中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效及思考

尹希剛, 張立新, 邢國(guó)攀, 汪桐萱, 劉保華

中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效及思考

尹希剛1, 2, 張立新2, 邢國(guó)攀2, 汪桐萱3, 劉保華2

(1. 中國(guó)海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237; 3. 山東大學(xué)(青島), 山東 青島 266237)

海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施是為在海洋科學(xué)技術(shù)前沿取得重大突破, 解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全中的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和前瞻性科技問(wèn)題而建設(shè)的大型復(fù)雜科學(xué)研究系統(tǒng)。本文介紹了中國(guó)科學(xué)考察船、海底觀測(cè)網(wǎng)、潛水器等海洋領(lǐng)域重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況, 對(duì)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效和當(dāng)前存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析。當(dāng)前海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力明顯提升, 綜合效益日益顯現(xiàn), 但仍存在統(tǒng)籌謀劃不足、國(guó)產(chǎn)化水平有待提升、開放共享機(jī)制不夠健全和人才隊(duì)伍建設(shè)有待加強(qiáng)等問(wèn)題?；谏鲜鰡?wèn)題, 提出要統(tǒng)籌謀劃海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 建立健全開放共享機(jī)制, 同時(shí)還要加強(qiáng)專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè), 確保設(shè)施穩(wěn)定高效運(yùn)行。

海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施; 海上綜合試驗(yàn)場(chǎng); 潛水器; 科學(xué)考察船隊(duì)

黨的十八大作出了“建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”重大部署, 黨的十九大要求“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌, 加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”, 為海洋科技發(fā)展指明了方向, 為推動(dòng)中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展提供了根本遵循。近年來(lái), 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng), 技術(shù)水平明顯提升, 支撐科技創(chuàng)新能力日益增強(qiáng), 在海洋資源開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國(guó)家海洋權(quán)益維護(hù)等方面發(fā)揮了不可替代的作用?！秶?guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長(zhǎng)期規(guī)劃(2012—2030年)》中, 根據(jù)總體部署, 布局建設(shè)海洋科學(xué)綜合考察船和海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng), 二者是目前僅有的兩個(gè)海洋領(lǐng)域國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施[1]。

美國(guó)在2011年發(fā)布的《2030年海洋研究與社會(huì)需求的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施》報(bào)告確定了在2030年可能處于海洋科學(xué)前沿且需要解決的若干重大科學(xué)問(wèn)題, 以及為解決這些問(wèn)題需要規(guī)劃建設(shè)的國(guó)家海洋研究基礎(chǔ)設(shè)施[2]; 英國(guó)2009年發(fā)布的《大科學(xué)裝置戰(zhàn)略路線圖》對(duì)海洋科研基礎(chǔ)設(shè)施有很高的關(guān)注度, 重點(diǎn)支持發(fā)展8項(xiàng)大科學(xué)裝置, 其中涉及海洋研究的大科學(xué)裝置就有4項(xiàng)[3], 而2020年發(fā)布的《國(guó)家海洋設(shè)施(NMF)技術(shù)路線圖2020—2021》則對(duì)英國(guó)當(dāng)前的海洋設(shè)施能力和海洋科學(xué)的未來(lái)以及新技術(shù)進(jìn)行了展望[4]。相較而言, 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施在快速發(fā)展的同時(shí), 仍存在科學(xué)目標(biāo)前瞻性不足, 對(duì)重大科學(xué)問(wèn)題和國(guó)家重大需求的凝練不夠、設(shè)施低水平重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題。面對(duì)新形勢(shì)新任務(wù), 中國(guó)必須加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì), 優(yōu)化布局, 加快海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 形成較為完善的海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施體系, 建立健全海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放共享機(jī)制, 助力實(shí)現(xiàn)海洋領(lǐng)域高水平科技自立自強(qiáng), 有力支撐海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

1 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀

1.1 科學(xué)考察船

科學(xué)考察船是海洋研究基礎(chǔ)設(shè)施的基本組成部分, 是海洋科學(xué)工作者親臨現(xiàn)場(chǎng)、應(yīng)用儀器設(shè)備直接觀測(cè)海洋、采集樣品和研究海洋的基本載體。近幾年來(lái), 中國(guó)科考船數(shù)量增長(zhǎng)迅速, 極大地提高了中國(guó)海洋事業(yè)的國(guó)際地位, 隨著海洋資源開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和海洋權(quán)益維護(hù)等需求的日益增長(zhǎng), 中國(guó)不斷加快科考船建設(shè)和裝備升級(jí)的步伐, 目前數(shù)量已近百艘, 主要分布在自然資源部、教育部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國(guó)科學(xué)院等所轄的科研院所、高校和行政管理機(jī)構(gòu)。

