china海底空间站部分环节技术难度比太空站更高

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导读:2500年,随着气候变暖加剧,两极冰川不断融化,海平面高度与日俱增,最后地球表面化作一片汪洋。尽管美国科幻电影《未来水世界》中描绘的场景出现的概率几乎为零,人们关于未来世界的样子从未停止过畅想。如果人类可以在外太空定居,那么,潜入深海工作、生活,又有什么不可以呢?   随着人类科技的进步,星球移民都已显得不那么遥远,自然,人们也把目光转向了海洋。如果人类可以在外太空定居,近在眼前的大片海洋甚至海底,为什么不能?在2012年的北京科博会上,我国设计的小型深海空间站试验艇和正在设计中的小型深海移动
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china海底空间站部分环节技术难度比太空站更高

2500年,随着气候变暖加剧,两极冰川不断融化,海平面高度与日俱增,最后地球表面化作一片汪洋。尽管美国科幻电影《未来水世界》中描绘的场景出现的概率几乎为零,人们关于未来世界的样子从未停止过畅想。如果人类可以在外太空定居,那么,潜入深海工作、生活,又有什么不可以呢?

随着人类科技的进步,星球移民都已显得不那么遥远,自然,人们也把目光转向了海洋。如果人类可以在外太空定居,近在眼前的大片海洋甚至海底,为什么不能?在2012年的北京科博会上,我国设计的小型深海空间站试验艇和正在设计中的小型深海移动工作站模型首次亮相,唤起了人们对海底科考、工作、生活的憧憬。而近来,“蛟龙”号不断造访大洋深处,更引发了人们关于海底“龙宫”的畅想。

从“上天”畅想“入海”

如果说太空空间站是宇宙飞船、航天器在太空的“行宫”,那么,在海底建空间站就是深潜器的“行宫”了。不同的是,海底空间站还只是一个愿景,而太空空间站已经为人类立下了汗马功劳。

北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉《中国科学报》记者,国际空间站的建立,为人类和平利用太空开辟了平台。

焦维新介绍,空间站的一个特点,是在太空运行时间比较长,能满足人们长期探索太空的目的。“一般来说,组合式结构都能运行十几年以上。”他表示。

人类目前的目标,一方面是开发太空,一方面也在开发海洋。随着“蛟龙”号不断入海深潜,人们不禁要问:能否在海下建一个“龙宫”呢?

焦维新认为,从人类技术能力上来讲,是存在建造的可能性的。而且,如果人们需要长期或频繁进行海底科考,每次几个小时的下潜可能无法满足海底科学活动的需要,从这个角度讲,建立海底空间站是有必要的。

“不过,自前苏联发射世界上第一艘载人飞船至今,人们已经发射了大量的航天器,建立太空空间站也就显得顺理成章,而人类的海洋深潜活动还远未那么频繁。此外,世界上也只有5个国家掌握着深潜技术,建立海底空间站似乎还为时过早。”焦维新指出。china海底空间站部分环节技术难度比太空站更高

深海空间站技术难度大

目前,对于海洋生物的研究主要是依靠潜水员、潜水器和其他设备获取海洋生物的样本,保真到陆上实验室模拟海洋环境进行研究。但是,海洋地质学家、中科院院士汪品先告诉《中国科学报》记者,陆地上进行的对海洋环境的模拟实验并不理想,一般而言,能保证模拟各种深度的压强已属不易,更别提是将包括海底温度、水流等环境特征一一复制。“从这个角度来说,建成海底空间站,将为海底科学实验提供很大的便利。”

他表示,国内关于未来海底空间站的设计规划从2006年就已经开始了。去年,深海空间技术研发单位中国船舶重工集团公司第702研究所在科博会上首次展出了最新研制成功的我国深海空间工作站系统模型:已经完成设计的小型深海空间站试验艇和正在设计中的小型深海移动工作站模型。

据了解,未来,我国将建成最深将达2500米海底最大载员50人,可在水下“驻扎”两个月,250吨级的,长度在22米左右,宽度接近7米,高度在8米左右的深海空间站,并与水下运载器对接,运送物资和人员。它可以长周期、全天候在深海域直接操控作业工具与装置,进行水下工程作业、资源探测与开发,以及海洋科学实验研究。

不过,中国地质大学海洋学院副院长、海洋地学研究中心主任方念乔认为,目前,建立海底空间站的意义并不像太空站那么突出。

“太空空间站的失重状态,可以提供地面上难以达到的理想实验条件,而在海底的极端环境下,就没有这样的意义了。”方念乔说,几千米海底的环境主要是低温和高压,人类无法承受在那样极端的条件下生存或者实验。

