本報(bào)記者 李大慶

　　■走近中國(guó)大科學(xué)工程

　　倒霉的老漁夫圣地亞哥84天都沒有釣到一條魚。第85天，他又向40英尺的海水深處放出魚餌。這是美國(guó)作家海明威小說《老人與?！分械囊粋€(gè)情節(jié)。

　　魚餌沉到40英尺水下，魚線肯定不止40英尺，因?yàn)樗谒惺切钡?。科學(xué)家們?cè)诤Ｑ罂瓶紩r(shí)也會(huì)碰到此種“情形”：向5000米的海底放纜繩，都放出去7000—8000米了，依然不到底，因?yàn)榇陔S著海風(fēng)漂。

　　不過，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所有一艘科考船能做到不“隨著海風(fēng)漂”，它在海上能“站得住”。這就是科學(xué)號(hào)海洋科學(xué)綜合考察船。

　　現(xiàn)在，科學(xué)號(hào)正在西太平洋的馬努斯水域劈波斬浪，執(zhí)行海底熱液探測(cè)任務(wù)。在它5月6日離開青島碼頭遠(yuǎn)航前，科技日?qǐng)?bào)記者登上了這艘神秘的科考船。

　　從淺海到深海、從近海到大洋

　　海風(fēng)輕輕地吹。

　　在青島南姜碼頭，上白下紅的科學(xué)號(hào)靜靜地休臥岸邊。這艘船的建造，是我國(guó)“十一五”國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。

　　世界上海洋科考船數(shù)量居前幾位的是美、日、英、德、法等發(fā)達(dá)國(guó)家。進(jìn)入新千年以來，這些國(guó)家又相繼建成并交付使用了新的海洋科考船。這些船的設(shè)計(jì)突出多學(xué)科綜合探測(cè)研究的特點(diǎn)，裝備精良、功能齊全，具備強(qiáng)大的深海大洋立體探測(cè)與同步作業(yè)的能力。相比之下，我國(guó)科考船則是數(shù)量少、船舶老舊、功能落后、作業(yè)效率低、配套不完善，難以滿足當(dāng)前日益發(fā)展的多學(xué)科綜合考察，特別是深遠(yuǎn)海綜合考察的需求。為了使我國(guó)在海洋科學(xué)特別是深海研究這一世界科技前沿領(lǐng)域占有一席之地，實(shí)現(xiàn)我國(guó)從淺海走向深海、從近海走向大洋的戰(zhàn)略目標(biāo)，2007年國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)了我國(guó)新一代深海海洋科學(xué)綜合考察船（科學(xué)號(hào)）的立項(xiàng)，總投資近5.5億元人民幣。

　　科學(xué)號(hào)2010年開始建造，2012年9月正式交付使用。依靠自主創(chuàng)新，科學(xué)號(hào)具備了全球航行能力，實(shí)現(xiàn)了集多學(xué)科、多功能、多技術(shù)手段為一體，滿足海洋科學(xué)研究多學(xué)科交叉，特別是深海大洋研究的需求目標(biāo)。

　　中科院海洋研究所所長(zhǎng)、中科院“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)首席科學(xué)家孫松說，自2013年1月投入試運(yùn)行以來，科學(xué)號(hào)多次赴深海大洋，圓滿完成了深海海底油氣資源形成機(jī)理、深海極端環(huán)境調(diào)查、大洋環(huán)流系統(tǒng)與氣候變化、深海生物基因資源及生物多樣性、大洋生態(tài)系統(tǒng)與碳循環(huán)、洋中脊與大陸邊緣熱液系統(tǒng)及地球深部過程的科學(xué)考察，取得了豐碩成果。比如在南海探測(cè)了海底冷泉區(qū)域，在沖繩海槽熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)存在著大量的熱液硫化物礦床。

　　目前，科學(xué)號(hào)已出海9次，行程6萬多海里，最遠(yuǎn)到達(dá)過西太平洋的雅浦海山。今年4月24日，科學(xué)號(hào)通過了國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“海洋科學(xué)綜合考察船”項(xiàng)目的國(guó)家驗(yàn)收。

