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潜万米深海 寻技术突破——记2019中科院年度团队深海探测技术研究团队

2020-05-20 中國科學报 任芳言
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團隊成員在著陸器前留念。中科院深海科學與工程研究所供圖

  海南省三亞市的鹿回頭風光宜人。這裏有椰子樹、鳳凰花,陽光在海面上一照,能看到三四種不同的藍。對普通人而言,鹿回頭是景點,但對中科院深海探測技術研究團隊來說,這是他們走向戰場的地方。

  在這裏,十余位團隊成員研發出數台形態、功能各異的著陸器。5年來,這些著陸器累計完成184次下潛作業,其中26次超過萬米,更帶回許多深海樣本和寶貴數據,爲中國的深淵科考留下濃墨重彩的一筆。

  潛入深海就意味著潛入未知,著陸器下潛深度每增加一點,是挑戰,也是機遇。當萬米深海的大門被叩開,中國的深淵科考有如裝上加速器。

  在團隊核心成員之一、中科院深海科學與工程研究所(下稱深海所)深海探測技術研究室副主任陳俊看來,突破萬米意味著從0到1的原始突破,但團隊的終極目標是在技術上不斷超越。

  “將來我們可以做的事情更多。”陳俊表示,未來,著陸器的功能會變得更複雜,多個著陸器同時在水下作業也將變爲現實。

  幾經波折,駛向萬米深淵

  2016年6月,在馬裏亞納海溝,著陸器“天涯”首次潛入萬米深海,帶回超過100升水樣。這是我國海洋科技發展史上第一次綜合性萬米深淵科考,“天涯”號的成績出乎所有人意料。

  这是“天涯”首次正式出海,“当时只计划做7000米的任务”,现任深海所高级工程师的李俊负责着陆器总体设计,他告诉《中國科學报》,作为中科院“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”战略性B类先導專項的一部分,着陆器的首航目标相对稳妥。

  在船上,著陸器既定任務完成後,專項首席專家突然發問:能不能突破一下,看看著陸器的最大工作深度?拆除部分裝備後,“天涯”3次下潛並順利回收,最大深度近8000米。

  “能不能下到萬米?”面對這個問題,團隊成員沈默了。彼時著陸器是按7000米標准設計的,若下潛深度過大,控制系統無法工作,著陸器就只能靠聲學信號接收指令。一旦聲學信號不穩,著陸器很可能回不來。盡管早在設計之初就規劃了萬米技術路線,著陸器的浮力材料和聲學裝備的指標也是萬米級別,但現場改造仍然很冒險。

  幾番激烈討論後,陳俊等人開始認真考慮沖擊萬米的可能性。仔細考慮每一個細節、問題,著陸器上指標沒到萬米的設備,能拆則拆。

  在大家的忐忑中,“天涯”著陸器再度下潛。

  “我們全部家當都押在聲學釋放器上了”,團隊成員、深海所工程師蔡笃思回憶,“當時最緊張的是等著陸器發聲學信號,等它上來”。

  天不遂人願。回收當晚,著陸器接連兩次都沒能按預估時間上浮,所有人都緊張極了。

  “會不會是沒抛載成功?重力和浮力有偏差?”夜裏12點,陳俊仍守在甲板上,他一邊和其他人討論,一邊飛快地想是哪裏出了問題。其實改裝時,團隊成員反複計算,由于給著陸器留了安全余量,上浮時間比預估的更長。

  淩晨1點,“天涯”終于在漆黑的海面露頭,回收過程有驚無險。

  陳俊至今還記得,在漆黑海面上看見著陸器燈光閃爍的一刹那,“就像看到黑夜中最亮的星,特別興奮”。

  不止萬米,要在深海“逛超市”

