深淵著陸器技術(shù)研究及馬里亞納海溝科考應(yīng)用

陳 俊，張奇峰，李 俊，張艾群，

（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110016；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所，海南 三亞 572000）

深淵著陸器技術(shù)研究及馬里亞納海溝科考應(yīng)用

陳 俊1，2，張奇峰1，李 俊3，張艾群1，3

（1.中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所,遼寧 沈陽(yáng) 110016；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，海南 三亞 572000）

海斗深淵是指海洋中深度超過(guò)6 000m的區(qū)域，占據(jù)了海洋底部45%的深度范圍，是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,海斗深淵科學(xué)代表著當(dāng)前海洋研究最新的前沿領(lǐng)域。面向海斗深淵科學(xué)近海底長(zhǎng)時(shí)探測(cè)與采樣應(yīng)用需求，介紹了我國(guó)自主研制的7 000m級(jí)“天涯”號(hào)、“海角”號(hào)深淵著陸器系統(tǒng)，針對(duì)深淵著陸器的裝備特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了生物原位觀測(cè)、微生物富集與固定、生物誘捕及沉積物取樣等技術(shù)。描述了深淵著陸器在馬里亞納海溝開(kāi)展的試驗(yàn)和科考應(yīng)用，驗(yàn)證了著陸器及采樣技術(shù)的可行性、有效性及其對(duì)深淵科考的適用性，并取得了多項(xiàng)科考成果。

海斗深淵；深淵著陸器；深淵探測(cè)；采樣技術(shù)；馬里亞納海溝

海斗深淵（Hadal Trench，簡(jiǎn)稱深淵）專指海洋中深度超過(guò)6 000m的海溝區(qū)域，超高壓、黑暗無(wú)光、低溫及構(gòu)造活躍是深淵的主要特征[1]。在如此極端惡劣的環(huán)境下仍然孕育著豐富的生命，Beliaev于1989年報(bào)道深淵區(qū)域已發(fā)現(xiàn)的生物近700種，其中56%為深淵環(huán)境所特有[2]。另外，深淵生物在水平分布尺度上也存在巨大差異，相鄰海溝之間僅有5%的群落相同[3]，深淵生物群落在垂直和水平分布尺度上表現(xiàn)出了特有的區(qū)域?qū)傩?。因此，深淵內(nèi)部生命現(xiàn)象及演化過(guò)程一直是國(guó)際學(xué)術(shù)界熱切關(guān)注的問(wèn)題，然而受到技術(shù)條件的制約，深淵一直是人類難以企及和迄今為止認(rèn)知最少的地球生態(tài)體系之一。學(xué)術(shù)界有關(guān)這一領(lǐng)域的知識(shí)仍主要來(lái)源于20世紀(jì)50年代由丹麥和蘇聯(lián)科學(xué)家組織的研究以及英國(guó)和日本于2006年啟動(dòng)的“HADEEP”研究計(jì)劃[4]。

不同于海洋其他領(lǐng)域，深淵領(lǐng)域的研究門(mén)檻較高，嚴(yán)重依賴于深淵工程技術(shù)，一些國(guó)家已利用裝備優(yōu)勢(shì)開(kāi)展了深淵科考工作，并取得了重大突破和發(fā)現(xiàn)，其中，深淵著陸器（Hadal Lander）發(fā)揮了重要作用?！癏ADEEP”研究計(jì)劃利用2臺(tái)深淵著陸器對(duì)太平洋內(nèi)多個(gè)海溝進(jìn)行了科考工作，首次拍攝到深淵特有魚(yú)類的視頻影像資料，并捕捉到深淵底棲生物，取得了重要的研究成果[5]；美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)支持的“HADES”計(jì)劃聚焦于深淵科學(xué)問(wèn)題的國(guó)際合作研究，于2014年組織了克馬德克海溝和馬里亞納海溝的深淵科考航次，使用的裝備中就包括2臺(tái)深淵著陸器[6]；2012年，美國(guó)導(dǎo)演卡梅隆搭乘“DEEPSEA CHALLENGER”載人潛水器成功潛入馬里亞納海溝的挑戰(zhàn)者深淵底部，同時(shí)使用了2臺(tái)深淵著陸器協(xié)同作業(yè)[7]。與傳統(tǒng)的載人或無(wú)人潛水器相比，著陸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本低以及具備長(zhǎng)時(shí)連續(xù)探測(cè)等優(yōu)勢(shì)，在深淵領(lǐng)域的應(yīng)用前景受到了高度重視。

