“科學(xué)”號科考船：馳騁深海大洋的移動實驗室

出品：科普中國

作者：姜汝翰 王敏（中國科學(xué)院海洋研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

上天、入地、下海，是全人類共同的夢想。海洋是地球上覆蓋面積最大的區(qū)域，卻是人類認知最少的區(qū)域，我們對海洋的探測和研究區(qū)域只占整個海洋的5%左右，遜于對空間的認知。

對海洋的探索和研究，沒有現(xiàn)代化的海洋裝備，只能是“望洋興嘆”。從鄭和下西洋、哥倫布開啟大航海時代，到英國“挑戰(zhàn)者”號環(huán)球海洋考察、“阿爾文”號載人深潛器進行深海探測，再到“奮斗者”號載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝，人類探索海洋的腳步從未停止。

“奮斗者”號載人深潛器（圖片來源：中國船舶集團）

“工欲善其事，必先利其器”?？茖W(xué)考察船作為海洋探索與研究的重要平臺，在海洋綜合探測與研究中起著不可替代的作用。黨的十八大作出建設(shè)海洋強國的重大戰(zhàn)略部署，開啟了海洋科技發(fā)展的新時代，黨的十九大提出要“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強國”。

“科學(xué)”號科考船作為海洋科學(xué)考察大國重器，見證了新時代我國海洋科技迅猛發(fā)展的光輝歷程，書寫了馳騁深海大洋波瀾壯闊的新篇章。

視頻來源：中科院海洋所，剪輯：中科海印象

“科學(xué)”號乘風(fēng)破浪 （圖片來源：中科院海洋所）

一、繼往開來 新時代科學(xué)考察船“長子”

“科學(xué)”號服役之前，我國海洋科學(xué)考察船船型并無特殊設(shè)計，船艏多為直立型或直線前傾型，船體較瘦長，如“金星”號、“科學(xué)一號”等科學(xué)考察船多為船舶改造，涉?？疾旎顒由刑幱凇坝惺裁从檬裁础钡碾A段。

隨著我國綜合國力的不斷提升及海洋強國戰(zhàn)略的部署落實實施，對深遠?？茖W(xué)考察能力也提出了更高的要求。圍繞深遠?？茖W(xué)考察活動，打造新一代遠洋綜合科考船的需求愈發(fā)迫切，在這樣的時代背景下，“科學(xué)”號應(yīng)運而生成為了新一代科學(xué)考察船的“探路人”。

“科學(xué)”號畫龍點睛蓄勢待發(fā) （圖片來源：中科院海洋所）

方案設(shè)計階段，設(shè)計團隊容納了出海經(jīng)驗豐富的科考船船長和科學(xué)家，由其提出科研需求，中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院將這些需求轉(zhuǎn)化為船舶參數(shù)進行設(shè)計，最終拿出了一套專為深?？茖W(xué)考察設(shè)計的“短寬型”船型方案，并由武昌船舶重工有限責(zé)任公司2010年開工建造，2012年正式交付使用。

“科學(xué)”號海洋科考船被稱為新中國劃時代海洋綜合考察船的“長子”，承載了幾代中國海洋科技工作者的夢想?！翱茖W(xué)”號投入運行后，優(yōu)秀的性能表現(xiàn)得到了業(yè)內(nèi)人士的一致認可，隨后“科學(xué)”號的姊妹船[1]“向陽紅01”、“向陽紅03”、“東方紅3”等科學(xué)考察船舶相繼建造下水投入使用，為我國海洋科學(xué)考察能力的跨越提升作出了重要貢獻。

二、性能優(yōu)秀 構(gòu)建海上科學(xué)實驗室

“科學(xué)”號總長99.80米、型寬17.80米、型深8.90米，總噸位4711，續(xù)航力15000海里，定員80人，具備全球航行能力及全天候觀測能力，滿足無限航區(qū)需求，是我國綜合性能最先進的科考船。

