海底探测技术 -海底探测技术课件

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中国，正大踏步地走向深海

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各类新闻报道更新至2022年10月28日

一、为什么进行深海探测？

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世界海洋平均水深3800米，其接近90面积的水深超过1000米，接近30%面积的水深超过3000米 。 深海拥有丰富的油气、矿 产 、生 物、化学及空间等资源，是地球上唯一未被人类充分开发利用的广阔区域，有着无限的开发潜力。建设海洋强国，必须走向深海，深海进入、深海探测、深海开发是我国走向深海的三部曲。[1][2]

二、我国的海洋探测简史

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1.科考船的发展

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回顾新中国海洋科考的发展，可以从科考船的发展入手。

新中国成立初期，科考船主要经由旧船改造而成。1957年，由远洋救生拖轮“生产三号”改装而成的新中国第一艘专业海洋科考船“金星”号正式入列。以“金星”号为主力船，1958年至1960年开展了新中国首次大规模全国海洋综合调查，摸清了我国海域家底。

20世纪60年代，开始出现专门设计建造的科考船，第一艘2500吨级海洋实习调查船“东方红”号、3000吨级综合调查船“实践”号，以及分散到各海洋调查研究机构的首艘“向阳红”“远望”“科学”“实验”“探索”“曙光”“奋斗”“中国海监”系列的科考船。这些科考船开始使用先进的海洋调查设备，在性能、布置以及实验室与专用设备的匹配等方面，与旧船改装的调查船相比有“质”的提高，可以称之为我国设计建造的“第一代海洋调查船”。这一代科考船承担了中国渤海、黄海、东海和南海等近海海洋调查与专项研究，奠定了中国海洋科学技术事业的基础，其典型代表是1988年获得国家科学技术进步奖特等奖的“向阳红10”号远洋综合调查船。

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20世纪90年代至2012之前，除自主研制的“东方红2”号、“远望3”号和“远望4”号等之外，仅有从国外购买并改装的“大洋一号”和“雪龙”号。由于这个时期的新船数量有限，距满足中国海洋科学快速发展的实际需求尚有差距。但无论怎样，这个时期的科考船为“查清中国海、进军三大洋、登上南极洲”奠定了装备基础，成为我国第二代主力科考船。[3]

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2.深海探测起步

在科考船助力远洋探测的同时，深海探测的萌芽也逐渐发展。

1978年4月22日，“向阳红05”号科考船在太平洋海区开展综合科考过程中，从4784米水深的地质取样中获取到多金属结核。

1983年至1993年的十年间，我国先后组织了 11 次大规模的海洋多金属结核考察，由“向阳红 16”号和“海洋四号”科考船执行，考察范围共达200万平方千米，获取了大量样品和珍贵数据，并在太平洋圈出了30.1万平方千米的远景矿区。

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三、近年来的深海探测

1.快速发展

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2005年4月2日，“大洋一号”科考船从青岛出发，向东穿越太平洋，经巴拿马运河， 横渡大西洋，途经好望角，直达印度洋，经马六甲海峡返回太平洋，航行近300天，总航程达43230海里，完成我国第一次环球大洋科考任务，成功试验并验收了我国自主研制的深海装备，并 太平洋海山区的富钴结壳大洋中脊热液活动区的海底硫化物系统及其周边极端生命现象的考察中获得新发现。

2007年，在山东省青岛市即墨区的一个海湾里，我国国家深海基地完成选址。2015年3月17日，搭载我国第一艘载人深潜器“蛟龙”号的母船“向阳红 09”号科考船结束在印度洋的科考任务并停靠在此，国家深海基地正式启用。

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2007年至 2009 年，“大洋一号”科考船执行大洋科考任务时，在西南印度洋发现多金属硫化物和碳酸盐热液区，在东太平洋海隆赤道附近发现两处海底热液活动区，并从中获取到了许多一手资料。

2.载人深潜器下潜深度连创纪录

2012年6月，我国首台自主设计、自主集成的“蛟龙”号载人深潜器在太平洋的马里亚纳海沟创造了7062米的最大下潜深度。

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2018年5月13日，我国自主研制的4500米载人深潜器“深海勇士”号，13日迎来迄今年龄最大的乘客。我国著名海洋地质学家、“南海深部计划”指导专家组组长、82岁高龄的汪品先院士在南海下潜，并在海底获得重要发现。[3]

