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深海科学与工程研究所
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探测技术

深海着陆器

文章来源:  |  发布时间:2016-03-11  |  【打印】 【关闭

  
 

海洋充满着神秘的色彩,一直是人类向往之地,自古以来,人类对海洋的探索就从未停歇, 20世纪中叶前,主要通过缆绳将探测设备投放到水下进行海洋环境测量和资源勘探。随着探测深度的不断增加,所需缆绳也越来越长,庞大的缆绳和配套吊放系统使其运输和使用都极为不便,尤其是探测设备在水下工作时,缆绳在海流作用下产生的运动会对设备产生较大的干扰,严重影响了设备的探测功能。为此,美国伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的Maurice EwingAllyn Vine等为避免缆绳的使用,于1938年首次提出了“Free Vehicle(无动力潜水器)”的概念并成功研制出了第一台原理样机,他们在探测设备的底部用一根缆绳悬挂重物,而上方连接着大量充油的气球,由于系统的重力集中在底部,而浮力集中在顶部,类似一个不倒翁的结构,因此整个系统可以稳定地落在海底。

1、着陆器工作原理

    着陆器(Lander)这一称呼主要来源于美国国家航空和宇宙航行局(NASA)使用的“登月着陆器(Lunar Lander)”这一词汇,此后,“无动力潜水器”也逐渐被人们称为“深海着陆器(Benthic Lander)”或“海底着陆器(Bottom Lander)”,简称着陆器。着陆器整个系统最初是在重力作用下可自由下沉到海底,而一旦系统接收到回收的指令,悬挂在底部的压载物通过声学传释放系统释放,此时系统上方的浮力装置发挥主要作用,因浮力大于重力,从而使着陆器可以顺利浮出水面。

2、着陆器功能

    着陆器使用方便,除布放与回收,其他时候都不需要水面母船的支持,节约了大量的时间和科研成本,而且可以根据具体的科学目标选择携带不同的设备,在海洋研究领域有着非常广泛的应用。总体来说,着陆器可以实现探测、采样和原位实验等三大功能。

   (1)探测功能:着陆器的探测功能主要是指利用着陆器作为运载平台,将各种传感器、观测设备输送到调查区域进行原位的探测,其中“诱饵—摄像”系统是海洋生物研究最为常用的一种观测设备,即使用诱饵将生物引诱到着陆器附近,通过照相机或者摄像机在生物的栖息地记录它们的活动影像,这种观测方式对生物和环境的干扰非常小,而其他用于海洋物理、化学参数测量的传感器也经常搭载在着陆器上使用。

   (2)采样功能:着陆器的采样功能也较为丰富,例如海水、沉积物的采集及生物的捕捉等。

   (3)原位实验功能:着陆器另外一个重要用途就是开展原位实验,在着陆器底部携带一个可密闭的腔室(Chamber),当着陆器到达海底后关闭腔室,通过传感器来监测腔室内部发生的变化,避免了实验样品被带回水面后引入的各种干扰因素。

    虽然着陆器可以实现的功能很多,但受到重量、体积以及能源的限制,难以集所有功能于一体,只有与科学研究需求紧密结合起来,才能够有针对性地解决实际问题,更好地为科学研究服务。

3、着陆器发展现状

    随着人类对深海乃至深渊探测需求的不断增加,着陆器越发受到重视,2006年英国阿伯丁大学和日本东京大学合作的“HADEEP”项目研制了两套全海深着陆器系统(“Hadal Lander A”“Hadal Lander B”),已在马里亚纳海沟、汤加海沟、克马德克海沟、日本海沟等全球多个海沟进行了应用,拍摄了大量深渊生物的图像,其中有很多是人类首次发现的新物种,同时利用生物捕捉器成功捕获了深渊生物样品,他们的工作为深渊探测领域做出了重大贡献。此外,国际上全海深着陆器还有日本海洋科学与技术中心研制的“全海深系泊系统”,主要用于沉积物的采样,以及与卡梅隆乘坐的全海深载人潜水器配合使用的“Alpha”着陆器,主要是辅助载人潜水器完成深渊的拍摄任务。

    上述可知,着陆器功能丰富,是深海研究不可或缺的重要设备,各国对此十分重视。通过科研人员的不断努力,我国各海洋研究单位在着陆器研制以及科研方面同样取得了一系列骄人的成绩。作为中国深海研究领域的新生力量,中科院深海所着陆器团队目前已自主完成2套深渊着陆器和1套运载着陆器的设计、研发、制造以及总装调试。着陆器设计指标最大深度7000米,最长工作时间30天,搭载有光学观测、水文测量、声学探测、生物捕捉、深渊取样设备。

    截止目前,中科院深海所已对着陆器开展多次深海试验,最大深度达3750米。获得了大量生物样本、水样、泥样、水文数据、视频、图像数据,并对这些样本和数据开展了一系列的科学研究。下图为深海所利用着陆器捕捉到的生物以及通过着陆器拍摄到的高清图。

 

 

 
 

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