近日，由中科院聲學(xué)所承擔(dān)的“6000米聲學(xué)深拖系統(tǒng)適用性改造與維護(hù)”課題，通過由中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會辦公室組織的驗收。

這標(biāo)志著我國國際海域資源調(diào)查與開發(fā)領(lǐng)域再添“利器”。

讓海底探測不再“霧里看花”

在海洋中，光波和無線電波無法遠(yuǎn)程傳播，聲波便成為進(jìn)行高效探測的主要手段。

多年來，中科院聲學(xué)所自主研制了不少能給海洋“照CT”的設(shè)備，聲學(xué)深拖系統(tǒng)就是其中之一。

“聲學(xué)深拖系統(tǒng)的主要功能是近海底對海底地形地貌、淺地層剖面和水體物理化學(xué)參數(shù)進(jìn)行長時間、實時探測，可應(yīng)用于海洋開發(fā)和礦產(chǎn)資源調(diào)查、海上油田區(qū)域探測、海洋工程等領(lǐng)域，還可用于深海特征物搜查和配合大型設(shè)備作業(yè)。”中科院聲學(xué)所研究員劉曉東介紹說。

之所以叫“深拖”，是因為它自身不能移動，必須被母船拖著才能走。母船利用絞車和萬米光電復(fù)合纜連接到聲學(xué)深拖系統(tǒng)的壓載器上，再通過長50米左右的中性浮纜連接到聲學(xué)深拖系統(tǒng)的拖曳平臺上。拖曳平臺上安裝有探測海底地形、地貌、淺地層的多部聲吶以及多種探測海洋環(huán)境參數(shù)的傳感器，母船上則安裝有水下定位系統(tǒng)用于定位拖曳平臺。將拖曳平臺投放到近海底，即可對海底和水體進(jìn)行精細(xì)探測。

在海里被拖著走，風(fēng)險可不小。中科院聲學(xué)所副研究員張東升深有體會：去年他在“科學(xué)”號上使用新研制的聲學(xué)深拖對沖繩海槽的熱液區(qū)進(jìn)行地形地貌調(diào)查。那里海山突兀，地形變化大，“要是收纜收慢了，拖體可能撞上海山，撞壞了事小，最怕海山將纜繩掛斷，拖體丟失”。

升級改造提高國產(chǎn)化率

劉曉東告訴記者，“6000米聲學(xué)深拖系統(tǒng)適用性改造與維護(hù)”課題是在“十五”期間“863”計劃和大洋專項共同支持的“高分辨率測深側(cè)掃聲吶系統(tǒng)”課題的基礎(chǔ)上提出的。

2004年，他們完成了基于高分辨率測深側(cè)掃聲吶的聲學(xué)深拖系統(tǒng)研制，并在2006年12月通過驗收。“但當(dāng)時系統(tǒng)設(shè)計工作水深最大只能到4000米，同時只能探測海底深度和側(cè)掃數(shù)據(jù)，也沒有經(jīng)歷過實際應(yīng)用考驗。”劉曉東坦言。

經(jīng)過兩年試用，特別是在2008年被實際投入某光纜路由調(diào)查工作，實際拖曳640千米測線，拖體最長在水下連續(xù)工作116小時，所得結(jié)果滿足用戶要求。之后，中國大洋協(xié)會辦公室為使系統(tǒng)功能更加與實際需求相結(jié)合，決定支持對該系統(tǒng)開展適用性改造。

系統(tǒng)升級的難度，并不亞于起初的開發(fā)。劉曉東說，其難點一是如何使多個聲吶和傳感器設(shè)備協(xié)同、有序、保質(zhì)地工作；二是提升系統(tǒng)的國產(chǎn)化率，盡可能降低使用進(jìn)口部件的數(shù)量，以方便開展系統(tǒng)維護(hù)。

經(jīng)過5年多的努力，最終研制出的“DTA-6000”型聲學(xué)深拖系統(tǒng)，最大工作水深6000米，能滿足大洋調(diào)查任務(wù)的需求。

中國大洋協(xié)會有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在升級改造過程中，系統(tǒng)經(jīng)過了多次湖上試驗和海上試驗。其中，2013年在中國大洋第29航次中完成試驗性應(yīng)用工作，首次在海山區(qū)同步獲得微地形地貌數(shù)據(jù)和淺地層剖面數(shù)據(jù)；2014年通過精度評估，確定聲吶測深精度達(dá)到國際海道測量組織特級標(biāo)準(zhǔn)。

做自主產(chǎn)權(quán)的聲吶裝備

與原有系統(tǒng)相比，升級后的系統(tǒng)可在近海底同步采集測深、側(cè)掃和淺地層剖面數(shù)據(jù)，大大提高了探測效率；同時采用基于遠(yuǎn)程超短基線定位系統(tǒng)、DVL和運(yùn)動傳感器的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，顯著提升系統(tǒng)定位精度；具備搭載額外傳感器的能力；能夠適應(yīng)多條科學(xué)考察船，增強(qiáng)了系統(tǒng)使用性。

中國大洋協(xié)會有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，隨著“DTA-6000”型聲學(xué)深拖系統(tǒng)的投入應(yīng)用，將有更多深海海底奧秘清晰地呈現(xiàn)出來。

這也正是劉曉東及其聲學(xué)深拖系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊的共同愿望。

盡管聲學(xué)深拖系統(tǒng)最早出現(xiàn)在國外，但目前國外主流品牌也就兩三種。而從2001年起至今，中科院聲學(xué)所已主持研發(fā)了兩代聲學(xué)深拖系統(tǒng)，包括用于大洋協(xié)會的“DTA-6000”型聲學(xué)深拖系統(tǒng)和用于中科院海洋所的探海型聲學(xué)深拖系統(tǒng)，二者分別于2015年年初和2014年年底通過驗收。

這支具有15年聲學(xué)深拖系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗的隊伍，除了聲學(xué)深拖系統(tǒng)，還設(shè)計出新型高分辨率測深側(cè)掃聲吶、AUV聲學(xué)探測系統(tǒng)和全海深多波束測深系統(tǒng)等多種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋聲學(xué)裝備。

劉曉東表示，下一步，他們將主要開展高分辨率測深側(cè)掃聲吶數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用、全海深多波束測深系統(tǒng)工程化等研究工作。