“科學(xué)”號采用吊艙式電力推進系統(tǒng)，配置2臺艏側(cè)推、360度環(huán)視駕駛臺、無人機艙及一人駕駛橋樓。先進的吊艙式電力推進系統(tǒng)與兩臺艏側(cè)推配合，組成了國內(nèi)第一套應(yīng)用于科學(xué)考察船的DP-1動力定位系統(tǒng)，具備卓越的操縱性能，大大提高了科學(xué)考察活動的精度。

“科學(xué)”號吊艙式電力推進系統(tǒng) (圖片來源：中科院海洋所)

針對水下聲學(xué)探測行為，“科學(xué)”號在設(shè)計中優(yōu)化了球鼻艏，配備了升降鰭板和艏側(cè)推槽道口封蓋，可以提供低噪聲的聲學(xué)探測環(huán)境?！翱茖W(xué)”號擁有約500平方米的后甲板，可以輕松搭載各種科學(xué)調(diào)查設(shè)備，為深遠海科學(xué)考察提供了更多可能，也為多學(xué)科綜合調(diào)查活動提供了平臺基礎(chǔ)。

“科學(xué)”號上搭載的“發(fā)現(xiàn)”號水下纜控機器人 (圖片來源：中科院海洋所)

前后甲板可提供5個集裝箱位，有力推動了科學(xué)調(diào)查設(shè)備的模塊化發(fā)展，縮短了船舶備航和設(shè)備調(diào)試時間，提高了單位時間內(nèi)的科學(xué)考察效率。

“科學(xué)”號集成水體探測系統(tǒng)、大氣探測系統(tǒng)、海底探測系統(tǒng)、深海極端環(huán)境探測系統(tǒng)、遙感信息現(xiàn)場印證系統(tǒng)、船載實驗、船載網(wǎng)絡(luò)等七大系統(tǒng)，搭載了4500米“發(fā)現(xiàn)”號ROV等多種國際先進的探測設(shè)備，具備高精度長周期的動力環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等綜合海洋觀測、探測以及現(xiàn)場取樣和分析能力，被譽為“海上移動實驗室”。

“科學(xué)”號船載探測與試驗系統(tǒng)示意圖 (圖片來源：中科院海洋所)

三、實力團隊 打造優(yōu)質(zhì)深海調(diào)查平臺

與普通船舶不同[2]，“科學(xué)”號上共有三個部門：甲板部、輪機部及船載實驗室。

甲板部猶如人的大腦，擔(dān)負著船舶航行指令的制定和執(zhí)行，并配合完成海上科學(xué)調(diào)查活動，由船長、政委、大副、二副、三副、值班水手以及廚房部組成。

輪機部猶如人的雙腿，配合船舶航行指令，為船舶航行提供動力，為全船機械、電氣設(shè)備提供維護保養(yǎng)和技術(shù)支持，由輪機長、大管輪、二管輪、三管輪、電子電氣員以及值班機工組成。

船載實驗室猶如人的雙手，依靠“科學(xué)”號搭載的先進科學(xué)調(diào)查設(shè)備完成航次科學(xué)考察任務(wù)，由首席科學(xué)家、船載實驗室主任、工程技術(shù)人員以及出海隊員組成。

“科學(xué)”號各部門剪影 (圖片來源：中科院海洋所)

中科院海洋所科考船隊率先提出了“海上調(diào)查活動中專業(yè)人做專業(yè)事”的口號，多年來培養(yǎng)了一支甲板部、輪機部及船載實驗室密切配合，技術(shù)過關(guān)、作風(fēng)硬朗的科學(xué)調(diào)查隊伍，形成了由工程技術(shù)人員完成科學(xué)調(diào)查過程中調(diào)查設(shè)備的操作和基礎(chǔ)樣品采集工作，出?？茖W(xué)家更多精力投入樣品處理的高效工作模式，為海洋科學(xué)考察及探測研究提供了堅實的技術(shù)支撐。

“科學(xué)”號工作人員合影（圖片來源：中科院海洋所）

四、十年運行 深海調(diào)查碩果累累

運行十年來，“科學(xué)”號科考船承擔(dān)了多項國家重大科研項目，重點關(guān)注深海探測研究、關(guān)鍵核心技術(shù)和重大科學(xué)問題執(zhí)行近50個深遠海調(diào)查航次，十次跨越赤道，累計安全航行2000余天，航程三十多萬海里，為全國幾十家高校、科研院所提供1500多人次航次搭載，為開展深遠海研究、維護國家海洋權(quán)益、探索深水資源提供了重要的海上技術(shù)支撐平臺，促進了我國海洋科學(xué)考察能力和研究水平步入世界前列。

