科学号科考船：中国梦从大洋起航

科学船。左上图显示的是由“科学”号“发现号”无人驾驶电缆控制潜水器(ROV)携带的深海机器人。中国科学院海洋研究所提供的地图

■走近中国的重大科学项目

倒霉的老渔夫圣地亚哥已经84天没有抓鱼了。第85天，他在离海40英尺的地方又放了一个诱饵。这是美国作家《老人与海》中的一个情节。

鱼饵沉入水下40英尺，鱼线必须超过40英尺，因为它在水中是倾斜的。科学家在进行海洋科学研究时也会遇到这种“情况”:当电缆铺设到5000米的海底时，它们都在7000-8000米之外，但它们仍然没有结束，因为船是随着海风漂流的。

然而，中国科学院海洋研究所有一艘研究船可以在海上“站立”，而不会“随着海风漂流”。这是“科学”海洋科学综合考察船。

目前，科学正在西太平洋的马努斯水域破浪前进，执行海底热液勘探任务。5月6日，在离开青岛码头进行远航之前，《科技日报》的记者登上了这艘神秘的研究船。

从浅海到深海，从近海到海洋

海风轻轻地吹着。

在青岛的南江码头，这艘白顶红底的科学船静静地停靠在岸边。这艘船的建造是国家“十一五”重大科技基础设施项目。

世界上数量最多的海洋科学研究船是发达国家，如美国、日本、英国、德国和法国。进入新千年以来，这些国家相继建造并交付了新的海洋科学研究船。这些船舶的设计突出了多学科综合勘探研究的特点。设备齐全，功能齐全，具有强大的深海立体探测和同步作业能力。相比之下，我国科研船数量少、年代老、功能落后、运行效率低、配套设施不完善，难以满足当前日益发展的多学科综合调查，特别是影响深远的海洋综合调查的需要。为了使中国在海洋科学，特别是世界领先的科学技术领域深海研究中占有一席之地，实现中国从浅海走向深海、从近海走向海洋的战略目标，2007年，国家发展和改革委员会批准建立新一代中国深海海洋科学综合勘探船(science)，总投资近5.5亿元。

科学于2010年开始建设，并于2012年9月正式投入使用。依靠自主创新，科学有能力走向世界，并实现了多学科、多功能和多技术手段相结合的目标，以满足跨学科海洋科学研究，特别是深海研究的需要。

中国科学院海洋研究所所长、中国科学院“热带西太平洋系统物质能量交换及其影响”战略科技先导项目首席科学家孙松表示，自2013年1月投入试运行以来，科学多次深入深海海洋，成功完成了对深海油气资源形成机制的科学研究， 深海极端环境调查、海洋环流系统与气候变化、深海生物基因资源与生物多样性、海洋生态系统与碳循环、大洋中脊和大陆边缘热液系统与深海地球过程，取得了丰硕成果。 例如，在中国南海，海底冷泉区已被勘探，冲绳海槽热液区已发现大量热液硫化物矿床。

目前，这项科学已经九次出海，行程超过6万海里，最远到达西太平洋的雅浦海山。今年4月24日，《科学》通过了国家重大科技基础设施“海洋科学综合勘探船”项目的国家验收。

高精度定位和位置控制

记者从船舷左侧登上了这艘4000吨重的综合性海洋科学研究船。甲板、船舱、桅杆、桥梁和船尾的操纵支架都在视线范围内。

科学的“科学”在哪里？

作为科学号建设项目的首席技术专家，科学号现任船长隋毅勇耐心地告诉记者:“科学号尾部的吊舱式舵桨全旋转电力推进系统是目前世界上最先进的推进方式之一，也被科学号国家验收委员会认定为‘科学考察船首次采用吊舱式电力推进’。”

吊舱式电力推进系统是将发动机放在机舱外面。这是世界上一种新型的推进装置。

科学是由柴油发动机驱动的，柴油发动机产生电力，然后将电力输送到船尾机舱中的马达，马达驱动螺旋桨推进船体。电机直接与螺旋桨连接(无传统的尾轴传动)，可以360度水平旋转，方向舵和螺旋桨为一体，不仅节省了机舱空间，还提高了工作效率。电机直接安装在船底下，噪音很低，有利于科研人员在海上进行科学实验。

验收前，科学九号海试，隋一勇都参加了。他说，该科学的总吨位为4711吨，续航能力为15000海里，最大速度为15节(15海里/小时)，比传统螺旋桨推进的船只要好得多。一般来说，飞船只能在高速或一定速度下转弯，而科学飞船可以在原地低速转弯，巡航时转弯直径为194米。“该船配备了三个主发电机和一个港口发电机，这是同吨位船舶中油耗最低的。速度和经济指标达到或超过同类型国际船舶的先进水平。”