2020年11月10日8时12 分，我国自主研发的“奋斗者”号载人深潜器在马里亚纳海沟成功坐底，深度为10909米，刷新我国深海科考的下潜深度纪录。

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3.“三种资源、三块矿区”国家

2001年，我国在东北太平洋获得 7.5 万平方千米多金属结核合同区；2011 年，在西南印度洋获得面积为1万平方千米的多金属硫化物合同区；2014年，在东北太平洋获得面积为3000平方千米的富钴结壳合同区。至此，我国成为世界上首个在国际海底区域拥有“三 种资源、三块矿区”的国家。

4.无人潜水器大放异彩

2009年，“海龙二号”遥控无人潜水器在东太平洋海隆海底发现热液区“黑烟囱”并取样；2015 年，“海洋六号”科考船首次采用我国自主研制的4500米级“海马”号遥控无人潜水器在海山富钴 结壳资源进行试验性应用；2016年，“向阳红 10”号科考船搭载两台4500米级“潜龙一号”和“潜龙二号”自主水下机器人，首次投入实质性远洋科考；2018年，“ 大洋一号”利用我国自主研发的“海龙三号”遥控无人潜水器，搭载大虹吸、小虹吸等调查取样设备，开展深海作业。[4]

“潜龙三号”无人无缆自主潜水器（AUV）创世界同类作业型潜水器最大下潜深度纪录。

42小时，156公里：源于“小丑鱼”的呆萌设计下却是不俗的续航能力，2018年4月，这只“小丑鱼”创造了深海AUV单潜次航程最远的深海航行纪录！

5630米：“海龙11000”无人有缆潜水器创造了国产ROV系统的最大潜深。

2018年开始,我国全力推进“蛟龙探海”工程。大力推进“三龙”变“七龙”：在“三龙”基础上，增加深海钻探的“深龙”、深海开发的“鲲龙”、海洋数据进行云计算的“云龙”以及在海面进行支撑的“龙宫”，更好地推进大洋工作可持续发展。让我们期待“七龙”汇聚的那一天！

10908米：“海斗一号” 全海深自主遥控潜水器

海水“可以”斗量。2021年5月“海斗一号”潜入马里亚纳海沟的深渊海区连续作业超过8小时，近海底航行距离超过14公里，为我们带来大量精美的高清视频影像和珍贵的海底样品数据，表明我国全海深无人潜水器正式跨入万米科考应用的新阶段。

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10619米：“海燕-X”水下深潜滑翔机

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下潜上浮，自由飞翔，深海伏击，可无声猎杀敌潜艇，无畏风雨，给予对手猛烈的攻击。[5]

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5.海底实验基站

10月25日，“探索二号”科考船携“深海勇士”号载人潜水器完成配置兆瓦时级锂电能源系统的大深度原位科学实验站在海底的布设试验，返回三亚。

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该航次由中国科学院深海科学与工程研究所、沈阳自动化研究所、大连化学物理研究所、中国科学技术大学等10家单位机构参与实施，主要任务是开展中科院战略性先导科技专项“深海/深渊智能技术及海底原位科学实验站”所研制系列装备的海试任务，以及国家重点研发计划相关项目关键技术验证工作，参试装备包括海底基站、原位实验室、滑翔机等多型装备。

原位科学实验站采用中科院青岛能源所与深海所联合研制的国产技术，首次实现了兆瓦时（1000kWh）级别的固态锂电池在深海装备上的集成，这是当前深海装备携带的最大能源容量，在能量密度方面实现了新的突破，同时也在能源系统集成与管理技术实现了突破。此次在千米级深海进行试验应用，验证了能源及其管理系统的安全性和有效性。[6]

四、深海探测的重大意义

很难想象，一个如此遥远、如此未知、如此陌生的生态系统，会对我们的日常生活产生任何影响和影响，以至于我们对其他星球的了解比我们对它的了解还多。深海从海洋表面以下200米开始，延伸到我们大多数人甚至无法深及的深度。不管我们发现自己离海洋有多远，深海在保持地球上所有生命形式的宜居方面发挥着巨大作用。

