主题：【原创】“科学”实验共享 -- 心有戚戚

2021年6月，“科学”号科考船在首个高端用户共享航次中，进行了多台套国产自主研发设备的海试工作，圆满完成了“在海底做实验”的任务。

1. 高端用户共享航次：本航次搭载了来自中国科学院、上海交通大学、中山大学、山东大学、厦门大学、中国海洋大学等9家单位的16个高水平研究团队的科学家。下图是中科院海洋所开展的深海生物原位固定实验：

2. 国产自主研发设备: 比如“海洋之眼”深海着陆器搭配自主研发的系列拉曼光谱探针，实现了对冷泉喷口流体及喷口附近天然气水合物、自生碳酸盐岩等多类目标物的原位长期连续探测，再现了甲烷、硫化氢等关键生物化学反应标识物的时空变化规律，初步结果表明微生物串联了地球深部岩石圈、近底层水圈及黑暗生物圈间的元素转换。

3. 在海底做实验：以往的研究中，深海样品被带到实验室开展后续研究，但由于压力、温度和其他化学环境骤变，深海样品的生理活动同样发生改变，真实的深海生命过程无法被准确认知。依托该航次，中科院海洋所在深海海底搭建了水下实验平台，科学家得以在深海开展水下原位实验，为揭示深海生物极端环境的适应机制提供了可靠依据。下图是进行深海海底水下原位培养实验的装置：

带机械手的“发现”号无人缆控潜器共下潜作业21次，获得了大量珍贵的样品及数据，并首次在目标海域发现了深海单板纲、深海星虫等珍贵类群。通过自主研发实现了海底群落生物的标志识别等多项关键技术突破，相关数据和样品将解答深海黑暗食物链组成、深海碳源碳汇通量、生命起源等重大科学问题。

还发现了两个新的喷发强度迥异的冷泉活跃区，并通过水体剖面取样比较了不同活跃状态冷泉喷发的环境影响。下图是在深海发现的一个冷泉喷口：

“科学”号新一代海洋科学综合考察船于2011年11月30日（歼20首飞第20天）在武汉下水，总投资逾5亿元人民币，2012年9月在青岛正式交付使用。它总吨位4864吨，总长99.8米，宽17.8米，深8.9米，续航能力15000海里，自持力60天，最大航速15节，载员80人（约一半为科考人员）。

上图“科学”号船尾可见“永磁电机吊舱式全回转无舵浆电力推进系统”。推进电机不在船体中而是在水下，与螺旋桨做成一体，也没有船舵。整个吊舱式推进器可以水平方向旋转360°，就像现代军用飞机发动机使用矢量喷口一样，可以通过旋转吊舱的方向来调整航行方向。

而电推进是将船舶上所有设备、设施使用的能源都用“电”来控制，形成一个统一的用电系统；同时将这个用电系统与船舶的发电机进行全智能化联结，像变频空调一样根据需要用电，这样极大地减少了柴油的消耗，又降低了船舶的噪声和震动。

由于“科学”号是为了科考活动而建造的，因此，专门设计成了“短宽型”的船体结构，以此增加其在海上的耐波性，并在最大限度照顾船型尺度比和型线的优化。另外，为了便于驾驶台的指挥和操控，设计者还将驾驶室设计成360°环视，能够从驾驶室直观地看到后甲板上的工作情况，开启了国内科考船造船业的先河。

作为新一代海洋科考旗舰船，“科学”号在技术和建造方面整合了当时海洋基础科考多学科、多领域的先进装备和信息技术集成，不仅配备了包括水体探测系统、大气探测系统、海底探测系统等在内的七大船载科学探测与实验系统；而且还搭载了高精度差分卫星定位导航系统、全海深多波束测深系统、多道数字地震系统，具备进行高精度长周期的动力环境、地质环境、生态环境等综合海洋环境观测、探测以及取样和现场分析及数据集成传输能力，能够满足现代海洋科学多学科交叉研究需求，被称为“海上移动实验室”。

