深渊着陆器技术研究及马里亚纳海沟科考应用.pdf

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1、第36卷第1期2017年2月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．36，No．1Feb，2017doi：10．3969／j．issn．1003-2029．2017．01．012深渊着陆器技术研究及马里亚纳海沟科考应用陈俊1,2，张奇峰’，李俊3，张艾群1,3(1．中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016；2．中国科学院大学，北京100049；3．中国科学院深海科学与工程研究所．海南三亚572000)摘要：海斗深渊是指海洋中深度超过6000m的区域，占据了海洋底部45％的深度范围

2、，是海洋生态系统的重要组成部分，海斗深渊科学代表着当前海洋研究最新的前沿领域。面向海斗深渊科学近海底长时探测与采样应用需求．介绍了我国自主研制的7000m级“天涯”号、“海角”号深渊着陆器系统．针对深渊着陆器的装备特点，重点研究了生物原位观测、微生物富集与固定、生物诱捕及沉积物取样等技术。描述了深渊着陆器在马里亚纳海沟开展的试验和科考应用，验证了着陆器及采样技术的可行性、有效性及其对深渊科考的适用性，并取得了多项科考成果。关键词：海斗深渊；深渊着陆器：深渊探测；采样技术；马里亚纳海沟中图分类号：P715．5文献标志

3、码：A文章编号：1003—2029(2017)01—0063—07海斗深渊(HadalTrench，简称深渊)专指海洋中深度超过6000m的海沟区域，超高压、黑暗无光、低温及构造活跃是深渊的主要特征[1]。在如此极端恶劣的环境下仍然孕育着丰富的生命，Beliaev于1989年报道深渊区域已发现的生物近700种，其中56％为深渊环境所特有[21。另外，深渊生物在水平分布尺度上也存在巨大差异，相邻海沟之间仅有5％的群落相同[31，深渊生物群落在垂直和水平分布尺度上表现出了特有的区域专属性。因此，深渊内部生命现象及演化过

4、程一直是国际学术界热切关注的问题，然而受到技术条件的制约，深渊一直是人类难以企及和迄今为止认知最少的地球生态体系之一。学术界有关这一领域的知识仍主要来源于20世纪50年代由丹麦和苏联科学家组织的研究以及英国和日本于2006年启动的“HADEEP”研究计划用。不同于海洋其他领域，深渊领域的研究门槛较高，严重依赖于深渊工程技术，一些国家已利用装备优势开展了深渊科考工作，并取得了重大突破和发现，其中，深渊着陆器(HadalLander)发挥了重要作用。“HADEEP”研究计划利用2台深渊着陆器对太平洋内多个海沟进行了科考

5、工作，首次拍摄到深渊特有鱼类的视频影像资料，并捕捉到深渊底栖生物，取得了重要的研究成果㈣；美国国家科学基金会支持的“HADES”计划聚焦于深渊科学问题的国际合作研究，于2014年组织了克马德克海沟和马里亚纳海沟的深渊科考航次，使用的装备中就包括2台深渊着陆器【6J；2012年，美国导演卡梅隆搭乘“DEEPSEACHALLENGER”载人潜水器成功潜入马里亚纳海沟的挑战者深渊底部，同时使用了2台深渊着陆器协同作业[71。与传统的载人或无人潜水器相比，着陆器具有结构简单、使用方便、成本低以及具备长时连续探测等优势，在深

6、渊领域的应用前景受到了高度重视。面向深渊科学近海底长时探测与采样应用需求，中国科学院沈阳自动化研究所与中国科学院深海科学与工程研究所联合研制了7000ITI深渊着陆器“天涯”号与“海角”号删，与商用着陆器通用平台和依赖单元部件集成的着陆器不同，“天涯”号与“海角”号着陆器具有以下技术特点：(1)区别于采用玻璃浮球作为电子器件耐压密封舱的常规集成设计，采用内部充油的普通舱体，实现了控制和摄像系统硬件的充油耐压，有效解决了深度扩展带来收稿日期：2016—10—15基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(B类)资助项目(

7、XDB06040100)作者简介：陈俊(1988-)，男，博士研究生，主要从事深海探测系统设计及探测技术研究。E—mail：chenj@sia．cn海洋技术学报第36卷的材料耐压及密封技术；(2)自主研制的微生物原位富集与固定取样器(简称微生物富集装置)可在原位进行海水过滤，将微生物在滤膜上富集，并使用固定液来稳定和保护极易降解的核糖核酸(RNA)，极大地提高了微生物的取样效率和品质；(3)为提高高清照相机抓拍生物的效率，设计了基于低功耗“诱饵一摄像”系统运动目标检测算法，在获得海底影像资料的同时，实现了对视场内出

8、现生物的实时检测及对高清照相机拍摄的智能触发；(4)设计了一种防逃逸的底栖生物诱捕器及一种自开口与封闭的沉积物采样器。本文首先描述了两套深渊着陆器的系统组成及其工作原理，然后针对着陆器平台特点，进行了采样技术研究及取样装置的设计，最后介绍了两套深渊着陆器在马里亚纳海沟进行海试及科考应用的情况，海试结果表明着陆器系统具有较好的稳定性、可靠性和实用性，自主研制的