面向深淵科學(xué)近海底長(zhǎng)時(shí)探測(cè)與采樣應(yīng)用需求，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所與中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所聯(lián)合研制了7 000m深淵著陸器“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)[8-9]，與商用著陸器通用平臺(tái)和依賴單元部件集成的著陸器不同，“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器具有以下技術(shù)特點(diǎn)：（1）區(qū)別于采用玻璃浮球作為電子器件耐壓密封艙的常規(guī)集成設(shè)計(jì)，采用內(nèi)部充油的普通艙體，實(shí)現(xiàn)了控制和攝像系統(tǒng)硬件的充油耐壓，有效解決了深度擴(kuò)展帶來(lái)的材料耐壓及密封技術(shù)；（2）自主研制的微生物原位富集與固定取樣器（簡(jiǎn)稱微生物富集裝置）可在原位進(jìn)行海水過(guò)濾，將微生物在濾膜上富集，并使用固定液來(lái)穩(wěn)定和保護(hù)極易降解的核糖核酸（RNA），極大地提高了微生物的取樣效率和品質(zhì)；（3）為提高高清照相機(jī)抓拍生物的效率，設(shè)計(jì)了基于低功耗“誘餌-攝像”系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，在獲得海底影像資料的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)生物的實(shí)時(shí)檢測(cè)及對(duì)高清照相機(jī)拍攝的智能觸發(fā)；（4）設(shè)計(jì)了一種防逃逸的底棲生物誘捕器及一種自開(kāi)口與封閉的沉積物采樣器。

本文首先描述了兩套深淵著陸器的系統(tǒng)組成及其工作原理，然后針對(duì)著陸器平臺(tái)特點(diǎn)，進(jìn)行了采樣技術(shù)研究及取樣裝置的設(shè)計(jì)，最后介紹了兩套深淵著陸器在馬里亞納海溝進(jìn)行海試及科考應(yīng)用的情況，海試結(jié)果表明著陸器系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)用性，自主研制的取樣裝置成功取得了大量的深淵大生物、微生物、海水及沉積物樣品。

圖1“天涯”號(hào)（左）、“海角”號(hào)（右）深淵著陸器

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器如圖1所示，具備深淵環(huán)境參數(shù)測(cè)量、光學(xué)觀測(cè)以及深淵采樣等功能，以深淵生物學(xué)應(yīng)用為主要目標(biāo)，同時(shí)兼顧其他學(xué)科的應(yīng)用需求，最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間30 d，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

著陸器系統(tǒng)包括本體和科學(xué)負(fù)載，系統(tǒng)組成如圖2所示。著陸器本體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的下潛和拋載上浮，并為科學(xué)負(fù)載提供安裝基座、能源和信息交互接口，從實(shí)現(xiàn)功能上可將著陸器本體分為運(yùn)載子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)?！疤煅摹碧?hào)與“海角”號(hào)深淵著陸器采用相同的控制、能源及拋載等核心技術(shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和浮力材料的選擇上采用了不同的技術(shù)形式。

表1 深淵著陸器技術(shù)參數(shù)

圖2 深淵著陸器系統(tǒng)組成框圖

1.1 運(yùn)載子系統(tǒng)

運(yùn)載子系統(tǒng)是運(yùn)載與支撐平臺(tái)，主要包括主框架、浮力組件、常載設(shè)備、固定壓載和拋載?！疤煅摹碧?hào)著陸器采樣整體式框架結(jié)構(gòu)，框架上部為萬(wàn)米浮力塊組件?！昂＝恰碧?hào)著陸器采用分體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，浮力組件由7 000 m耐壓的玻璃浮球及其固定框架組成，在布放作業(yè)前與主框架連接。常載設(shè)備是著陸器實(shí)現(xiàn)下潛、拋載上浮、水面示位等基本功能所需設(shè)備，包括深度計(jì)、羅盤(pán)、聲學(xué)釋放器、銥星信標(biāo)、頻閃燈以及液壓補(bǔ)償器。固定壓載和拋載用于調(diào)節(jié)著陸器的水中重量，以獲得期望的下潛和上浮速度。

1.2 控制子系統(tǒng)

