海洋科考装备“乘风破浪”

中国报道杂志社

2024-11-14 13:00发布于北京中国报道杂志社官方账号

△ 暮色中的“海洋地质二号”船。（摄影 / 赵珺）
由最早开展海洋调查时的“望洋兴叹”到进入21世纪后的“百舸争流”，中国的海洋科考装备逐渐摸索出了一条从“跟跑”、“并跑”到“领跑”的创新之路。

“海二”：远洋科考的“多面手”

17世纪的荷兰，凭借强大的造船实力，坐上海洋贸易头把交椅，成为“海上马车夫”。与海洋相关的一切，都离不开船，海洋科研同样如此。

“科考船是海洋科学考察的核心平台，是科学家研究、认识海洋最重要的工具。”成为业内共识。

此次共享航次所使用的“海洋地质二号”船（以下简称“海二”）于2022年12月入列中国地质调查局广州海洋地质调查局，是我国首艘由海工船改造的科考船。

初登“海二”，就会被它宽阔的后甲板吸引。在“海二”的后甲板上，摆放着许多科考集装箱，这些集装箱用途各不同，有的用来装设备，比如地质绞车；有的是小型操控室，技术人员在里面操控科考设备；还有冷链集装箱，用来储存从海底取来的样品。

这种模块化科考负载是20世纪80年代末以来科考船设计的重要趋势，主要是为了解决科考设备装卸过程复杂的问题。通过在后甲板加装集装箱紧固底脚，“海二”可根据科考任务的不同，搭载存有不同装备和仪器的集装箱，实现科考任务的快速切换，既节约了船上空间，也提升了科考船作业的灵活性和通用性。“海二”宽阔的后甲板正顺应了这一趋势。

△ 10月12日，“海洋地质二号”船后甲板，150吨的海工吊机正在作业。摄影/李士萌

在后甲板“琳琅满目”的设备中，最惹眼的要数最大可提放150吨重物的巨型海工吊机。沉重的科考装备想“起身干活”，需要靠海工吊机机械臂吊、提、移、放。

“150吨的海工吊机之所以重要，是它的投放能力基本可以覆盖所有调查设备。”中国地质调查局一级巡视员周昶告诉《中国报道》记者，历数现役科考船，150吨的海工吊机也是极少见的。

此次共享航次部分科研团队的设备沉重、体型巨大，“海二”是国内为数不多可满足其设备布放需求的科考船。相比广州海洋地质调查局的其他调查船，“海二”的历史不算久，但入列后承担了多项重大科考任务，除去本航次，“海二”今年已完成8个航次的任务。

除了出色的设备布放能力，“海二”的综合调查能力也丝毫不逊色。“后甲板有没有绞车、A型架，船底有没有安装多普勒流速剖面仪（ADCP）、多波束测深、浅地层剖面仪、超短基线等声学装备，是衡量一艘船综合调查能力的重要标准。”周昶告诉《中国报道》记者。

周昶提到的声学调查设备就安装在“海二”船舱底部。

“这些海洋地球物理技术就像是给海洋做体检。单波束可以测量水深，了解整体轮廓，类似量身高；浅地层剖面仪可以探测浅表层的地层，了解海底地质状况，是给海洋‘做B超’；ADCP可根据不同水深设置不同的测量层数及层厚，对水体剖面流速流向情况进行监控，是为海洋进行‘血液检查’。”共享航次技术负责人张亚念告诉记者。

在电影《里斯本丸沉没》中，导演方励便是综合运用声呐、磁探仪等海洋地球物理技术，发现了东极岛附近海域沉没的“里斯本丸”号。类似的物探调查对于“海二”来说已是驾轻就熟。

周昶认为，“海二”是未来科考船建造的方向。从改造之初，“海二”就被希望兼容更多的海洋调查设备，为海洋调查设备提供试验平台、研发平台和创新平台。经过改造升级后，“海二”不仅具备为大洋钻探船提供保障服务的能力，还可独立完成环境评价、地质取样、物探调查等海洋科考调查作业。同时，“海二”还沿袭了海工船的基因，具备承担海底电缆敷设、深水打捞、饱和潜水、风电工程勘察等海工作业的能力，是真正的远洋科考“多面手”。

科考船“乘风破浪”史

△图为布放深海土力学性质原位长期观测装置前，工程师爬上2米高的设备顶部，安装观测探杆。该设备约重3吨，由贾永刚团队自主研发。摄影/赵珺

“海二”超前的设计理念并非一朝一夕所想，而是我国海洋科考船一步一个脚印探索60余年的结果。

20世纪50年代中期，我国开始将渔船、拖船、旧军用辅助船等改造成海洋调查船，摸索积累近海调查的经验，成为世界上第一批专门设计建造海洋调查船的国家之一。

20世纪60至70年代，为满足国家远程运载火箭发射试验等国防工程和相关重大海洋专项的调查需求，我国有计划地发展不同型号的远洋调查船，开启了自主设计和批量建造大型远洋调查船时代。

以718工程为重要标志，中国海洋调查建设进入高峰期。至20世纪80年代末，我国逐渐装备了从近岸级海洋调查船到大洋级调查船的综合调查船、水文调查船、地质调查船等，包括“曙光”“奋斗”“向阳红”系列调查船及“海洋四号”、“东方红”号调查船，基本保障了到20世纪末中国经济发展对各领域海洋调查任务的需求。

进入21世纪第二个10年，在“经略海洋、建设海洋强国”的战略指引下，中国再次进入海洋调查船的发展高峰期。10年间，一批大型远洋科考船，如“科学”“向阳红”“东方红”“大洋”和“雪龙”“海洋地质”系列科考船，陆续批复、设计、建造与交付。