光有动力让船独自前进是不够的，还要有动力系统来左右推动。两艘“船头推进器”被设计并安装在科学船上。

船头指的是船的前部。船头推进器是一种安装在船体前部水下的特殊推进器。它用来调整船的方向。配合船尾推进器，可控制船体左右位置，准确保持船位。许多船只都有船头推进器，可以在没有拖船帮助的情况下停靠。

科学船艏推的独特之处在于桶体的罐口增加了一个贯穿左右的密封系统。隋毅勇说，在航行中，枪管容易产生气泡，这对声学探测设备的使用有很大影响。“我们设计了一套密封系统，用于在正常航行时盖住桶体，然后在需要左右移动时将其打开。许多人在一开始设计封面时并不理解，说这是不必要的。事实上，他们不明白科研船有许多特殊要求。”

这种弓形推槽开口密封装置在国内尚属首次。

海洋科学研究船实际上是一个海洋流动实验室，可以对水、大气、海底等进行科学探索。自然，某个海域的定位要求船体能够“站立”并精确控制位置。隋毅勇说:“依靠全球定位系统和两套动力系统，在1.5级节流和5-6级风力的海况下，科学可以实现0-3米的定位精度和正负10度的船首方向的可靠定位。在深海极端环境下的航行中，当缆控水下机器人长时间在水下工作时，科学航天器的动态定位系统将始终把船的位置控制在0.3-0.4米的范围内。”高精度的定位和控制使这位有30年航海经验的老船长非常自豪。

科学不会再将电缆释放到5000米的海底，但释放7000-8000米甚至10000米仍不是终点。" 5000米深，放下5000米。"隋毅勇的话，击中了地板。

“小胖船”有“每一片土地”和“每一块金子”

科学是一艘“肥胖”的船。它是专门为科学研究活动设计的。

中国大多数自主设计的海洋科学研究船都很细长。由于船舶狭窄，在海洋科学研究活动中耐波性差，海上作业受海况限制很大。设计者特别设计了一个“短宽”的船体结构。虽然它只有99.8米长，但却有17.8米宽，对于一艘科研船来说，这是一个“小胖子”。

小胖人相对提高了海上耐波性，最大限度地兼顾了船型比例和线型的优化。

走进科学的驾驶室，第一感觉是透明和明亮。从里到外，你可以看到360度的远近。隋毅勇说，一开始，设计师没有想到要做360度的驾驶室，而是根据我们的建议做了改动。“从驾驶室可以直接看到后甲板的工作情况，这有利于指挥和控制驾驶室。”

从驾驶室大约360度的角度看，《科学》杂志开创了中国科研造船行业的先河。

“我们仍然有主动权。”隋毅勇表示，科学还可以将控制台转移到后甲板操作区，这也完全是为了方便在后甲板上开展科学研究工作。

站在驾驶室里，环顾整艘船，我们可以发现科学船的前甲板面积与普通船相比惊人地大。"这是为了给海上作业留下更多的空间."隋毅勇表示，一般来说，各种系泊设备都在船的前部，而我们在研究船的前部将各种设备屏蔽在操作甲板之下，这不仅保护了系泊设备，还增加了前甲板的面积，便于携带和安装更多的研究设备，便于操作。"我们是第一个在国内研究船上保护前系泊设备的人."

记者看到前甲板上有一个黄色的大圆圈。隋毅勇说，这是直升机专用的悬停位置。如果这个位置保留在后甲板上，将会占用面积，减少科研设备的携带。

船上的每一寸土地和每一寸金子。对于一个可以绕地球运行半周并且可以在不补给的情况下维持60天的科学航天器来说，可以通过增加其有效面积和携带更多的科学研究设备和仪器来规划更多的科学研究项目。

科学有一个“科学桅杆”。通用前桅杆用于悬挂前桅杆灯、锚灯和锚球，而科学编号赋予了它科学的内容:它被设计得又高又大，并配有大气探测设备，因为“船头是接触海洋气流的第一个地方，是船上离烟囱最远的地方，空气是最纯净的”。

第三名代表孟庆超向记者展示了独特的干湿科学实验室。前者的仪器设备可以对一些样品进行分析和数据处理，而后者用于处理一些海水样品(如动植物)或分析海底岩石等。当水流出时，通过及时的测试可以准确地理解这些特征。此外，飞船还设计了一个*仪器室。它是船上科学实验的指挥中心。在这里，你可以通过视频看到各种实验室、甲板等场合的科研场景，也可以看到驾驶室内的情况，如雷达、电子海图、实时监控等。指挥官(通常是首席科学家)可以根据需要询问船长研究船是应该停止移动还是低速移动，并在这里发布各种实验和操作的命令:开始或停止操作。