　　高精度定位和控位

　　從船舷的左側(cè)拾階而上，記者登上了這艘4000噸級(jí)的海洋科學(xué)綜合考察船。甲板、船艙、船桅、駕駛臺(tái)，船尾的作業(yè)操控支架盡收眼底。

　　科學(xué)號(hào)的“科學(xué)”體現(xiàn)在哪兒？

　　作為科學(xué)號(hào)建設(shè)項(xiàng)目的總工藝師，現(xiàn)任科學(xué)號(hào)船長(zhǎng)的隋以勇耐心地給記者科普：“科學(xué)號(hào)船尾部的吊艙式舵槳全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)系統(tǒng)，是目前國(guó)際最先進(jìn)的推進(jìn)方式之一，也是被科學(xué)號(hào)國(guó)家驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)定的‘首次在科學(xué)考察船中采用吊艙式電力推進(jìn)’。”

　　吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)是將電機(jī)置于船艙外部。這是當(dāng)前國(guó)際上一種新型的推進(jìn)裝置。

　　科學(xué)號(hào)的動(dòng)力是靠柴油機(jī)發(fā)電，然后輸給船尾吊艙內(nèi)的電機(jī)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳推進(jìn)船體。電機(jī)與螺旋槳直接相連（無傳統(tǒng)尾軸傳遞），可以360°水平轉(zhuǎn)動(dòng)，舵槳合一，這不僅節(jié)省了艙容空間，也提高了工作效率。電動(dòng)機(jī)直接安在船底水下，噪聲極低，有利于科考人員海上的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

　　在驗(yàn)收前，科學(xué)號(hào)9次出海試航，隋以勇全部參加。他說，科學(xué)號(hào)總噸位4711噸，續(xù)航力15000海里，最大航速可達(dá)15節(jié)（15海里/小時(shí)），這大大優(yōu)于常規(guī)軸槳推進(jìn)的船舶。一般船只有在高速或有一定速度時(shí)才能轉(zhuǎn)向，而科學(xué)號(hào)在低速時(shí)可原地回轉(zhuǎn)，巡航時(shí)回轉(zhuǎn)直徑為194米?！按吓鋫淞?臺(tái)主發(fā)電機(jī)和一臺(tái)停泊發(fā)電機(jī)，是相同噸位船舶中油耗最低的，快速性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均達(dá)到或超過國(guó)際同類型船的先進(jìn)水平?！?/p>

　　船舶光有前進(jìn)的動(dòng)力不行，還要有左推右移的動(dòng)力系統(tǒng)。科學(xué)號(hào)上就設(shè)計(jì)安裝了兩個(gè)“艏側(cè)推”。

　　艏是指船的前部。艏側(cè)推就是裝在船體前部水下的特種推進(jìn)器，用來調(diào)整船舶方向，與船尾推進(jìn)相配合可以控制船體左右的位置，以精確保持船位。許多船只都有艏側(cè)推，靠岸時(shí)可以不用拖船幫忙。

　　科學(xué)號(hào)艏側(cè)推的獨(dú)特之處，是在這個(gè)左右貫通的桶體槽道口上加了一個(gè)封蓋系統(tǒng)。隋以勇說，在航行過程中，這個(gè)桶體容易產(chǎn)生氣泡，對(duì)聲學(xué)探測(cè)設(shè)備的使用有很大影響。“我們就設(shè)計(jì)了一套封蓋系統(tǒng)，正常航行時(shí)把桶體蓋上，需要左右移位時(shí)再打開。當(dāng)初設(shè)計(jì)這個(gè)封蓋時(shí)很多人不理解，說多此一舉。其實(shí)他們是不了解科考船有許多特殊要求?！?/p>