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深海生态系统最重要的是探索海洋深处的内在性质。这样做需要技术、工程、科学方法和分析方面的最高水平的创新和设计。探索一个与我们所知的一切如此不同的环境，需要不断的发展和对我们甚至不知道要问的问题的富有想象力的解决方案。在深海探索方面取得的许多发展已有助于发展探索外层空间和其他行星所需的技术和设备。在海洋最深处、最严酷的地方发现的生命形式补充了我们对地球上生命来源的认识，以及我们对上面的恒星存在何种可能性的认识。从深海明显的科学价值，到不太明显的文化重要性，让我们潜水探索巨大的未知的未开发潜力。

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在深海所有不同的地理特征中，最著名的可以说是热液喷口。在第一次发现时，生命能在如此巨大的压力和极高的温度下生存是不可想象的，但正是在这里，科学家们发现了一个新的生命领域——古生菌，让我们离了解人类起源的故事更近了一步。通过利用生命在这种条件下生存的独特适应能力，热液喷口生境也导致了制药领域的许多进步。这些生物的生物化学使它们能够在这样的深度下茁壮成长，这为许多救命药物的开发提供了有益的知识。到目前为止，市场上有四种抗癌药物和一种来自深海生物的神经性疼痛抗病毒药物。

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深水峡谷和海山影响着水的运动，也影响着调节世界各地气候的洋流。这两种地理特征都有助于调节周围水域的温度，让冷水和温水混合，让营养物质搅拌起来。这带来了高水平的生物多样性和生物量，创造了适合许多最具商业价值的鱼类的栖息地。峡谷的深谷将营养颗粒悬浮在水中，使浮游生物和磷虾大量繁殖，吸引了成群的金枪鱼、鲨鱼和鲸鱼。与此同时，海山破坏了富含营养的海流，使它们转向海面，形成上升流，使原本贫瘠的海洋成为觅食的热点。

深海也是地球上最大的碳汇。在整个海洋中存在着一种被科学家称为“生物泵”的机制。这个泵完全由生物体组成，将海洋表面的碳转移到深海，在很长一段时间内将其分离，最终减少人为碳排放的影响。它也是微生物氧化甲烷的场所，甲烷是另一种非常有效的温室气体，对全球变暖有显著的贡献。如果没有这个泵的作用，气候变化的影响将会是毁灭性的，地球很可能不适合居住。

在一个相当令人兴奋的方面，科学家们正在与能源公司并肩合作，在匆忙开采有价值的矿物之前，了解深海环境的动力学和力学，使深海成为在开发之前被研究最多的生态系统之一。人口预计将增长20亿人,未来30年,推动行业地球的每一个角落寻找有用的材料,从而给地球的大应变矿藏——深海是一个巨大的来源的重金属,如镍、锰、钴和铜需要维护经济发展和清洁能源基础设施,和所有这些金属的形式被发现结节,或如磐石般坚韧的集群,在海底松动了。有了一项精心制定的行动计划，注重保护这一宝贵的自然栖息地，同时也从资源储备中获益，深海采矿有可能开辟一条新生活方式的道路，并提供数以千计的新工作和研究机会。

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对许多政策制定者来说，生态系统没有价签就没有价值。联合国最近的一项研究着眼于深海环境的经济价值。据计算，如果考虑到碳封存所产生的社会成本，深海每年的市场价值高达4230亿美元。这一估计来自于许多具有经济重要性的海洋港口，其中一些我们已经在这里讨论过，例如:支持表层渔业和深水鱼类资源，为珠宝贸易收集珊瑚，从海底提取有价值的矿物，减缓碳排放和气候变化，科学研究和教育，从海洋生物中开发药物，以及旅游和娱乐活动。不用说，如果没有深海，世界将是一个完全不同的、几乎面目全非的地方。我们非常感谢海洋，因为它为我们提供了我们所了解和喜爱的生命。[7]

五、未来深海探测的发展

“无论挺进深海的道路如何崎岖甚至惊险，大洋以其无边的体量和无穷的远景，始终鼓舞着海上勇士们勇往直前。”——海洋地质学家、中国科学院院士汪品先

深海探测装备是实现深海进入、深海探测的重要工具,同时也是深海开发的重要前期支撑。

近期,全球深海探测装备发展主要集中在深海作业型水下机器人、仿生水下机器人的研发、工程化应用和深海探测支撑装备/系统等方面,深海探测的精度、稳定性得到不断提升,一些突破性水下探测新技术从研究走向应用：高性能、多功能的深海探测装备不断涌现；仿生水下机器人成为研发热点；深海探测装备作业支持系统的研发得到重视；我国深海探测装备工程应用能力不断增强；水下探测相关新技术获得突破。