“發(fā)現(xiàn)”號ROV開展深?？茖W(xué)探測 (圖片來源：中科院海洋所)

依托“科學(xué)”號科考船，中科院海洋所率先構(gòu)建了國際一流的深遠海綜合探測與研究體系，突破了10000米深海定點探測、6000米深海探測與采樣、4500米深海精準探測與取樣、1000米水體剖面走航探測、深海30米長沉積物取芯和20米長巖石取芯等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了“下得去、看得清、采得上、測得準、功能全、用得起”的目標(biāo)。

國內(nèi)首次建立了“宏觀與微觀、走航與定點、梯度與原位相結(jié)合”的探測技術(shù)體系，具備立體同步精準開展深海地形地貌、海底環(huán)境、水體環(huán)境的綜合探測和樣品采集能力，深海近海底地形探測分辨率達到厘米級，實現(xiàn)“室內(nèi)模擬實驗→海洋移動實驗室→深海原位實驗室”的跨越；成功開展深海極端環(huán)境探測、深海現(xiàn)場試驗、海底培養(yǎng)實驗及深海原位長期連續(xù)探測，實現(xiàn)了“將實驗室搬到海底”的科學(xué)創(chuàng)想，引領(lǐng)我國深遠海探測與實驗?zāi)芰缛胧澜缦冗M國家行列。

“科學(xué)”號開展深海生物原位固定實驗 （圖片來源：中科院海洋所）

以“科學(xué)”號為平臺，聚焦西太平洋冷泉、熱液、海山等深海極端環(huán)境的重大科學(xué)問題，取得了一系列原創(chuàng)成果和重大突破。攻克深海潛標(biāo)數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)氖澜珉y題，建成國際最大規(guī)模的西太平洋實時科學(xué)觀測網(wǎng)，使深海探測由“錄像回放”變?yōu)椤艾F(xiàn)場直播”。

“發(fā)現(xiàn)”號拍攝的海底熱液噴口 （圖片來源：中科院海洋所）

國際上率先開展熱液噴口流體溫度梯度原位探測，獲取了30余個熱液噴口的溫度剖面（最高溫度383.3℃），在我國南海首次發(fā)現(xiàn)裸露在海底的“可燃冰”。共采集6000余號700多種深海大型生物樣品，發(fā)現(xiàn)1個新科、1個新亞科、13個新屬、128個新種，獲取8000余株深海微生物（含46個細菌新種），建成了我國迄今樣品量最大、物種數(shù)最多的深海大型生物樣品庫和唯一深海大型化能營養(yǎng)生物活體庫。

“科學(xué)”號采集的深海生物樣品 (圖片來源：中科院海洋所)

采集深海地質(zhì)樣品逾3噸，獲得國內(nèi)首個具有姿態(tài)和方位信息的超長沉積物柱狀樣品（16.01米），推動我國深海大洋研究躋身世界前沿。

“科學(xué)”號進行深海潛標(biāo)布放作業(yè) (圖片來源：中科院海洋所)

在國際社會，“科學(xué)”號跨越赤道的海洋科考也受到高度關(guān)注，其中，《Nature》雜志兩次報道和評述“科學(xué)”號及我國海洋科學(xué)考察能力的提升，贊譽為“鄭和下西洋600年后又一壯舉”。借助于“科學(xué)”號這一大國重器，科研人員跨越赤道、走向深海，不斷擴展著對西太平洋海域的認知水平,向更廣闊的海域前進。

備注：

[1] 姊妹船是與另一艘船只有著相同的類型，或者有著幾乎相同的設(shè)計的船。這些船只有著一個近乎相同的船體及上層建筑布局、相似的排水量及大致相當(dāng)?shù)墓δ芗霸O(shè)備。

[2]貨運船舶船上多分為甲板部和輪機部。