据不完全统计，2010至2021年，中国新建海洋科考船的数量达到32艘，涌现出一大批世界先进水平的科考船，25000 吨级的“远望7”号圆满完成“天宫二号”、“嫦娥四号”、北斗卫星等21次海上测控任务；国内首艘、世界第4艘获得水下辐射噪声最高等级SILENT-R证书的海洋综合科考船“东方红3”号挺进国际主流科考船行列；由我国自主设计建造的第一艘天然气水合物综合调查船“海洋地质六号”（原“海洋六号”）实施了中国第33次南极科考，实现了中国地质调查从深海大洋向极地冰海的历史性跨越；自主设计的世界首艘专门针对天然气水合物高精度勘探的六缆、短道距三维地震综合物探调查船“海洋地质八号”船，为我国海域天然气水合物勘探开发提供了强有力的支撑；全球首艘具备艏艉双向破冰技术的极地科考破冰船“雪龙2”号成功首航南北两极，填补了中国极地科考重大装备领域的空白。

△11月1日，中国第41次南极考察队出征，队员在“雪龙2”号上向送行人员挥手致意。图源/新华社

我国目前主要有海洋综合、专业和特种三大类科考船。其中，专业科考船包括地球物理调查船、水声调查船、渔业科考船、地质调查船、气象观测船等；特种科考船包括极地科考破冰船、大洋钻探科考船、航天测量船、装备试验船等。

历经艰辛，中国海洋科考船终于从世界舞台的边沿走到了中央，逐步投身到建设海洋强国的战略征程中。10余年间，中国几乎以最短的时间和最快的速度缓解了我国20世纪80年代一批主力调查船即将退役与当前日益增长的科考调查任务之间的矛盾，基本满足了我国近海、中海、远海、南北极的海洋科考需求。

共享航次项目负责人、广州海洋地质调查局海洋技术方法研究所副所长陈宗恒所在的广州海洋地质调查局也在此10余年间快速成长，发展成如今拥有8条科考船的国际一流调查船队，并配备有深海钻探装备、6000米级深海遥控潜水器（ROV）、高分辨率地震系统、深拖系统等一系列先进深海装备，构建起“空天海潜地”立体综合探测观测监测体系。

周昶指出，如今，中国海洋调查船的设计在追求功能全面的同时，开始思考提升利用效率与经济性。例如，尽量减少固定搭载，节约成本、提高效率，扩大甲板面积，增强布放能力，让科考船可以按需搭载设备，而不是只能满足单一功能。

工欲善其事，必先利其器

过去几十年，全球海洋科考装备研发取得了广泛应用，中国也由最早开展海洋调查时的“望洋兴叹”进入到如今的“百舸争流”。不仅是我国自主研制的多艘海洋科考船，各类海洋运载器、海洋潜浮标、海洋卫星和飞行器等重大科考装备都逐步进入世界先进行列。

相关统计显示，2010年至2020年间，我国的海洋装备成熟型号从过去几十年间的10余型猛增到10年间的30型以上。

△陈宗恒在“海马”号下潜前进行最后的设备检查。摄影/李士萌

陈宗恒对其中海洋深潜器的巨变感受尤为明显。作为无人遥控潜水器（ROV）“海马”号项目的亲历者，陈宗恒告诉记者，2008年“海马”号项目正式启动时就定下两个关键指标，一是最大作业水深4500米，这个深度可以覆盖我国绝大多数海域；另一个关键指标是国产化率达到90%以上。

“最难的是如何让这么多部件都能扛住4500米水深的压力，这个深度，一个小指头承受的压力都有几吨重。”陈宗恒回忆道，仅一个最普通的照明灯，团队就设计了多种外形方案，试验了几十种工艺和结构，进行了上百次试验，才找到最合适的材料、工艺和结构，研发出高亮度的水下照明灯。

2014年，“海马”号终于走出实验室开始海试。“海二”导航负责人翁荣峰回忆，刚开始海试时，“海马”号还只是尽可能在白天作业，在试验过程中，也不断出现各种问题。经过4个航次、17次下潜的海上试验后，“海马”号成功通过验收，设备性能得到提升，作业团队的经验也更加丰富。对现在的“海马”号而言，白天连着夜晚作业已是常态，应用领域也更加广泛。

“ROV对科考作业的帮助很大，之前海下的作业会出现丢设备的情况。有了ROV后，基于大致方位，ROV带着摄像头、声呐下海，基本上都可以找到丢失的设备。”翁荣峰说。

不仅是海洋科考装备，近年，我国以造船为首的整个海洋装备产业实现跨越发展。工业和信息化部今年年初发布的数据显示，我国造船业三大指标连续14年位居世界第一。三大指标分别是造船完工量同比增长11.8%、新承接订单量同比增长56.4%、手持订单量同比增长32.0%。我国也是全球唯一一个三大指标实现全面增长的国家，并且所有指标第一次实现两位数增长。同时，三大指标占国际市场份额分别是50.2%、66.6%和55.0%，首次全部超过50%。

△遥控潜水器在海下布放海底地震仪(OBS)。OBS已广泛应用于研究边缘海和大洋深部构造，其主要通过多通道信号检波器捕捉海底异动。据了解，广州海洋地质调查局所使用的部分OBS的零部件国产化率已经超过90%。

从“跟跑”、“并跑”到“领跑”，以造船为首的整个海洋装备产业的跨越发展，在业内人士看来，对我国高端装备制造产业以及战略安全保障而言都意义重大。

撰文：《中国报道》记者李士萌
责编：张利娟

编审：赵珺

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