打造深海探测的“手”和“眼”
■ 核心提示
    
    海洋里蕴藏着无限的生机和无尽的宝藏,可为人类社会可持续发展提供宝贵财富和发展空间,是各国战略争夺的焦点之一。深海资源勘探与科学研究,装备技术是关键,“深海极端环境探测与采样装备技术”项目以深海热液、天然气水合物等资源勘探与科学研究为对象,在深海极端环境探测传感器、深海样品保真采样设备的设计制造及相关支撑技术等方面进行关键技术攻关,取得了具有独创性的成果,共获得授权国家发明专利28项。
    
    年初的国家科学技术奖励大会上,浙江大学和杭州电子科技大学负责的“深海极端环境探测与采样装备技术”项目成果获得国家技术发明奖二等奖。
    
    “人类对外太空的认识,远远超过对自己所居住的地球的认识”。我国目前已经具备了走向外太空的能力,然而在潜入深海方面,我们的工作才刚刚起步。这一项目恰恰是在为深海资源勘探和科学研究工作提供技术保障,为科学家在深海提供“手”和“眼”。
    
    —— 研发背景 ——
    深海勘探的技术保障
    
    海洋深处存在着大量的矿产资源,也存在着极端环境下的生物。这些生物及其基因资源有巨大的科研和经济价值,是全球海洋科学家研究的热点。
    
    要对深海进行探测,除了难以想象的高压外,探测设备还将遭遇各种复杂环境的挑战,比如海底火山口附近的温度可能达到350至400摄氏度,并且海水还会对设备有很强的腐蚀性,因此,研发出能在这些极端环境中正常工作的装备就成为科学研究的必要条件。
    
    陈鹰,现任浙江大学流体传动及控制国家重点实验室主任,被誉为“中国海底第一人”。多年来,他所带领的团队一直致力于深海极端环境探测与采样装备研究。他形象地把科学家对深海的科学考察比作一个人的大脑,而作为技术人员,就是为科学家提供在深海作业的技术手段,也就是说,提供了“手”和“眼”,为深海资源勘探和科学研究工作提供技术保障。
    
    —— 应用效果 ——
    深海探测功劳多
    
    陈鹰及其团队的多项成果在国内外深海科学考察船上得到频繁使用,推动了我国深海装备技术、海底资源勘探和资源深海科学研究的发展。
    
    深海极端环境探测与采样装备技术到底包含哪些成果呢?
    
    据陈鹰介绍,他们研制了适用于深海高温高压环境的新型电化学探测设备,多次应用于二千多米的深海热液及其生态环境的pH值等物理化学量探测,并通过国际合作在国际上首次实现了对热液长达12天的化学量原位探测。同时发明了基于水下流控技术的深海电化学传感器自校正系统,实现了化学探头的水下在线自校正,为实现对深海海底化学量的更长时间探测打下基础。
    
    该项目组发明研制了热液保真取样器,在采样器结构及双向零泄漏密封控制阀等方面取得技术突破,样品保压效果好,成功实现了中国人第一次对深海热液的保相取样。同时发明了采样与保压一体化的面向天然气水合物勘探的沉积物保真取样器,在国际上首次实现了利用11米长的取样设备取到了10米的保压样品,使我国第一次在南海取到了近10米富含烃类成分的沉积物保压样品。
    
    另外,该团队还发明了具有国际领先水平的微小流量控制阀,研制了深海微生物流动培养系统。这个系统成功用于2005年我国首次环球航次,开展了深海微生物品种的培养工作。同时发明了基于海水静压力的深海作业装备动力源,利用海水压差能进行发电,实现了深海装备海底电能的自给。
    
    —— 成功要素 ——
    团队的力量
    
    本次获奖的虽然只有6名教师,但先后有十几名教师参与了这个项目的研究,学生参与的人数则更多。用陈鹰的话说,这个项目“是近十年来项目组80余人承担的20多项国家级或省部级课题研究工作的全面总结”,奖项中团队的分量可见一斑。
    
    由于深海极端环境的复杂,相比其他研究,海洋研究的成功率很低。同时,从事海洋的研究十分辛苦,常常需要出海。浙大许多师生都出过海,一出海就是半个月一个月,甚至二个月,一直漂在大海上。在一些成员出海的时候,团队中必须有人留守,继续他们的研究和教学工作。在2010年以前,浙江大学的研究团队中有四人下到过深海2000多米处开展作业,全国也只有九个人下潜到过这个深度。正是一直以来坚持不懈的研究和默契的团队配合,一点一滴地累积成了项目成果。这个团队的同志深有体会,在海洋技术研究领域中,没有团队的通力合作将一事无成。
    
