|
6 s" U* y; x- p6 U! [ 
% }( [ Y) p+ @8 G/ d5 j 汪品先，海洋地质学家，中国科学院院士，同济大学海洋与地球科学学院教授。曾主持中国海首次大洋钻探、国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”等。研究方向为气候演变和南海地质，致力于推进中国深海研究和地球系统科学的发展。
3 u }/ g; b* K1 ]/ l0 f 今年，汪品先院士在《科技导报》第3期发表的《发展深海科技的前景与陷阱》的论文中，讲述了深海发展的前景，指出了深海技术的发展方向，并给出了。 ! a% u6 _4 f/ U* ^! s* l/ w
以下节选自文中对“深海技术”的相关介绍。 . ?5 U, I3 M6 e% ]: d
从进入深海，到认识深海、开发深海，依靠的是高新技术。 0 @% S/ b# a I+ J2 t$ Z4 U
具体说，关键在于“三深”：深潜、深钻和深网。“深潜”包括载人和不载人的深潜器；“深网”指的是用光电缆连接的海底观测系统以及不联网的水下观测移动装置；“深钻”是从海底向下进行科学钻探，在“三深”里难度最大。
) @" z5 o q3 m/ s! ?3 N “三深”技术的产生，是近半个世纪欧美科学家的功劳。中国发展深海科技，基本是“跟”和“追”，技术和科学分头模仿欧美。 0 H! }. ] r4 `) W- b
这样的对策在起步阶段不可避免，也无可厚非；但发展到一定程度就需要转型。 ( \, T `4 {/ ]% U. |# K& i
一是将科学与技术放在一起，而不是分头来规划，这样才会产生新意，才能创新；二是要考虑成本和效果，要引入投入和产出的比值，并不是投入越多产出就越多。中国深海科技发展，还有许多值得深思之处。 1 ^. q* e7 Z4 [7 H
“三深”中以载人深潜的社会影响最大，也是挺进深海最直接的手段。载人深潜是深海探索的先锋，深海的奥秘是科学家亲身进入深海发现的，身历其境也是科学探索最可靠、最能产生新思想的途径。 3 b. o. _3 U, X, a
经过多年努力，逐步提高自主国产水平，中国拥有不同深度的载人深潜器——能潜入深海4500 m的“勇士号”、能潜入深海6500 m的“蛟龙号”和万米全水深的“奋斗者号”，装备的水平已进入国际前列。
' O. V& t6 S3 K3 \. ^, b3 ` 载人深潜进入马里亚纳海沟，在美国之后还只有中国，喜讯传来令全球华人扬眉吐气。当前面临的任务，是配套设备和使用效率的提升，进一步发展探索深海的实力。 6 [5 v: X$ m, B
随着遥控技术和人工智能的发展，许多极端环境的探索已经可以由机器人代替，深海探索也不例外。 8 `; l. o9 l3 f8 C; Z
现在，不载人的潜器已经成为深潜探索的主力，通过缆线（“脐带”）连接的无人遥控潜水器（ROV），可以由科学家在船上操纵，代替自己在海底作为时更长、效率更高、能量更大的探索动作；而水下自主航行器（AUV）连缆线都不用，可以长时间在海洋内部作业，这些不同种类的“水下机器人”已经成为深海科学探索和工程服务的主力。
' s3 Z0 F5 A* M8 Y, Z" C: _9 { 虽然科学家亲历其境的探索有着不可替代的价值，然而从成本和效率出发，非载人深潜才是大范围推广的发展方向。 & h7 |( m, k8 K, ~, J; a* ? h7 a- w2 a7 w
然而，即便无人的深潜器也不能总呆在海里，于是20世纪末开始发展海底观测网：把传感器放进海底，通过光电缆连接实验室，相当于将“气象站”甚至“实验室”安置在海洋深处，对海洋内部进行长期、连续的原位实时观测。 % e6 v, U2 E% a4 c+ d9 E; W
2009年，加拿大建成了第1个大型深海海底观测网Neptune-Canada，缆线长800 km；2016年，美国建成海底观测系统OOI，其中规模最大的是俄勒冈岸外的深海区域网；2015年，日本建成面对太平洋的海底地震海啸观测网S-net，缆线总长5700 km，世界第一。