自1957年中國(guó)第一艘專業(yè)海洋“金星”號(hào)正式入列以來(lái), “科學(xué)”“東方紅”“向陽(yáng)紅”“實(shí)驗(yàn)”“海洋地質(zhì)”等系列科考船相繼問(wèn)世, 為中國(guó)海洋科學(xué)考察研究提供了強(qiáng)有力的保障,“十二五”期間中國(guó)確立了“海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo), 這為海洋科考船建設(shè)和發(fā)展帶來(lái)新的歷史機(jī)遇, “科學(xué)”號(hào)、“向陽(yáng)紅01”號(hào)、“嘉庚”號(hào)、“海洋地質(zhì)九”號(hào)、“東方紅3”號(hào)等國(guó)際一流科學(xué)考察船相繼交付, 在模塊化設(shè)計(jì)、智能化程度、科考靜音環(huán)境、船載儀器設(shè)備等方面達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平, 在海洋調(diào)查研究、資源勘探開發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮了重要作用。其中, “科學(xué)”號(hào)是唯一列入國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的海洋科學(xué)綜合考察船[5]。中國(guó)科學(xué)考察船數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng), 但由于數(shù)量龐大的科學(xué)考察船隸屬于不同的單位和機(jī)構(gòu), 存在缺乏整合、共享效率低等問(wèn)題, 難以形成有效合力。

近年來(lái), 中國(guó)科考船開始邁向船隊(duì)化管理和運(yùn)營(yíng)的國(guó)際科考船管理模式, 圍繞國(guó)家重大戰(zhàn)略需求, 以科研任務(wù)為導(dǎo)向, 采用非行政機(jī)制打破部門壁壘, 推進(jìn)科考資源高效共享。2009年, 國(guó)家自然科學(xué)基金委啟動(dòng)“國(guó)家自然科學(xué)基金海洋科學(xué)考察船時(shí)費(fèi)?？睢? 開始突破科考船部門所有制的限制, 實(shí)行航次共享; 2012年, 國(guó)家海洋局依托轄屬機(jī)構(gòu)和部門, 組建國(guó)家海洋調(diào)查船隊(duì), 主要職能是推動(dòng)海洋調(diào)查船開放與共享, 高效支撐國(guó)家海洋調(diào)查任務(wù); 2016年, 海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合教育部、中國(guó)科學(xué)院、自然資源部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等部委所屬單位組建深遠(yuǎn)海科學(xué)考察船隊(duì), 目前已匯聚37艘科考船, 總排水量超10萬(wàn)t, 配備以“蛟龍”“發(fā)現(xiàn)”等潛器為代表的科考裝備1 000余套, 航跡遍布全球重點(diǎn)海域, 形成以青島為核心、輻射全國(guó)的科考船共享體系; 此外, 2017年底開始籌建的中國(guó)科學(xué)院大科學(xué)研究中心也組建了體系內(nèi)的海洋科學(xué)考察船隊(duì)。各船隊(duì)的相繼成立, 進(jìn)一步整合了國(guó)內(nèi)科考船資源, 最大限度地發(fā)揮國(guó)內(nèi)現(xiàn)有科考船資源的潛能, 通過(guò)規(guī)范化的管理與服務(wù), 極大提高了科考船運(yùn)行、維護(hù)的效率。然而相較于國(guó)外先進(jìn)科考船隊(duì), 國(guó)內(nèi)科考船隊(duì)的管理架構(gòu)尚不完善, 各擁船單位對(duì)船隊(duì)決策參與度不夠, 共享航次執(zhí)行力度有待加強(qiáng)。

1.2 海底觀測(cè)網(wǎng)

海底觀測(cè)網(wǎng)是觀測(cè)海洋的新型平臺(tái), 可實(shí)現(xiàn)由海底到海面的全天候、原位、長(zhǎng)期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、高分辨率和高精度觀測(cè), 對(duì)海洋科學(xué)發(fā)展起到重要支撐作用。中國(guó)的海洋觀測(cè)網(wǎng)從“十一五”期間開始規(guī)劃, “十二五”期間進(jìn)行建設(shè), “十三五”期間大力發(fā)展, “十一五”期間, 在科技部“863”計(jì)劃的支持下, 同濟(jì)大學(xué)等高校承擔(dān)了“海底長(zhǎng)期觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目, 研制完成的科學(xué)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)在美國(guó)蒙特里加速研究系統(tǒng)(MARS)系統(tǒng)開展了半年的海試; “十二五”期間, 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合研制的“南海海底觀測(cè)實(shí)驗(yàn)示范網(wǎng)”在海南三亞海域建設(shè)完成; “十二五”期間, 在科技部“863”計(jì)劃的支持下, 2012年正式啟動(dòng)重大項(xiàng)目“海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)”, 該項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所牽頭, 聯(lián)合國(guó)內(nèi)12家優(yōu)勢(shì)涉海研究機(jī)構(gòu)共同承擔(dān), 分別在中國(guó)南海和東海建設(shè)海底觀測(cè)網(wǎng)試驗(yàn)系統(tǒng)[6]。2017年, 國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目“國(guó)家海底科學(xué)觀測(cè)網(wǎng)”獲批建設(shè), 2018年12月批復(fù)可行性研究, 2020年12月批復(fù)初步設(shè)計(jì)概算, 2021年進(jìn)入全面建設(shè)期, 該項(xiàng)目由同濟(jì)大學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào), 同濟(jì)大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所共同作為法人單位, 主要建設(shè)內(nèi)容包括: 東海海底觀測(cè)子網(wǎng)、南海海底觀測(cè)子網(wǎng)、監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)中心及配套工程, 初步設(shè)計(jì)概算總投資約22億元, 工程建設(shè)期為五年, 建成后, 將是全球規(guī)模最大、總體水平國(guó)際一流、綜合指標(biāo)國(guó)際先進(jìn)的海底觀測(cè)設(shè)施, 為中國(guó)海洋科學(xué)研究建立開放共享的重大科學(xué)平臺(tái), 并服務(wù)于國(guó)家權(quán)益、海洋資源開發(fā)、海洋災(zāi)害預(yù)測(cè)等多方面的綜合需求。

