周 凱,程 杰,賀可海,馬鴻飛
(中國人民解放軍32184部隊(duì),煙臺(tái) 264012)
隨著海洋科技的快速發(fā)展,國家對(duì)海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)的要求越來越高,如今海上試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)成為制約中國海洋技術(shù)裝備研發(fā)、海洋科學(xué)研究和海洋科技成果轉(zhuǎn)化的難題。發(fā)達(dá)國家之所以在海洋科技領(lǐng)域擁有先進(jìn)水平,與其重視海洋科學(xué)技術(shù)觀測(cè)和試驗(yàn)技術(shù)研究密不可分。國內(nèi)海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)起步較晚,但經(jīng)過幾十年的大力建設(shè),特別是“十二五”以來,國家海上試驗(yàn)場(chǎng)及試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、海上試驗(yàn)活動(dòng)、海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編寫和技術(shù)服務(wù)體系建設(shè)等方面都有了長足發(fā)展。
目前,國內(nèi)海上試驗(yàn)技術(shù)研究主要依托已建成的海洋試驗(yàn)場(chǎng)或公共試驗(yàn)海域,利用固定或移動(dòng)平臺(tái)開展。文章從國內(nèi)海上試驗(yàn)場(chǎng)、移動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)、海上試驗(yàn)活動(dòng)和海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及技術(shù)服務(wù)體系4個(gè)方面概述了國內(nèi)海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)研究的現(xiàn)狀,并分析了國內(nèi)海上試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
目前國家海洋綜合試驗(yàn)場(chǎng)包括威海國家淺海綜合試驗(yàn)場(chǎng)、舟山潮流海上試驗(yàn)場(chǎng)和萬山海上試驗(yàn)場(chǎng)。
國家淺海試驗(yàn)場(chǎng)位于山東省威海市褚島北部,錨泊式和浮標(biāo)式測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)位于此試驗(yàn)海域。
試驗(yàn)場(chǎng)目前布放了浮標(biāo)式測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)和“國海試1”試驗(yàn)平臺(tái)。浮標(biāo)測(cè)試平臺(tái)直徑為4 m,主要由上部框架、儀器艙、上部甲板、主浮體、下部甲板和下部框架6部分組成,具備對(duì)海洋儀器設(shè)備測(cè)試與試驗(yàn)的能力?!皣T?”試驗(yàn)平臺(tái)具備甲板機(jī)械、實(shí)驗(yàn)設(shè)施、信息傳輸以及供電等海洋儀器設(shè)備試驗(yàn)與測(cè)試條件。平臺(tái)為鋼質(zhì)漂浮式結(jié)構(gòu)體,具備較好的抗風(fēng)浪性能(10級(jí)以下的風(fēng)力)、無自航能力,并采用雙錨泊系統(tǒng)定位。平臺(tái)甲板設(shè)置4個(gè)面積約20 m2的實(shí)驗(yàn)室,由太陽能和柴油發(fā)電機(jī)(12 kW、50 kW各1臺(tái))聯(lián)合供電;配置1臺(tái)大吊機(jī),載重5 t;2臺(tái)小吊機(jī),各載重1 t;安裝1個(gè)升降平臺(tái),升降平臺(tái)可降至水下5 m深,載重11 t,大修周期為2 a。
國家舟山海上試驗(yàn)場(chǎng)正處于總體設(shè)計(jì)階段,目前,在舟山摘箬山海域已開展部分基礎(chǔ)建設(shè)和試驗(yàn)研究。舟山摘箬山試驗(yàn)海域位于浙江省舟山市本島南側(cè),組網(wǎng)式坐底試驗(yàn)平臺(tái)位于此試驗(yàn)海域。摘箬山島是舟山群島中的一個(gè)陸域面積2.34 km2、海岸線長7.27 km的島,島南邊是國際航道螺頭水道。舟山群島在中國海岸線的正中間,輻射全國海域,舟山海域具有水深、海島多、潮流急、潮水落差大和海底情況多樣化等海洋條件,有利于開展各種科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)。
組網(wǎng)式坐底測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)位于舟山摘箬山島試驗(yàn)海域,依托于浙江大學(xué)摘箬山島海洋立體觀測(cè)示范研究與試驗(yàn)系統(tǒng),目前具備海洋儀器設(shè)備、觀測(cè)網(wǎng)接駁設(shè)備、水聲和海洋組網(wǎng)等試驗(yàn)?zāi)芰1]。
