深海科技,下水見真章
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工作人員在水之聲生產線上操作。 |
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不久前,在海南三亞崖州灣科技城,一場名為“青年π”的海洋主題對話臨海開講。
壓軸發言的劉心成年過七旬,參與過我國全部3艘載人潛水器的海試,曾受聘擔任中國科學院深海科學與工程研究所(以下簡稱“深海所”)所長顧問。他開口先拋出兩個數字:“我今天講講‘8’和‘10909’背后的故事。”
台下坐著深海企業的工程師、涉海院校的研究生。會場往南不遠,就是我國首座公共科考碼頭三亞南山港,2025年累計服務保障深海科考和海試2152航次﹔2020年,這個數字還僅是30。一艘艘科考船從這裡出發,把科研人員和裝備送往深海。
深海裝備好不好用,科學認識靠不靠譜,終究要到真實海況中接受檢驗。崖州灣正把靠近深海的地理優勢,轉化為讓人試得起、試得快的產業條件。
萬米之下,試出底氣
先說“8”。2020年,全海深載人潛水器“奮斗者”號在馬裡亞納海溝海試。劉心成回憶,按照規定,裝備連續通過兩次全流程測試就可以驗收,海試隊卻在萬米深淵連續下潛了8次。“沒人要求我們這麼干,是自己給自己加壓。”他說,四五千米的深度試兩次也許夠了,可萬米海底的水壓約是海平面的1000倍,指甲蓋大小的面積要扛住約1噸的分量,隻測試兩次,遠遠摸不清裝備的脾氣。
下潛要密,間隔也有講究。據劉心成介紹,當時兩次萬米下潛之間間隔3天:載人艙用鈦合金制造,觀察窗用有機玻璃制造,兩種材料在深淵水壓下收縮程度不同,一潛下來,觀察窗會被壓進去七八毫米,需要約48小時才能慢慢恢復。哪些部件要查、下一潛何時開展,都有依據。
再說“10909”。2020年11月10日,“奮斗者”號坐底馬裡亞納海溝,指揮部大屏上出現兩個深度值:溫鹽深儀測出10929米,深度計測出10909米。
前一個數字更深,但那台儀器的量程隻到10500米,測出的值已經超了量程,誤差也更大﹔深度計的精度則高出一個量級。研究之后,團隊把10909米向全球公布,創造了中國載人深潛新紀錄。在劉心成看來,要最科學的數據,不要最漂亮的數據。“我們隻相信科學。”他說。后來,10909米也被國際同行認為是相對更准確的海底最深處數據。
可靠性就在反復下潛中積累。如今,我國“蛟龍”號、“深海勇士”號、“奮斗者”號三台載人潛水器2026年累計下潛將突破2000次,我國佔到全球大深度載人深潛的七到八成。一些偶發故障,可能要經過大量下潛才有機會暴露﹔找到問題、修改方案,再回到海裡驗証,國產設備逐漸經受住考驗。
高頻下潛試出的不隻有裝備可靠性,也不斷刷新人們對深海的認識。
當天對話現場,上海交通大學海南研究院副研究員章陶亮講起2025年在東南印度洋的一次深潛經歷。一個潛次中,他乘“奮斗者”號從4600米海底緩慢上浮至3800米,沿途採集的沉積物樣品,與教科書中關於碳酸鹽補償深度的認識基本吻合:隨著水深增加,碳酸鈣越來越難以保存。
兩天后,另一個潛次下到6800多米,出現了新情況。潛水器燈光掃過海底,眼前竟是一片白色沉積物。取樣分析發現,其中碳酸鈣含量很高。按照已有認識,這一深度通常並不利於碳酸鈣大量保存。
這些碳酸鹽從哪裡來?經歷了怎樣的沉積和地質過程,又為何能在這裡保存下來?一次下潛,把新的問題帶回了實驗室。
“書要讀,但一定要到現場去,才能碰上打破常規認識的東西。”章陶亮說。那次航次的12個潛次分給了12位科學家,既有資深教授,也有00后研究生。深海中的一次親眼所見,可能就成為下一項研究的起點。
把深海“搬”到家門口
沿海省份不少,高頻次的深海試驗為什麼聚在海南?