1.3 海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)

海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)主要是海軍和涉?？蒲性核葯C(jī)構(gòu)檢驗(yàn)海洋儀器設(shè)備選定的試驗(yàn)海區(qū)。目前, 國(guó)內(nèi)不同涉海單位結(jié)合自身特色及承擔(dān)的科研任務(wù), 已建設(shè)具備水聲、環(huán)境、裝備等試驗(yàn)?zāi)芰Φ氖鄠€(gè)海上綜合試驗(yàn)場(chǎng), 主要包括國(guó)家海洋綜合試驗(yàn)場(chǎng)、海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋能海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)(威海)、青島海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)、上海交通大學(xué)(日照)海洋裝備智能演進(jìn)中心、中國(guó)船舶集團(tuán)第七一六研究所青島海上綜合試驗(yàn)場(chǎng)、連云港艦船指控系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)、第七六〇研究所海上試驗(yàn)場(chǎng)、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所陵水試驗(yàn)場(chǎng)和浙江大學(xué)摘箬山島海洋試驗(yàn)站等。其中, 國(guó)家海洋綜合試驗(yàn)場(chǎng)(威海)位于威海市褚島北部海域, 具備海洋儀器設(shè)備規(guī)范化測(cè)試能力, 可支撐海洋動(dòng)力學(xué)、物理海洋學(xué)、海洋建模仿真等科學(xué)研究, 試驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)已納入海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室公共科研平臺(tái)建設(shè)體系; 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所陵水試驗(yàn)場(chǎng)具備對(duì)深遠(yuǎn)海海域的長(zhǎng)期立體觀測(cè)能力、特定海區(qū)環(huán)境信息獲取、傳輸與發(fā)布、資源共享, 功能定位在深遠(yuǎn)海試驗(yàn); 七六〇研究所海上試驗(yàn)場(chǎng)分為海上靜態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)、淺海動(dòng)態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)、深海動(dòng)態(tài)試驗(yàn)場(chǎng)等三大主力試驗(yàn)場(chǎng), 可開展水下聲學(xué)、電磁、尾流等各項(xiàng)相關(guān)科研試驗(yàn); 摘箬山島海洋試驗(yàn)站坐落于浙江省舟山市的摘箬山島, 目前初步建成的項(xiàng)目有多能互補(bǔ)平臺(tái)、海水淡化平臺(tái)、海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)等。中國(guó)在海上試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)方面已經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)展, 仍存在建設(shè)規(guī)模小、服務(wù)領(lǐng)域窄、設(shè)備和功能比較單一、場(chǎng)址相對(duì)分散、共享程度低、缺乏業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力等問(wèn)題。

1.4 大型試驗(yàn)水池

大型試驗(yàn)水池主要包括水洞、拖曳水池以及海況模擬設(shè)施等, 其中水洞和拖曳水池可以實(shí)現(xiàn)水動(dòng)力學(xué)方面的基本測(cè)試, 以及縮比模型的模擬測(cè)試, 海況模擬設(shè)施主要用于裝備或模型應(yīng)用相關(guān)測(cè)試。

水洞方面, 中國(guó)起步較晚, 當(dāng)前已知國(guó)內(nèi)最大的水洞是上海交通大學(xué)的空泡水洞(試驗(yàn)段截面尺寸為1 m×1 m), 最快的水洞是中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水力學(xué)研究所建成的高速循環(huán)水洞(水流速度可達(dá)35 m/s)。目前水洞設(shè)施無(wú)法提供所需的大尺寸高速流場(chǎng), 嚴(yán)重制約中國(guó)水動(dòng)力學(xué)理論研究以及大尺度超高速裝備領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的發(fā)展, 亟需建設(shè)超高速水洞水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

拖曳水池方面, 中國(guó)船舶集團(tuán)第七〇八研究所、第七〇二研究所、哈爾濱工程大學(xué)、上海交通大學(xué)等幾家單位建成不同功能特點(diǎn)的拖曳水池, 但在長(zhǎng)度以及拖曳速度方面與國(guó)際先進(jìn)水池還有很大差距, 無(wú)法滿足持續(xù)性試驗(yàn)要求, 亟須建立長(zhǎng)度更長(zhǎng)、拖曳速度更高、功能更全、控制精度及自動(dòng)化程度更高的拖曳水池。