萬山無人船海上測(cè)試場(chǎng)位于珠海市萬山群島,具有天然優(yōu)良的環(huán)境條件,是面向國際的無人船艇行業(yè)公共服務(wù)開放平臺(tái)。測(cè)試場(chǎng)北區(qū)海域21.6 km2、南區(qū)海域750 km2,測(cè)試基地小萬山島面積5.7 km2,劃分為民用開放、軍用管轄、保障中心、培訓(xùn)中心和測(cè)試中心5大區(qū)域,是以無人船艇為核心的綜合性海上測(cè)試場(chǎng),除了面向無人船艇和自主船舶,還可以滿足通信導(dǎo)航、聲學(xué)設(shè)備和兩棲裝備等各類海洋裝備和儀器的測(cè)試需要。萬山海上測(cè)試場(chǎng)已取得中國船級(jí)社的測(cè)試場(chǎng)服務(wù)供應(yīng)方認(rèn)可證書,可就自主感知、避障、遠(yuǎn)程控制和協(xié)同控制等自主船舶相關(guān)項(xiàng)目,為國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和企事業(yè)單位開展第三方測(cè)試服務(wù)。這是中國第1個(gè)經(jīng)船級(jí)社認(rèn)可的海上測(cè)試基地,也是全球最大、亞洲首個(gè)無人船海上測(cè)試場(chǎng)。
海上移動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)指的是海洋試驗(yàn)船和水下深潛器,目前活躍于中國近海和世界大洋的海洋試驗(yàn)船有東方紅2號(hào)海洋綜合調(diào)查船、北調(diào)993試驗(yàn)船、向陽紅08船和“實(shí)驗(yàn)1號(hào)”,深潛器主要有“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器。
東方紅2號(hào)海洋綜合調(diào)查船空載排水量970 t,隸屬于中國海洋大學(xué),是國內(nèi)最先進(jìn)的海洋綜合性考察船,是中國海洋大學(xué)涉海專業(yè)學(xué)生的重要實(shí)踐基地,是中國最先進(jìn)的海上綜合流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室。全船共有15個(gè)實(shí)驗(yàn)室,可提供物理海洋、海洋大氣、海洋化學(xué)、海洋生物、海洋地質(zhì)和海洋地球物理等海洋學(xué)科的綜合調(diào)查和部分專向調(diào)查,并可同時(shí)進(jìn)行海上試驗(yàn)和分析研究工作。
北調(diào)993試驗(yàn)船,使用單位是中國760所(水聲所),用于多種水聲設(shè)備進(jìn)行海上試驗(yàn)的綜合能力較強(qiáng)的水聲試驗(yàn)船。船舶總長86.40 m,設(shè)計(jì)水線長81.50 m,型深6.80 m,型寬14.6 m,吃水3.80 m,排水量2300 t,航速16 kn,續(xù)航力1500海里。
向陽紅08船是設(shè)有首側(cè)推裝置和可調(diào)距槳,自持力30 d的綜合海洋環(huán)境調(diào)查船。船總長54.8 m、型寬8.8 m、吃水2.4 m、排水量608.3 t、航速11 kn、續(xù)航力4800海里。船上設(shè)有集成儀器實(shí)驗(yàn)室、潔凈實(shí)驗(yàn)室、低溫樣品儲(chǔ)藏室、干實(shí)驗(yàn)室和后置實(shí)驗(yàn)室。甲板配備各種地質(zhì)、水位絞車,龍門吊系統(tǒng)。船體固定安裝了多波束系統(tǒng)、旁掃聲吶系統(tǒng)和中地層剖面系統(tǒng)等先進(jìn)物探測(cè)量設(shè)備。該船可承擔(dān)近海海洋環(huán)境綜合調(diào)查和海洋環(huán)境參數(shù)的試驗(yàn)研究工作。
“實(shí)驗(yàn)1號(hào)”是國內(nèi)載重最大的全海候大型小水線面雙體船,也是中國第1艘小水線面綜合科考船??稍诮<斑h(yuǎn)洋進(jìn)行水聲、海洋物理、地質(zhì)、生物、海洋和大氣環(huán)境等海域儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)研究。“實(shí)驗(yàn)1號(hào)”科考總噸位3071 t,鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu),續(xù)航力8000海里,自持力40 d,最大航速15 kn,能在11級(jí)風(fēng)下安全航行,6級(jí)海況可正常作業(yè),在5級(jí)海況0航速時(shí)橫搖角不大于5°,縱搖角不大于3.5°,在有航速時(shí)運(yùn)動(dòng)更小,耐波性更好,搖擺周期不小于12~15 s。