    我们用“上天入地下海”来形容孙悟空的本领强大,而人类想要掌握这些本领则是困难重重,无限的海洋空间有更多东西等待陈鹰及其团队的探索,所以,陈鹰用“阶段性结果”来概括他们这次获奖的成果。而要做更多的东西,十几个人的团队是不够的,需要几十人甚至上百人的团队。
    
    为此,浙江大学新近成立了海洋科学与工程学系,陈鹰出任了第一任系主任。陈鹰希望通过海洋系这个平台,为国家的海洋事业建立起一支研究队伍,并培养社会急需的高质量人才。海洋是一个系统,对海洋的科学研究不仅需要掌握技术,还需要科学和技术相结合;同时,要做强海洋工程技术,必须有海洋学科基础作为支撑。“科学技术并举”,让“科学”引领“技术”进步,让“技术”支撑“科学”发展,是浙江大学海洋科学与工程学系发展的方向。
    
    ■ 延伸阅读
    
    发展深海技术刻不容缓
    
    我国已具备自主探测外太空的能力,但对“近在咫尺”蕴含着巨大战略资源的广袤深海的探测能力却相当有限。
    
    近来,北极五国又就北极未来进行商讨,谋求对北极地区的利益。早在2007年,俄罗斯北极科考队就完成了一次探险,载人深潜器成功潜至4300米深的北冰洋海底,并插上一面俄罗斯国旗。这拉开了新一轮深海资源争夺的帷幕,同时也让世人更清楚地认识到海洋资源对人类发展的重要性。
    
    对深海资源的勘探和开发取决于深海技术的发展,世界各国高度重视发展海洋科技,自上世纪80年代以来,美、日、英、法、德等国家分别制定了海洋科技发展规划,他们的深海装备技术日臻成熟。美国把发展海洋科技提到全球战略的位置,目的在于保持美国在海洋科技领域尤其是高科技领域的领先地位。许多发达国家利用其技术优势,早已开展了包括多金属结核、热液硫化物和天然气水合物在内的海底矿产资源综合勘探和研究开发工作。美、日、法、俄等国拥有先进的载人深潜器,能把科学家送到最深达6000米的海底进行实地考察,并拥有各种性能先进的深海采样、探测和分析设备,为深海资源的开发和科学研究提供了重要的技术保障。
    
    相比之下,我国对发展海洋科技的重视程度还相当不够。我国已具备自主探测外太空的能力,但对“近在咫尺”蕴含着巨大战略资源的广袤深海的探测能力却相当有限。我国深海技术领域由于长期缺少投入,与发达国家相比落后甚多,除了深海技术装备整体研制和生产能力跟发达国家有一定差距外,还主要体现在我国深海通用基础件技术的薄弱甚至空白,例如深海浮力材料、海洋工程材料、水密线缆、水下电机、水下通讯等一系列相对低价但非常重要的基础材料和元器件,我国几乎全部依赖进口,严重制约了深海技术的发展。
    
    因此,许多有识之士呼吁应像重视航空航天技术那样重视深海技术,把深海技术纳入国家战略发展规划,系统、全面地推进深海技术产业的发展。要缩小与美国等发达国家在深海领域的差距,除了要重点发展海洋生物技术、海洋环境监测技术、深海矿产资源勘探开发技术和深海潜水器技术等海洋高新技术外,还应从抓好深海通用基础技术研究开始,开展深海基础材料和元器件研发,并带动相关技术的产业化发展,使我国在深海装备关键技术方面不受制于人。
    
    同时,针对我国目前还缺乏基本的海上公共实验平台的现象,应尽快建立起一批海洋装备海上公共试验场,为发展海洋通用基础技术和高新技术创造条件。应大力发展海洋工程与技术学科,重视对深海技术人才的培养,大力引进深海技术领域的国外尖端人才,加强深海技术创新团队的建设,建设一批产学研相结合的研究基地,从而保障我国深海技术可持续发展。(陈鹰)
来源: 科技日报   由 管理员 上传于  2010年7月2日      打印本篇文章【打印】