海況模擬設(shè)施方面, 1991年, 上海交通大學(xué)建成中國(guó)第一個(gè)海洋工程模擬試驗(yàn)水池, 可模擬風(fēng)、浪、流等各種海洋環(huán)境; 2005年, 由國(guó)家發(fā)展改革委、上海市發(fā)展改革委、中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司和上海交通大學(xué)共同建設(shè)中國(guó)第一個(gè)海洋深水試驗(yàn)池, 具備模擬4 000 m水深的深海工程試驗(yàn)?zāi)芰? 覆蓋中國(guó)南海等大部分深海海域海況。國(guó)內(nèi)的海況模擬設(shè)施主要建于室內(nèi), 除了部分軍用平臺(tái), 大部分以模型為主要測(cè)試對(duì)象。但室內(nèi)模擬的強(qiáng)度和真實(shí)性與真實(shí)海況相差較大, 特別是高等級(jí)海況模擬。

1.5 潛水器

潛水器是海洋科學(xué)研究、海洋資源開發(fā)利用、海洋權(quán)益維護(hù)中必不可少的重要裝備, 屬于中國(guó)海洋戰(zhàn)略高技術(shù)領(lǐng)域[7]。常用的潛水器有載人潛水器(HOV)和無(wú)人潛水器(UUV), 無(wú)人潛水器又分為遙控潛水器(ROV)、自治潛水器(AUV)、自主遙控潛水器(ARV)和水下滑翔機(jī)(UG)等。隨著海洋資源開發(fā)活動(dòng)的蓬勃發(fā)展和海洋調(diào)查觀測(cè)技術(shù)趨向立體化, 潛水器作為向深海延伸的一種重要手段, 日益受到重視。“十五”以來(lái), 中國(guó)開始走深海裝備自主化發(fā)展道路, 持續(xù)推動(dòng)深海潛水器譜系化研發(fā)。目前已成功研制并投入運(yùn)行了以“蛟龍”號(hào)、“奮斗者”號(hào)等為代表的深海潛水器, 為深?？茖W(xué)研究、資源勘探開發(fā)等提供了重要支撐。

1.5.1 載人潛水器(HOV)

載人潛水器(HOV)可搭載科學(xué)家到達(dá)海底, 開展近距離觀察、原位精準(zhǔn)采樣和精細(xì)化操作等科學(xué)活動(dòng), 具有擾動(dòng)小和噪聲低等優(yōu)勢(shì)。目前中國(guó)已經(jīng)投入使用的載人潛水器有“蛟龍”號(hào)、“深海勇士”號(hào)、“奮斗者”號(hào), 均由中國(guó)船舶集團(tuán)第七〇二研究所牽頭研制?！膀札垺碧?hào)載人潛水器是中國(guó)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, 下潛最大深度7 062 m, 可覆蓋99.8%的世界海域, 曾創(chuàng)造作業(yè)型深海載人潛水器世界紀(jì)錄[8]; “深海勇士”號(hào)載人潛水器是中國(guó)第二臺(tái)深海載人潛水器, 作業(yè)能力達(dá)4 500 m, 基本覆蓋中國(guó)主要海域和國(guó)際海域資源可開發(fā)深度, 在“蛟龍”號(hào)研制與應(yīng)用的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步提升中國(guó)載人深潛核心技術(shù)及關(guān)鍵部件自主創(chuàng)新能力, 降低運(yùn)維成本, 有力推動(dòng)深海裝備功能化、譜系化建設(shè), 帶動(dòng)載人艙、推進(jìn)器、海水泵等方面海洋裝備的國(guó)產(chǎn)化水平; “奮斗者”號(hào)全海深載人潛水器坐底深度10 909 m, 刷新中國(guó)載人深潛的新紀(jì)錄, 其核心部件國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)96.5%, 具備全海深作業(yè)能力, 采用安全穩(wěn)定、動(dòng)力強(qiáng)勁的能源系統(tǒng), 擁有在控制系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、載人球艙和浮力材料等方面達(dá)到世界先進(jìn)水平。

表1 中國(guó)現(xiàn)役載人潛水器

1.5.2 無(wú)人潛水器(UUV)

無(wú)人潛水器(UUV)是一種無(wú)人水下智能化平臺(tái), 是一種主要以潛艇或水面艦船為支援平臺(tái)、能長(zhǎng)時(shí)間在水下自主遠(yuǎn)程航行的智能化裝置, 它可以攜帶多種傳感器、專用設(shè)備或武器, 執(zhí)行特定的使命和任務(wù), 具有廣泛而重要的軍事應(yīng)用價(jià)值。中國(guó)無(wú)人潛水器相關(guān)研究工作主要集中在哈爾濱工程大學(xué)、上海交通大學(xué)、天津大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中國(guó)船舶集團(tuán)第七〇二研究所等高等院校和科研機(jī)構(gòu)。

