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深潜科技创新：从点的突破到体系化能力建设

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前瞻科技 | 前瞻 2022,1(2): 5-8

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深潜科技创新：从点的突破到体系化能力建设

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出版时间: 2022-06-20

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. 深潜科技创新：从点的突破到体系化能力建设. 前瞻科技, 2022 , 1 (2) : 5 -8 .

. Science and Technology Foresight, 2022 , 1 (2) : 5 -8 .

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暗黑的深海是地球上重要的战略空间,孕育着新的重大科学发现,是21世纪海洋高新技术发展和应用的重要领域。潜入深海所产生和发现的革命性、颠覆性科技,可能深刻影响人类未来的命运,重塑世界格局。世界各国围绕深海的战略安全、战略资源、战略空间和战略机遇的竞争愈演愈烈。2016年5月30日,习近平总书记在全国科技创新大会上指出：“深海蕴藏着地球上远未认知和开发的宝藏,但要得到这些宝藏,就必须在深海进入、深海探测、深海开发方面掌握关键技术。”习近平总书记的重要指示为国家深潜科技的发展指明了方向,提供了“三步走”的行动指南。

中国的深潜科技在“查清中国海、挺进三大洋、登上南极洲”的实践中起步,逐渐从浅近海发展到深远海。党的十八大作出“建设海洋强国”的战略部署,引领海洋科技事业驶入发展快车道。党的十九大以来,围绕“陆海统筹、加快建设海洋强国”的战略目标,深潜科技在“跟跑为主”的基础上奋力赶超。经过刻苦攻关、不懈努力和大胆探索,中国在深海科学研究、深海运载装备、深海探测技术和深海资源开发利用等方面取得了重大进步,开创了“追赶迅速、局部领先”的新局面。

1 深海基础性认知显著提升,深渊前沿科技取得突破

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“南海深海过程演变”重大研究计划在深海盆洋陆相互作用、边缘海盆地的板缘张裂和气候演变的低纬驱动3个方面取得突破性进展。中国科学家系统开展了热带西太平洋系统物质能量交换及其影响研究,揭示了化能生态系统中大型生物从近海到深海的演替模式;系统性揭示了雅浦俯冲带俯冲侵蚀特征,建立了其新生代以来的完整演化模式;提出的海洋储碳新机制“微型生物泵”（MCP）理论,为碳交易和气候谈判提供了科技支撑;发现并解析系列深渊环境特征及专属性地球化学现象,提出岩内生物圈极大程度影响大陆边缘碳的生物地球化学循环;完成了横跨“挑战者”深渊西部的万米级海洋人工地震剖面测线;获取了一批具有潜在药用价值的深海及深渊微生物菌株和活性产物。

2 深海装备谱系化进入万米时代,初步构建深海观测网

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经过近20年的系统部署和持续攻关,中国已经系统掌握深海能源、材料、结构、控制、导航、通信、传感、作业等核心关键技术。在深海装备的类型上,强化了载人/无人潜水器、滑翔机、着陆器以及各类新概念潜水器的梯次布局。在深海装备的下潜深度上,以“奋斗者”号、“海斗一号”“海燕-X”和“悟空”号为代表的潜水器完成了万米深潜,形成了深渊探测和作业能力。在深海作业方面,实现了在深海资源勘探、文物考古、救援打捞等场景的广泛应用,包括下潜频率、多潜水器联合作业在内的深潜作业纪录不断被刷新,“奋斗者”号的投入使用使人类万米载人深潜进入了常态化作业阶段,中国万米下潜的次数和人数已居世界首位。中国自主研发的全球海洋动力环境预报系统具备了全球海洋中尺度和强流区域的模拟和分辨能力。移动组网的通信方式先进,中国在编队控制、轨迹规划、协同导航、任务分配等方面开展了大量研究,参与移动组网观测与探测应用的潜水器在种类上、数量上初具规模。

3 完成深海采矿系统联动试验,深海新兴产业蓬勃发展

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“深海多金属结核采矿试验工程”项目完成千米水深的整体系统联动海试,深海采矿智能化混输装备系统完成500 m海试,探索出深海多金属结核采矿的中国方案,支撑深海矿产资源开发走向规模化。“奋斗者”号等潜水器的研发和应用带动了深潜领域的自主产业发展,包括国产的万米级钛合金载人舱在新型材料性能、大厚度电子束焊接技术等方面实现了创新,同时大幅提升了中国钛合金产业的制造能力和水平。再比如,批量生产的大深度固体浮力材料使中国成为世界上为数不多的能够自主生产深海固体浮力材料的国家之一,实现了关键核心材料的自给自足。