　　這個(gè)艏側(cè)推槽道口封蓋裝置在國(guó)內(nèi)是首創(chuàng)。

　　海洋科考船實(shí)際上就是一個(gè)海上流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，可以對(duì)水體、大氣、海底等做科學(xué)探尋。自然，某一海域的定位探尋就要求船體能“站”得住，精確控位。隋以勇說：“依靠GPS定位系統(tǒng)和兩套動(dòng)力系統(tǒng)，科學(xué)號(hào)在1.5節(jié)流、5—6級(jí)風(fēng)的海況下，能夠?qū)崿F(xiàn)定位精度0—3米、船艏方向正負(fù)10°的可靠控位。在深海極端環(huán)境航次中，纜控水下機(jī)器人在水下長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)時(shí)，科學(xué)號(hào)動(dòng)力定位系統(tǒng)始終將船位控制在0.3—0.4米的范圍之內(nèi)?！备呔鹊亩ㄎ缓涂刂屏Γ屵@位有著30年出海經(jīng)驗(yàn)的老船長(zhǎng)無比自豪。

　　科學(xué)號(hào)再也不會(huì)出現(xiàn)向5000米海底放纜繩，但放出7000—8000米甚至萬米依然不到底的情況了?！?000米深，就放下5000米?！彼逡杂碌脑挃S地有聲。

　　“小胖船”上“寸土”寸金

　　科學(xué)號(hào)是一艘“胖”船。它是為科考活動(dòng)而專門設(shè)計(jì)的。

　　我國(guó)現(xiàn)有自主設(shè)計(jì)的海洋科考船大都是瘦長(zhǎng)型的。由于船窄，在海洋科考活動(dòng)中其耐波性就差，海上作業(yè)受海況的制約就大。設(shè)計(jì)人員特地將科學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)成了“短寬型”的船體結(jié)構(gòu)。它雖然只有99.8米長(zhǎng)，但型寬卻有17.8米，這對(duì)于一艘科考船來說，就是一個(gè)“小胖子”。

　　小胖子相對(duì)增加了海上的耐波性，并最大限度地照顧了船型尺度比和型線的優(yōu)化。

　　走進(jìn)科學(xué)號(hào)的駕駛室，通透明亮是第一感覺，從室內(nèi)向外360°均可遠(yuǎn)近觀望。隋以勇說，一開始，設(shè)計(jì)者并沒想著搞成360°的可環(huán)視駕駛室，是在我們的建議下才改的?！皬鸟{駛室就能直觀地看到后甲板上的工作情況，有利于駕駛臺(tái)的指揮和操控?！?/p>

　　駕駛室360°環(huán)視，科學(xué)號(hào)開啟了國(guó)內(nèi)科考船造船業(yè)的先河。

　　“我們還有首創(chuàng)?！彼逡杂抡f，科學(xué)號(hào)也可將駕控臺(tái)轉(zhuǎn)移到后甲板作業(yè)區(qū)，這也完全是為了后甲板開展科考工作的方便。

　　站在駕駛室，環(huán)顧全船，可以發(fā)現(xiàn)與一般船相比，科學(xué)號(hào)的前甲板面積出奇的大?！斑@是為了給海上作業(yè)留有更大的空間?！彼逡杂抡f，一般船的前部看到的都是各種系泊設(shè)備，而我們將科考船前部的各種設(shè)備都遮蔽到作業(yè)甲板以下，既保護(hù)了系泊設(shè)備，也增大了前甲板面積，便于攜帶安裝更多的科考設(shè)備，方便作業(yè)?！霸趪?guó)內(nèi)的科考船上，我們是第一個(gè)把前系泊設(shè)備遮蔽起來的?！?/p>

　　記者看到在前甲板上畫著一個(gè)黃色的大圓圈。隋以勇說，這是為直升機(jī)預(yù)留的懸停位置。如果在后甲板預(yù)留這個(gè)位置，那將擠占面積，減少科考設(shè)備的攜帶。

　　船上“寸土”寸金。對(duì)于一次可繞地球大半圈、不需補(bǔ)給可自持60天的科學(xué)號(hào)來說，增大有效面積，多攜帶科考設(shè)備儀器，就可以更多地規(guī)劃科學(xué)考察項(xiàng)目。

