深海环境生态保护装备
1.深海环境探测装备
1）深海环境噪声探测装备
深海作业过程中的环境噪声可能对深海生命系统造成持续性的伤害。水声介质传播的特殊性易导致各种海洋设备、鱼雷等兵器以及海洋风浪信息等噪声叠加，传统的现场磁带记录带回实验室分析检测海洋噪声的方法难以满足深海作业过程中对噪声的分辨，且采集信息小，数据容量有限不能满足深海作业开发过程实时监测的需要。
2）海底水土界面综合环境探测设备
为了摸清海底资源开发过程对深海底沉积物和底层海水环境的影响，亟须建立深海底沉积物和底层海水柱系统的综合环境探测设备。深海资源开发对底层生物及生态系统的影响需要全面认识深海作业活动对深海冷泉、热液、海山和大洋俯冲带等特殊生态系统生物群落变迁、生活史演替、种群补充机制和生物活动机制等重要基础问题的影响。针对深海底栖生物和生态系统的海洋环境探测装备是有效解决这些基础问题的“金钥匙”，这些装备的投入使用将为深海生物资源开发与环境生态保护涉及的基础科学问题提供重要的第一手数据。
3）冷泉和热液区探测装备
近年来，国际上对冷泉和热液区等特殊深海生态系统的研究与探测逐步加深，相关的深海环境探测装备水平取得了长足发展，多种无人/载人潜水器和着陆器等已被海洋科学家用于科学研究和探测，相比传统的载人或无人潜水器，深海着陆器具有结构简单、使用方便、成本低以及具有长时连续探测能力的优势。虽然着陆器只能定点探测，自身不具备独立移动的能力，但是其长时连续探测能力是各类潜水器无法比及的，而这恰恰是研究深海环境及其栖息生物系统所亟须的[23]。我国李彬等科研人员[24]面向海底热液和冷泉区化能生态系统科学研究的实际需求，研制了一套实用的观测位置可调整的深海生态过程长期定点观测系统“冷泉号”着落器系统，如图9－4所示，该系统可在热液和冷泉区进行长达一年的定点连续原位探测。
另外，被称为人造“海洋之眼”的深海着陆器，在水深1 130米左右的南海北部的冷泉喷口处进行原位观测长达一年后，带回了约186千兆的冷泉区高清影像和传感器数据资料。
图9－4 （a）“冷泉”号着陆器三维图；（b）“冷泉”号着陆器作业流程图[24]
4）深海辅助探测装备
深海生态系统探测的辅助装备也是决定深海生态环境探测水平的重要因素。我国现有深海生态探测辅助装备主要包括海底生物尺寸摄像装置实现对深海宏生物的外观体积测量和深海宏生物生活习性观测记录等，深海生物监视和自动观测装置亦是研究深海生态系统的重要手段，它们可以实现对深海水域生态环境的自动监测和数据存储记录。总的来说，开发长周期、低功耗、多角度自动观测监视、大容量存储和实时数据传输的深海生态环境探测装备是推动深海生态系统基础认识和生态保护的重要发展方向。
2.深海环境模拟装备
近年来，我国在深海极端环境模拟装备方面也取得了长足的进步，除了针对海底过程模拟和海洋可燃冰形成分解等方面的系列专用深海模拟装备外，在深海极端生物环境模拟方面也得到了发展。2007年，浙江大学针对深海热液系统开发了高温高压深海生物极端环境模拟实验系统（见图9－5）[18]，具备了较真实的模拟海底高温高压极端环境及热液流动的开放体系功能，不仅可以用于模拟深海微生物所处各种不同的极端环境，完成深海生物基因资源的培养和扩增过程，研究极端微生物的生长过程及其环境因素间的相互关系，还可以用于高温高压极端状态下物质相变、水岩相互作用及矿物特性研究，以及微生物对海底成矿过程作用机制研究。
(https://www.daowen.com)
图9－5 浙江大学模拟深海极端环境的生物培养与化学成矿反应模拟装置[18]
上海海事大学建立了可以模拟万米水深环境的高温（90~450℃）、高压（35~100兆帕）的深海极端环境模拟器（见图9－6），该装置有效容积为5 000毫升，可研究在深海高温高压和微生物条件下的材料腐蚀及失效过程，并自动记录和实时观测。
图9－6 上海海事大学深海极端环境模拟器
中国科学院深海科学与工程研究所于2013年成立了深海极端环境模拟研究实验室，研制了高压可视反应腔（high-pressure optical cell，HPOC）模拟深海极端环境，最高工作压力为160兆帕，工作温度范围为－190~500℃。该装置可以实现深海环境模拟，与原位研究相互印证，研究深海生物地球化学循环涉及的科学问题及黑暗生物链的发育演化。
分析我国现有深海极端环境模拟装备的研发情况（见表9－5）可以发现，深海极端环境模拟装备主要集中在深海高温高压和深海低温高压等极端环境的原位模拟仿真，其中装备的耐腐蚀性、压力的迅速精准调控技术、生物无毒性环境模拟和大容量生物培养技术是这些装备的核心攻关难点。
表9－5 我国深海极端环境模拟装备专利
续表
3.深海原位水下实验室
近年来，我国已在小型深海载人/无人潜水器、深海空间站和深海装备基础共性技术等方面取得重要进展和突破，可为我国深海实验室的发展和建设提供技术基础支持，我国以“蛟龙号”和“深海勇士号”载人潜器为代表的深海科学研究装备虽取得了令世界瞩目的成就，但还只能开展短时、小规模的点域研究。目前我国尚未成功研制具备长期原位观测和高保真取样和智能原位实验研究的深海载人实验室装备，不能满足未来深海科学研究和资源开发的长期、连续观测与原位取样实验的需求。
1994年我国提出了发展“深海空间站”的建议。2003—2005年，结合“国防重大科技基础工程”及“国家科技重大专项”的遴选工作，进一步论证了“深海空间站”的发展方向与内涵。2005年7月，“深海空间站”被列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术领域。“十一五”期间，原国防科工委安排了深海实验室“一主两辅”五项关键技术及“深海空间站标准体系”的研究；科技部在863计划海洋技术领域安排了“35吨级深海空间站主站试验平台”及“1 000米级超大潜深深海空间站新型耐压结构”等关键技术研究。“十二五”期间，国防科工局安排了“深海空间站关键技术验证”项目；科技部在863计划海洋技术领域安排了小型深海空间站四项关键技术的研究。经过十余年努力，我国已圆满完成深海空间站技术的前期研究工作，并取得了丰硕成果，可为我国深海实验室的发展与建设，提供重要的技术基础。
我国现有的深海装备水动力性能和结构安全性试验研究设施的技术水平与规模已居于世界前列，材料性能、制造工艺、动力、机械设备、观察通信导航以及电子信息等领域技术与设备的研究试验条件已达世界同等水平，为实施深海实验室建设提供了良好的基础条件。
