6月8日是世界海洋日，雖然人類對海洋的認識在加速，但對其依然知之甚少，特別是對深海的探索還處在“盲人摸象”階段。認知、探索深海首先需要探測“利器”，除了“蛟龍”號，我國還有一批自主研發(fā)的深海探測“黑科技”，“海翼”系列水下滑翔機、深海原位拉曼光譜探針、“診脈”深海的實時潛標就是其中典型代表。

科考隊員在布放“海翼”系列水下滑翔機（資料照片）。新華社發(fā)

深海劃出優(yōu)美“V”字形

看上去猶如個頭不一的“火箭”，它們不是上天而是入海。

“海翼”系列水下滑翔機由中國科學(xué)院沈陽自動化研究所自主研發(fā)，是一種新概念水下機器人，通過調(diào)節(jié)自身浮力和姿態(tài)以實現(xiàn)在水中滑行，作業(yè)深度覆蓋300米至7000米，可連續(xù)工作幾十天至幾個月，航行范圍可達幾千公里，將收集到的海水溫度、鹽度、濁度、含氧量，以及海流強度和運動方向等數(shù)據(jù)，實時回傳至陸地。

中國科學(xué)院沈陽自動化研究所副研究員金文明說，“海翼”是靠浮力驅(qū)動，這一技術(shù)讓其在水下運行軌跡呈較大“V”字形，仿佛在坐“過山車”。“海翼”在每個運動周期的頂點和底端進行浮力調(diào)節(jié)，所以能跑得更遠、更節(jié)能，具有大范圍、長時間連續(xù)海洋環(huán)境觀測優(yōu)勢。

目前，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所形成了300米、1000米、1500米、4500米、7000米、混合驅(qū)動型、聲學(xué)型等多種深度和類型的“海翼”系列水下滑翔機。

“海翼”系列水下滑翔機在東海、南海、印度洋和太平洋完成多次海上試驗與應(yīng)用，累計海上工作6400多天，觀測距離16萬多公里，獲得4.6萬多條剖面數(shù)據(jù)。

2017年7月至8月，12臺“海翼”水下滑翔機在南海開展組網(wǎng)同步觀測；2018年10月，“海翼”7000米在馬里亞納海溝最大下潛深度達7076米。

科考隊員對西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)的潛標進行維護升級（資料照片）。新華社發(fā)

“一照”即知“何方神圣”

熱液、冷泉是近年來深海研究熱點，但要想知道這些流體的準確組分卻異常困難。因為如果將熱液樣品帶回實驗室分析，受溫度、壓力變化及海水混入影響，熱液噴口流體的化學(xué)成分或濃度會明顯改變。雖然可以利用保壓、保溫儲存裝置獲得保真樣品，受取樣方法限制，分析數(shù)據(jù)與實際仍有明顯差異。

中國科學(xué)院海洋研究所自主研發(fā)的深海原位拉曼光譜探針就像“照妖鏡”一般，激光打到目標探測物上就能立即知道其含有何種物質(zhì)，以及各種物質(zhì)的濃度如何。

中國科學(xué)院海洋研究所研究員張鑫介紹，深海原位拉曼光譜探針應(yīng)用的是拉曼散射原理。當激光照射到樣品上，樣品中的分子使入射光發(fā)生散射，其中一種散射光頻率會發(fā)生改變，這就是印度科學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)的拉曼散射現(xiàn)象。由于不同分子會產(chǎn)生不同的散射光頻率，利用激光拉曼光譜設(shè)備獲得的拉曼光譜數(shù)據(jù)，和已知物質(zhì)的光譜數(shù)據(jù)比對，即可知道樣品是何種組分。

“國外研制出了能適應(yīng)深海壓力環(huán)境的原位拉曼光譜儀，但熱液噴口高溫、高壓、強酸（堿）和渾濁的流體環(huán)境，一直被認為是光學(xué)鏡頭禁區(qū)?！睆場握f，深海原位拉曼光譜探針成功突破普通光學(xué)鏡頭不耐高溫和防顆粒附著性能差等難題，可直接插入450攝氏度深海熱液噴口，為深海熱液化學(xué)性質(zhì)研究提供了裝備支撐。

借助深海原位拉曼光譜探針，我國科學(xué)家已獲得多項突破性成果：在南海首次觀測到裸露在海底的天然氣水合物，首次在自然界發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳，揭示深?！暗怪煤鄙衩噩F(xiàn)象……

實時獲取深?！懊}搏”

海洋實時觀測數(shù)據(jù)長期依靠衛(wèi)星遙感和浮標。用于觀測水下和深海數(shù)據(jù)的潛標只能每年回收一次，無法像衛(wèi)星遙感和浮標那樣獲得實時數(shù)據(jù)。這是因為潛標最上面一個浮體距離海平面還有四五百米，數(shù)據(jù)很難穿透海水傳輸?shù)叫l(wèi)星上。

中國科學(xué)院海洋研究所研究員汪嘉寧介紹，在西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)建立過程中，科研人員突破了潛標數(shù)據(jù)無法長期穩(wěn)定實時傳輸?shù)暮Ｑ笥^測難題，并將實時傳輸觀測數(shù)據(jù)的深度由1000米逐步拓展至6000米。

“科研人員在水面上安裝了一個實時傳輸數(shù)據(jù)的浮體，它與潛標通過無線和有線兩種方式連接。潛標將數(shù)據(jù)傳輸給浮體，浮體發(fā)射到衛(wèi)星上，衛(wèi)星再反饋回陸地實驗室?！蓖艏螌幷f。

2019年，西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)開始由北斗衛(wèi)星實時傳輸潛標數(shù)據(jù)，提高了深海數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)陌踩浴⒆灾餍院涂煽啃??？蒲腥藛T還依靠北斗衛(wèi)星實現(xiàn)了雙向通訊，數(shù)據(jù)不僅能實時回傳至陸地實驗室，科研人員也能在陸地遠程控制深海潛標。

截至目前，由20套潛標和3套大型浮標組成的西太平洋科學(xué)觀測網(wǎng)，已持續(xù)穩(wěn)定運行6年，服務(wù)于深海前沿研究、氣候預(yù)報和海洋環(huán)境預(yù)報等，特別是實時傳輸回的數(shù)據(jù)提高了氣候和海洋環(huán)境預(yù)報精度。

來源：新華社