深渊探索的坚强后盾——科考母船

文/宋婷婷

 

目前我国正大力发展海洋科学,而调查和研究海洋水文、生物、地质和气象等都需要科学考察船(简称科考船),这些科考船大都是在远离陆地的大洋上航行,甚至前往冰雪覆盖的南北极开展工作。为完成不同的科学考察任务,船上一般配置各种科研设备和专业作业工具,包括起重设备、大型绞车、各种采样器、各类水下机器人以及科学考察实验室等。
“挑战者”号科考船
世界上最早的海洋调查船是英国的“挑战者”号科考船,它是由一艘军舰改装而成,长68米,排水量2 306吨,靠风帆和蒸汽机推进。1872年,英国海洋科学家汤姆森组织了一次环球海洋考察航行。虽然出师不利,刚刚驶出希尔内斯港,他们就遇上了强劲的风暴,在波涛汹涌的大海上,“挑战者”号就像一片树叶在海面上剧烈摇晃着,但是暴风和巨浪没有动摇他们的决心和信念,在无数个风风雨雨中,“挑战者”号完成了人类历史上首次综合性的海洋科学考察,历时3年6个月。
这次考察活动测量了海洋深层水温及其季节变化,采集了大量海洋动植物标本和海水、海底地质样品,发现了715个海洋生物新属及4 717个海洋生物新种,验证了海水主要成分比值的恒定性原则,编制了第一幅世界大洋沉积物分布图,此外还测得了调查区域的地磁和水深情况。这些调查获得的全部资料和样品,经76位科学家长达23年的整理分析和悉心研究,最后写出了50卷计2.95万页的调查报告。他们的成果极大地丰富了人们对海洋的认识,从而为海洋物理学、海洋化学、海洋生物学和海洋地质学的建立和发展奠定了基础。

“向阳红09”号深潜试验母船
探索海洋离不开着陆器、无人潜水器、载人潜水器等,而这些高科技水下装备的布放和回收均离不开科考船的支持。在某种意义上,科考船就是潜水器的“母亲”,故称其为科考母船。与一般科考船相比,科考母船还需要具有较强的吊放功能。
在“蛟龙”号即将建造完成时,工程师开始着手为它找“妈妈”了。按照正常的速度,建造一条新的科考母船至少需要3~5年,“蛟龙”号等不及了,唯一快速的解决办法,就是在国内现有科考船中选择一艘进行改装。经过专家的系统考察,最终选择了“向阳红09”号。它建造于二十世纪七八十年代,是目前唯一还在使用的“向阳红”系列海洋调查船。2007年底,“向阳红09”号经过11个月的重新改造,摇身一变,成为“蛟龙”号的“母亲”。
与改造前相比,“向阳红09”号专门为“蛟龙”号增设了一个“摇篮”。船尾部经过改装扩大后,竖起了一个三四米高的A吊。A吊上配有类似于“抓手”一样的吊钩,可以完成“蛟龙”号的收放工作。

“张謇”号科考母船
“张謇”号是我国首艘完全由民间资金支持建造的万米级载人潜水器的科考母船,于2015年开工建设,2016年3月建成下水,耗资约2.2亿人民币,核定总吨位4 600吨,总长97.56米,垂线间长85.90米;型宽17.80米,型深8.40米,吃水5.65米,最大航速14节,巡航速度12节;载员60人(其中20名船员,40名科学家),自持能力60天,续航力为1.5万海里。
“张謇”号以我国近代著名实业家、教育家、上海海洋大学创始人张謇的名字命名,张謇主张“实业救国”,奉行“母实业、父教育”,一生创办了20多个企业、370多所学校,为中国近代民族工业的兴起、教育事业的发展作出了宝贵贡献,被称为“状元实业家”。
“张謇”号集多学科、多功能、多技术手段为一体,搭载了GPS(全球定位系统)、北斗卫星定位系统、DGPS岸站差分数据链、超短基线等定位系统,以及多波束回声仪、浅地层剖面仪、多普勒流速剖面仪、侧扫声呐 、气枪 、地震拖缆、海底地震仪、重力取样器 、活塞取样器、振动采样管、箱式采样、电视抓斗、电视多管取样器、深海钻机、CTD采水器、拖网、磁力仪、自主水下航行器、全海深着陆器、无人潜水器和载人深渊器等科学考察设备。
为方便科考设备的布放和回收,“张謇”号建造了宽敞的甲板作业空间,并配有全套的实验室系统,包含地质实验室、地球物理实验室、化学实验室、生物实验室、冷冻样品库等10多个实验室,内部配置有营养盐自动分析仪、倒置相差生物显微镜和高速冷冻离心机等分析设备,具备同步进行现场取样和实验分析的能力,是名副其实的“海上实验平台”。
为保证科考取样真实可靠,“张謇”号还配置了动力定位系统,即通过GPS定位在大洋的某一点后,能借助动力系统,在风高浪急的大洋上“纹丝不动”。比如大风从船体左侧吹来,这套系统可以自动调整产生右推力,与风力形成平衡,使船始终停在指定位置,为科考人员采集数据创造最佳的条件。
同时,“张謇”号还配备了一些大型的海洋装备,除了开展一般性海洋科学调查研究外,还可以为石油公司、船运公司等提供海洋工程方面的服务。此外,“张謇”号还兼具海洋事故的救援和打捞、水下考古和电影拍摄、深海探险与观光等功能,既可以支持社会团体组织开展各类海上游玩和海底探险活动,还可以开展青少年海洋科学普及教育等活动,是国内最具特色的科考船之一。
除了技术上先进可靠之外,“张謇”号在细节上也处处体现着人文关怀,营造了一个温馨的“海上之家”。登上“张謇”号的舷梯,在迷宫般的走廊内穿行,船内部装修得很温馨,充满了诗情画意。出海动辄几个月,生活难免有些乏味,为了丰富大家的海上生活,“张謇”号上还专门设置了阅览室、报告厅、健身房等休闲场所。
“张謇”号正式投入使用仅1年多,就完成了中国南海、玛索海沟、新不列颠海沟、马里亚纳海沟等深海海域的科学考察任务。今后它将继续对全球26条6 500米深度以下的深渊海沟进行系统性科学普查,获取珍贵样本,建立深渊生物DNA数据库,带动一系列深渊生命科学研究的开展,为人类的深海科考探索作出贡献。

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