遙控潛水器(ROV)方面, 主要包括上海交通大學(xué)的4 500 m級(jí)“海馬”號(hào)、3 500 m級(jí)“海龍II”號(hào)、6 000 m級(jí)“海龍III”號(hào), 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的4 500 m級(jí)“發(fā)現(xiàn)”號(hào), 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的6 000 m級(jí)“海星6000”等, 其中“海星6000”是中國(guó)首臺(tái)自主研制成功的6 000 m級(jí)遙控潛水器, 工作深度達(dá)到6 001 m, 創(chuàng)造了中國(guó)ROV潛深的紀(jì)錄, 它的研發(fā)為中國(guó)深海打撈ROV研制和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[9]。

自治潛水器(AUV)方面, 主要包括中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的“探索4500”“潛龍一號(hào)”“潛龍二號(hào)”, 哈爾濱工程大學(xué)的“悟空號(hào)”等, 其中, “悟空號(hào)”全海深A(yù)UV最大下潛深度達(dá)10 896 m, 成功創(chuàng)下AUV潛深世界紀(jì)錄。

自主遙控潛水器(ARV)方面, 主要包括中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的“北極”“海斗號(hào)”“海斗一號(hào)”, 上海交通大學(xué)的“思源號(hào)”, 其中, “海斗一號(hào)”由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所聯(lián)合國(guó)內(nèi)十余家優(yōu)勢(shì)單位共同研制, 最大下潛深度達(dá)10 908 m, 海底連續(xù)作業(yè)時(shí)間超10 h, 達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平, 創(chuàng)造了中國(guó)潛水器萬(wàn)米海底最長(zhǎng)工作時(shí)間的紀(jì)錄, 并實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)米海底定點(diǎn)實(shí)時(shí)高清精細(xì)觀測(cè)[10]。

水下滑翔機(jī)(UG)方面, 主要包括中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所的“海翼”系列、天津大學(xué)的“海燕”系列等, 海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋觀測(cè)與探測(cè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué)部分)研發(fā)的萬(wàn)米級(jí)“海燕-X”水下滑翔機(jī)是目前國(guó)際上唯一能夠進(jìn)行萬(wàn)米深淵觀測(cè)的水下滑翔機(jī)曾于2020年7月下潛至10 619 m, 刷新了水下滑翔機(jī)的潛深世界紀(jì)錄, 是目前國(guó)際上唯一能夠進(jìn)行萬(wàn)米深淵觀測(cè)的水下滑翔機(jī)。它的成功研制開啟了水下滑翔機(jī)的萬(wàn)米觀測(cè)應(yīng)用的新時(shí)代, 實(shí)現(xiàn)了人類在萬(wàn)米深海觀探測(cè)從點(diǎn)到持續(xù)剖面的歷史性跨越。

整體來(lái)說(shuō), 中國(guó)無(wú)人潛水器的研究工作起步較晚, 在使用效率、成果產(chǎn)出等方面與國(guó)際深海潛水器運(yùn)行先進(jìn)水平相比仍存在差距。

1.6 大洋鉆探船

大洋鉆探船綜合集成深海高技術(shù), 能夠在水深數(shù)千米的海底實(shí)施鉆探, 是目前在海底深部取樣的唯一手段。大洋鉆探50余年來(lái), 共有3艘專用的深海鉆探船, 即美國(guó)的“格羅瑪·挑戰(zhàn)者號(hào)”“喬迪斯·決心號(hào)”和日本的“地球號(hào)”。中國(guó)正逐步加大海底科學(xué)鉆探方面的投入。自然資源部天然氣水合物鉆采船項(xiàng)目2019年正式獲批, 由廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局牽頭, 中國(guó)船舶集團(tuán)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建造, 該船的首要任務(wù)為天然氣水合物探采, 中國(guó)尚缺少一艘以大洋科學(xué)鉆探為主, 具備大洋礦產(chǎn)資源勘探、油氣資源試采等多種功能, 總體裝備和綜合作業(yè)能力位于國(guó)際領(lǐng)先水平的大洋鉆探船。

1.7 超級(jí)計(jì)算機(jī)

超級(jí)計(jì)算機(jī)可為海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋藥物研發(fā)、海上航行安全、海洋工程裝備研發(fā)、海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)保護(hù)等領(lǐng)域提供有力支撐。目前國(guó)內(nèi)已建成并投入使用7大超級(jí)計(jì)算中心, 包括“神威·藍(lán)光”“神威·太湖之光”“天河系列”“天河”“天河二號(hào)”“鵬城云腦”和“新一代CS”。其中海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“新一代CS”具有核心器件自主可控、計(jì)算節(jié)點(diǎn)高性能低功耗和架構(gòu)高效并行等特點(diǎn), 系統(tǒng)峰值性能、運(yùn)行效率和能效實(shí)現(xiàn)歷史性突破, 核心處理器、系統(tǒng)軟件和硬件系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化水平全面提升, 已建成面向應(yīng)用的完整軟硬件支撐體系, 實(shí)現(xiàn)數(shù)百億晶體管復(fù)雜設(shè)計(jì), 完成超大規(guī)模并行系統(tǒng)和超大規(guī)模并行軟件構(gòu)建。海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正全力打造國(guó)產(chǎn)海洋領(lǐng)域高性能計(jì)算應(yīng)用生態(tài)圈, 對(duì)快速占領(lǐng)全球海洋科研制高點(diǎn), 高效服務(wù)國(guó)家海洋戰(zhàn)略等具有重要意義。

