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第91集 “科学号”科考船

第91集 “科学号”科考船 0:00/0:00
最新发布时间: 2020-02-27   浏览数:
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  2019年1月31日,在位于青岛西海岸新区的母港热闹非凡,我国科考船“科学号”在完成2018年第6次西太平洋综合考察航次后,顺利返航。历时74天,航程12000多海里,这是“科学号”首航以来离开国内航程最长、时间最长的一个航次。

  科学号是我国新一代海洋综合科考船,从2010年开工建造,2015年通过国家验收并正式投入使用,到现在已经成功搭载20多个国家级科研项目。那么,科学号科考船的独特之处究竟在哪里呢?

  我国现有自主设计的海洋科考船大都是瘦长型的。由于船窄,在海洋科考活动中很容易受风浪等外部作用力的影响,这样一来海上作业受海况的制约就会很大。而“科学号”从外观上来看,应该属于“微胖”型的。

  设计人员特地把科学号设计成了“短宽型”的船体结构。它虽然只有99.8米长,但宽度却有17.8米,这对于一艘科考船来说,就是一个“小胖子”。这样的结构,相对增加了海上作业的稳定性和船体的结构强度,并最大限度地照顾了船型尺度比例和型线的优化。

  科学号的驾驶室,给人的第一感觉就是通透明亮,从室内向外360°都可以远近观望,可以说,科学号的设计开启了我国科考船造船业的先河。科学号建设项目总工艺师隋以勇说:“一开始,设计人员并没有想着搞成360°的可环视驾驶室,是在我们的建议下才改的。从驾驶室就能直观地看到后甲板上的工作情况,有利于驾驶台的指挥和操控。另外,科学号也可以把驾控台转移到后甲板作业区,这也完全是为了后甲板开展科考工作的方便。”

  站在驾驶室环顾全船可以发现,与一般船相比,科学号的前甲板面积出奇的大。其实,这是为了给海上作业留有更大的空间。一般船的前部看到的都是各种停泊时用到的设备,而科学号科考船前部的各种设备都遮蔽到作业甲板以下,既保护了停泊设备,也增大了前甲板面积,便于携带安装更多的科考设备,方便作业。另外,在前甲板上画有一个黄色的大圆圈,这是为直升机预留的悬停位置。如果在后甲板预留这个位置,就会挤占使用面积,减少科考设备的携带。

  科学号上“寸土寸金”。对于一次可以绕地球大半圈、不需要补给就可以自持60天的科学号来说,增大有效面积、多携带科考设备仪器,就可以更多地规划科学考察项目。一般的船只,前桅杆都用于悬挂前桅灯和锚灯、锚球,而科学号上的设计则赋予桅杆更加合理的内容,设计人员解释说:“我们把桅杆设计得又高又大,在上面装有探测大气的设备,因为船头是最先接触海上气流的,并且是离船上烟囱最远的地方,空气也最纯净。”

  在科学号上,分别配有干性实验室和湿性实验室,它们互不影响。在干性实验室里,通过仪器设备可以对一些样品做分析和数据处理。湿性实验室则用来处理一些海水中的取样,例如动植物,或者对海底岩石类样品进行分析。因为刚出水时及时做测试,可以更加准确地了解样品的特性。

  此外,科学号上还设计了一个中心仪器室。它是船上科学实验的指挥中枢。在这里可以通过视频看到各个实验室、甲板等场合的科考工作场景,也可以看到驾驶室里的情况,比如雷达、电子海图、实时监控等等。船上的指挥者往往是首席科学家,他们根据需要会向船长要求科考船是停止不动还是低速前进,并在这里向各个实验作业发布命令:开始作业或停止作业。

  以往国内船舶大都是上层建筑对称分布的,把烟囱设计在船的中轴线上,而科学号则是非对称布局。因为科学号把烟囱放到了驾驶舱的左后方。这样在驾驶台上能直接观察到后甲板的作业情况,便于操控船舶配合作业。

  科学号上的这种“玄秘”有很多。它的不对称说起来有些与众不同,但对科考而言是极大的方便。科学号的首要任务是服务于海洋科考,所有的功能到了海上就可以显露出“英雄本色”。