　　科學(xué)號(hào)船頭有個(gè)“科學(xué)桅”。一般的前桅桿用于懸掛前桅燈和錨燈、錨球，而科學(xué)號(hào)則賦予其科學(xué)內(nèi)容：將它設(shè)計(jì)得又高又大，在上面裝有探測(cè)大氣的設(shè)備，因?yàn)椤按^是最先接觸海上氣流，并且是離船上煙囪最遠(yuǎn)的地方，空氣最純凈”。

　　三副孟慶超帶著記者參觀了科學(xué)號(hào)獨(dú)特的互不影響的干性實(shí)驗(yàn)室和濕性實(shí)驗(yàn)室。前者內(nèi)的儀器設(shè)備可以對(duì)一些樣品做分析和數(shù)據(jù)處理，而后者則用來處理一些海水中的取樣（如動(dòng)植物）或?qū)５讕r石類等做分析，剛出水時(shí)及時(shí)做測(cè)試，就能準(zhǔn)確了解其特性。此外，船上還設(shè)計(jì)了一個(gè)中心儀器室。它是船上科學(xué)實(shí)驗(yàn)的指揮中樞。在這里可以通過視頻看到各個(gè)實(shí)驗(yàn)室、甲板等場(chǎng)合的科考工作場(chǎng)景，也可以看到駕駛室里的情況，如雷達(dá)、電子海圖、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。指揮者（往往是首席科學(xué)家）可根據(jù)需要向船長(zhǎng)要求科考船是停止不動(dòng)還是低速前進(jìn)，并在這里向各個(gè)實(shí)驗(yàn)、作業(yè)發(fā)布命令：開始作業(yè)或停止作業(yè)。

　　時(shí)髦的“不對(duì)稱”

　　以往國(guó)內(nèi)船舶大都是上層建筑對(duì)稱分布的，而科學(xué)號(hào)則是一艘非對(duì)稱布局的“時(shí)髦船”。

　　幾乎所有的船舶都把煙囪設(shè)計(jì)在船的中軸線上。科學(xué)號(hào)則把煙囪“放”到了駕駛艙的左后。這樣在駕駛臺(tái)上能直接觀察到后甲板的作業(yè)情況，便于操控船舶配合作業(yè)。

　　站在駕駛室里觀察，可以看到科學(xué)號(hào)的右舷作業(yè)空間比左舷大。隋以勇船長(zhǎng)說，這是從作業(yè)方式和作業(yè)所需空間考慮的。有些科考作業(yè)希望在舷側(cè)進(jìn)行，并且設(shè)備很長(zhǎng)，這樣我們就設(shè)計(jì)成右舷面積大一些。

　　科學(xué)號(hào)上的這種“玄秘”有很多。它的不對(duì)稱說起來挺時(shí)髦，但對(duì)科考而言是極大的方便?？茖W(xué)號(hào)的首要任務(wù)是服務(wù)于海洋科考，所有的功能到了海上方顯出英雄本色。

　　升降鰭板的奧妙

　　這是藏在船體底部的又一玄秘之處。

　　現(xiàn)代科考船一般都會(huì)攜帶、安裝用于探測(cè)的精密儀器設(shè)備。許多儀器設(shè)備往往對(duì)振動(dòng)、噪聲等有特殊要求?？茖W(xué)號(hào)設(shè)計(jì)者通過消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，適應(yīng)精密儀器設(shè)備的需求，在國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)了首套升降鰭板裝置。

　　中科院海洋所船舶中心政委朱萱告訴科技日?qǐng)?bào)記者，由于船行過程中，船體表面水流湍急，難以滿足科學(xué)探測(cè)的環(huán)境要求。以往的科考船都有置放探測(cè)儀器的儀器艙，固定在船體底下。但其缺陷是不僅增加了船舶的實(shí)際吃水，而且維護(hù)、更換時(shí)必須回港在船塢內(nèi)進(jìn)行?？茖W(xué)號(hào)專門設(shè)計(jì)了一個(gè)升降鰭板，樣子像魚鰭。它在深井中可以上下移動(dòng)，不探測(cè)時(shí)可將儀器艙收回至船體內(nèi)，探測(cè)作業(yè)時(shí)又可沉到船下水中2.75米處，這樣就提高了探測(cè)設(shè)備的使用效率。