2 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效

2.1 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施支撐能力明顯提升

中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng), 支撐科技創(chuàng)新能力日益增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展, 中國(guó)逐步突破海洋信息數(shù)據(jù)感知、獲取、傳輸?shù)榷鄠€(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn), 初步構(gòu)建空天地海一體化全域覆蓋的海洋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系, 逐步形成從調(diào)查到觀探測(cè), 再到模擬相互補(bǔ)充的海洋科學(xué)研究支撐能力?；A(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)模式不斷豐富, 從單一設(shè)施運(yùn)營(yíng), 到初步探索基于資源共享的設(shè)施聯(lián)盟(如科學(xué)考察船隊(duì)等)。海洋調(diào)查方面, 已初步形成近海、遠(yuǎn)海、遠(yuǎn)洋和全球級(jí)的綜合調(diào)查船、專業(yè)調(diào)查船和特種調(diào)查船組成的較為完備海洋科考船體系, 提升了中國(guó)海洋科考水平和海洋調(diào)查能力; 海洋觀探測(cè)方面, 潛水器和海底觀測(cè)網(wǎng)等海洋觀探測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展, 實(shí)現(xiàn)了海洋觀測(cè)內(nèi)容和能力的提升, 能夠提供更多高質(zhì)量的立體、連續(xù)、實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期的海洋數(shù)據(jù), 為開發(fā)深海資源、利用深?？臻g、發(fā)展深海產(chǎn)業(yè)提供科技支撐; 海洋模擬方面, 大型試驗(yàn)水池、海上試驗(yàn)場(chǎng)和新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的建設(shè)運(yùn)行為中國(guó)船舶與海洋裝備研發(fā)測(cè)試、海洋科學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題研究等提供強(qiáng)有力支撐。

2.2 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施綜合效益日益顯現(xiàn)

海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)行為海洋科學(xué)前沿探索和國(guó)家重大科技任務(wù)開展提供了重要支撐, 助力海洋科技實(shí)現(xiàn)“從水面到水下、從淺海到深海、從近海到遠(yuǎn)海、從機(jī)械化到智能化、從海面短暫考察到內(nèi)部長(zhǎng)期觀測(cè)”的革命性變化。依托設(shè)施解決了一批關(guān)乎國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的重大科技問(wèn)題, 對(duì)于海洋資源開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國(guó)家海洋權(quán)益維護(hù)等方面起到了積極推動(dòng)作用。設(shè)施建設(shè)運(yùn)行促進(jìn)了科考船設(shè)計(jì)建造、潛水器譜系化、海洋傳感器、水密插件、耐壓材料、水聲通信等關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān), 帶動(dòng)了一批高新技術(shù)發(fā)展, 為突破國(guó)產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)瓶頸, 引領(lǐng)規(guī)范海洋高新技術(shù)行業(yè)發(fā)展, 促進(jìn)海洋設(shè)備國(guó)產(chǎn)化搶得先機(jī), 初步實(shí)現(xiàn)了從自主集成到自主研發(fā)的轉(zhuǎn)變, 推動(dòng)了海洋多學(xué)科交叉融合, 大幅提升了中國(guó)海洋基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)水平、制造能力和支撐能力, 同時(shí)凝聚和培養(yǎng)了一批海洋領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外頂尖科學(xué)家和研究團(tuán)隊(duì), 以及高水平工程技術(shù)和管理人才。此外, 設(shè)施還在深化海洋領(lǐng)域國(guó)際合作交流、提升全民海洋科學(xué)素質(zhì)、增強(qiáng)民族自信心等方面發(fā)揮了獨(dú)特作用。

3 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在問(wèn)題

3.1 海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)籌謀劃存在不足

中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施支撐的科學(xué)目標(biāo)前瞻性不足, 對(duì)重大科學(xué)問(wèn)題和國(guó)家重大需求的凝練不夠, 缺少國(guó)家層面頂層設(shè)計(jì), 中長(zhǎng)期發(fā)展路線不明確, 增加了海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施立項(xiàng)建設(shè)的難度, 導(dǎo)致設(shè)施低水平重復(fù)建設(shè)等問(wèn)題。同時(shí), 設(shè)施建成后缺少有組織的科學(xué)任務(wù)輸入和穩(wěn)定的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)投入, 導(dǎo)致設(shè)施運(yùn)行效率偏低, 成果產(chǎn)出不夠顯著, 對(duì)中國(guó)海洋科技創(chuàng)新沒有充分發(fā)揮“壓艙石”的作用。