”科学”号船艏部向斜上方伸出的一个部件非常引人注目，它叫船艏桅，也被科学家们称为“科学桅”。在艏桅上面，是海洋大气和海气通量的观测平台。海气通量是指在单位时间内、单位面积上，海洋和大气之间发生的物质（水汽、二氧化碳等）及能量交换的量。海气通量平台是测量垂直方向上数据的观测设备，它的换能器和水面的距离不能低于15米。这个平台之所以设计在船的艏部并做成向斜上方倾斜的形式，主要是因为这个位置对海洋大气和海气通量观测的干扰和影响最小。通过这个平台，科学家们可以向船艏下方放置换能器，实时测量海洋和大气之间物质、能量交换的参数。

在船的中心位置，有两个可以升降的鳍板，可以通过“通海井”直接到达船底下方的海水中。鳍板里面装了鱼探仪、海流探测器、浅海多波束声学探测器等设备。船在正常航行时，鳍板收回到与船底平齐的位置，以减少航行阻力。同时，有了这个升降鳍板，在出海后也可以很方便地进行换能器的维修和更换，而不必回船坞修理，由此节省了大量的维护成本。

之前大事记：

1. 首航大捷：2014年5月12日，“科学”号海洋科学综合考察船完成首航，对西太平洋热液区海域物理化学环境进行了全面调查，成功在冲绳海槽区域找到活跃的热液喷口（海底“黑烟囱”）。而日本海上保安厅巡逻船声称中方船只连续两天进入了日方所谓的专属经济区，要求中方停止科考，中方未作回应。根据中国政府向《联合国海洋法公约》大陆架界限委员会提交的东海部分海域200海里以外大陆架划界案，中国在东海的大陆架自然延伸到冲绳海槽。

2. 给海底量体温： “科学"号科考船2015年2月9日在西太平洋雅浦海沟附近海域投放热流探针，给海底"量体温"。"体温计"是一根7.5米长、自重965千克的热流探针。从"科学"号后甲板处由钢缆放入海底后，凭借额外增加的500千克配重，这支"体温计"可以竖直插入洋壳表层，也就是亿万年来形成的海底沉积层中。探针上的22个温度传感器会被自带电源瞬间加热，并记录降温过程中每秒温度值。回收后，根据传感器获得的海底沉积物原位温度梯度和热导系数，可以推算出海底热梯度的分布情况。

3. 多道地震数据采集：多道地震作业是指对由人工震源产生传播到海底及更深处后反射回来的地震波进行接收和分析，为地层走向、倾向以及断层等地质构造研究提供依据，最终用于洋壳俯冲形态等海洋地质解释。2015年1月19日，“科学”号在西太平洋雅浦海山海域投放了7个海底地震仪。该航次设计了3条测线，分别有两条垂直于、一条斜交于海沟方向，船以5节的速度航行，每50米放一枪，释放间隔20秒左右。共收集19839次气枪成功释放后反馈数据，测线总长度约1000公里。 下图中科考队员对回收“气枪”浮筒进行例行检查：

4. 开创世界纪录：2015年11月15日，“科学”号完成了热带西太平洋主流系和暖池综合考察航次，该航次开创了单一科考航次布放、回收深海潜标套数和观测设备数量最多的世界纪录，并在热带西太平洋“科学”号初步建成热带西太平洋潜标观测网。

5. 深海观测数据实时传输： “科学”号在2016年的热带西太平洋综合考察航次中，成功对两套深海潜标进行实时传输改造，破解了深海观测数据实时传输的世界难题。 “科学”号在水面上放置了一个数据实时传输的浮体，它与潜标通过无线和有线两种方式连接。潜标将数据传输给浮体，浮体发射到卫星上，卫星再反馈回陆地实验室。

6. 开放共享航次：2018年10月5日到11月5日，“科学”号完成国家自然科学基金委“2018年西太平洋开放共享航次”科考任务。该航次行程5600余海里，搭载了国内8个单位的25个国家级科研项目。

7. 最长航程：2018年底到2019年初，“科学”号完成历时74天，航程12000余海里的西太平洋综合考察。本航次是“科学”号首航以来离开国内航程最长、时间最长的一个航次。科学家在本航次成功维护升级了我国的西太平洋实时科学观测网，实现了多项重大突破。

8. 西太海山科考：2019年5-6月，“科学”号完成西太平洋卡罗琳洋脊上的海山科考任务。船载的“发现”号遥控无人潜水器共下潜19次，对海山进行了精细调查。本航次共获得250多种生物样品，这是几乎过去两个“科学”号海山航次才能获得的物种总数。还采集到稀有的深水海兔：