本報記者 李大慶

　　■走近中國大科學工程

　　倒楣的老漁夫聖地亞哥84天都沒有釣到一條魚。第85天，他又向40英尺的海水深處放出魚餌。這是美國作家海明威小説《老人與海》中的一個情節。

　　魚餌沉到40英尺水下，魚線肯定不止40英尺，因為它在水中是斜的。科學家們在海洋科考時也會碰到此種“情形”：向5000米的海底放纜繩，都放出去7000—8000米了，依然不到底，因為船在隨著海風漂。

　　不過，中國科學院海洋研究所有一艘科考船能做到不“隨著海風漂”，它在海上能“站得住”。這就是科學號海洋科學綜合考察船。

　　現在，科學號正在西太平洋的馬努斯水域劈波斬浪，執行海底熱液探測任務。在它5月6日離開青島碼頭遠航前，科技日報記者登上了這艘神秘的科考船。

　　從淺海到深海、從近海到大洋

　　海風輕輕地吹。

　　在青島南姜碼頭，上白下紅的科學號靜靜地休臥岸邊。這艘船的建造，是我國“十一五”國家重大科技基礎設施項目。

　　世界上海洋科考船數量居前幾位的是美、日、英、德、法等發達國家。進入新千年以來，這些國家又相繼建成並交付使用了新的海洋科考船。這些船的設計突出多學科綜合探測研究的特點，裝備精良、功能齊全，具備強大的深海大洋立體探測與同步作業的能力。相比之下，我國科考船則是數量少、船舶老舊、功能落後、作業效率低、配套不完善，難以滿足當前日益發展的多學科綜合考察，特別是深遠海綜合考察的需求。為了使我國在海洋科學特別是深海研究這一世界科技前沿領域佔有一席之地，實現我國從淺海走向深海、從近海走向大洋的戰略目標，2007年國家發改委批准了我國新一代深海海洋科學綜合考察船（科學號）的立項，總投資近5.5億元人民幣。

　　科學號2010年開始建造，2012年9月正式交付使用。依靠自主創新，科學號具備了全球航行能力，實現了集多學科、多功能、多技術手段為一體，滿足海洋科學研究多學科交叉，特別是深海大洋研究的需求目標。

　　中科院海洋研究所所長、中科院“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”戰略性先導科技專項首席科學家孫松説，自2013年1月投入試運作以來，科學號多次赴深海大洋，圓滿完成了深海海底油氣資源形成機理、深海極端環境調查、大洋環流系統與氣候變化、深海生物基因資源及生物多樣性、大洋生態系統與碳迴圈、洋中脊與大陸邊緣熱液系統及地球深部過程的科學考察，取得了豐碩成果。比如在南海探測了海底冷泉區域，在沖繩海槽熱液區發現存在著大量的熱液硫化物礦床。

　　目前，科學號已出海9次，行程6萬多海裏，最遠到達過西太平洋的雅浦海山。今年4月24日，科學號通過了國家重大科技基礎設施“海洋科學綜合考察船”項目的國家驗收。

　　高精度定位和控位

　　從船舷的左側拾階而上，記者登上了這艘4000噸級的海洋科學綜合考察船。甲板、船艙、船桅、駕駛臺，船尾的作業操控支架盡收眼底。

　　科學號的“科學”體現在哪兒？

　　作為科學號建設項目的總工藝師，現任科學號船長的隋以勇耐心地給記者科普：“科學號船尾部的吊艙式舵槳全回轉電力推進系統，是目前國際最先進的推進方式之一，也是被科學號國家驗收委員會認定的‘首次在科學考察船中採用吊艙式電力推進’。”

　　吊艙式電力推進系統是將電機置於船艙外部。這是當前國際上一種新型的推進裝置。

　　科學號的動力是靠柴油機發電，然後輸給船尾吊艙內的電機，通過電機驅動螺旋槳推進船體。電機與螺旋槳直接相連（無傳統尾軸傳遞），可以360°水準轉動，舵槳合一，這不僅節省了艙容空間，也提高了工作效率。電動機直接安在船底水下，噪聲極低，有利於科考人員海上的科學實驗。

　　在驗收前，科學號9次出海試航，隋以勇全部參加。他説，科學號總噸位4711噸，續航力15000海裏，最大航速可達15節（15海裏/小時），這大大優於常規軸槳推進的船舶。一般船隻有在高速或有一定速度時才能轉向，而科學號在低速時可原地回轉，巡航時回轉直徑為194米。“船上配備了3台主發電機和一台停泊發電機，是相同噸位船舶中油耗最低的，快速性和經濟性指標均達到或超過國際同類型船的先進水準。”

