大陸擬建深海空間站 部分技術難度大於太空站 !

如果人類可以在外太空定居,近在眼前的大片海洋甚至海底,為什麼不能?

 

大陸新聞中心/綜合報導

 

2500年,隨著氣候變暖加劇,兩極冰川不斷融化,海平面高度與日俱增,最後地球表面化作一片汪洋。盡管美國科幻電影《未來水世界》中描繪的場景出現的概率幾乎為零,人們關於未來世界的樣子從未停止過暢想。如果人類可以在外太空定居,那麼,潛入深海工作、生活,又有什麼不可以呢?

據中國科學報報導,隨著人類科技的進步,星球移民都已顯得不那麼遙遠,自然,人們也把目光轉向了海洋。如果人類可以在外太空定居,近在眼前的大片海洋甚至海底,為什麼不能?在2012年的北京科博會上,大陸設計的小型深海空間站試驗艇和正在設計中的小型深海移動工作站模型首次亮相,喚起了人們對海底科考、工作、生活的憧憬。而近來,『蛟龍』號不斷造訪大洋深處,更引發了人們關於海底『龍宮』的暢想。

如果說太空空間站是太空船、航天器在太空的『行宮』,那麼,在海底建空間站就是深潛器的『行宮』了。不同的是,海底空間站還只是一個願景,而太空空間站已經為人類立下了汗馬功勞。

北京大學地球與空間科學學院教授焦維新說,國際空間站的建立,為人類和平利用太空開闢了平台。

焦維新介紹,空間站的一個特點,是在太空運行時間比較長,能滿足人們長期探索太空的目的。『一般來說,組合式結構都能運行十幾年以上。』他表示。

人類目前的目標,一方面是開發太空,一方面也在開發海洋。隨著『蛟龍』號不斷入海深潛,人們不禁要問:能否在海下建一個『龍宮』呢?

焦維新認為,從人類技術能力上來講,是存在建造的可能性的。而且,如果人們需要長期或頻繁進行海底科考,每次幾個小時的下潛可能無法滿足海底科學活動的需要,從這個角度講,建立海底空間站是有必要的。

『不過,自前蘇聯發射世界上第一艘載人飛船至今,人們已經發射了大量的航天器,建立太空空間站也就顯得順理成章,而人類的海洋深潛活動還遠未那麼頻繁。此外,世界上也只有5個國家掌握著深潛技術,建立海底空間站似乎還為時過早。』焦維新指出。

 

目前,對於海洋生物的研究主要是依靠潛水員、潛水器和其他設備獲取海洋生物的樣本,保真到陸上實驗室類比海洋環境進行研究。但是,海洋地質學家、中科院院士汪品先說,陸地上進行的對海洋環境的類比實驗並不理想,一般而言,能保証類比各種深度的壓強已屬不易,更別提是將包括海底溫度、水流等環境特征一一複制。『從這個角度來說,建成海底空間站,將為海底科學實驗提供很大的便利。』

他表示,大陸關於未來海底空間站的設計規劃從2006年就已經開始了。去年,深海空間技術研發單位大陸船舶重工集團公司第702研究所在科博會上首次展出了最新研制成功的大陸深海空間工作站系統模型:已經完成設計的小型深海空間站試驗艇和正在設計中的小型深海移動工作站模型。

據了解,未來,大陸將建成最深將達2500公尺海底最大載員50人,可在水下『駐扎』兩個月,250噸級的,長度在22公尺左右,寬度接近7公尺,高度在8公尺左右的深海空間站,並與水下運載器對接,運送物資和人員。它可以長周期、全天候在深海域直接操控作業工具與裝置,進行水下工程作業、資源探測與開發,以及海洋科學實驗研究。

不過,中國地質大學海洋學院副院長、海洋地學研究中心主任方念喬認為,目前,建立海底空間站的意義並不像太空站那麼突出。

『太空空間站的失重狀態,可以提供地面上難以達到的理想實驗條件,而在海底的極端環境下,就沒有這樣的意義了。』方念喬說,幾千公尺海底的環境主要是低溫和高壓,人類無法承受在那樣極端的條件下生存或者實驗。

『僅從技術難度上講,建立海底空間站在一些關鍵環節,可能比建立太空空間站的難度系數還要大。』焦維新提到,比如,太空人可以借助航天服從太空空間站自由出入,而如何從海底空間站自由進出,就是一個棘手的問題。

