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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 中国科学报 任芳言
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团队成员在着陆器前留念。中科院深海科学与工程研究所供图

  海南省三亚市的鹿回头风光宜人。这里有椰子树、凤凰花,阳光在海面上一照,能看到三四种不同的蓝。对普通人而言,鹿回头是景点,但对中科院深海探测技术研究团队来说,这是他们走向战场的地方。

  在这里,十余位团队成员研发出数台形态、功能各异的着陆器。5年来,这些着陆器累计完成184次下潜作业,其中26次超过万米,更带回许多深海样本和宝贵数据,为中国的深渊科考留下浓墨重彩的一笔。

  潜入深海就意味着潜入未知,着陆器下潜深度每增加一点,是挑战,也是机遇。当万米深海的大门被叩开,中国的深渊科考有如装上加速器。

  在团队核心成员之一、中科院深海科学与工程研究所(下称深海所)深海探测技术研究室副主任陈俊看来,突破万米意味着从0到1的原始突破,但团队的终极目标是在技术上不断超越。

  “将来我们可以做的事情更多。”陈俊表示,未来,着陆器的功能会变得更复杂,多个着陆器同时在水下作业也将变为现实。

  几经波折,驶向万米深渊

  2016年6月,在马里亚纳海沟,着陆器“天涯”首次潜入万米深海,带回超过100升水样。这是我国海洋科技发展史上第一次综合性万米深渊科考,“天涯”号的成绩出乎所有人意料。

  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《中国科学报》,作为中科院“海斗深渊前沿科技问题研究与攻关”战略性B类先导专项的一部分,着陆器的首航目标相对稳妥。

  在船上,着陆器既定任务完成后,专项首席专家突然发问:能不能突破一下,看看着陆器的最大工作深度?拆除部分装备后,“天涯”3次下潜并顺利回收,最大深度近8000米。

  “能不能下到万米?”面对这个问题,团队成员沉默了。彼时着陆器是按7000米标准设计的,若下潜深度过大,控制系统无法工作,着陆器就只能靠声学信号接收指令。一旦声学信号不稳,着陆器很可能回不来。尽管早在设计之初就规划了万米技术路线,着陆器的浮力材料和声学装备的指标也是万米级别,但现场改造仍然很冒险。

  几番激烈讨论后,陈俊等人开始认真考虑冲击万米的可能性。仔细考虑每一个细节、问题,着陆器上指标没到万米的设备,能拆则拆。

  在大家的忐忑中,“天涯”着陆器再度下潜。

  “我们全部家当都押在声学释放器上了”,团队成员、深海所工程师蔡笃思回忆,“当时最紧张的是等着陆器发声学信号,等它上来”。

  天不遂人愿。回收当晚,着陆器接连两次都没能按预估时间上浮,所有人都紧张极了。

  “会不会是没抛载成功?重力和浮力有偏差?”夜里12点,陈俊仍守在甲板上,他一边和其他人讨论,一边飞快地想是哪里出了问题。其实改装时,团队成员反复计算,由于给着陆器留了安全余量,上浮时间比预估的更长。

  凌晨1点,“天涯”终于在漆黑的海面露头,回收过程有惊无险。

  陈俊至今还记得,在漆黑海面上看见着陆器灯光闪烁的一刹那,“就像看到黑夜中最亮的星,特别兴奋”。

  不止万米,要在深海“逛超市”

  “天涯”潜入万米后不过半年,陈俊等人又带着改装升级的“天涯”号和另一台着陆器——“万泉”号重返马里亚纳海沟。这一次,无论是人还是着陆器,准备得都更充分。

  2017年3月,深渊科考队凯旋,两台着陆器战果累累:“天涯”号带回了大量万米近底水样、沉积物和高清视频,在深海约7000米处捕获了狮子鱼和体形巨大的端足类钩虾;“万泉”号圆满完成多型国产化设备的搭载试验,还配合海底地震仪进行了一系列高精度三维定位作业……

  建造深渊着陆器的目的不止突破万米。因为体量轻、成本低,着陆器对经费有限的科学家而言是个性价比很不错的选择。陈俊等人在设计每台着陆器之初,也会仔细考虑科学家的需求。一直以来,他们都有个心愿:深渊采样要做到像超市购物一样方便和安全。

  受温度、压力等条件限制,着陆器从数千米深的海底带回的样本可能会失真。那么,能不能直接在深海采样、做实验?带着这个问题,同在深海所工作的研究员王勇和贺丽生找到了李俊,希望能研发在深海原位提取生物信息的着陆器。双方一合作就是五六年,“凤凰”号应运而生。

  在陆地上的实验室,提取生物核酸信息易如反掌,但到了几千米的水下,“凤凰”需要完成一系列精密而复杂的活动才能达到同样的目的。

  为了灵活调动部件,让着陆器更好地执行科研任务,李俊额外学习了不少生物知识。每次科学家拿到数据,身为工程师的他都不忘询问情况。“我们有了新发现,发了文章,告诉大家有这个着陆器、它可以做哪些事,他们也觉得很高兴。”贺丽生笑言。

  2018年,“凤凰”号着陆器首次搭载原位微生物核酸裂解装置“凤冠”在深海开展原位提取试验,同时捕获了盲鳗、大王具足虫等深海生物。“有了原位数据,我们可以收获更多惊喜,比如原位微生物群落结构和表达特征。”王勇表示。

  时至今日,为了能搭载更多科研设备、做更前沿的工作,“凤凰”的性能还在不断调整和优化,团队每走一步,都在这一领域踩下新的脚印。

  问心无愧,做有挑战的事

  2013年初到深海所时,陈俊还是未毕业的博士生,他的导师张艾群刚开始组建深渊着陆器团队。张艾群是中国水下机器人研发的元老级人物,面对一群不同背景、初出茅庐的年轻人,他将自己的科研财富倾囊相授。

  陈俊至今牢记着导师的教诲:问题没想清楚时,决不能凭感觉下定论。做着陆器的机械结构设计时,张艾群总不忘提醒大家把背后的物理概念弄透彻。深海装备一定会用上密封装置,即便是一个小小的插件,张艾群也会引导成员留意因不同材质、外部环境等产生的问题。

  这种严谨的作风在整个团队中处处可见:小到每台着陆器几十上百项检查指标、每一个电子元器件的压力试验,大到每台着陆器的布放回收、因不同项目一次次重复的海试……

  陈俊坦言,为了单纯做好一件事,可能会走很多弯路,但整个团队乃至研究所的氛围都是如此。

  数年间,深海探测技术团队吸引了不少年轻人,他们的人生路径也因此而改变。

  深海所高级工程师辛永智来团队前,是成天坐在办公室里写程序、调程序的程序员,如今跑到海上做实验成了家常便饭。而且,着陆器研发涉及到的知识和专业领域更广泛,“对自己要求也会更高”。

  “‘深海’对我来说是一份工作,同时也慢慢成为我的事业。”在李俊看来,研发着陆器虽然劳累辛苦,但能获得源源不断的成就感。“大家一起合作,做些别人没做过、有挑战的事。”

  (原载于《中国科学报》 2020-05-20 第1版 要闻)
打印 责任编辑:侯茜

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