著陸器控制子系統(tǒng)組成如圖3所示，主要包括主控制器、視頻采集、能源管理、應(yīng)急拋載、絕緣檢測(cè)等模塊和電子艙艙體。主控制器通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷并做出控制決策，包括下達(dá)控制指令、存儲(chǔ)觀測(cè)數(shù)據(jù)以及記錄系統(tǒng)狀態(tài)等。視頻采集模塊用于采集攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，通過(guò)串口與主控制器通信。能源管理模塊用于系統(tǒng)能源保護(hù)、電壓轉(zhuǎn)換和能源狀態(tài)監(jiān)控，由主控制器控制各設(shè)備能源開(kāi)關(guān)。應(yīng)急拋載模塊具有獨(dú)立的能源、控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具備定時(shí)拋載和主控制器控制拋載功能。絕緣檢測(cè)模塊是用于檢測(cè)各殼體與內(nèi)部電路的絕緣情況?？刂谱酉到y(tǒng)封裝在充油的電子艙內(nèi)，電子艙通過(guò)軟管連接液壓補(bǔ)償器使得艙體內(nèi)外壓保持平衡。

1.3 能源子系統(tǒng)

著陸器的能源模塊采用了兩組鋰離子電池組，其中一組電池組專用于攝像系統(tǒng)及照明燈的能源供給。電池組封裝在電池艙內(nèi)，電池艙通過(guò)軟管與液壓補(bǔ)償器連接。

圖3 控制子系統(tǒng)原理框圖

1.4 科學(xué)負(fù)載

著陸器科學(xué)負(fù)載是指搭載的各種探測(cè)設(shè)備及采樣裝置，著陸器提供非自容式科學(xué)負(fù)載的能源和數(shù)據(jù)交互接口。面向深淵生物的研究需求，“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器搭載的科學(xué)設(shè)備包括溫鹽深儀（CTD）、溶解氧傳感器（DO）、攝像機(jī)、高清照相機(jī)、閃光燈、采水瓶、生物誘捕器、沉積物采樣器和微生物富集裝置，并輔以LED燈為攝像機(jī)照明。

2 系統(tǒng)工作原理

著陸器布放入水后在重力的作用下下潛至海底，著陸后開(kāi)展探測(cè)作業(yè)任務(wù)，完成預(yù)定任務(wù)后拋載上浮，浮出水面后向母船發(fā)送其GPS坐標(biāo)，支持母船依據(jù)GPS坐標(biāo)搜索并回收。兩套著陸器均搭載了銥星定位信標(biāo)用于浮出水面后的示位，搭載了頻閃燈便于夜間回收。

“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器無(wú)水聲通訊功能，布放入水后完全自治，因此設(shè)計(jì)如下自主控制功能：利用深度計(jì)數(shù)據(jù)判斷自身工作狀態(tài)，將其作業(yè)分為“準(zhǔn)備下潛”、“下潛”、“著陸”、“準(zhǔn)備上浮”、“上浮”及“浮出水面”6個(gè)階段，主控制器根據(jù)不同階段的作業(yè)任務(wù)配置執(zhí)行相應(yīng)的探測(cè)策略。

兩套著陸器均搭載了聲學(xué)釋放器，可靈活地控制其回收時(shí)間。但考慮聲學(xué)信號(hào)傳播的不穩(wěn)定性以及作用距離的限制，設(shè)計(jì)了一套獨(dú)立的應(yīng)急拋載模塊，由應(yīng)急拋載控制艙和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。應(yīng)急拋載執(zhí)行機(jī)構(gòu)和聲學(xué)釋放器只需一個(gè)執(zhí)行即可成功拋載。應(yīng)急拋載執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩種條件觸發(fā)：一是到達(dá)了預(yù)先設(shè)定的工作時(shí)間，由獨(dú)立的控制器觸發(fā)；二是下潛過(guò)程中系統(tǒng)出現(xiàn)異常，由主控制器根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息觸發(fā)，觸發(fā)條件包括下潛速度、系統(tǒng)絕緣、下潛深度、能源狀態(tài)等發(fā)生異常。

3 著陸器采樣技術(shù)研究

3.1 誘餌-攝像系統(tǒng)

“誘餌-攝像（Baited-Camera）”系統(tǒng)是一種有效的底棲生物調(diào)查手段[10-11]，“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器各搭載了1臺(tái)低功耗攝像機(jī)和1臺(tái)高清照相機(jī)用于深淵生物調(diào)查，在攝像機(jī)和照相機(jī)的視場(chǎng)中心布置誘餌吸引生物至著陸器附近，實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有物理擾動(dòng)的情況下對(duì)生物進(jìn)行觀測(cè)。