　　船舶光有前進的動力不行，還要有左推右移的動力系統。科學號上就設計安裝了兩個“艏側推”。

　　艏是指船的前部。艏側推就是裝在船體前部水下的特種推進器，用來調整船舶方向，與船尾推進相配合可以控制船體左右的位置，以精確保持船位。許多船隻都有艏側推，靠岸時可以不用拖船幫忙。

　　科學號艏側推的獨特之處，是在這個左右貫通的桶體槽道口上加了一個封蓋系統。隋以勇説，在航行過程中，這個桶體容易産生氣泡，對聲學探測設備的使用有很大影響。“我們就設計了一套封蓋系統，正常航行時把桶體蓋上，需要左右移位時再打開。當初設計這個封蓋時很多人不理解，説多此一舉。其實他們是不了解科考船有許多特殊要求。”

　　這個艏側推槽道口封蓋裝置在國內是首創。

　　海洋科考船實際上就是一個海上流動實驗室，可以對水體、大氣、海底等做科學探尋。自然，某一海域的定位探尋就要求船體能“站”得住，精確控位。隋以勇説：“依靠GPS定位系統和兩套動力系統，科學號在1.5節流、5—6級風的海況下，能夠實現定位精度0—3米、船艏方向正負10°的可靠控位。在深海極端環境航次中，纜控水下機器人在水下長時間作業時，科學號動力定位系統始終將船位控制在0.3—0.4米的範圍之內。”高精度的定位和控制力，讓這位有著30年出海經驗的老船長無比自豪。

　　科學號再也不會出現向5000米海底放纜繩，但放出7000—8000米甚至萬米依然不到底的情況了。“5000米深，就放下5000米。”隋以勇的話擲地有聲。

　　“小胖船”上“寸土”寸金

　　科學號是一艘“胖”船。它是為科考活動而專門設計的。

　　我國現有自主設計的海洋科考船大都是瘦長型的。由於船窄，在海洋科考活動中其耐波性就差，海上作業受海況的制約就大。設計人員特地將科學號設計成了“短寬型”的船體結構。它雖然只有99.8米長，但型寬卻有17.8米，這對於一艘科考船來説，就是一個“小胖子”。

　　小胖子相對增加了海上的耐波性，並最大限度地照顧了船型尺度比和型線的優化。

　　走進科學號的駕駛室，通透明亮是第一感覺，從室內向外360°均可遠近觀望。隋以勇説，一開始，設計者並沒想著搞成360°的可環視駕駛室，是在我們的建議下才改的。“從駕駛室就能直觀地看到後甲板上的工作情況，有利於駕駛臺的指揮和操控。”

　　駕駛室360°環視，科學號開啟了國內科考船造船業的先河。

　　“我們還有首創。”隋以勇説，科學號也可將駕控臺轉移到後甲板作業區，這也完全是為了後甲板開展科考工作的方便。

　　站在駕駛室，環顧全船，可以發現與一般船相比，科學號的前甲板面積出奇的大。“這是為了給海上作業留有更大的空間。”隋以勇説，一般船的前部看到的都是各種係泊設備，而我們將科考船前部的各種設備都遮蔽到作業甲板以下，既保護了係泊設備，也增大了前甲板面積，便於攜帶安裝更多的科考設備，方便作業。“在國內的科考船上，我們是第一個把前係泊設備遮蔽起來的。”

　　記者看到在前甲板上畫著一個黃色的大圓圈。隋以勇説，這是為直升機預留的懸停位置。如果在後甲板預留這個位置，那將擠佔面積，減少科考設備的攜帶。

　　船上“寸土”寸金。對於一次可繞地球大半圈、不需補給可自持60天的科學號來説，增大有效面積，多攜帶科考設備儀器，就可以更多地規劃科學考察項目。

　　科學號船頭有個“科學桅”。一般的前桅桿用於懸挂前桅燈和錨燈、錨球，而科學號則賦予其科學內容：將它設計得又高又大，在上面裝有探測大氣的設備，因為“船頭是最先接觸海上氣流，並且是離船上煙囪最遠的地方，空氣最純凈”。

　　三副孟慶超帶著記者參觀了科學號獨特的互不影響的乾性實驗室和濕性實驗室。前者內的儀器設備可以對一些樣品做分析和數據處理，而後者則用來處理一些海水中的取樣（如動植物）或對海底岩石類等做分析，剛出水時及時做測試，就能準確了解其特性。此外，船上還設計了一個中心儀器室。它是船上科學實驗的指揮中樞。在這裡可以通過視頻看到各個實驗室、甲板等場合的科考工作場景，也可以看到駕駛室裏的情況，如雷達、電子海圖、實時監控等。指揮者（往往是首席科學家）可根據需要向船長要求科考船是停止不動還是低速前進，並在這裡向各個實驗、作業發佈命令：開始作業或停止作業。