1.深海探测装备发展重点

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随着人类活动走向深远海,深海探测装备作为重要工具已成为各国研发重点。结合近期深海探测装备发展动态,可以预测未来一段时期深海探测装备发展重点主要包括如下五个方面。

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一是重点开展谱系化深海探测装备、水面支持装备/系统的研发及其工程应用研究。

开展不同水深作业型谱系化载人潜水器研发及其工程应用研究;开展不同水深谱系化深海无人潜水器研发及其工程应用研究,包括遥控型无人潜水器(ROV)、自主航行无人潜水器(AUV)、水下滑翔机、自主/遥控式复合型无人潜水器等;开展不同潜水深度用的潜水工作母船,及船载深潜器运载、就位、布放、回收、通信、数据调查分析系统等水面保障支持系统的研发。此外,群体式有/无人深海探测装备协同探测与自主作业也是重要发展方向。

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二是重点开展水下仿生机器人的研发。

基于鱼类或者是其它水生生物特性的模仿,研发新型高速、低噪音、机动灵活的柔体水下仿生机器人,采用柔软质地材料开发仿生水下机械手。同时,由于单个水下仿生机器人的活动范围和能力有限,研发具有高机动性、高灵活性、高效率、高协作性的仿生水下机器人集群是潜在发展趋势。

三是重点研发面向个性化需求的小型水下机器人。

水下机器人的用途已由最初军事、科考等领域向更多领域拓展,以用户个性化使用需求为导向的水下机器人成为发展热点。用于海洋环境监测、海洋救援、深海沉船发掘、水产养殖观光、水下及管道清洁等方面的工业应用小型水下机器人,以及用于潜水运动(监控水域环境)、水下摄影等方面的消费级小型水下机器人将是水下机器人重要的发展方向。

四是重点研发面向深海和极地的体系化海洋调查船。

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当前,人类对海洋的研究向深远海和极地拓展,全球海洋调查向常态化、业务化和国际化合作的方向发展,但我国海洋调查船队的规模还不能满足发展需求,近年来我国逐渐加大了对海洋调查船的投入。未来,新一代海洋调查船将向着平台通用化、系统智能化、装备专业化发展。国外船厂、设计公司已经着手设计系列化的海洋调查船,我国也应加强研究,在对船体基本性能和技术研究的基础上,构建完整的科考船平台、设备和系统体系,助力深海和极地探测与科考。

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五是重点开展高可靠性、高精度深海探测仪器设备的研发。

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我国深海进入与勘探技术正在向着高精度、高可靠度的方向发展,但在关键核心技术方面自主化程度不高,深海技术不深的问题仍然存在,深海探测仪器设备和装备技术的高精度问题依然是我国深海地质科学发展的短板。未来,应重点开展先进深海探查仪器、设备的自主研发,加强试验与研发力度,提高仪器设备测量精度和可靠性,增强环境适应性并延长使用寿命。

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从当前深海探测装备发展动态来看,我国在该领域特别是有/无人潜水器的研发和科考应用方面处于国际先进水平。当今世界在浅海区域资源勘探开发装备及技术发展较为成熟,我国在浅海区域实现装备技术引领发展的可能性不大。在有/无人潜水器装备及技术快速发展的带动下,我国在深海装备及技术领域实现引领发展的机会很大。深海探测装备与技术已成为我国抢占深海科技发展制高点、加快建设海洋强国的重要环节和突破口。[8]

2.亟需海洋科学人才

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在“一带一路”倡议推进过程中,培养海洋科学人才是发展中国海洋事业,加快中国海洋科学进程的必要条件。中国学界就培养海洋科学人才领域进行深入的研究,主要侧重于两个方面:一是海洋科学人才培养的现状和不足;二是完善海洋科学的人才培养机制。

