛟龍?zhí)?rdquo;將“斷臂”,拋棄機(jī)械手。
最糟糕的是陷入淤泥。果真如此,“蛟龍?zhí)?rdquo;的報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)射浮標(biāo)到海面。母船立即到位、施救。
“蛟龍?zhí)?rdquo;裝配了充足的生命支持系統(tǒng)和氧氣供給系統(tǒng),力求萬無一失。
“蛟龍?zhí)?rdquo;靠什么獲取勘探樣本?
徐芑南:首先由導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定向、定高、定深、定位。然后用“蛟龍?zhí)?rdquo;裝備的機(jī)械手進(jìn)行采集樣本作業(yè)。這里面有很多無人智能技術(shù)
“蛟龍?zhí)?rdquo;有兩個(gè)機(jī)械手,可以伸縮,各有多個(gè)“關(guān)節(jié)”,相當(dāng)于人的肩、肘、腕等。根據(jù)3千米級(jí)海試的結(jié)果,我們對(duì)機(jī)械手進(jìn)行了改良,它現(xiàn)在更加靈敏了。
我們能看到海底世界嗎?
若干年后,人們可以坐在家中,在電視里實(shí)時(shí)看到海底火山噴發(fā)的場景。
這并不是不可能發(fā)生的想象,而是美國人設(shè)想的通過海底觀測網(wǎng)絡(luò)而可以實(shí)現(xiàn)的情景。據(jù)《科學(xué)時(shí)報(bào)》報(bào)道,同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)與地球科學(xué)學(xué)院教授、中科院院士汪品先介紹,我國的深??萍及l(fā)展計(jì)劃應(yīng)該包括綜合大洋鉆探船、深潛技術(shù)和海底觀測網(wǎng)三大部分。其中,海底觀測網(wǎng)將通過有線和無線網(wǎng)絡(luò)向各個(gè)觀測點(diǎn)供應(yīng)能量、收集信息,從而實(shí)現(xiàn)全天候、長期、連續(xù)的自動(dòng)觀測。“實(shí)際上是把海底置于人類的控制之下,按美國的設(shè)想,若干年以后,人們可以在家通過電視直播觀看到海底火山爆發(fā)的壯觀場景”。
海底觀測網(wǎng)絡(luò)是指能夠?qū)5讌^(qū)域進(jìn)行長期實(shí)時(shí)探測、傳輸數(shù)據(jù)、采集分析樣品以及進(jìn)行原位實(shí)驗(yàn)的海底無人網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它由光電復(fù)合纜、基站以及一系列的水下監(jiān)測設(shè)備和控制儀器組成。作為一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)海底進(jìn)行長期實(shí)時(shí)觀測的新型平臺(tái),海底觀測網(wǎng)絡(luò)將是繼地面與海面(第一個(gè)觀測平臺(tái))和空中遙測遙感(第二個(gè)觀測平臺(tái))之后,人類探測海洋的第三個(gè)觀測平臺(tái),也是國家安全、環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和減災(zāi)防災(zāi)所不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)和信息獲取手段。
海底觀測不僅向上可以觀測水層、向下可以觀測地球內(nèi)部,而且是觀測海洋最安全的去處——不受海洋風(fēng)浪、能源等限制,能長期連續(xù)實(shí)時(shí)原位地觀測海底以下地震、地殼內(nèi)流體和生物等活動(dòng)。