答案先寫在海圖上:我國超過1000米水深的海域,集中在南海。南山港距千米水深海域164公裡,科考船當天可以往返。
“我們希望通過海南島,就能完成一系列岸、池、湖、海的測試鏈條。”三亞崖州灣科技城管理局科技研發部部長彭桂華說,科研產品從研發、試驗到迭代升級,時間和費用在這裡都能壓縮。
近,只是起點。裝備到哪兒調試、零件誰來加工、海試怎麼組織,還得有一整套支撐。
崖州灣科技城管理局黨委副書記溫竹介紹,一些企業在內陸具備完善的機加工條件,可以做河試、湖試,但驗証裝備在幾千米水深的運行狀態,仍需組織團隊赴深海。試驗出現問題,設備再運回去修改,時間和運輸成本限制了海試頻次。把研發和實驗保障基地放到海南,原先一年只能組織十多次的試驗,就有條件增加到上百次。
海上,距南山港約200公裡的一片海域,約400平方公裡的國家海洋綜合試驗場(深海)於2025年6月啟動試運行。據試驗場負責人張林介紹,海底測繪已經完成,岸基雷達、海基浮標、海底方艙組成的立體監測體系初步建立。“我們正在為深海產業筑路,現在‘路基’已經夯實。”
真正出海前,裝備還要先在岸上過關。
科技城的深海科技創新公共平台內,國內首座圓形極端海況聚波水池直徑27米,池壁一圈布設132個造波單元,可以模擬不同的風、浪、流環境,將海上難以控制的條件搬進實驗室。
海南省深海技術創新中心的水池實驗室裡,聲學儀器被緩緩吊入水中,控制台上跳出流速和噪聲數據﹔環境可靠性實驗室裡,待檢的水聲通信機整機則要塞進“大鐵罐”,接受模擬水壓試驗。“試驗和檢測都排得比較滿,9月份完成了30次檢測服務。”中心實驗室實驗人員李鵬說。中小企業不必自建全套測試體系,就能利用公共設備就近驗証產品。岸上多排除一個故障,海上就少一分風險。
裝備出了毛病,也有人接得住。
海南獅子魚深海技術有限公司運營著園區的深海裝備加工與裝配中心,創始人苗業宸曾從事科普紀錄片的工作,參與“蛟龍”號載人深潛紀錄片和3D電影的拍攝制作,2016年來到海南創業,和海南當地的科研人員以及青年人才團隊,共同推進深海裝備技術的發展。進行“獅子魚”號水下機器人合作研發時,團隊被零件加工難住了:深海非標件要送到長三角、珠三角加工,一來一回常需7到10天。
企業提出需求,園區出資建設,中國科學院深海所提供技術支持,建成的車間交由獅子魚獨立運營、自負盈虧。如今,緊急零件可以當天開模、加工調試﹔車間裡兩台等靜壓設備能做150兆帕壓力測試,2025年,深海特種設備250個循環、100個循環的壓力測試就在這裡完成﹔一樓幾排深藍色貨架上擺著電容、電阻、墊片,人稱“深海配件超市”,普通五金店裡買不到的深海配件,在這裡能配上。
車間保持全天候應急響應。苗業宸舉了個例子:凌晨2點零配件壞了,當天早上6點就要出海,“凌晨給我們打電話,我們能馬上開機修造”。對一天船時費動輒幾十萬元的科考船來說,少等一天,就省下一大筆開支。
在南海扎根,向大洋出發
深海裝備很少單打獨斗:傳感器負責感知,水聲通信負責傳話,慣性導航辨認方向,機器人和潛水系統下水干活。圍繞海試長出來的服務,正把這條任務鏈上的企業一家家接起來。截至今年上半年,崖州灣科技城已集聚涉海產業企業3153家﹔深海產業產值15.06億元,同比增長75.53%。
