中国海洋科考装备的现状分析与建设展望

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.02.013

摘要/Abstract

摘要：

海洋科考装备是人类认识海洋的必要手段,也是一个国家综合实力的重要标志之一。文章全面回顾了海洋科考装备,尤其是海洋科考船、海洋运载器、海洋潜浮标等科考载运装备以及海洋探测与实验仪器装备70余年的发展历程和谱系现状,并选取其中最具代表意义的装备之一“海洋科考船”开展深入分析。首先总结归纳了世界海洋科考船的发展特点并与之对标,其次对中国海洋科考船三代产品的技术沿革进行系统梳理,特别是围绕现代海洋科考船的船型设计新理念、海洋学科新发展、船舶装备新技术、科考系统新产品带来的技术难点和创新设计进行阐述。同时从人类命运共同体、国家海洋强国战略、新兴技术融合趋势3个方面对未来中国海洋科考装备的需求和挑战开展详细论述,最后建设性地从顶层需求、体系贡献和技术换代的角度提出未来海洋科考装备的趋势展望。

关键词: 海洋科考装备, 科考船, 运载器, 海洋观测网, 无人系统

Abstract:

Marine research equipment is a necessary tool for human beings to understand the ocean. It is also an important symbol reflecting a country’s comprehensive strength. This paper comprehensively reviews the development course and the genealogical status of marine research equipment, especially the research vessels, vehicles, buoys, etc., as well as the exploration and lab equipment in the People’s Republic of China over the 70 years. As one of the most representative equipment, the research vessel is selected and deeply analyzed. Firstly, the paper summarizes the development characteristics of global marine research vessels and introduces China’s efforts in this regard accordingly. Secondly, the technological development of China’s research vessels in three generations is systematically sorted out. In addition, the paper expounds on the technical difficulties and innovative designs in terms of the new concept of ship design, new development of oceanography, new technology of ship equipment, and new products of research systems. At the same time, the paper discusses in detail the future needs and challenges of China’s research equipment from three aspects including the community with a shared future for mankind, the national marine power strategy, and the trend of emerging technology convergence. Finally, development proposals for future marine research equipment are put forward from the perspective of top-level demand, system contribution, and technological upgrading.

Key words: marine research equipment, research vessel, marine vehicle, ocean observation system, unmanned system

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图/表 23

图1 中国海洋科考船发展谱系（典型代表）

图2 中国海洋运载器发展谱系（典型代表）

图3 “白龙”浮标

图4 潜标（RTSM）

图5 1960年美国“测量员”号

图6 2014年美国“Sally Ride”号

图7 2015年德国新“SONNE”号

图8 中国第3代先进海洋综合科考船“中山大学”号

表1 国内外最新科考船主要船型指标对比

指标	Sally Ride（美国）	SONNE（德国）	东方红3（中国）	中山大学（中国）
交付时间	2014年	2015年	2019年	2021年
总长/m	72.5	116.0	103.8	114.3
设计排水量/t	3200	8000	6265	6848
定员/人	44	75	110	100
最大航速/节	12.8	15.0	15.5	16.5
推进功率/kW	2×850	2×2350	2×2300	2×2700
工作甲板面积含遮蔽甲板/m²	410	700	820	760
单位排水量工作甲板面积/（m²·t^-1）	0.13	0.09	0.13	0.11
实验室面积/m²	200	550	616	618
单位排水量实验室面积/(m²·t^-1)	0.06	0.07	0.10	0.09
科考负载/t	380	300	224	280
多波束形式	1°×1°嵌入式	0.5°×1°嵌入式	0.5°×1°嵌入式	0.5°×1°嵌入式
升降鳍板	无	无	双鳍板	双鳍板
水下辐射噪声	—	ICES 209	DNV GL Silent-R	DNV GL Silent-F
特殊抗风力要求	无	无	有	有

图9 中国3代“东方红”系列海洋科考船

图10 船体型线与多波束防气泡干扰一体化设计

图11 综合科考船主要科考功能示意图

图12 公共直流母排电力推进系统单线图示意图

图13 全回转推进装置

图14 全航速减摇鳍

图15 升降鳍板

图16 船底声学设备

图17 相控阵气象雷达

图18 舷侧收放机器人

图19 承担大洋钻探计划的美国“决心”号钻探船

图20 承担MOSAiC的德国“极星”号破冰船

图21 透明海洋立体观测网示意图

图22 海洋科考数据采集量历史变化图（来源：世界海洋数据库）

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