“蛟龍?zhí)枴陛d人深潛器是中國首臺(tái)自主設(shè)計(jì)、自主集成研制的作業(yè)型深海載人潛水器,最大下潛深度為7000米,也是目前世界上下潛能力最深的作業(yè)型載人潛水器?!膀札?zhí)枴笨稍谡际澜绾Q竺娣e99.8%的廣闊海域中使用,對(duì)于國家開發(fā)利用深海的資源有著重要的意義。“蛟龍?zhí)枴遍L、寬、高分別是8.2 m、3.0 m與3.4 m,空重不超過22 t,最大荷載是240 kg,最大速度為25 kn,巡航1 kn,當(dāng)前最大下潛深度為7062.68 m,最大工作設(shè)計(jì)深度為7000 m。
國家于“十二五”和“十三五”期間圍繞“發(fā)展海洋”和“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略,進(jìn)行了大量的海洋環(huán)境調(diào)查、海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)研究和海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)。
海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)項(xiàng)目是國家 “海洋環(huán)境安全保障”重點(diǎn)專項(xiàng)中海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上測(cè)試技術(shù)研究及試運(yùn)行方向的研究課題。
1)“十二五”期間
“十二五”期間,海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)(Ⅰ期)承擔(dān)了全國大部分的海試任務(wù)。開展了 “深海海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)”課題,完成了16個(gè)參試課題、120套海洋儀器、總計(jì)42 d的規(guī)范化海上試驗(yàn),其中有9項(xiàng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收(第三方獨(dú)立檢驗(yàn));開展了“AUV及相關(guān)設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)”課題,以“實(shí)驗(yàn)1號(hào)”考察船為試驗(yàn)平臺(tái),在南海海域組織了42 d的4臺(tái)AUV設(shè)備的規(guī)范化海上試驗(yàn),出具了4冊(cè)第三方獨(dú)立檢驗(yàn)報(bào)告和4份現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告;承擔(dān)了國家“863”計(jì)劃“船載海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)”及“船載海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)集成與示范系統(tǒng)”,實(shí)施了5個(gè)集中規(guī)范化海上試驗(yàn)航次80 m的海上試驗(yàn),完成了12套儀器的海試任務(wù)和12種國產(chǎn)海洋儀器樣機(jī)的第三方獨(dú)立檢驗(yàn)。
2)“十三五”期間
海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)項(xiàng)目正在開展基于移動(dòng)海上試驗(yàn)平臺(tái)的船載式觀測(cè)儀器、自容式觀測(cè)儀器、拖曳式觀測(cè)儀器、實(shí)時(shí)傳輸投放式觀測(cè)儀器、浮標(biāo)和潛標(biāo)觀測(cè)儀器等海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究,研建海上移動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái),開展新海洋儀器設(shè)備規(guī)范化測(cè)試?;跂|方紅2號(hào)海試平臺(tái)開展以南海為主的規(guī)范化海上試驗(yàn)航次,主要針對(duì)各種大深度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的深海海洋儀器設(shè)備開展集中規(guī)范化海上試驗(yàn),同時(shí),兼顧其他海洋儀器設(shè)備的海上試驗(yàn);基于“實(shí)驗(yàn)1號(hào)”海試平臺(tái)開展的以南海為主的規(guī)范化海上試驗(yàn)航次,主要針對(duì)水下航行如AUV類深海海洋儀器設(shè)備開展集中規(guī)范化海上試驗(yàn),同時(shí),兼顧其他海洋儀器設(shè)備的海上試驗(yàn)。