　　升降鰭板裝置的設(shè)計(jì)，使科學(xué)號(hào)極大地方便了探測(cè)儀器的保養(yǎng)維修，日常的維護(hù)可以在船內(nèi)進(jìn)行，而無需回船塢。用船長(zhǎng)的話說：“不但維護(hù)方便，而且還省錢，省時(shí)間，提高了效率?！?/p>

　　深海機(jī)器人有雙靈巧的“手”

　　科學(xué)號(hào)是一艘可進(jìn)行深海探測(cè)的科考船。“其深海高技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)號(hào)無人纜控潛水器（ROV）、電視抓斗等系統(tǒng)的深海高清影像資料采集與深海樣品綜合采集的能力上。”中科院海洋所研究員、科學(xué)號(hào)第一航次首席科學(xué)家李超倫說起科學(xué)號(hào)上的設(shè)備，頗感自豪。

　　科學(xué)號(hào)出?？瓶紩r(shí)，要帶上發(fā)現(xiàn)號(hào)ROV無人纜控潛水器。這是目前我國(guó)下潛深度最深（4500米）、作業(yè)能力最強(qiáng)的水下纜控機(jī)器人。這個(gè)機(jī)器人配置了水下定位系統(tǒng)，還有Titan4和Atlas兩種機(jī)械手，可用于水下的精細(xì)作業(yè)，比如抓取貝殼、螃蟹等。機(jī)器人上還配備了7個(gè)深水?dāng)z像機(jī)，包括兩個(gè)超高清攝像系統(tǒng)。它搭載有用于探測(cè)海水溫度、鹽度、深度等信息的溫鹽深儀，甲烷、二氧化碳、酸堿度、濁度、溶解氧、葉綠素等多種探測(cè)傳感器。機(jī)器人上有多種取樣裝置，可以在水下長(zhǎng)時(shí)間、近距離地對(duì)深海海底物理化學(xué)環(huán)境參數(shù)等實(shí)時(shí)探測(cè)，可對(duì)近海底海水、熱液流體、淺表沉積物、巖石和生物樣品可視化現(xiàn)場(chǎng)取樣。

　　利用水下機(jī)器人等先進(jìn)儀器設(shè)備，科學(xué)號(hào)在試航期間就已采集到了大型海洋生物樣本200多種，也采集了大量生物、水體、沉積物和巖石樣品。

　　在科學(xué)號(hào)考察期間，曾在西太平洋一處海槽采集到幾塊鵝卵石?？此破胀ǖ涅Z卵石中其實(shí)蘊(yùn)含著高深的科學(xué)信息，因?yàn)橐话泫Z卵石都存在于淺海環(huán)境中，由較大的水流沖刷而成。如今在深海里發(fā)現(xiàn)它，很有可能是板塊運(yùn)動(dòng)把它從淺海區(qū)域帶到了深海區(qū)?？茖W(xué)家可以根據(jù)采集上來的鵝卵石和珊瑚礁里的化石來判斷地球板塊運(yùn)動(dòng)的速度。

　　9次出海，6萬多海里的行程，多項(xiàng)重要的科考成果?？茖W(xué)號(hào)建設(shè)項(xiàng)目的國(guó)家驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為：科學(xué)號(hào)“極大地提升了國(guó)家深遠(yuǎn)海綜合考察研究的能力和水平，引領(lǐng)了我國(guó)海洋科學(xué)綜合考察船的發(fā)展，其總體指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

　　值得一提的是，科學(xué)號(hào)所取得的重要成果，已在國(guó)內(nèi)外引起廣泛關(guān)注?！蹲匀弧冯s志兩次報(bào)道和評(píng)述了科學(xué)號(hào)及我國(guó)海洋科考能力的提升。

　　未來，科學(xué)號(hào)將承擔(dān)起我國(guó)深海遠(yuǎn)洋科學(xué)調(diào)查的主要任務(wù)。它通過驗(yàn)收并投入使用，標(biāo)志著我國(guó)海洋科考能力邁上了新的臺(tái)階。