我国自主研发深海探测装备：探索神秘“蔚蓝”的“利器”

新华社 2020-06-09

新华社青岛6月8日电 题：探索神秘“蔚蓝”的“利器”——世界海洋日看我国自主研发深海探测装备

6月8日是世界海洋日，虽然人类对海洋的认识在加速，但对其依然知之甚少，特别是对深海的探索还处在“盲人摸象”阶段。认知、探索深海首先需要探测“利器”，除了“蛟龙”号，我国还有一批自主研发的深海探测“黑科技”，“海翼”系列水下滑翔机、深海原位拉曼光谱探针、“诊脉”深海的实时潜标就是其中典型代表。

科考队员在布放“海翼”系列水下滑翔机（资料照片）。新华社发

深海划出优美“V”字形

看上去犹如个头不一的“火箭”，它们不是上天而是入海。

“海翼”系列水下滑翔机由中国科学院沈阳自动化研究所自主研发，是一种新概念水下机器人，通过调节自身浮力和姿态以实现在水中滑行，作业深度覆盖300米至7000米，可连续工作几十天至几个月，航行范围可达几千公里，将收集到的海水温度、盐度、浊度、含氧量，以及海流强度和运动方向等数据，实时回传至陆地。

中国科学院沈阳自动化研究所副研究员金文明说，“海翼”是靠浮力驱动，这一技术让其在水下运行轨迹呈较大“V”字形，仿佛在坐“过山车”。“海翼”在每个运动周期的顶点和底端进行浮力调节，所以能跑得更远、更节能，具有大范围、长时间连续海洋环境观测优势。

目前，中国科学院沈阳自动化研究所形成了300米、1000米、1500米、4500米、7000米、混合驱动型、声学型等多种深度和类型的“海翼”系列水下滑翔机。

“海翼”系列水下滑翔机在东海、南海、印度洋和太平洋完成多次海上试验与应用，累计海上工作6400多天，观测距离16万多公里，获得4.6万多条剖面数据。

2017年7月至8月，12台“海翼”水下滑翔机在南海开展组网同步观测；2018年10月，“海翼”7000米在马里亚纳海沟最大下潜深度达7076米。

科考队员对西太平洋科学观测网的潜标进行维护升级（资料照片）。新华社发

“一照”即知“何方神圣”

热液、冷泉是近年来深海研究热点，但要想知道这些流体的准确组分却异常困难。因为如果将热液样品带回实验室分析，受温度、压力变化及海水混入影响，热液喷口流体的化学成分或浓度会明显改变。虽然可以利用保压、保温储存装置获得保真样品，受取样方法限制，分析数据与实际仍有明显差异。

中国科学院海洋研究所自主研发的深海原位拉曼光谱探针就像“照妖镜”一般，激光打到目标探测物上就能立即知道其含有何种物质，以及各种物质的浓度如何。

中国科学院海洋研究所研究员张鑫介绍，深海原位拉曼光谱探针应用的是拉曼散射原理。当激光照射到样品上，样品中的分子使入射光发生散射，其中一种散射光频率会发生改变，这就是印度科学家拉曼发现的拉曼散射现象。由于不同分子会产生不同的散射光频率，利用激光拉曼光谱设备获得的拉曼光谱数据，和已知物质的光谱数据比对，即可知道样品是何种组分。

“国外研制出了能适应深海压力环境的原位拉曼光谱仪，但热液喷口高温、高压、强酸（碱）和浑浊的流体环境，一直被认为是光学镜头禁区。”张鑫说，深海原位拉曼光谱探针成功突破普通光学镜头不耐高温和防颗粒附着性能差等难题，可直接插入450摄氏度深海热液喷口，为深海热液化学性质研究提供了装备支撑。

借助深海原位拉曼光谱探针，我国科学家已获得多项突破性成果：在南海首次观测到裸露在海底的天然气水合物，首次在自然界发现超临界二氧化碳，揭示深海“倒置湖”神秘现象……

实时获取深海“脉搏”

海洋实时观测数据长期依靠卫星遥感和浮标。用于观测水下和深海数据的潜标只能每年回收一次，无法像卫星遥感和浮标那样获得实时数据。这是因为潜标最上面一个浮体距离海平面还有四五百米，数据很难穿透海水传输到卫星上。

中国科学院海洋研究所研究员汪嘉宁介绍，在西太平洋科学观测网建立过程中，科研人员突破了潜标数据无法长期稳定实时传输的海洋观测难题，并将实时传输观测数据的深度由1000米逐步拓展至6000米。

“科研人员在水面上安装了一个实时传输数据的浮体，它与潜标通过无线和有线两种方式连接。潜标将数据传输给浮体，浮体发射到卫星上，卫星再反馈回陆地实验室。”汪嘉宁说。

2019年，西太平洋科学观测网开始由北斗卫星实时传输潜标数据，提高了深海数据实时传输的安全性、自主性和可靠性。科研人员还依靠北斗卫星实现了双向通讯，数据不仅能实时回传至陆地实验室，科研人员也能在陆地远程控制深海潜标。

截至目前，由20套潜标和3套大型浮标组成的西太平洋科学观测网，已持续稳定运行6年，服务于深海前沿研究、气候预报和海洋环境预报等，特别是实时传输回的数据提高了气候和海洋环境预报精度。（记者 张旭东）