國家海洋技術(shù)中心承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于固定平臺(tái)的海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上測(cè)試技術(shù)研究及試運(yùn)行”。依托國家淺海綜合試驗(yàn)場(chǎng)“國海試1號(hào)”平臺(tái),國家海洋技術(shù)中心及其他科研院所完成了一系列海洋儀器設(shè)備海上測(cè)試工作。進(jìn)行感應(yīng)耦合傳輸CTD和抗污染CT為期3個(gè)月的長期連續(xù)錨泊式觀測(cè)海試,參試儀器為技術(shù)中心承擔(dān)的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于水下平臺(tái)的系列化溫鹽深測(cè)量儀產(chǎn)品化”研制的兩型傳感器;針對(duì)中國科學(xué)院聲學(xué)研究所研制的600 kHz和1200 kHz浪流測(cè)量儀組織開展了規(guī)范化海上試驗(yàn),此次海上試驗(yàn)采用坐底式平臺(tái)同步分時(shí)比測(cè)試驗(yàn)的方法驗(yàn)證其流速和波浪測(cè)量指標(biāo)。自“國海試1號(hào)”試驗(yàn)平臺(tái)布放以來,國家海洋綜合試驗(yàn)場(chǎng)淺海試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)已開展海上試驗(yàn)11項(xiàng)。試驗(yàn)場(chǎng)為參試單位提供了試驗(yàn)場(chǎng)背景場(chǎng)數(shù)據(jù):氣象、波浪、海流和地形地貌等,為其指定試驗(yàn)大綱和試驗(yàn)選址提供了基礎(chǔ)支撐與保障[2]。
國家海洋技術(shù)中心承擔(dān)的“黃東海光學(xué)遙感海上檢驗(yàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目是“十二五”海洋觀測(cè)衛(wèi)星地面系統(tǒng)項(xiàng)目的重要組成部分,主要任務(wù)是對(duì)HY-1C/1D及后續(xù)海洋水色衛(wèi)星進(jìn)行產(chǎn)品真實(shí)性檢驗(yàn)。2019年12月,黃東海光學(xué)遙感海上檢驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)海上安裝部署工作完成,現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)正式進(jìn)入試驗(yàn)運(yùn)行。現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)建有1個(gè)25 m×25 m的半潛浮式平臺(tái),依托半潛浮式平臺(tái),可以獲取海洋光學(xué)、大氣光學(xué)特性以及海洋水文氣象參數(shù),為海洋光學(xué)、氣象等儀器設(shè)備的海上試驗(yàn)提供技術(shù)保障。針對(duì)衛(wèi)星海洋遙感,可開展微波、紅外、光學(xué)遙感現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)檢驗(yàn)技術(shù)、算法模型研究及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)研究。
2011年國家海洋局發(fā)布首部海洋行業(yè)基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)《海洋儀器海上試驗(yàn)規(guī)范》(HY/T 141-2011),該標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)不同海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)活動(dòng)的對(duì)比研究形成的,改變了中國海上試驗(yàn)無標(biāo)準(zhǔn)可依的局面。
2018年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海洋環(huán)境安全保障”、“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”制定了海洋儀器海上試驗(yàn)系列規(guī)程:《“規(guī)范化海上試驗(yàn)”海上試驗(yàn)通用規(guī)程》、《“規(guī)范化海上試驗(yàn)”質(zhì)量控制通用規(guī)范》和《“規(guī)范化海上試驗(yàn)”第三方檢驗(yàn)通用規(guī)程》 等多項(xiàng)規(guī)程,有效解決了海上試驗(yàn)過程的規(guī)范化程序問題。
基于國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海洋儀器設(shè)備規(guī)范化海上試驗(yàn)”項(xiàng)目對(duì)國家“十三五”自主研發(fā)海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)的線上管理需求,依托中國海洋大學(xué)、國家海洋技術(shù)中心等單位,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)規(guī)范化海上試驗(yàn)信息管理系統(tǒng)。信息管理系統(tǒng)主要由移動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)、管理辦法、數(shù)據(jù)中心和預(yù)報(bào)系統(tǒng)等版塊組成,詳盡介紹了試驗(yàn)平臺(tái)的分布以及技術(shù)指標(biāo),海上試驗(yàn)的管理辦法等內(nèi)容,可以通過系統(tǒng)發(fā)布海上試驗(yàn)需求和申請(qǐng)海上試驗(yàn)航次。信息管理系統(tǒng)對(duì)于規(guī)范海上試驗(yàn)組織、參試流程具有指導(dǎo)意義,有利于海上試驗(yàn)資源共享和充分利用,推進(jìn)了海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)研究的發(fā)展。