攝像機(jī)、照明燈、視頻服務(wù)器和視頻主板構(gòu)成攝像系統(tǒng)進(jìn)行視頻拍攝與存儲(chǔ)，視頻服務(wù)器采集視頻數(shù)據(jù)并傳輸給視頻主板，視頻主板負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)以及與主控制器的通信。攝像系統(tǒng)采用固定時(shí)間間隔的拍攝模式并由深度觸發(fā)開(kāi)啟。為提高對(duì)生物高清靜態(tài)照片的拍攝效率，設(shè)計(jì)了一種基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的算法來(lái)判斷視場(chǎng)內(nèi)是否存在生物[12]，由視頻主板對(duì)視頻圖像序列進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、檢測(cè)，主控制依據(jù)視頻主板的檢測(cè)結(jié)果判斷是否有生物出現(xiàn)，若檢測(cè)到生物則開(kāi)啟照相機(jī)并觸發(fā)拍攝，否則關(guān)閉其電源以節(jié)約能源。

3.2 微生物富集技術(shù)

微生物樣品一般是在實(shí)驗(yàn)室中從采集到的海水或沉積物樣品中提取，但對(duì)于微生物密度較低的深淵，微生物樣品的提取需要消耗大量的海水樣品；另一方面，樣品在從深淵轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中，壓力、溫度等因素的變化會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生許多未知干擾，尤其是細(xì)胞中極易降解的RNA，從實(shí)驗(yàn)室提取的樣品難以復(fù)現(xiàn)在深淵環(huán)境中原有的狀態(tài)。

為提高微生物的取樣效率和品質(zhì)，“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器搭載了自行設(shè)計(jì)的微生物富集裝置，其主要結(jié)構(gòu)組成如圖4所示，艙體內(nèi)部充油補(bǔ)償，各部件通過(guò)軟管連接。在富集階段，換向閥切換管路與外部海水連通，在動(dòng)力泵的作用下，海水中的微生物不斷地在濾膜上富集，達(dá)到設(shè)定的海水過(guò)濾量后，換向閥切換管路與固定液連通，將固定液注入濾膜腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)微生物的原位固定。

微生物富集裝置由外部供電，通過(guò)串口與主控制器通信，該裝置還可搭載在載人潛水器、無(wú)人遙控潛水器等潛水器上進(jìn)行取樣作業(yè)。

圖4 微生物富集裝置結(jié)構(gòu)組成

3.3 大生物誘捕技術(shù)

當(dāng)前捕捉大型底棲生物常用的方法有深海拖網(wǎng)、海底橇網(wǎng)、陷阱捕捉器、泵吸式捕捉器等，較大的海水靜壓力、從水面到海底的距離為深淵生物的捕捉帶來(lái)了很大的難度，綜合考慮深度、能源動(dòng)力和著陸器在海底的狀態(tài)等因素，設(shè)計(jì)了陷阱式防逃逸誘捕器用于著陸器的大生物誘捕（圖5所示）。

圖5 誘捕器示意圖

誘捕器筒體為圓柱形透明塑料，內(nèi)部放置誘餌，兩端入口采用漏斗形設(shè)計(jì)，可將生物引導(dǎo)至誘捕器內(nèi)部，入口處還設(shè)有倒須漁網(wǎng)，增加了進(jìn)入取樣器內(nèi)部生物游出的難度。誘捕器兩端的蓋板通過(guò)觸發(fā)繩連接到拋載機(jī)構(gòu)上（此時(shí)蓋板處于開(kāi)啟狀態(tài)），著陸器拋載的同時(shí)釋放觸發(fā)繩，蓋板在彈力繩的作用下將誘捕器兩端封閉，防止生物在上浮和回收過(guò)程中逃逸。

3.4 沉積物采樣技術(shù)

針對(duì)著陸器著陸瞬間沖擊及拋載上浮的特點(diǎn)，著陸器攜帶的沉積物采樣器在著陸瞬間插入沉積物內(nèi)部，隨著陸器拋載上浮拔出而完成沉積物的取樣。為避免樣品在上浮過(guò)程中流失，取樣器上下兩端均設(shè)計(jì)了一個(gè)單向開(kāi)啟的彈簧擋板（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示），取樣時(shí)擋板在沉積物的外力作用下開(kāi)啟，取樣完成后又可在扭簧的作用力下閉合。

