潜万米深海 寻技术突破
——记2019年中国科学院年度团队深海探测技术研究团队
作者: 任芳言 发布时间:2020-11-27 11:51:49
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陈俊在科考现场指挥
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,但对中国科学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、中国科学院深海科学与工程研究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,他告诉我们,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只是突破万米。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,绝不能凭感觉下定论。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。”
(作者系中国科学报社采访中心记者)