『幾千公尺深的地方壓力非常大,可能有幾百個大氣壓,空間站可以建成球形或者橢球形的容易承壓,但是空間站的艙門要承受那麼大的氣壓,無論從承壓和密閉性上來講,都很難達到。』焦維新表示。

汪品先指出,盡管美國、俄羅斯持續在完善深海空間站體系,但德國卻始終對當前技術下的安全風險以及成本持消極的態度。

一直以來,與人們對太空的探索相比,人們對海洋的了解還遠遠不夠。

『人類早期對海洋的探索,始於好奇心驅使下的海洋探險活動,比較著名的可追溯到哥倫布、達伽馬、麥哲倫等時代。』方念喬說,當時久居陸地的人們對神秘海洋有種種猜測和爭議,一些有識之士因此展開了一系列的海洋探險,這些探險活動開啟了地理大發現的序幕。

 

『而真正近代海洋科學的開端,是在19世紀中後期,英國H.M.S.挑戰者號進行環球海洋考察,這是人類歷史上第一次以科學考察為目的的環球航海活動。』方念喬認為,這一科考活動是打開人們認識海洋乃至自然世界的一扇門。

『此後,由於人們對海洋的科學探索已經有了相對豐富的成果,加之兩次世界大戰和經濟大蕭條接連而至,海洋活動相對沉寂了一段時間。』方念喬說,『不過,這期間也有一些了不起的成就,比如德國人首次在水深測量中採用了聲吶探測技術,並發現了大西洋洋脊;瑞士在上世紀30年代成功將活塞取樣用在海洋科考;美國更是把石油勘探,從陸地發展到海洋……這些進步使人們在海底形貌、海洋地質認識上有了一些新的突破。』

上世紀60年代之後,隨著大洋鑽探技術把幾千公尺深處大洋中脊及其兩側的沉積岩採集上岸、加以分析研究,人們對海洋環境、海洋地質有了全新的認識,也成就了海洋科學的第二次繁榮。正是大洋鑽探帶來的革新認識,不但驗証了構造活動學說,人們對研究古海洋學、古環境學的變遷也有了有力的佐証。

此外,汪品先表示,衛星技術在海洋開發中的應用也十分廣泛。海洋衛星可在幾百千公尺高空通過遙感技術得到海洋溫度、海浪高度等一系列資料特征。

如果說,上世紀70年代以前人們熱衷於用深潛器去深海底探險,追求下潛的深度,那麼,70年代以後,人們便熱衷於把深潛器用作科學研究和為海洋開發服務,因而,深潛器的商業和科學應用掀起了一個高潮。

『可以說,地球科學真正的革命性變化,是從海洋地質學開始的,而先進的大洋鑽探和深潛技術正在海洋地質學方面發揮著越來越重要的作用。』方念喬說。

『未來,海洋探測技術的方向應該是把觀測結果帶回來,而不是把生物樣品帶回來。』汪品先說,科學家普遍認為,即使人下潛到海底也應是少量的,以開拓視野為主的,至於執行任務,機械設備完全有能力代替人力完成。在他看來,這種方式所付出的風險和成本代價是最小的。

汪品先說,目前,國際上實現該目標所依賴的最為先進的技術正是深潛器(以小動力的無人深潛器為主)、海底觀測網以及深海鑽探。

以汪品先最先在國內提出的海底觀測網為例,該系統實際上就是把陸地實驗室搬到了海底,能長期連續即時原位地觀測海底以下地震、地殼內流體和生物等的活動。科學家通過聲學設備、水下質譜儀、微型基因組探頭以及海底井下實驗裝置、海底化學與生物學實驗室等,來監測海底地震,觀測海底海洋及其生物地球化學過程,實現即時觀測。而且,利用海底光纜,人在陸地就能接受這些海底的海量資料。

目前,美國已經可以利用海底觀測網,在海底截取生物片斷,完成DNA測試;把傳感器放置海底300攝氏度高溫的熱液口,測量海水的pH值等,並最終把測試結果傳回地面。

方念喬也提到較前沿的做法,是在大洋鑽探的鑽頭里附加一些監測用的電子晶片,這些探測器可以收集海洋水流、微生物、地質構造、熱液噴發、地球化學等的活動資訊,定期回傳資料。