圖6 沉積物取樣器示意圖

4 馬里亞納海溝深淵海試與應(yīng)用

4.1 試驗(yàn)基本情況

“天涯”號(hào)與“海角”號(hào)著陸器在馬里亞納海溝的試驗(yàn)與應(yīng)用分兩個(gè)階段開(kāi)展：第一階段是技術(shù)下潛，主要用于測(cè)試著陸器的功能、性能指標(biāo)和綜合探測(cè)能力；第二階段是科考應(yīng)用下潛，針對(duì)深淵科考需求開(kāi)展應(yīng)用性試驗(yàn)。航次期間，著陸器共計(jì)完成11次試驗(yàn)任務(wù)，包括4次技術(shù)下潛和7次科考應(yīng)用下潛，其中“天涯”號(hào)著陸器下潛8次，海底探測(cè)作業(yè)時(shí)間累計(jì)約94 h 47min，“海角”號(hào)著陸器下潛3次，海底探測(cè)作業(yè)時(shí)間累計(jì)32 h 57 min，試驗(yàn)概況如表2所示。

“天涯”號(hào)著陸器技術(shù)下潛的最大下潛深度為6 985m，平均下潛速度為35.8m/min，坐底觀測(cè)13 h 57min，達(dá)到設(shè)定工作時(shí)間后應(yīng)急拋載模塊成功觸發(fā)，平均上浮速度為40.8m/min；“海角”號(hào)著陸器技術(shù)下潛最大深度為6 665m，平均下潛速度為36.6m/ min，坐底觀測(cè)10 h 40min后通過(guò)聲學(xué)釋放器釋放拋載，平均上浮速度為39.0m/min。

海試期間，結(jié)合著陸器的技術(shù)狀態(tài)和科學(xué)需求，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)“天涯”號(hào)著陸器進(jìn)行了改造，第一次改造拆除耐壓深度為7 000m的設(shè)備，調(diào)整了拍攝視角，用于獲取7 500m以深的深淵生物觀測(cè)數(shù)據(jù)，改造后成功完成了3個(gè)科考應(yīng)用下潛；第二次改造用于獲取萬(wàn)米深淵的生物、海水和沉積物樣品，改造后保留了具備萬(wàn)米承壓能力的浮力材、聲學(xué)釋放器、銥星信標(biāo)和頻閃燈來(lái)實(shí)現(xiàn)最基本的運(yùn)載功能，搭載了5個(gè)生物誘捕器、13個(gè)采水瓶、2個(gè)沉積物取樣器以及1個(gè)原位培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，成功實(shí)現(xiàn)1次萬(wàn)米下潛。

表2 深淵著陸器試驗(yàn)概況

4.2 取得的成果

4.2.1 誘餌-攝像系統(tǒng)觀測(cè)成果 兩套著陸器搭載誘餌-攝像系統(tǒng)在10個(gè)站位獲取了5 076～7 850m不同深度的生物觀測(cè)影像，累計(jì)拍攝視頻141 h 46min，其中海底觀測(cè)視頻114 h 43min，拍攝到多種深淵生物的視頻影像，包括獅子魚(yú)、十足類、端足類生物以及部分尚待鑒定的物種。高清照相機(jī)在6個(gè)站位拍攝到5 570～7 034 m不同深度的高清照片6 625張，獲得了大量的生物高清照片。

4.2.2 微生物富集樣品 在9個(gè)站位進(jìn)行了微生物樣品的采集，其中8個(gè)樣品在原位進(jìn)行固定，1個(gè)用于對(duì)比試驗(yàn)而未作固定，最大取樣深度為7 850 m，單次最大海水過(guò)濾量達(dá)到150 L。目前實(shí)驗(yàn)室初步檢測(cè)表明微生物樣品采集達(dá)到預(yù)期效果。

表3 馬里亞納海溝海試成果清單

4.2.3 大生物誘捕樣品 兩套著陸器搭載生物誘捕器于7 034m和6 879m深度成功捕獲了7只深淵特征生物獅子魚(yú)，體長(zhǎng)18.2～22.3 cm，并在5 000m級(jí)、6 000m級(jí)、7 000 m級(jí)和10 000m級(jí)不同深度捕獲了1 964只端足類生物，體長(zhǎng)0.5～15 cm不等，另外還捕獲取到2只十足類對(duì)蝦和3只待鑒定的生物。

4.2.4 沉積物樣品 “天涯”號(hào)著陸器4次搭載沉積物取樣器進(jìn)行取樣作業(yè)，在3個(gè)站位成功獲取沉積物樣品950 mL，其中640 mL樣品取自萬(wàn)米深淵，這是我國(guó)首次獲得深度超過(guò)萬(wàn)米的沉積物樣品。