时尚的“不对称”

过去，大多数国内船舶对称分布在上层建筑上，而科学船是一种不对称布局的“时尚船”。

几乎所有的船都在船的中轴线上设计烟囱。科学把烟囱放在驾驶舱的左后方。这样，可以在桥上直接观察到后甲板的运行情况，便于被控船舶配合操作。

站在驾驶室里，可以看到科学的右舷工作空间比左舷大。隋毅勇上尉说，这是从操作模式和操作所需空间考虑的。一些科学研究工作预计在船的一侧进行，设备很长，所以我们把右舷设计得更大。

科学数字上有许多这样的“谜团”。它的不对称是时髦的，但它对科学研究极其方便。科学数字的首要任务是为海洋科学研究服务。科学数字的所有功能都显示了他们在海上的英雄品质。

升力鳍的奥秘

这是隐藏在船体底部的另一个秘密。

现代科学研究船通常携带和安装用于探测的精密仪器和设备。许多仪器和设备经常对振动、噪声等有特殊要求。科学号的设计者通过消化吸收国外先进技术，自主设计了我国第一套升降鳍装置，以满足精密仪器设备的需求。

中国科学院海洋研究所海洋中心政委朱宣告诉《科学日报》，由于航行中船体表面水流速度很快，很难满足科学探索的环境要求。过去，所有科学研究船都有放置探测仪器的仪器舱，这些仪器舱固定在船体下面。但是，它的缺点是不仅增加了船舶的实际吃水，而且必须返回香港在码头进行维修和更换。科学专门设计了一种看起来像鱼鳍的升降鳍。它可以在深井中上下移动，不探测时可以将仪器舱收回到船体中，探测时可以沉入船下2.75米，提高了探测设备的使用效率。

升降鳍装置的设计极大地方便了检测仪器的维护和修理。日常维护可在船上进行，无需返回码头。用船长的话来说，“它不仅便于维护，而且节省了资金、时间和效率。”

深海机器人有两只灵巧的“手”

科学是一艘能够进行深海探索的研究船。“其深海高科技优势主要体现在深海高清图像数据采集和深海样本综合采集的能力，无人遥控潜水器(ROV)和发现号电视抓拍系统。”中国科学院海洋研究所研究员、科学第一次航行的首席科学家李朝伦对科学上的设备感到非常自豪。

当科学号出海进行科学研究时，它应该带上发现号无人驾驶遥控潜水器。这是我国潜水深度最深(4500米)和作业能力最强的水下电缆控制机器人。该机器人配有水下定位系统和两个机械手，泰坦4和阿特拉斯，可用于精细的水下操作，如抓取贝壳和螃蟹。机器人还配备了七个深水摄像机，包括两个超高清摄像系统。它配有温度和盐度深度计，用于检测海水温度、盐度、深度等信息，甲烷、二氧化碳、酸碱度、浊度、溶解氧、叶绿素等检测传感器。机器人上有多种采样装置，可长时间、近距离水下实时检测深海海底的物理和化学环境参数，并可现场直观采样近海底海水、热液、表层沉积物、岩石和生物样品。

科学利用水下机器人等先进仪器设备，在试航期间收集了200多种大型海洋生物样品，以及大量生物、水、沉积物和岩石样品。

在科学考察期间，在西太平洋的一个水槽里收集了几块鹅卵石。看似普通的鹅卵石实际上蕴含着深刻的科学信息，因为普通的鹅卵石存在于浅海环境中，并被相对较大的水流冲刷。现在发现于深海，很有可能是板块运动把它从浅海带到了深海。科学家可以根据珊瑚礁中收集到的鹅卵石和化石来判断地球板块运动的速度。

九次航行，超过60，000海里，以及许多重要的科学成就。国家科学项目验收委员会认为，科学“极大地提高了国家海洋综合研究的能力和水平，引领了中国海洋科学综合研究船的发展，总体指标达到国际先进水平，部分指标达到国际先进水平”。

值得一提的是，科学数字所取得的重要成就引起了国内外的广泛关注。《自然》杂志对《科学》和中国海洋科学研究能力的提高进行了两次报道和评论。

未来，科学将承担中国深海科学考察的主要任务。它通过验收并投入使用，标志着中国海洋科学研究能力迈出了新的一步。