「龍宮」深海空間站——使人類活動拓至深海

最新 06-24

背景

海面1000米之下就屬於深海，陽光無法到達那裡，光合作用也無法進行。然而科學家早已發現，深海海底並非一片死寂。20世紀70年代，隨著海底熱液和熱液生物群的發現，科學家意識到，「萬物生長靠太陽」總的來說沒錯，但在海底，地球內部散發的熱量或許替代了陽光，成為海底「黑暗生物圈」的能量之源。

在黑暗的海底，無論是肉眼可以看到的魚蝦蟹貝，還是數量龐大的微生物，都依靠來自地球深處的能量和物質，通過自身的化學作用製造有機質，並形成了海底的「黑暗食物鏈」。這個生活在海水超高壓強下的地球最大生態系統，人類對其還知之甚少。海洋深處有一種被西方學者稱為「21世紀能源」或「未來新能源」的可燃冰，分布於水深大於300米的海底沉積物或寒冷的永久凍土中，具有使用方便、燃燒值高、清潔無污染等特點。迄今為止，已探明的海底可燃冰儲量夠人類使用1000年。

有很多海洋生物生活在海底低溫、沒有陽光、又有劇毒素的環境里，如果把這些生物打撈上來脫離這個環境做研究，則無法捕獲這些生物的基本特質。

所以最好可以直接通過深海空間站在它們生存的環境里研究。

深海空間站建設

深海空間站是在載人潛水器基礎上發展起來的新一代居住型深海作業平台。深海空間站又稱「海上龍宮」，它把地面的房間「搬」到了水下，在狹小的空間儘可能把生活起居、實驗甚至娛樂等各種功能都集成在一起。

深海空間站的最大優勢就是這種原位分析。同時，深海空間站的建立能為科學家提供海洋突發事件和長時間序列研究的海量數據，可以預測地震、海底火山噴發，觀測地殼變異、海洋物理、海洋化學等參數變化。

深海空間站代表著海洋領域的前沿，它需要「一主兩輔」：

「一主」是深海空間站主體；

「兩輔」是保障船和水下運載器。

就深海空間站建設而言，世界各國目前都處於概念設計階段，可以說我國與世界各國處於同一起跑線。加快推進深海空間站建設，建設具有真正自主知識產權的深海空間站一主兩輔系統，我國甚至可以在這個領域領跑世界。

中國深海空間站實施「三步走」計劃。

第一步，實驗平台主要用於驗證、演示深海工作站具有哪些功能，目前已經完成了小型深海空間站試驗艇的研製工作。

第二步，計劃研製的深海移動工作站正在穩步推進，最終目標是研製可以水下逗留60天、具有1500噸級和2500噸級兩種類型的未來型深海移動空間站。

第三步，深海空間站建設完成並實現對接。

作為保障船的中國科考船近期密集下水，我國的海洋科學考察船主要分布在國家海洋局、中國科學院、教育部等部門。僅我國的海洋調查船隊規模不斷壯大，部分船隻稍加改裝即可用於深海空間站的保障船。

深海空間站和深海長期觀測系統是人類征服海洋空間的大門，可以預測地震、海底火山噴發，觀測地殼變異、海洋物理、海洋化學等參數變化，通常由海底觀測系統和水面支持平台組成。深海載人裝備是水面支持平台和海底固定式空間站、深海長期觀測系統之間的物理連接紐帶，除了負責海底調查、數據傳輸、運輸等任務外，還可以對海底固定式空間站和深海長期觀測系統進行能源補充。

我國是繼美、法、俄、日之後，世界上第五個掌握大於3500米深度載人深潛技術的國家。

「大洋一號」科學考察船（來源：新華社）

國外深海空間站建設研製情況

美國正在醞釀的海洋大氣海底綜合研究平台將是世界上第一個深海研究設備，設計佔地3716米2，由1個置於海底的深海空間站、1個從水面到海底的井架系統、1個可沿井架上下移動的觀察試驗運載艙組成。平台潛深約168米，自持力30天，載15人。此外，2008年美國休斯敦先進研究中心（HARC）還設計了海底鑽探能源供應型深海空間站。