“仅从技术难度上讲,建立海底空间站在一些关键环节,可能比建立太空空间站的难度系数还要大。”焦维新提到,比如,航天员可以借助航天服从太空空间站自由出入,而如何从海底空间站自由进出,就是一个棘手的问题。

“几千米深的地方压力非常大,可能有几百个大气压,空间站可以建成球形或者椭球形的容易承压,但是空间站的舱门要承受那么大的气压,无论从承压和密闭性上来讲,都很难达到。”焦维新表示。

汪品先在接受《中国科学报》记者采访时指出,尽管美国、俄罗斯持续在完善深海空间站体系,但德国却始终对当前技术下的安全风险以及成本持消极的态度。

了解海洋不过半个世纪

一直以来,与人们对太空的探索相比,人们对海洋的了解还远远不够。

“人类早期对海洋的探索,始于好奇心驱使下的海洋探险活动,比较着名的可追溯到哥伦布、达伽马、麦哲伦等时代。”方念乔说,当时久居陆地的人们对神秘海洋有种种猜测和争议,一些有识之士因此展开了一系列的海洋探险,这些探险活动开启了地理大发现的序幕。

“而真正近代海洋科学的开端,是在19世纪中后期,英国H.M.S.挑战者号进行环球海洋考察,这是人类历史上第一次以科学考察为目的的环球航海活动。”方念乔认为,这一科考活动是打开人们认识海洋乃至自然世界的一扇门。

“此后,由于人们对海洋的科学探索已经有了相对丰富的成果,加之两次世界大战和经济大萧条接连而至,海洋活动相对沉寂了一段时间。”方念乔说,“不过,这期间也有一些了不起的成就,比如德国人首次在水深测量中采用了声呐探测技术,并发现了大西洋洋脊;瑞士在上世纪30年代成功将活塞取样用在海洋科考;美国更是把石油勘探,从陆地发展到海洋……这些进步使人们在海底形貌、海洋地质认识上有了一些新的突破。”

上世纪60年代之后,随着大洋钻探技术把几千米深处大洋中脊及其两侧的沉积岩采集上岸、加以分析研究,人们对海洋环境、海洋地质有了全新的认识,也成就了海洋科学的第二次繁荣。正是大洋钻探带来的革新认识,不但验证了构造活动学说,人们对研究古海洋学、古环境学的变迁也有了有力的佐证。

此外,汪品先表示,卫星技术在海洋开发中的应用也十分广泛。海洋卫星可在几百千米高空通过遥感技术得到海洋温度、海浪高度等一系列数据特征。

如果说,上世纪70年代以前人们热衷于用深潜器去深海底探险,追求下潜的深度,那么,70年代以后,人们便热衷于把深潜器用作科学研究和为海洋开发服务,因而,深潜器的商业和科学应用掀起了一个高潮。

“可以说,地球科学真正的革命性变化,是从海洋地质学开始的,而先进的大洋钻探和深潜技术正在海洋地质学方面发挥着越来越重要的作用。”方念乔说。

在陆地上接收海底观测结果

“未来,海洋探测技术的方向应该是把观测结果带回来,而不是把生物样品带回来。”汪品先说,科学家普遍认为,即使人下潜到海底也应是少量的,以开拓视野为主的,至于执行任务,机械设备完全有能力代替人力完成。在他看来,这种方式所付出的风险和成本代价是最小的。

汪品先告诉《中国科学报》记者,目前,国际上实现该目标所依赖的最为先进的技术正是深潜器(以小动力的无人深潜器为主)、海底观测网以及深海钻探。

以汪品先最先在国内提出的海底观测网为例,该系统实际上就是把陆地实验室搬到了海底,能长期连续实时原位地观测海底以下地震、地壳内流体和生物等的活动。科学家通过声学设备、水下质谱仪、微型基因组探头以及海底井下实验装置、海底化学与生物学实验室等,来监测海底地震,观测海底海洋及其生物地球化学过程,实现实时观测。而且,利用海底光缆,人在陆地就能接受这些海底的海量数据。

目前,美国已经可以利用海底观测网,在海底截取生物片断,完成DNA测试;把传感器放置海底300摄氏度高温的热液口,测量海水的pH值等,并最终把测试结果传回地面。

方念乔也提到较前沿的做法,是在大洋钻探的钻头里附加一些监测用的电子芯片,这些探测器可以收集海洋水流、微生物、地质构造、热液喷发、地球化学等的活动信息,定期回传数据。(见习记者赵广立 记者胡珉琦)

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