6 r) Y( a; W) Q g. {- z& } 海底观测网的长期观测是揭示深海奥秘的有效途径，从连续测量深部洋流的流速流量，到台风来袭或者火山爆发时监测海洋反应，将传感器放在海洋内部是最好的选择。
/ Q* l: q" j* Z# L: P% \% q1 d 由于观测目标和海洋条件的不同，海洋内部的观测装置可以极其多样，有联网也有不联网的，有固定的也有活动的，从海底爬行车到水下滑翔机，类型繁多不一而足。尤其是传感器，更是随着观测目标的不同而不断发展。
# W3 m7 s3 i) Y# ~' X 中国已经立项建设东海和南海的海底观测系统，应当充分考虑不同的目标和条件，创造性地完成大科学工程的建设。 8 r" ^5 _ ?6 F! w% v4 {7 B6 O p
从深海海底钻探地壳，是探索深海难度最高、耗费最大的技术。自从1968年美国启动后不久，就发展为国际大洋钻探计划，由若干发达国家共同提供资金、选择最佳技术，共同合作进行，简单地说就是全球支持一条船进行钻探。
$ h( Y& d4 l* Q7 R& K0 A 半个多世纪以来，大洋钻探船成了海洋科学的“航母”，接二连三的重大发现导致了20世纪地球科学的革命，大洋钻探本身也成了为时最久、效果最好的大型国际科学合作计划。
! }: F; @4 Z( J 中国在1998年加入国际大洋钻探计划，二十多年来实现了南海4个航次，钻探了17个站位，为认识南海深部做出了不可估量的贡献。 6 N+ H: ]: }0 L h$ P
可以预计，大洋钻探在深海和地球科学中的地位还将继续攀升，因为深海地壳的厚度只有大陆地壳的1/5，从深海打钻探索地球内部，是未来地球科学发展的必然趋势。 ! a& h* D( c7 S5 {
但是年逾半百的大洋钻探计划，无论在技术上还是组织上都已经难以适应新时期的科学需求。 ' p) g, t4 J+ s% A
当年发起大洋钻探的“初心”在于钻穿地壳探索地幔，然而这项地球科学界梦寐以求的“莫霍钻”至今尚难实现，呼唤着原创性的技术改进。
. _& d+ T4 l E! i3 C/ S% u 例如要钻探地幔顶部，钻头就要求有耐高温高压的新型材料；钻探船也可能要将泥浆泵甚至钻机放到海底，以减少几千米穿越海水的钻具。 , Y0 u" x8 T6 z4 `$ Z& v
挺进深海是人类社会拓展空间的新方向，大量的技术创新等待着有心人。 9 H' i* _0 c7 F0 n
本质上讲，“三深”都不过是探索深海的某种单项技术，在未来的科技史里只不过是挺进深海的入门过程，发展的方向必定是众多技术结合起来解决科学或者工程问题。 $ H2 i; u; D# F8 c8 J
经过50多年的钻探，仅靠钻探单一手段解决科学问题的时代正在消逝，而与深网观测、深潜探索相结合的“三深”联合技术，正在成为未来大洋钻探的新形式。 ; X/ t, O# a4 B P
欧盟在几年前提出“深海与海底科学前沿”（deep sea and sub-surface frontiers，DS3F）计划，就体现了“三深”结合的新思路，很值得我们注意。 ; v# s. w% l8 X+ k# |+ s$ [
论文全文发表于《科技导报》2021年第3期，原标题为《发展深海科技的前景与陷阱》 : d9 y# C" N2 x7 X
; r6 b2 m4 Y7 r1 ~% J v —END— ! D& ^0 L* L7 r; G* Z o5 R
信息来源：科技导报
7 S0 [0 a G4 l7 s 转载请注明信息来源及海洋知圈编排
3 F+ ~7 P( o4 f! q ►《海洋机器人科学与技术丛书》出版发行
$ j! m$ R. N) _* c3 S' H, _* Q5 p! t 
, {0 s/ @3 S6 R, T 海洋知圈 ) @! F3 Z0 h! @( f7 M7 B
知晓海洋 | 探知海洋
9 W& r$ w0 E/ z9 m3 f 宣传海洋 | 服务海洋
; H- T3 Z. ?2 z! `& g# M 
% `& O8 l6 J7 r4 [ A; b, ^
: L# r7 G U8 d0 |) p/ d
9 j9 w, p/ S8 M& Y1 C9 Y
& |) d" a; Y" _! z u/ a, z' [( _) \6 ~% F
| 
