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21世纪海洋科技与深海技术的发展 3.3深圳深海设备技术。 深海装备技术领域十分广泛, 即包括用于深海作战的各类远洋作战舰艇, 也包括用于深海探测与资源开发的民用装备技术, 如航空母舰、驱逐舰、护卫舰、潜艇技术、载人和无人潜航器技术、深海钻采平台技术、海洋调查船技术以及各类资源开发船舶技术等。本文重点研究潜航器技术、深海钻采平台技术、海洋调查船技术以及大潜深潜艇技术。 3.5.1 深潜器技术 20世纪70年代以来, 随着高新技术的发展, 世界深潜器技术发展很快, 技术功能不断更新, 先后研制建造了一批先进的探测装置和各种类型的深潜器, 可在复杂的海况下进行有效的水下探测和作业, 实现了对深海和洋底的遥控探测和现场观察。其工作范围遍及全球大陆坡深水区, 2 0 0 0~5 0 0 0 m的洋中脊、海台、海底山、火山口、裂谷, 以及6 0 0 0 m深的洋盆、海渊和海沟, 获得了大量的地质、沉积物、矿物、生物、地球化学与地球物理信息资料、样品, 以及意想不到的重大发现。 (1) 载人深潜器技术 载人深潜器的历史最早可以追溯到1934年, 20世纪70年代以来, 随着技术的不断进步, 载人深潜器已成为海洋考察的标准性“工具”, 并得到广泛应用。目前的载人深潜器与初期的相比, 其机动性和功能已有了极大的提高和改进。不同用途的载人深潜器其配置是有区别的, 但其基本组件主要包括:具有生命维持系统的承压壳体;进行升降及姿态控制的平衡系统;推进系统;提供动力的蓄电池;水面和水下通信导航系统;操纵杆;照明装置;观察孔及流线型的框架。标准的仪器主要包括:测向和深度指示器 (海底以上的高度和水深) ;CTD装置;数据采集系统及具有同步拍摄功能的录像机和具有水下拍摄特殊功能的照相机等。 目前, 全世界共有各类载人深潜器13艘, 其中有11艘由日本、法国、俄罗斯和美国的不同组织使用。 日本的深潜器技术居世界领先地位, 研制出多型载人深潜器, 如深海6500型、深海2000型等。其中1989年建造的深海6 5 0 0型载人深潜器具有很高的技术水平, 该型潜航器长9.5 m, 重2 5 t, 作业水深达6 5 0 0 m, 水下连续作业时间在6h以上。装备有最新的声成像声呐系统、摄像机、电视系统、机械手以及各种自动测量仪器等先进设备。调查作业范围覆盖世界9 7%的大洋底。 俄罗斯研制的深海载人深潜器有和平I号、和平Ⅱ号及Pisces号, 其中两艘和平号载人深潜器的作业水深达到6000m, Pisces号载人深潜器为2 0 0 0 m。近2 0年来, 两艘和平号载人深潜器在太平洋、印度洋、大西洋和北极海区共进行了数十次科学考察, 包括对失事核潜艇共青团员号核辐射的定期监测、泰坦尼克号沉船的海底调查以及洋中脊水温场地热流的测量。俄罗斯的深海载人深潜器与日本等国的主要区别在于, 俄罗斯的潜航器体积小、水下工作时间长达24小时。另外, 俄罗斯的2个和平号潜航器放在同一艘科考船上, 可进行必须由2个载人深潜器配合作业的科考活动, 这也是日本等国无法完成的任务。目前, 俄罗斯还在6 0 0 0 m载人深潜器的基础上, 进一步研究水下超万米的潜航器。 法国研制的载人深潜器有Nautile号和C y a n a号, 作业水深分别为6 0 0 0 m和3 0 0 0 m, 两艘潜航器拥有数千次的下潜记录, 完成了对大洋多金属结核区域、海沟、海底火山、深海海底生态的调查和探测以及沉船打捞、对倾废场的搜索。 美国在无人潜航器的研制上处于世界领先地位, 但载人深潜器技术却远远落后于日本、法国和俄罗斯。目前, 美国也已认识到载人深潜器的重要性, 正在积极发展载人深潜器技术。为了对21世纪深海装备作出发展规划, 美国在其深海科学委员会中专门成立了一个工作组, 从事规划的制订。美国认为, 由于载人深潜器的作用是其他无人潜航器所无法替代的, 因此, 美国不能没有先进的6000m载人深潜器;为了保持美国在深海研究领域处于领先地位, 在21世纪必须建立一支包括载人、无人潜航器在内的潜航器“联合舰队”, 并要在2010年前研制开发一艘工作深度达9000m的缆控作业型潜航器系统。 深海载人深潜器涉及许多高新技术, 其主要的关键技术有: ·模块化、集成化的总体技术, 包括大深度潜航器整体结构优化技术、水动力性能和控制综合优化技术及仿真技术、系统工程优化技术和作业系统与潜航器本体的集成技术等; ·重量/排水体积比低的高强度合金耐压壳结构建造工艺以及比强度高的复合新材料应用的可靠性技术: ·无动力上浮下潜系统 (运动特性和运动仿真) 技术; ·海水泵流、特殊作业工具等潜航器特种装置 (推进、液压) 技术; ·潜航器舱内小环境 (温度监测、控制、空气浓度监测、供应、控制) 下生命支持系统和行为科学技术