4 深海科研能力快速增强,积极参与、推动国际大科学计划

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中国的深潜科技人员和装备历经实际海洋环境的严酷考验,部分装备创造了高强度、高效率的安全使用记录,研发的深海大国重器正从重大科技成果向具有实质能力的成果快速演进。3台大深度载人潜水器已下潜近800次,为国内外200余位科学家提供下潜机会。海洋实践、深海作业逐渐成为科研价值导向,一大批具有较强作业能力和丰富作业经验的深潜科技人员群体正在快速形成。中国积极参与国际大洋发现计划（IODP）、全球海洋观测系统2030（GOOS 2030）战略、国际大洋中脊（InterRidge）计划等国际科技合作计划,设计并领导了南海大洋钻探航次,在气候演变和海盆形成方面提出了自己的新认识。“奋斗者”号科考期间发起了《马里亚纳共识》倡议,目的是推动建立深海科考标准化平台体系,将支撑深渊领域国际大科学合作。中国科学院深海科学与工程研究所、华大基因等单位联合启动“马里亚纳海沟生态环境科研计划”（MEER）,邀请国内外科学家针对深海地球科学系统形成与演化、生命起源与环境适应、生物多样性与气候变化等重大科学问题协力攻关。

回首海洋科学的发展历程,基础理论、观测技术、计算能力、产业水平的进步相继呼应、牵引、推动,促进了这门交叉科学的一次又一次飞跃。21世纪以来,世界海洋科学技术正在以前所未有的速度,突破近海、局域的限制,向深海乃至地球系统的方向发展。20年来,中国在深海科学研究、深海装备研发、深海资源探知、开发与利用等高科技领域取得了突破性进展,为深潜科技自主创新、跨越发展奠定了较好的基础。中国的深海“科”和“技”都已经具备转型的条件,两者可以结合起来共创新路,加快从“深海进入”“深海探测”向“深海开发”迈进。未来,深潜科技的发展将坚持自立自强,坚持重点突破,坚持实际能力的巩固与提升,完成从点的突破到体系化能力形成。

一是聚焦深海大洋的气候与动力变化、深渊与地球深部过程、海洋碳汇机制等重大科学问题,推动实施国际深渊大科学研究计划,力争产出原创性的重大科学成果。重点研发深海近底高精度地形地貌探测、海底地球物理深部探测、化学—生物—地质多要素连续观测等关键技术和装备,构建立体监测网。建成深海科考船队、深潜装备公共平台,实现航次计划、优势资源的共享。积极参与联合国及其他多边框架下的国际规则的制定进程,强化中国在全球海洋治理体系的地位与能力。

二是着力突破系列深海关键技术,支撑深海装备产业发展。确保在潜水器总体设计、高性能材料、水下通信导航和海洋能源动力等方面的领先技术水平;补齐深海装备基础研究短板,加强逆向基础研究,重点突破深海连接器、传感器等关键小件产品;持续提升深海领域国产核心技术装备的性能,特别是可靠性。开发下一代智能传感、观测技术,重点研发水下智能控制、信息传输、对接转移、协同作业和配套工具等技术和装备,完善深海进入与常驻的技术链条和应用体系。

三是建成更为完备的深潜装备集群,形成领先的深海进入能力。以全海深、全海域潜水器谱系化发展为重点,以颠覆性技术开辟深海无人智能发展新维度,突破操纵控制智能化、运载本体轻量化、作业能力重载化、作业模式协同化、作业规模集群化、核心部件自主化的关键技术,构建载人/无人极地冰下运载探测体系、载人/无人深海搜救应急作业体系、饱和潜水成套技术和装备体系,研发全海深、长续航、多尺度水下运载平台,拓展科考、勘探、测量、救助、观光等应用领域,促进标准体系建设和新概念潜水器探索。继续推动深海装备集群组网作业,实现对极区深海和其他深渊的应用延伸。着力攻克从海面、水下、浅海、深海直至海底的立体探测、作业、开发、环保以及保障的技术和装备。

四是针对深海矿产资源精细勘探、绿色开采、高效安全开发等环节中存在的瓶颈,重点突破数字矿区、采集输送、运维施工、环境监测等关键技术,构建深海矿产资源开发利用技术与装备体系。围绕蓝色经济发展需求,重点开展深海生物资源的探查、评价、采集、保藏、培养和综合利用研究,揭示深海活性物质的结构和功能,建立系统完善的深海生物资源可持续开发利用技术体系,创制一批市场前景广阔的创新药物和生物制品。

2022年4月10日,习近平总书记在海南考察时强调,“建设海洋强国是实现中华民族伟大复兴的重大战略任务。要推动海洋科技实现高水平自立自强,加强原创性、引领性科技攻关,把装备制造牢牢抓在自己手里,努力用我们自己的装备开发油气资源,提高能源自给率,保障国家能源安全”。习近平总书记从国家发展的高度和民族复兴的深度,向全世界发出了中华民族向海图强的时代强音。深潜科技人员必须抓住变革性机遇,充分依靠高新技术的力量,创新发展模式,实现跨越发展,构建竞争优势,在2035年中国进入创新型国家前列之际,使中国同步建成海洋科技强国,实现海洋强国的战略目标。

《前瞻科技》2022年第2期出版深潜科学与技术专刊,从深海科学研究、深海运载装备、深海探测技术和深海资源开发利用等方面阐述国内外进展、关键技术和发展方向及建议等,期望能够为相关学者的研究和相关部门的科学决策提供借鉴,为建设海洋强国发挥积极作用。

（图片来源：纪录片《我的万米生涯》）

客座主编

研究员,“奋斗者”号总设计师

中国船舶科学研究中心副所长

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2022年第1卷第2期

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表12种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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