3.2 海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施國(guó)產(chǎn)化水平有待提升

中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)飛速發(fā)展, 突破了一批國(guó)產(chǎn)設(shè)備關(guān)鍵技術(shù), 在科考船建造、潛水器研發(fā)等方面, 國(guó)產(chǎn)化水平明顯提升, 但受制于研究基礎(chǔ)薄弱, 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施存在發(fā)展“瓶頸”, 缺心少魂, 高端原材料、關(guān)鍵零部件等方面相對(duì)落后。例如, 科考船核心裝備大多依靠進(jìn)口, 導(dǎo)致科考船航海能力很強(qiáng), 但科考能力發(fā)展受限; 傳感器是海洋探測(cè)裝備的靈魂, 雖然中國(guó)在海洋探測(cè)裝備集成方面有了突破性進(jìn)展, 但在核心傳感器方面嚴(yán)重依賴進(jìn)口, 由于國(guó)外廠商處于壟斷地位, 提高了中國(guó)海洋裝備集成成本, 造成國(guó)產(chǎn)海洋裝備可靠性不足且價(jià)格沒有明顯優(yōu)勢(shì), 降低了國(guó)內(nèi)用戶購(gòu)買及使用意愿, 導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程舉步維艱。

3.3 海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放共享機(jī)制不夠健全

面向國(guó)家需求和重大科學(xué)問(wèn)題, 長(zhǎng)期運(yùn)行、高度開放、共享共用是重大科技基礎(chǔ)設(shè)施最基本的屬性。“九五”以來(lái), 中國(guó)已經(jīng)布局和建設(shè)了包括科學(xué)考察船、載人潛水器等在內(nèi)的大量海洋科研基礎(chǔ)設(shè)施, 但因分散在不同的高校、科研院所、企業(yè)等創(chuàng)新機(jī)構(gòu), 其共享認(rèn)識(shí)不足, 仍存在本位主義, 導(dǎo)致跨部委、跨單位、跨行業(yè)協(xié)調(diào)難度大, 尚未形成有效做法。此外, 海洋科學(xué)數(shù)據(jù)管理分散, 標(biāo)準(zhǔn)各異, 融合低效, 數(shù)據(jù)共享體制機(jī)制明顯不足, 導(dǎo)致共享不暢。

3.4 海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施人才隊(duì)伍建設(shè)有待加強(qiáng)

海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的人才隊(duì)伍具有團(tuán)隊(duì)性和集中性的特點(diǎn)。設(shè)施的建設(shè)、研發(fā)和高效運(yùn)行, 不僅需要領(lǐng)軍科學(xué)家的引導(dǎo), 更需要穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)層次合理的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍支持, 其中既要有高素質(zhì)的科學(xué)家、工程技術(shù)專家和工程管理專家, 還要有大量的工程技術(shù)人員, 但因?yàn)閷?duì)該類人才的培養(yǎng)、晉升和考核體系不夠完善, 整體存在知識(shí)結(jié)構(gòu)不均衡、專業(yè)種類單一、收入和認(rèn)可度偏低、技能提升支持力度不足、上升通道狹窄、流動(dòng)性大等問(wèn)題, 尚難滿足中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)行需要。

4 中國(guó)海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有關(guān)建議

4.1 聚焦國(guó)家戰(zhàn)略, 加強(qiáng)設(shè)施建設(shè)統(tǒng)籌謀劃

加強(qiáng)前瞻性規(guī)劃布局, 按照需求導(dǎo)向、科學(xué)引領(lǐng)的原則, 聚焦國(guó)家海洋戰(zhàn)略和重大任務(wù), 明確海洋科技基礎(chǔ)設(shè)施的能力建設(shè)需求。重點(diǎn)面向深水、無(wú)人、智能等方向, 加快推進(jìn)一批重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。按照應(yīng)用目的, 在公共實(shí)驗(yàn)設(shè)施方面, 布局藍(lán)色生命探測(cè)與開發(fā)、深海海底科學(xué)鉆探、海洋系統(tǒng)模擬裝置等; 在專用研究設(shè)施方面, 布局水下超高速航行試驗(yàn)平臺(tái)、冷泉生態(tài)系統(tǒng)、新一代海洋三維高分衛(wèi)星等; 在公益科技設(shè)施方面, 布局海洋多學(xué)科立體實(shí)時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)、海洋大數(shù)據(jù)中心等。強(qiáng)化組織管理, 盡快編制國(guó)家海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施路線圖, 為推動(dòng)前沿科學(xué)技術(shù)發(fā)展和解決海洋經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中面臨的重大科技問(wèn)題提供有力支撐。同時(shí), 加強(qiáng)國(guó)家層面有組織的科學(xué)任務(wù)輸入和穩(wěn)定的運(yùn)行經(jīng)費(fèi)支持, 保障設(shè)施穩(wěn)定高效運(yùn)行。

