深海著陸器
文章來源： | 發(fā)布時(shí)間：2016-03-11 | 【打印】 【關(guān)閉】
海洋充滿著神秘的色彩，一直是人類向往之地，自古以來，人類對(duì)海洋的探索就從未停歇， 20世紀(jì)中葉前，主要通過纜繩將探測(cè)設(shè)備投放到水下進(jìn)行海洋環(huán)境測(cè)量和資源勘探。隨著探測(cè)深度的不斷增加，所需纜繩也越來越長(zhǎng)，龐大的纜繩和配套吊放系統(tǒng)使其運(yùn)輸和使用都極為不便，尤其是探測(cè)設(shè)備在水下工作時(shí)，纜繩在海流作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大的干擾，嚴(yán)重影響了設(shè)備的探測(cè)功能。為此，美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）的Maurice Ewing和Allyn Vine等為避免纜繩的使用，于1938年首次提出了“Free Vehicle（無動(dòng)力潛水器）”的概念并成功研制出了第一臺(tái)原理樣機(jī)，他們?cè)谔綔y(cè)設(shè)備的底部用一根纜繩懸掛重物，而上方連接著大量充油的氣球，由于系統(tǒng)的重力集中在底部，而浮力集中在頂部，類似一個(gè)不倒翁的結(jié)構(gòu)，因此整個(gè)系統(tǒng)可以穩(wěn)定地落在海底。
1、著陸器工作原理
著陸器（Lander）這一稱呼主要來源于美國國家航空和宇宙航行局（NASA）使用的“登月著陸器（Lunar Lander）”這一詞匯，此后，“無動(dòng)力潛水器”也逐漸被人們稱為“深海著陸器（Benthic Lander）”或“海底著陸器（Bottom Lander）”，簡(jiǎn)稱著陸器。著陸器整個(gè)系統(tǒng)最初是在重力作用下可自由下沉到海底，而一旦系統(tǒng)接收到回收的指令，懸掛在底部的壓載物通過聲學(xué)傳釋放系統(tǒng)釋放，此時(shí)系統(tǒng)上方的浮力裝置發(fā)揮主要作用，因浮力大于重力，從而使著陸器可以順利浮出水面。
2、著陸器功能
著陸器使用方便，除布放與回收，其他時(shí)候都不需要水面母船的支持，節(jié)約了大量的時(shí)間和科研成本，而且可以根據(jù)具體的科學(xué)目標(biāo)選擇攜帶不同的設(shè)備，在海洋研究領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。總體來說，著陸器可以實(shí)現(xiàn)探測(cè)、采樣和原位實(shí)驗(yàn)等三大功能。
（1）探測(cè)功能：著陸器的探測(cè)功能主要是指利用著陸器作為運(yùn)載平臺(tái)，將各種傳感器、觀測(cè)設(shè)備輸送到調(diào)查區(qū)域進(jìn)行原位的探測(cè)，其中“誘餌—攝像”系統(tǒng)是海洋生物研究最為常用的一種觀測(cè)設(shè)備，即使用誘餌將生物引誘到著陸器附近，通過照相機(jī)或者攝像機(jī)在生物的棲息地記錄它們的活動(dòng)影像，這種觀測(cè)方式對(duì)生物和環(huán)境的干擾非常小，而其他用于海洋物理、化學(xué)參數(shù)測(cè)量的傳感器也經(jīng)常搭載在著陸器上使用。
（2）采樣功能：著陸器的采樣功能也較為豐富，例如海水、沉積物的采集及生物的捕捉等。
（3）原位實(shí)驗(yàn)功能：著陸器另外一個(gè)重要用途就是開展原位實(shí)驗(yàn)，在著陸器底部攜帶一個(gè)可密閉的腔室（Chamber），當(dāng)著陸器到達(dá)海底后關(guān)閉腔室，通過傳感器來監(jiān)測(cè)腔室內(nèi)部發(fā)生的變化，避免了實(shí)驗(yàn)樣品被帶回水面后引入的各種干擾因素。
雖然著陸器可以實(shí)現(xiàn)的功能很多，但受到重量、體積以及能源的限制，難以集所有功能于一體，只有與科學(xué)研究需求緊密結(jié)合起來，才能夠有針對(duì)性地解決實(shí)際問題，更好地為科學(xué)研究服務(wù)。
3、著陸器發(fā)展現(xiàn)狀
隨著人類對(duì)深海乃至深淵探測(cè)需求的不斷增加，著陸器越發(fā)受到重視，2006年英國阿伯丁大學(xué)和日本東京大學(xué)合作的“HADEEP”項(xiàng)目研制了兩套全海深著陸器系統(tǒng)（“Hadal Lander A”和“Hadal Lander B”），已在馬里亞納海溝、湯加海溝、克馬德克海溝、日本海溝等全球多個(gè)海溝進(jìn)行了應(yīng)用，拍攝了大量深淵生物的圖像，其中有很多是人類首次發(fā)現(xiàn)的新物種，同時(shí)利用生物捕捉器成功捕獲了深淵生物樣品，他們的工作為深淵探測(cè)領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。此外，國際上全海深著陸器還有日本海洋科學(xué)與技術(shù)中心研制的“全海深系泊系統(tǒng)”，主要用于沉積物的采樣，以及與卡梅隆乘坐的全海深載人潛水器配合使用的“Alpha”著陸器，主要是輔助載人潛水器完成深淵的拍攝任務(wù)。
上述可知，著陸器功能豐富，是深海研究不可或缺的重要設(shè)備，各國對(duì)此十分重視。通過科研人員的不斷努力，我國各海洋研究單位在著陸器研制以及科研方面同樣取得了一系列驕人的成績(jī)。作為中國深海研究領(lǐng)域的新生力量，中科院深海所著陸器團(tuán)隊(duì)目前已自主完成2套深淵著陸器和1套運(yùn)載著陸器的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造以及總裝調(diào)試。著陸器設(shè)計(jì)指標(biāo)最大深度7000米，最長(zhǎng)工作時(shí)間30天，搭載有光學(xué)觀測(cè)、水文測(cè)量、聲學(xué)探測(cè)、生物捕捉、深淵取樣設(shè)備。
截止目前，中科院深海所已對(duì)著陸器開展多次深海試驗(yàn)，最大深度達(dá)3750米。獲得了大量生物樣本、水樣、泥樣、水文數(shù)據(jù)、視頻、圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)這些樣本和數(shù)據(jù)開展了一系列的科學(xué)研究。下圖為深海所利用著陸器捕捉到的生物以及通過著陸器拍攝到的高清圖。
Copyright © 中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所 備案證號(hào)：瓊ICP備13001552號(hào)-1
瓊公網(wǎng)安備 46020102000014號(hào)
地址: 三亞市鹿回頭路28號(hào) 郵編：572000 網(wǎng)站維護(hù)：深海所辦公室 郵箱：office@idsse.ac.cn