4.2.5 其它科考成果 著陸器搭載的CTD和溶解氧傳感器獲取了7個(gè)站位的CTD及溶解氧含量的數(shù)據(jù)；使用采水瓶在10個(gè)站位獲取了5 000 m，6 000m，7 000m和10 000m級(jí)系列海水樣品共計(jì)231.1 L，其中在萬(wàn)米深淵中單次水樣采集超過(guò)100 L，在國(guó)際上尚屬首例。

表3所示為馬里亞納海溝的試驗(yàn)與應(yīng)用期間獲得的成果清單，部分典型科考成果見(jiàn)圖7。

圖7 科考成果展示（A.獅子魚(yú)樣品B.端足類鉤蝦C.原位拍攝的獅子魚(yú)照片D.沉積物樣品E.微生物濾膜）

5 結(jié)論

海斗深淵科學(xué)是當(dāng)前海洋領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，代表著較前沿的研究方向，深淵裝備是海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)，近年來(lái)著陸器在深淵科考領(lǐng)域取得的成果引起了學(xué)術(shù)界極大關(guān)注，具有較好的深淵應(yīng)用前景。

我國(guó)自主研制的“海角”號(hào)和“天涯”號(hào)7 000m深淵著陸器平臺(tái)和采樣技術(shù)具有鮮明的技術(shù)特色。平臺(tái)技術(shù)上：（1）采用了充油補(bǔ)償?shù)呐擉w設(shè)計(jì)，解決了電控和視頻系統(tǒng)硬件充油耐壓的技術(shù)問(wèn)題；（2）自主研制的應(yīng)急拋載模塊提高了著陸器系統(tǒng)的安全性；（3）采用的控制與能源管理技術(shù)有效地提高了能源的利用率和觀測(cè)效率；采樣技術(shù)上：（1）自行研制的微生物富集裝置提高了微生物的取樣效率和品質(zhì)；（2）設(shè)計(jì)了基于低功耗誘餌-攝像系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)生物的在線檢測(cè)及對(duì)高清照相機(jī)的智能觸發(fā)；（3）設(shè)計(jì)了一種深海底棲生物防逃逸誘捕器及一種沉積物采樣器。相關(guān)平臺(tái)技術(shù)和采樣技術(shù)均在海試和科考應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

海試結(jié)果表明，基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的觸發(fā)拍攝模式對(duì)于體形較大的獅子魚(yú)、十足類和巨型端足類生物檢測(cè)率達(dá)到100%，微生物富集裝置在取得了大量的微生物樣品的同時(shí)也成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)微生物的原位固定，設(shè)計(jì)的底棲生物防逃逸誘捕器和沉積物采樣器可以有效獲得生物和沉積物樣品。

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Research on the Application of the Hadal Lander Technology in the Mariana Trench

CHEN Jun1,2,ZHANG Qi-feng1,LIJun3,ZHANG Ai-qun1,3
1.Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,Liaoning Province,China; 2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China; 3.Institute of Deep-Sea Science and Engineering,Chinese Academy of Sciences,Sanya 572000,Hainan Province,China

The Hadal Trench refers to an ocean area with depth greater than 6000 meters,which accounts for the deepest 45%of the oceanic depth range.The Hadal trench stands for an important component of the marine ecosystem for its peculiarly physical and geological features,and represents the latest frontier of current ocean research.To meet the requirements of long-duration exploration and sampling for Hadal science research,two 7000-meter Hadal landers,independently developed by China,are presented in this paper:the Tianya Type and Haijiao Type.Considering the technological characteristics of the Hadal lander,this paper focuses on the fields of in-situ observation of Hadal fauna,enrichment and fixation of microorganisms,and marco fauna trap and sediment sampling.The sea-trails and scientific investigations in the Mariana Trench are described in detail, followed by corresponding scientific achievements.Results show that the proposed Hadal landers are credible, effective and practical in Hadal exploration.

Haldal trench;Hadal lander;Hadal exploration;sampling techniques;Mariana Trench

P715.5

A

1003-2029（2017）01-0063-07

10.3969/j.issn.1003-2029.2017.01.012

2016-10-15

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）資助項(xiàng)目（XDB06040100）

陳?。?988-），男，博士研究生，主要從事深海探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及探測(cè)技術(shù)研究。E-mail:chenj@sia.cn