4.2 堅(jiān)持多措并舉, 提升設(shè)施國(guó)產(chǎn)化水平

針對(duì)海洋科技創(chuàng)新周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高、需求量小的特點(diǎn), 加大海洋高端原材料、關(guān)鍵零部件等研究投入, 中央財(cái)政研發(fā)經(jīng)費(fèi)適當(dāng)向基礎(chǔ)研究?jī)A斜, 保證長(zhǎng)期穩(wěn)定支持; 通過(guò)軍民融合發(fā)展, 構(gòu)建海洋科技“軍轉(zhuǎn)民”機(jī)制, 通過(guò)技術(shù)共享, 縮短企業(yè)研發(fā)周期; 研究制定針對(duì)海洋科技成果轉(zhuǎn)化的激勵(lì)政策, 降低企業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn), 促進(jìn)技術(shù)與市場(chǎng)之間的互動(dòng), 帶動(dòng)海洋高端裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 提升國(guó)產(chǎn)化水平。

4.3 發(fā)揮設(shè)施潛能, 建立健全開放共享機(jī)制

設(shè)立國(guó)家層面專職機(jī)構(gòu), 通過(guò)組建國(guó)家級(jí)科學(xué)考察船隊(duì), 建立國(guó)家海洋大型設(shè)施共享系統(tǒng), 建設(shè)國(guó)家海洋大數(shù)據(jù)體系, 構(gòu)建靈活有效的共享管理機(jī)制, 形成跨領(lǐng)域、跨部門的共享制度和公共服務(wù)體系, 實(shí)現(xiàn)設(shè)施開放共享、高效利用、協(xié)同合作, 最大限度地發(fā)揮已有基礎(chǔ)設(shè)施以及各類資源的潛能。健全用戶參與機(jī)制, 形成科研院所、高等學(xué)校、企業(yè)等多方共建、共管和共享的局面。

4.4 強(qiáng)化產(chǎn)研結(jié)合, 加快專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)

建設(shè)具備創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和能夠參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的高素質(zhì)海洋專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍, 制定靈活適用的、合理的人才培養(yǎng)政策, 建立重大科技基礎(chǔ)設(shè)施人才績(jī)效考核及激勵(lì)機(jī)制, 切實(shí)提高工程技術(shù)人員待遇, 明確崗位晉升渠道, 設(shè)立技能提升項(xiàng)目, 同時(shí)加大工程技術(shù)人員技能提升經(jīng)費(fèi)支持力度, 吸引和穩(wěn)定各類各層次的專業(yè)技術(shù)人才, 調(diào)動(dòng)其投入海洋重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行的積極性, 確保各類設(shè)施穩(wěn)定、高效發(fā)揮支撐作用。

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Effects of and thoughts on constructing major marine science and technology infrastructure in China

YIN Xi-gang1, 2, ZHANG Li-xin2, XING Guo-pan2, WANG Tong-xuan3, LIU Bao-hua2

(1. Ocean University of China, College of Environmental Science and Engineering, Qingdao 266100, China; 2. Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China; 3. Shandong University (Qingdao), Qingdao 266237, China)

Major marine science and technology infrastructure is a large-scale, complex scientific research system built to make breakthroughs in marine science and technology and to solve strategic, basic, and forward-looking science and technology problems in economic and social development and national security. This paper introduces the construction of major marine science and technology infrastructure in China, such as scientific research ships, submarine observation networks, and submersibles, and analyzes the achievements and existing problems in constructing major marine science and technology infrastructure. Thus far, the supporting capacity of major marine science and technology infrastructure has been significantly improved, and the comprehensive benefits have become increasingly apparent, but some problems remain unsolved. For example, the overall planning is insufficient, the level of localization needs to be improved, the opening and sharing mechanism is not sound enough, and the construction of the talent team needs to be strengthened. Based on the above problems, it is proposed to plan the construction of major marine science and technology infrastructure, establish and improve the open sharing mechanism, and simultaneously strengthen the construction of professionals to ensure the stable and efficient operation of facilities.

major marine science and technology infrastructure; marine comprehensive test site; submersibles; scientific resea-r-ch fleet

May 9, 2022

G322

A

1000-3096(2022)12-0211-07

10.11759/hykx20220509001

2022-05-09;

2022-06-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(42149101); 山東省海洋軟科學(xué)研究課題項(xiàng)目(202204); 山東省漁業(yè)軟科學(xué)研究課題項(xiàng)目(202202)

[National Natural Science Foundation of China, No. 42149101; Marine Soft Science Research Project of Shandong Province, No. 202204; Fishery Soft Science Research Project of Shandong Province, No. 202202]

尹希剛(1976—), 男, 山東德州人, 高級(jí)工程師, 碩士, 主要從事海洋科技戰(zhàn)略、海洋發(fā)展規(guī)劃研究, E-mail: xgyin@qnlm.ac; 張立新(1989—),通信作者, E-mail: lxzhang@qnlm.ac

(本文編輯: 譚雪靜)