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曲金良(2013)表示中国海洋人才队伍缺口极大,海洋人才大多以传统产业为主,新兴的海洋产业人才严重匮乏,对创新型人才和高层次领军人物以及技能型海洋人才队伍的建设重视不够。张娟娟(2015)认为,我国已经基本建成了比较完善的海洋教育体系,基础海洋教育、高等海洋教育和职业海洋教育为我国的海洋人才队伍提供了不同层次的人才,但也指出了在海洋人才队伍建设中存在四个方面的问题:一是海洋人才结构的失衡,年龄结构不合理,海洋人才老龄化问题突出,学历结构不合理,与技能水平不匹配,人才技术结构也严重失调;二是海洋人才分布不均,地区上表现为主要分布在海洋强省,人才资源领域上表现为主要分布在高校和科研院所,海洋事业一线则面临着人才资源缺失的问题,人才专业结构上表现为高新技术和应用型、社科类专业面临着教育资源不足的境地;三是复合型海洋人才医乏;四是海洋人才教育体系不完善,国民海洋意识淡薄。刘洋(2013)也提到在海洋科学专业的教学中,不同高校实践课程上的设置都比较少,不利于培养海洋专业人才的创新能力和实际解决问题的能力。另外,许多学者也纷纷探讨了如何完善海洋科学的人才培养机制。王琪(2011)等人针对中国海洋人才队伍在规模和质量上存在的问题,提出要尽快出台全国性海洋教育规划,加大国家财政对海洋教育事业的投入,利用互联网技术,建立协作的海洋教育网,构建完善海洋终身教育体系。鲁栋梁(2020)等人从国家和地方海洋人才需求出发,表示多学科交叉融合是培养海洋科学人才的主要途径之一,并提到要注重挖掘新的学科方向,培养新型综合性海洋科学人才、进一步完善海洋科学人才方案,深化课程体系建设、扩大海洋专业教育领域,培养综合应用型海洋科学技术人才。

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从上述文献综述可知,学者在探究海洋科学人才培养的问题上,注重多层次多角度研究海洋科学人才培养的现状和不足,但是更多的学者分析如何完善海洋科学的人才培养机制。因此,笔者认为,探索海洋科学人才培养路径已经成为大势所趋,特别是在“一带一路”的背景下,探究海洋科学人才的培养路径有更大的提升空间和实践意义。[9]

六、后记

深海探测的新纪元已经开启，深海海洋科学的未来正自广阔。

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中国是深海探测领域的领跑者，而把我国建设成为海洋强国，赓续谋海济国的光荣使命仍需要后辈科研工作者的不懈努力！

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[1]以陆海统筹建设海洋强国[N].人民日报,2018.07.01

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[2]赵羿羽,金伟晨.深海探测装备发展新动态[J].船舶物资与市场,2018(06):41-43.

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[3]张建松.“深海勇士”号迄今年龄最大乘客：82岁汪品先院士在南海下潜获重要发现.新华社.2018.10.13.https://me.mbd.baidu.com/r/P1iIXKHtPa?f=cp&rs=2468368538&ruk=TNhdLQ4vEr8H2g7nBSTnFQ&u=9a2faed857d25db1&urlext=%7B%22cuid%22%3A%22li2iil8YHu0aa2ucguSFug8M28Yfu2tqgavt8_uI2iKZ0qqSB%22%7D

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[3]王凡.《“科学”号，十年科考在深海》[N].光明日报,2022.10.20

[4]徐小龙.中国海洋科考历程（一）值得记住的里程碑[J].百科探秘(海底世界),2021,(11): 22-25

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[5]史天颖,赵晓睿等.视角｜震撼！看这十年中国足迹.探臻科技评论.2022.10.07.https://view.inews.qq.com/k/20221007A02ER600?web_channel=wap&openApp=false&f=newdc

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[6]许琦敏.“探索二号”携“深海勇士”，为我国再添一处海底科学实验站.文汇报.2022.10.27.https://view.inews.qq.com/k/20221027A08UXQ00?web_channel=wap&openApp=false

[7]BRIDGET HOTT. Discovering the Value of the Invaluable Deep Sea. The Marine Diaries. 2021.03.08. https://www.themarinediaries.com/tmd-blog/discovering-the-value-of-the-invaluable-deep-sea

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[8]赵羿羽,金伟晨.深海探测装备发展新动态[J].船舶物资与市场,2018,(06):41-43.

[9]李志行,赖晓桐.“一带一路”背景下海洋科学人才培养探索[J].合作经济与科技,2022,(16):109-111.

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