海南聲科深藍海洋技術有限公司總經理邢建新的辦公桌上,擺著一排水聲傳感器,有的隻有指甲蓋大小,卻能在數千米深海捕捉聲波。“傳感器之於海洋裝備,就像眼睛和耳朵之於人體。沒有它,再先進的潛器也是‘聾’的、‘瞎’的。”邢建新說,傳感器提取聲波信號,后端軟件分析信號變化,才能形成探測結果。這家2023年落戶崖州灣的企業,團隊已從創業時的5個人擴展到幾十人,公司的研發從器件延伸到設備、系統,一部分產品替代了進口。聯合培養的研究生跟著項目邊學邊干,從試制一直做到應用。
同一園區,由哈爾濱工程大學南海研究院孵化的海南水之聲海洋科技有限公司,正給海洋裝備搭水下“Wi-Fi”。電磁波在水下走不遠,數據要靠聲波傳輸,水下“Wi-Fi”能夠依靠聲波傳輸數據,支持觀測設備、無人潛器之間的信息互通。總經理郭乃鑫帶著團隊研發水聲通信機、聲學釋放器,借園區的公共平台做水池試驗、鹽霧防腐測試。2024年成立至今,團隊從幾個人擴到40多人,產品從1款增加到5款。
從感知、通信到水下作業,技術的用途繼續拓展。海南歐特海洋科技有限公司的車間裡立著一套常壓載人潛水系統,潛水員鑽進這身硬殼“鎧甲”,最深可下到610米,服內始終保持常壓,省去了飽和潛水后漫長的減壓過程。“干完活出水就能回家,下海像上班一樣。”公司常務副總經理蒲定說,這套系統的主要核心部件已實現國產化,兩套已交付長江航道部門,用於水下搶險。
大洋深處又是新的考場。2025年夏天,“奮斗者”號隨“探索三號”科考船從三亞北上,歷時98天,在北極密集海冰區完成高頻次下潛作業﹔為防漂移的浮冰封住出水口,團隊把慣常的“船找潛器”改成“潛器找船”,在新的海況中改進作業方式。我國由此成為目前世界上唯一在北極密集海冰區連續開展載人深潛的國家。
同一個航次,也是“海南造”的考場。海南位姿導控技術有限公司研發的高精度慣性導航系統,為船上的深水多波束測深系統持續提供航向和定位基准,在北冰洋高緯度海域連續穩定運行80余天﹔獅子魚公司的深海微生物原位取樣器隨船一路取樣。2025年年初,同款取樣器售往智利,據苗業宸介紹,這是海南省科研儀器的首筆境外訂單。這家公司與深海所聯合研發的“獅子魚”號作業機器人,部件也已全部國產,綜合成本比進口低四成。
從海試走向海外市場,還要回答客戶的問題。
這家企業研發的系列海洋靜力觸探系統,專門在海洋工程動工前摸清海底底質情況。2025年8月,磐索設備在印度尼西亞參與一條1200公裡海底光纜的前期調查,技術團隊35天完成任務。數據和工期是最好的回答,園區的配套也幫了忙:“我們急需的關鍵小件,園區內企業就能加工,從圖紙到成品僅需兩三天。”
海試取回的樣品,還在往國際學術和標准體系裡走,支撐著更深入的科學研究。2025年3月,三亞華大生命科學研究院團隊參與完成的全球首個萬米深淵生態系統基因組圖譜,以封面專輯形式發表在《細胞》雜志,該院“四極”方向負責人孟亮和團隊為此用了3年﹔同年,該院參與研制的深海生物樣本保藏國際標准正式發布,為全球同行保存深海樣本提供了統一參考。
回到海洋主題那場對話。當天,主辦方面向社會開放了30個現場席位,報名條件上寫著:正以海為業,或以海為學。全世界37處6000米級以上的深淵,深海所科研人員已經到過11處,“總有一天,我們要探遍所有深淵”。劉心成對台下說:“我真希望有更多青年學者,加盟到深海科技中來。”
章陶亮既暈船又“暈岸”,去年一趟航次下來瘦了十幾斤。可提起下一個航次,他說的仍是那句話:“下次出海,記得叫上我。”
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