國內(nèi)海洋儀器設(shè)備研制數(shù)量和類型不斷增多,為保證海洋儀器設(shè)備的質(zhì)量和測(cè)量性能,需要統(tǒng)籌開展儀器設(shè)備研發(fā)、制造和定型期間的海上試驗(yàn)工作。為節(jié)省海上試驗(yàn)資金、人力和時(shí)間方面的投入,需規(guī)范海上試驗(yàn)的管理模式,統(tǒng)籌海上試驗(yàn)場(chǎng)、海上試驗(yàn)平臺(tái)及其標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)體系建設(shè)和海上試驗(yàn)活動(dòng)的管理。
隨著3個(gè)國家級(jí)綜合海上試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)施建設(shè)、功能不斷完善,需要建立3個(gè)海上試驗(yàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)管理機(jī)構(gòu),制定海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)運(yùn)行管理辦法及相關(guān)程序,確保海上試驗(yàn)業(yè)務(wù)運(yùn)行規(guī)范化。
海洋標(biāo)準(zhǔn)化是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性工作,對(duì)提高海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)水平非常重要。
《海洋儀器海上試驗(yàn)規(guī)范》及“規(guī)范化海上試驗(yàn)”系列規(guī)程是通用性、綜合性的海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,應(yīng)針對(duì)海洋氣象、海洋物理、海洋地質(zhì)、海洋化學(xué)及海洋生物等不同專業(yè)的海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)項(xiàng)目研究制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,推動(dòng)海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的體系化建設(shè)。
隨著海洋儀器設(shè)備探測(cè)精度、性能的不斷提升,對(duì)海上試驗(yàn)試驗(yàn)條件的要求也越來越高,試驗(yàn)海域的海洋環(huán)境探測(cè)保障需要向精細(xì)化發(fā)展。
依托海洋試驗(yàn)場(chǎng)場(chǎng)區(qū)周邊單位及場(chǎng)區(qū)自身力量建設(shè),提升試驗(yàn)海域環(huán)境探測(cè)保障水平,精準(zhǔn)掌握試驗(yàn)場(chǎng)周邊海域的風(fēng)向、風(fēng)速、流速、流向、波高、波向、水溫、鹽度、水深、海底地形、泥沙、溫躍層和透明度等海洋環(huán)境參數(shù)的極值及其隨季節(jié)的變化形勢(shì)。
海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展可以促進(jìn)海洋儀器設(shè)備的國產(chǎn)化進(jìn)程,打破國外對(duì)高精尖海洋環(huán)境探測(cè)設(shè)備的壟斷。進(jìn)一步深入推進(jìn)國家海上試驗(yàn)場(chǎng)及試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)海上試驗(yàn)管理模式規(guī)范化業(yè)務(wù)化運(yùn)行,進(jìn)一步細(xì)化海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、完善海上試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及其技術(shù)服務(wù)體系,進(jìn)一步做好試驗(yàn)海域環(huán)境探測(cè)保障、完善海洋儀器設(shè)備海上試驗(yàn)技術(shù)服務(wù)體系,為實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略和世界命運(yùn)共同體的建設(shè)提供強(qiáng)有力的海洋保障。