法國也非常重視深海載人潛器的發展，技術水平處於世界領先地位。目前，法國在役的載人潛器僅有Nautile號。Nautile號載人潛器的下潛深度可達6000米。就深海空間站而言，法國還處於概念設計階段，並無實質性進展。

英國朴茨茅斯大學提出了一種水下星球大戰系統，並進行了概念設計。根據設計方案，這個深海空間站大部分時間在水下固定，當需要移動時可緩慢移動。該結構形式融合了傳統潛艇圓柱形殼體的優點，克服了圓柱形殼體兩端不利於人員行走的缺點。在戰爭期間，潛艇可直接通過深海空間站補給，還可進行維修。

此外，為使油氣資源開發系統從水面向海底轉移，挪威也在積極發展深海空間站。2012年，挪威海洋科技研究院研發「北冰洋水下工作站」，排水量1500噸，可潛深450米，航速達8節，自持力14個晝夜，載人10～14人。該平台的最大技術特點是首次採用了常規動力。

目前，俄羅斯在深海載人潛器研發上處於國際領先水平，在役的深海載人潛器為Mir-1號和Mir-2號，具有6000米潛深能力。俄羅斯也在加快研製其千噸級深海空間站。繼2003年研製出2000噸級通用型深海空間站之後，又於2006年提出研發北冰洋油氣開發六類專用型深海核動力工作站的設想，包括深海鑽井、水下油氣生產、水下工程維修、水下運輸等用途，並在2013年開始新建一艘通用型深海空間站。

日本在深海空間站建設上已有實質性進展，目前正在研製潛深500～2000米的移動式深海空間站。為了保持在載人潛器方面的領先地位，日本對下一代載人潛器也進行了研究，對每一個深度級別的潛器（特別是對11000米深度的深海載人潛器），都進行了深入的研究。

美國、俄羅斯已擁有的深海空間站類型裝備，之前主要用於建設軍事探測和無人作戰系統。進入21世紀以後，美國、俄羅斯開始採取專用型和通用型深海空間站類型裝備並重發展的方式，將深海空間站的應用目標轉向能源資源、國土權益、科研環保等方面，力圖保持在海洋科技領域的先機和優勢。

未來，深海移動工作站是世界深海科研發展的主要方向。值得關注的是，深海空間站正在成為解決海洋與大陸架主權爭議的重要手段。2012年9月底，俄羅斯利用AS-12深海核動力工作站開展了為期20天的「北極2012」考察活動，獲取500千克大陸架岩樣，證明萊蒙諾索夫和門捷列夫山脊屬於俄羅斯大陸架，從而鞏固了俄羅斯對北極大陸架主權申訴與軍事控制的優勢地位。

「蛟龍號」在雅浦海溝完成大深度下潛（來源：新華社）

我國深海載人裝備的未來發展方向

我國深海載人裝備的未來發展，有三個重要方向：

一是加強現有載人與無人潛器的實用化配套建設，以儘快拓展深度不超過7000米的深海研究與開發的廣度。

二是在「蛟龍號」前沿技術的基礎上，以對海洋經濟發展和海洋安全防衛最為關鍵的深度不超過3000米的大範圍、長航程、高功率深海作業為目標，跨越式發展深海空間站技術，進一步培育深海工程作業能力。

三是適時進一步開發佔世界海域面積不足1%的深度超過7000米海域的載人潛器技術，使我國深海探測與研究覆蓋全海域。

掌握強大的深海作業能力已成為21世紀海洋強國的戰略取向，各海洋強國都把掌握深海裝備技術，具備人員進入深海、實施工程施工的能力作為取得海洋科學、經濟、軍事競爭戰略主動權的重要舉措。為此，我國也應儘快實施深海空間站重大科技工程項目，使我國具備進入深海，「下得去，待得住，能作業」的能力，全面帶動新一代深海裝備產業的創新發展，在世界海洋開發競爭中取得主動權，為實現海洋強國夢提供重要的技術支撐。

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文章來源：科技部。

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