  “天涯”潛入萬米後不過半年,陳俊等人又帶著改裝升級的“天涯”號和另一台著陸器——“萬泉”號重返馬裏亞納海溝。這一次,無論是人還是著陸器,准備得都更充分。

  2017年3月,深淵科考隊凱旋,兩台著陸器戰果累累:“天涯”號帶回了大量萬米近底水樣、沈積物和高清視頻,在深海約7000米處捕獲了獅子魚和體形巨大的端足類鈎蝦;“萬泉”號圓滿完成多型國産化設備的搭載試驗,還配合海底地震儀進行了一系列高精度三維定位作業……

  建造深淵著陸器的目的不止突破萬米。因爲體量輕、成本低,著陸器對經費有限的科學家而言是個性價比很不錯的選擇。陳俊等人在設計每台著陸器之初,也會仔細考慮科學家的需求。一直以來,他們都有個心願:深淵采樣要做到像超市購物一樣方便和安全。

  受溫度、壓力等條件限制,著陸器從數千米深的海底帶回的樣本可能會失真。那麽,能不能直接在深海采樣、做實驗?帶著這個問題,同在深海所工作的研究員王勇和賀麗生找到了李俊,希望能研發在深海原位提取生物信息的著陸器。雙方一合作就是五六年,“鳳凰”號應運而生。

  在陸地上的實驗室,提取生物核酸信息易如反掌,但到了幾千米的水下,“鳳凰”需要完成一系列精密而複雜的活動才能達到同樣的目的。

  爲了靈活調動部件,讓著陸器更好地執行科研任務,李俊額外學習了不少生物知識。每次科學家拿到數據,身爲工程師的他都不忘詢問情況。“我們有了新發現,發了文章,告訴大家有這個著陸器、它可以做哪些事,他們也覺得很高興。”賀麗生笑言。

  2018年,“鳳凰”號著陸器首次搭載原位微生物核酸裂解裝置“鳳冠”在深海開展原位提取試驗,同時捕獲了盲鳗、大王具足蟲等深海生物。“有了原位數據,我們可以收獲更多驚喜,比如原位微生物群落結構和表達特征。”王勇表示。

  時至今日,爲了能搭載更多科研設備、做更前沿的工作,“鳳凰”的性能還在不斷調整和優化,團隊每走一步,都在這一領域踩下新的腳印。

  問心無愧,做有挑戰的事

  2013年初到深海所時,陳俊還是未畢業的博士生,他的導師張艾群剛開始組建深淵著陸器團隊。張艾群是中國水下機器人研發的元老級人物,面對一群不同背景、初出茅廬的年輕人,他將自己的科研財富傾囊相授。

  陳俊至今牢記著導師的教誨:問題沒想清楚時,決不能憑感覺下定論。做著陸器的機械結構設計時,張艾群總不忘提醒大家把背後的物理概念弄透徹。深海裝備一定會用上密封裝置,即便是一個小小的插件,張艾群也會引導成員留意因不同材質、外部環境等産生的問題。

  這種嚴謹的作風在整個團隊中處處可見:小到每台著陸器幾十上百項檢查指標、每一個電子元器件的壓力試驗,大到每台著陸器的布放回收、因不同項目一次次重複的海試……

  陳俊坦言,爲了單純做好一件事,可能會走很多彎路,但整個團隊乃至研究所的氛圍都是如此。

  數年間,深海探測技術團隊吸引了不少年輕人,他們的人生路徑也因此而改變。

  深海所高級工程師辛永智來團隊前,是成天坐在辦公室裏寫程序、調程序的程序員,如今跑到海上做實驗成了家常便飯。而且,著陸器研發涉及到的知識和專業領域更廣泛,“對自己要求也會更高”。

  “‘深海’對我來說是一份工作,同時也慢慢成爲我的事業。”在李俊看來,研發著陸器雖然勞累辛苦,但能獲得源源不斷的成就感。“大家一起合作,做些別人沒做過、有挑戰的事。”

  (原载于《中國科學报》 2020-05-20 第1版 要闻)
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