　　時髦的“不對稱”

　　以往國內船舶大都是上層建築對稱分佈的，而科學號則是一艘非對稱佈局的“時髦船”。

　　幾乎所有的船舶都把煙囪設計在船的中軸線上。科學號則把煙囪“放”到了駕駛艙的左後。這樣在駕駛臺上能直接觀察到後甲板的作業情況，便於操控船舶配合作業。

　　站在駕駛室裏觀察，可以看到科學號的右舷作業空間比左舷大。隋以勇船長説，這是從作業方式和作業所需空間考慮的。有些科考作業希望在舷側進行，並且設備很長，這樣我們就設計成右舷面積大一些。

　　科學號上的這種“玄秘”有很多。它的不對稱説起來挺時髦，但對科考而言是極大的方便。科學號的首要任務是服務於海洋科考，所有的功能到了海上方顯出英雄本色。

　　升降鰭板的奧妙

　　這是藏在船體底部的又一玄秘之處。

　　現代科考船一般都會攜帶、安裝用於探測的精密儀器設備。許多儀器設備往往對振動、噪聲等有特殊要求。科學號設計者通過消化吸收國外先進技術，適應精密儀器設備的需求，在國內自主設計了首套升降鰭板裝置。

　　中科院海洋所船舶中心政委朱萱告訴科技日報記者，由於船行過程中，船體表面水流湍急，難以滿足科學探測的環境要求。以往的科考船都有置放探測儀器的儀器艙，固定在船體底下。但其缺陷是不僅增加了船舶的實際吃水，而且維護、更換時必須回港在船塢內進行。科學號專門設計了一個升降鰭板，樣子像魚鰭。它在深井中可以上下移動，不探測時可將儀器艙收回至船體內，探測作業時又可沉到船下水中2.75米處，這樣就提高了探測設備的使用效率。

　　升降鰭板裝置的設計，使科學號極大地方便了探測儀器的保養維修，日常的維護可以在船內進行，而無需回船塢。用船長的話説：“不但維護方便，而且還省錢，省時間，提高了效率。”

　　深海機器人有雙靈巧的“手”

　　科學號是一艘可進行深海探測的科考船。“其深海高技術優勢主要體現在發現號無人纜控潛水器（ROV）、電視抓鬥等系統的深海高清影像資料採集與深海樣品綜合採集的能力上。”中科院海洋所研究員、科學號第一航次首席科學家李超倫説起科學號上的設備，頗感自豪。

　　科學號出海科考時，要帶上發現號ROV無人纜控潛水器。這是目前我國下潛深度最深（4500米）、作業能力最強的水下纜控機器人。這個機器人配置了水下定位系統，還有Titan4和Atlas兩種機械手，可用於水下的精細作業，比如抓取貝殼、螃蟹等。機器人上還配備了7個深水錄影機，包括兩個超高清攝像系統。它搭載有用於探測海水溫度、鹽度、深度等資訊的溫鹽深儀，甲烷、二氧化碳、酸鹼度、濁度、溶解氧、葉綠素等多種探測感測器。機器人上有多種取樣裝置，可以在水下長時間、近距離地對深海海底物理化學環境參數等實時探測，可對近海底海水、熱液流體、淺表沉積物、岩石和生物樣品可視化現場取樣。

　　利用水下機器人等先進儀器設備，科學號在試航期間就已採集到了大型海洋生物樣本200多種，也採集了大量生物、水體、沉積物和岩石樣品。

　　在科學號考察期間，曾在西太平洋一處海槽採集到幾塊鵝卵石。看似普通的鵝卵石中其實蘊含著高深的科學資訊，因為一般鵝卵石都存在於淺海環境中，由較大的水流沖刷而成。如今在深海裏發現它，很有可能是板塊運動把它從淺海區域帶到了深海區。科學家可以根據採集上來的鵝卵石和珊瑚礁裏的化石來判斷地球板塊運動的速度。

　　9次出海，6萬多海裏的行程，多項重要的科考成果。科學號建設項目的國家驗收委員會認為：科學號“極大地提升了國家深遠海綜合考察研究的能力和水準，引領了我國海洋科學綜合考察船的發展，其總體指標達到國際先進水準，部分指標達到國際領先水準”。

　　值得一提的是，科學號所取得的重要成果，已在國內外引起廣泛關注。《自然》雜誌兩次報道和評述了科學號及我國海洋科考能力的提升。

　　未來，科學號將承擔起我國深海遠洋科學調查的主要任務。它通過驗收並投入使用，標誌著我國海洋科考能力邁上了新的臺階。