  海洋科考船实际上就是一个海上流动实验室,可以对水体、大气、海底等做科学探寻。自然,某一海域的定位探寻就要求船体能精确控位。隋以勇介绍说:“依靠GPS定位系统和两套动力系统,科学号在5—6级风的海况下,能够实现定位精度0—3米、船艏方向正负10°的可靠控位。在深海极端环境航次中,缆控水下机器人在水下长时间作业时,科学号动力定位系统可以始终把船位控制在0.3—0.4米的范围之内。”

  高精度的定位和控制力,让这位有着30多年出海经验的老船长无比自豪。新一代科考船除了精确控位,还会安装用于探测的精密仪器设备。许多仪器设备往往对振动、噪声都有特殊要求。科学号设计人员为适应精密仪器设备的需求,在国内设计了首套升降鳍板装置。中科院海洋所船舶中心朱萱介绍说:

  “由于船行过程中,船体表面水流湍急,难以满足科学探测的环境要求。以往的科考船都有置放探测仪器的仪器舱,固定在船体底下。但有很大缺陷,因为这不仅增加了船舶的实际吃水,而且维护、更换时必须回港在船坞内进行。科学号专门设计了一个升降鳍板,样子像鱼鳍。它在深井中可以上下移动,不探测时可把仪器舱收回船体内,探测作业时又可以沉到船下水中2.75米处,这样就提高了探测设备的使用效率。”

  升降鳍板装置的设计,使科学号在很大程度上方便了探测仪器的保养维修,日常的维护可以在船内进行,没有必要非得回到船坞。用船长的话说,不但维护方便,而且还省钱,省时间,提高了效率。中科院海洋所研究员、科学号第一航次首席科学家李超伦说起科学号上的设备,颇感自豪,他说道:“科学号深海高技术优势,主要体现在‘发现号’无人缆控潜水器(ROV)、电视抓斗等系统的深海高清影像资料采集,与深海样品综合采集的能力上。”

  科学号出海科考时,要带上发现号“无人缆控潜水器”。这是目前我国下潜深度最深、作业能力最强的水下缆控机器人。这个机器人配置了水下定位系统,配有两种机械手,用于水下的精细作业,比如抓取贝壳、螃蟹等。机器人上还配备了7个深水摄像机,包括两个超高清摄像系统。取样装置可以在水下长时间、近距离对深海海底物理化学环境参数实时探测,并进行可视化现场取样。

  利用水下机器人等先进仪器设备,科学号在试航期间就已采集到了大型海洋生物样本200多种,也采集了大量生物、水体、沉积物和岩石样品。2015年,科学号成功通过验收并投入使用,这也标志着我国海洋科考能力迈上了新的台阶。

  在科学号考察期间,曾在西太平洋一处海槽采集到几块鹅卵石。看似普通的鹅卵石其实蕴含着高深的科学信息,因为一般鹅卵石都在浅海环境中,由较大的水流冲刷而成。如今在深海里发现它,很有可能是板块运动把它从浅海区域带到了深海区。科学家可以根据采集上来的鹅卵石和珊瑚礁里的化石,来判断地球板块运动的速度。

  2018年第6次航行的首席科学家汪嘉宁分享了这样一组数据:本航次实现的6000米水深的数据实时传输,是我们这几年一直在做的事情,从2016年实现1000米,到2017年3000米,到如今实现6000米,我们能够实时观测深海的深度和密度都在逐步提高,增强了我国对于深海探测的能力以及对海洋气候环境预报的保障。

  这次航行任务中,还有一个重要的突破。在马里亚纳海沟,我国海洋科考人员进行了万米通讯试验,在那里布放了一套万米深海潜标,这个试验已经取得了成功。相信在不远的将来,随着我国海洋科考技术的不断提升,可以实现整个海洋里面万米级大深度数据实时传输。

  在下一期节目中,我们将继续走进“科学号”科考船,去认识一位参与海洋考察的“女首席”科学家。好了,今天的节目先进行到这里,获取更多精彩内容可以关注《非常科学》官方微信,打开手机微信客户端搜索“feichangkexue”的拼音就可以找到我们。我是亚楠,下期节目再见。


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